Центр коллективного пользования «Центр исследования минерального сырья»

Прохоров К.В., Гладырь А.В., Рассказов М.И.
Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация
Горная Промышленность №4 / 2020 стр. 120–124

Аннотация: Поддержание минерально-сырьевой базы благородных металлов и развитие остальных на уровне, обеспечивающим удовлетворение внутренних потребностей в минеральном сырье и разумных объемов экспорта должно быть связано главным образом с масштабным вовлечением в разработку сырья рудных, россыпных и техногенных месторождений сложного вещественного состава. Обеспечить это возможно с развитием фундаментальных и научно-прикладных исследований на основе эффективного применения технологического и аналитического оборудования и физико-химических методов для изучения вещественного, минерального состава. С этой целью в Хабаровском федеральном исследовательском центре функционирует Центр коллективного пользования «Центра исследования минерального сырья». В статье приведено описание Центра, его структуры и взаимодействия с базовой организацией и учебными заведениями. Результатом подобной интеграции являются дипломные, диссертационные работы, патенты на изобретения, а также научные труды высокого качества, индексируемые в международных базах данных. Представлены основные направления работ с кратким описанием оборудования каждого подразделения. Ведущиеся в Центре научно-исследовательские работы позволяют обеспечить необходимые потребности пользователей в полном объеме. Ежегодно услугами Центра пользуются более 20 организаций-пользователей.

Ключевые слова: центр коллективного пользования, аналитика, пробоподготовка, физико-механические свойства, обогащение

Для цитирования: Прохоров К.В., Гладырь А.В., Рассказов М.И. Центр коллективного пользования «Центр исследования минерального сырья». Горная промышленность. 2020;(4):120–124. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-4-120-124.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 22.06.2020

Поступила после рецензирования: 07.07.2020

Принята к публикации: 21.07.2020

Информация об авторах

Прохоров Константин Валерьевич – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий центром коллективного пользования, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация, e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Гладырь Андрей Владимирович – старший научный сотрудник лаборатории горной геофизики, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация.

Рассказов Максим Игоревич – научный сотрудник лаборатории горной геофизики, Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск, Российская Федерация.

Введение

Высокий минерально-сырьевой потенциал рудных полезных ископаемых является для Дальнего Востока неоспоримым фактом. Однако рудо-сырьевая база Дальневосточного региона, еще недавно занимавшая важное место, последнее время утратила свое положение (за исключением добычи драгоценных металлов) [1]. Поддержание минерально-сырьевой базы благородных металлов и развитие остальных на уровне, обеспечивающим удовлетворение внутренних потребностей в минеральном сырье и разумных объемов экспорта должно быть связано главным образом с масштабным вовлечением в разработку сырья рудных, россыпных и техногенных месторождений сложного вещественного состава. Для реализации подобных планов необходимо развитие фундаментальных и научно-прикладных исследований на основе эффективного применения технологического и аналитического оборудования и физико-химических методов для изучения вещественного, минерального состава. В связи с этим в Хабаровском федеральном исследовательском центре ДВО РАН актуальными работами являются [2–4] проведение научных исследований, ориентированных на создание безопасных технологий добычи полезных ископаемых открытым и закрытым способом, эффективных инновационных технологий переработки минерального и техногенного сырья, содержащего сложноизвлекаемые формы полезных компонентов.

Структура ЦКП и основные направления деятельности

Центр коллективного пользования (ЦКП) «Центр исследования минерального сырья» является структурным подразделением Хабаровского федерального исследовательского центра ДВО РАН (ХФИЦ ДВО РАН). Центр был создан в 2007 г. для обеспечения научных проектов возможностями экспериментальных работ на укрупненном лабораторном оборудовании.

Рис. 1 Диаграмма целевого взаимодействия подразделений ЦКП

Fig. 1 Diagram of targeted interaction between CSRF units

В состав ЦИМС входят следующие подразделения:

1. Сектор приема, хранения и первичной подготовки проб.

В секторе приема и первичной подготовки проб осуществляется сортировка поступающих образцов и временное их хранение. При необходимости, если образцы не были подготовлены заказчиком, производится подготовка, которая включает сушку, дробление, квартование (деление), и упаковка материала. Сектор оснащен дробильным, истирающим и делительным оборудованием производства Новой Зеландии, Германии, России. После всех стадий преобразования проб данные о них заносятся в журнал.

2. Сектор аналитического контроля вещественного состава проб.

Перед разработкой технологии переработки поступающих объектов необходимо определить характеристики и особенности материала. Результаты данных исследований являются основой для составления рекомендаций того или иного способа переработки. Оборудование контроля вещественного состава ЦКП «ЦИМС» представлено широкой линейкой микроскопов производства Японии и Германии и необходимым оборудованием для подготовки образцов.

3. Сектор исследования вещественного состава химическими методами.

Одними из главных показателей технологических процессов, разрабатываемых ЦКП «ЦИМС», являются распределение и концентрирование ценных компонентов. Для определения количественных показателей используются анализы состава исходных материалов и продуктов переработки. Сектор исследования химического состава представлен анализаторами различного принципа действия (рентгенофлуоресцентный, спектральный, атомно-абсорбционный и др.) производства Японии, США, России.

Рис. 2 Атомно-эмиссионный комплекс «Гранд-Поток»

Fig. 2 ‘Grand’ Optical-Emission Spectrometer

4. Сектор процессов обогащения полезных ископаемых.

Данный сектор условно разделен на отделения гравитационного обогащения (концентрационные столы, отсадочные машины, концентраторы), магнитного обогащения (магнитные сепараторы постоянного действия и электромагнитные сепараторы), флотационный блок и др. Данное оборудование позволяет разрабатывать комбинированные схемы обогащения и концентрации различных рудных (в том числе упорных), углистых, техногенных материалов.

5. Сектор физико-механических исследований.

Одни из основных испытаний, которые проводятся данным сектором, – это определение предела прочности пород методом одноосного сжатия (ГОСТ 21153.2–84). Настоящий стандарт распространяется на твердые (скальные и полускальные) горные породы с пределом прочности при одноосном сжатии не менее 5 МПа. Для проведения испытания используется пресс ToniPACT II–2091 (Германия), обеспечивающий постоянную скорость деформирования образца 1,5 кН/с (рис. 3). Также проводятся испытания по определению предела прочности пород на одноосное растяжение (ГОСТ 21153.3–85), где используется пресс ToniNORM – 2020 (Германия).

Рис. 3 Испытательные машины ToniNORM и ToniPACT II

Fig. 3 ToniNORM and ToniPACT II Testing Machines

После проведения этих испытаний строится паспорт прочности горных пород, который рассчитывается по ГОСТ 21153.8–88 для определения сцепления и угла внутреннего трения горных пород.

Согласно линейной теории упругости основные упругие свойства характеризуются двумя параметрами: модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. Для их определения используется оборудование, прилагаемое к прессу ToniPACT II–2091, а также программное обеспечение, использующее методику обработки измеренных данных в соответствии с международным стандартом ISO 6784. Научно-исследовательская деятельность сотрудников ЦИМС не ограничивается пределами Дальневосточного региона. За последние годы было налажено взаимовыгодное сотрудничество с рядом отечественных предприятий горной промышленности, к которым относятся ПАО «ППГХО», ПАО «ФосАгро», АО «ГМК Дальполиметалл», ПАО АК «АЛРОСА» и др. Ведутся работы, связанные с привлечением зарубежных партнеров для организации совместной научно-исследовательской деятельности. Использование научных результатов, полученных на базе методического обеспечения ЦИМС, позволяет эффективно развивать смежные научно-практические направления исследований и разработок Хабаровского Федерального исследовательского центра ДВО РАН, относящихся к области прогнозирования удароопасного состояния горных пород [5; 6].

Рис. 4 Подготовка исходного материала для исследования на содержание золота

Fig. 4 Preparation of the source material to assess its gold content

Основная функция деятельности ЦИМС состоит в обеспечении экспериментальной и научно-методической поддержки научно-исследовательских работ институтов ДВО РАН и других организаций в области геологии, технологии горных работ, геомеханики, процессов обогащения полезных ископаемых и экологии.

К основным направлениям деятельности Центра относятся:

1. Технологические исследования минерального и техногенного сырья с целью определения вещественного состава и обоснования рациональных технологических схем его переработки и обогащения.

2. Определение гранулометрических характеристик удельной поверхности различных минеральных объектов.

3. Разработка физико-химических методов повышения эффективности процессов обогащения полезных ископаемых.

4. Исследования элементного состава руд, минералов, металлов и сплавов, почв, технологических растворов и других объектов различными анализами.

5. Количественный анализ благородных металлов методами атомно-абсорционной, атомно-эмиссионной спектроскопии.

6. Исследования физико-механических свойств образцов горных пород и др.

Неотъемлемой частью работы ЦИМС является образовательная деятельность. На базе ЦКП проходят лабораторные работы и практикумы у студентов очной и заочной форм обучения по специальности «Горное дело» Тихоокеанского государственного университета. Ежегодно ЦКП «ЦИМС» проводит открытые лаборатории для школьников Хабаровска. На экскурсии школьников знакомят со всем техническим и аналитическим оборудованием. На примере конкретной технологической схемы показывают, как проходит процесс исследования и обработки руды. На рис. 1 представлена диаграмма функционирования ЦКП.

Сформированная таким образом система ЦИМС является структурой, обеспечивающей многоуровневую системную интеграцию академической и прикладной науки, а также высшей школы с целью интенсификации научных исследований и образования. Результатом подобной интеграции являются дипломные, диссертационные работы [7], патенты на изобретения [8], а также научные труды высокого качества, индексируемые в международных базах данных [9; 10].

Функционирование ЦИМС

Основу функционирования ЦКП составляет режим коллективного пользования дорогостоящим приборным, техническим и технологическим оборудованием участниками ЦКП, а также сторонними пользователями, которые пользуются услугами ЦКП. Дирекция базовой организации (ХФИЦ ДВО РАН) принимает заявки на проведение исследований; формирует портфель проектов ЦКП; организует выполнение научно-исследовательских работ; осуществляет учет и распределение приборного времени; направляет развитие структуры услуг при коллективном, конвейерном и других видах использования научного оборудования.

Рис. 5 Атомно-абсорбционный спектрометр АА-7000

Fig. 5 AA-7000 Atomic Absorption Spectrophotometer

Охрана авторских прав, патентное и лицензионное обеспечение полученных результатов, методик, технологий, программных средств и иных авторских разработок, соблюдение норм интеллектуальной собственности осуществляются в соответствии с действующим законодательством РФ.

Заключение

Ведущиеся в ЦИМС научно-исследовательские работы позволяют обеспечить необходимые потребности пользователей в полном объеме. Ежегодно услугами ЦКП «ЦИМС» пользуются более 20 организаций-пользователей. При разработке предложений и рекомендаций по каждой услуге делается акцент на соответствие применяемых стандартов, методик и решений требованиям ГОСТ, ТУ, ISO. В заключение представлен ряд аналитического и исследовательского оборудования ЦКП «ЦИМС». На рис. 2 показан универсальный спектральный комплекс «Гранд-Поток» фирмы ООО «ВМК-Оптоэлектроника» (Россия), предназначенный для проведения экспресс определения состава порошковых проб природного и промышленного происхождения.

На рис. 3 изображены испытательные машины ToniNORM и ToniPACT II фирмы Toni Technick Baustoffprufsystem GmbH (Германия). С помощью данных машин производят измерение силы, возникающей при деформации образца при определении механических характеристик строительных материалов (прочности на сжатие и на изгиб, модуля Юнга бетона, бетонных изделий и строительных камней всех типов).

На рис. 4 представлена работа лабораторий обогащения полезных ископаемых и разработки россыпных месторождений ИГД ДВО РАН на щековой дробилке. Работа выполнялась для организации-пользователя, занимающейся геологической разведкой новых месторождений золота на Дальнем Востоке.

На рис. 5 приведен двухлучевой атомно-абсорбционный спектрометр АА-7000 (Shimadzu, Япония) для пламенного и электротермического атомно-абсорбционного анализа (ААС), позволяющий проводить высокочувствительные анализы и отличающийся компактностью, гибкой конфигурацией, полной безопасностью в работе и удобным управлением.

Всего для коллективного пользования центр предлагает свыше 20 единиц научного оборудования общей стоимостью свыше 60 млн руб. Таким образом, оснащение ЦИМС позволяет проводить исследования широкого спектра. Используется при разработке инновационных фундаментально-прикладных методов и технологий. С более подробным описанием имеющегося оборудования в ЦКП «ЦИМС» можно ознакомиться на портале: Центры коллективного пользования научным оборудованием и уникальные научные установки (http://ckp-rf. ru/).

Список литературы

1. Горнорудная и нерудная промышленность, объекты подземного строительства. Информационный бюллетень Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. 2018;(3):2–27. Режим доступа: https://ib.safety.ru/assets/pdf/Bull_96/bull_96_2-27.pdf

2. Carter R.A. Keeping Mine Hoists Healthy. Engineering & Mining. 2015;(October). Available at: https://www.e-mj.com/features/keepingminehoists-healthy/

3. Пахомов П.И. Методы и технические средства повышения безопасности эксплуатации рудничных подъемов. Бишкек; 2000. Режим доступа: http://www.lib.krsu.edu.kg/uploads/files/public/548.pdf

4. Кац А.Ш., Митюхин О.Н., Пасюта М.А. Анализ причины обрыва головного каната наклонной подъемной установки. С. 104–108. Режим доступа: http://irbis-nbuv.gov.ua/cgi-bin/irbis_nbuv/cgiirbis_64.exe?C21COM=2&I21DBN=UJRN&P21DBN=UJRN&IMAGE_FILE_ DOWNLOAD=1&Image_file_name=PDF/Peoshsu_2012-2013_106-107_14.pdf

5. Аварийность в горнорудной и нерудной промышленности в 1-м полугодии 2006 г. Информационный бюллетень Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. 2006;(4):43–51. Режим доступа: https://ib.safety.ru/assets/pdf/Bull_25/Bull_25_43-51.pdf

6. Bates R.M., Bartley M.V. Fatal Hoisting Accident (Double Fatality). Mine No. 2 (I.d. No. 15-09571), Excel Mining LLC, Pilgrim, Martin County, Kentucky. Report of Investigation. August 28, 2000. Available at: https://arlweb.msha.gov/FATALS/2000/FTL00C2324.HTM

7. Аварийность и травматизм на предприятиях и объектах, подконтрольных управлению технического надзора. Информационный бюллетень Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. 2006;(1):2–8. Режим доступа: https://ib.safety.ru/assets/pdf/Bull_22/Bull_22_2-8.pdf

8. Предупреждение аварий грузоподъемных кранов по причине обрыва их канатов. Информационный бюллетень Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. 2004;(1):58–65. Режим доступа: https://ib.safety.ru/assets/pdf/Bull_10/Bull_10_58-65.pdf

9. Kieselbach R., Piskoty G. Accident in a tunnel by breaking of a wire rope. Zeitschrift für Metallkunde. 2001;92(8):916–923. Available at: https://www.researchgate.net/publication/292635659_Accident_in_a_tunnel_by_breaking_of_a_wire_rope

10. Peterka P., Krešák J., Kropuch S., Fedorko G., Molnar V., Vojtko M. Failure analysis of hoisting steel wire rope. Engineering Failure Analysis. 2014;45:96–105. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2014.06.005.

11. Хоменко С.В. Роль дефектоскопии экскаваторных канатов и вантов для определения их остаточного ресурса и времени замены. Горная промышленность. 2007;(2): 34–37. Режим доступа: https://mining-media.ru/ru/article/prommat/999-rol-defektoskopiiekskavatornykhkanatov-i-vantov-dlya-opredeleniya-ikh-ostatochnogo-resursa-i-vremeni-zameny

12. Шамсутдинов М.М., Таштанбаева В.О. Устройство контроля натяжения каната шахтных подъемных установок. Патент № 2163, 31 июля 2019 г.