izvestswsuИзвестия Юго-Западного государственного университетаProceedings of the Southwest State University2223-15602686-6757ЮЗГУ10.21869/2223-1560-2023-27-4-117-131izvestswsu-1206Research ArticleИнформатика, вычислительная техника и управлениеComputer science, computer engineering and IT managmentМетодика выбора управляющих решений при оптимизации технологических режимов переработки железорудного сырья с использованием электромагнитных воздействийTechnique for Selecting Control Decisions in Optimizing Technological Modes of Processing Iron Ore Raw Materials Using Electromagnetic InfluencesАнаньеваА. В.AnanyevaA. V.

Ананьева Анна Валериевна, заместитель генерального директора

Ленинский пр-т, д. 4, стр. 1а, г. Москва 119991

Anna V. Ananyeva, Deputy General Director

Leninsky ave., 4, building 1A,  Moscow 119991

plotnikovaav@inbox.ruАссоциация субъектов инновационной деятельности в горной отрасли "Инновационные горные технологии"Association of subjects of innovative activity in the mining industry "Innovative mining technologies"202301032024274117131Copyright © Ананьева А.В., 20242024Ананьева А.В.Ananyeva A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestswsu.elpub.ru/jour/article/view/1206Цель исследования

Цель исследования. В работе рассмотрен процесс селективного предразрушения межфазовых границ в железных рудах при использовании магнитно-импульсной обработки. 

Методы

Методы. При анализе напряженно-деформированного состояния и вязкого разрушения выявлено относительное сходство критериев разрушения в основных минералах железных руд за счет магнитно-стрикционного деформирования зерен магнетита. Установлено, что прочность и вязкость разрушения магнетита превышает аналогичные свойства кальцитов, входящих в состав скарновых железных руд, прочность и вязкость разрушения кварца превышает аналогичные свойства магнетита. Выявлено различие в характере разрушения скарновых руд и железистых кварцитов. 

Результаты

Результаты. Сформулирован критерий оценки степени разупрочнения межфазовых границ в железных рудах за счет магнитно-импульсного воздействия на основе вероятностного подхода. Произведена теоретическая оценка степени селективного разупрочнения железных руд при магнитно-импульсной обработке с учетом прочностных и магнитно-стрикционных свойств магнетита. 

Приведены результаты экспериментов наноиндентирования межфазовых границ до и после магнитно-импульсной обработки. 

Заключение

Заключение. Путем анализа длин развивающихся микротрещин под воздействием наноиндентера выявлена возможность снижения вязкости разрушения после магнитно-импульсной обработки железной руды.

Purpose of reseach

Purpose of reseach. The paper considers the process of selective pre-destruction of interphase boundaries in iron ores by using magnetic-pulse treatment. When analyzing the stress-strain state and viscous fracture, the relative similarity of the fracture criteria in the main minerals of iron ores due to magnetically-striction deformation of magnetite grains. 

Methods

Methods.It has been established that the strength and toughness of the destruction of magnetite exceeds the analogous properties of calcite in the composition of skarn iron ores, the strength and toughness of quartz fracture exceeds the analogous properties of magnetite. A difference in the character of the destruction of skarn ores and ferruginous quartzites. The criterion for estimating the degree of softening of interphase boundaries in iron ores due to the magnetic-impulse action based on the probabilistic approach is formulated. 

Results

Results.A theoretical estimate is made of the degree of selective softening of iron ores under magnetic-pulse treatment, taking into account the strength and magnetostriction properties of magnetite. The results of experiments on nanoindentation of interphase boundaries before and after magnetic-pulse processing are presented. 

Conclusion

Conclusion. By analyzing the lengths of developing microcracks under the influence of a nanoindenter, the possibility of reducing the fracture toughness after a magnetic pulse treatment of iron ore.

управление технологическим процессомнедостаток исходной информациифизикотехнологические закономерностиобогащение полезных ископаемыхизмельчениежелезные рудымагнитно-импульсная обработкакритерии селективного разупрочненияtechnological process controllack of initial informationphysical and technological lawsmineral processingbarrel grindingiron oresmagnetic pulse processingcriteria of selective softeningReferencesMine operating costs and the potential impacts of energy and grinding / James A. Curry, Mansel J. L. Ismay, Graeme J. Jameson // Minerals Engineering. 2014. 56: 70-80. DOI: 10.1016/j.mineng.2013.10.020.James A. Curry, Mansel J. L. Ismay, Graeme J. Jameson, Mine operating costs and the potential impacts of energy and grinding. Minerals Engineering. 2014. 56: 70-80. DOI: 10.1016/j.mineng.2013.10.020.Improving the control system of concentration plants based on express control of dissemination of magnetic minerals / A. Chumakov, V. Prischepov, K. Melekhina, A. Ivannikov // 2021, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 684 012005. DOI: 10.1088/1755-1315/684/1/012005.Chumakov A., Prischepov V., Melekhina K., Ivannikov A.. Improving the control system of concentration plants based on express control of dissemination of magnetic minerals. 2021, IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 684 012005. doi:10.1088/1755-1315/684/1/012005.Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Molodtsov K. V. The social and market mechanism of sustainable development of public companies in the mineral resource sector // Eurasian Mining. 2020(1). Рр. 36–41. DOI: 10.17580/em.2020.01.07.Litvinenko V. S., Tsvetkov P. S., Molodtsov K. V. The social and market mechanism of sustainable development of public companies in the mineral resource sector. Eurasian Mining, 2020(1), pp. 36–41. DOI: 10.17580/em.2020.01.07.Обеспечение экологической безопасности при внедрении ресурсовозобновляемых технологий / М. М. Хайрутдинов, П. А. Каунг, З. Я. Чжо, Ю. С. Тюляева // Безопасность труда в промышленности. 2022. № 5. С. 57-62. DOI: 10.24000/0409-29612022-5-57-62.Khayrutdinov M. M., Kaung P. A., Chzho Z. Ya., Tyulyaeva Y. S. Obespechenie ekologicheskoi bezopasnosti pri vnedrenii resursovozobnovlyaemykh tekhnologii [Ensuring Environmental Safety in the Implementation of the Resource-renewable Technologies]. Bezopasnost' truda v promyshlennosti, 2022(5), pp. 57–62. DOI: 10.24000/0409-2961-2022-557-62.Современные тенденции технического прогресса в переработке железных руд / Т. И. Юшина, Е. Л. Чантурия, А. М. Думов, А. В. Мясков // Горный журнал. 2021. № 11. С. 75–83. DOI: 10.17580/gzh.2021.11.10.Yushina T. I., Chanturia E. L., Dumov A. M., Myaskov A. V. Sovremennye tendentsii tekhnicheskogo progressa v pererabotke zheleznykh rud [Modern trends of technological advancement in iron ore processing]. Gornyi Zhurnal, 2021, (11), pp. 75–83. DOI: 10.17580/gzh.2021.11.10.Clout J. M. F., Manuel J. R. Mineralogical, chemical, and physical metallurgical characteristics of iron ore. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability, 2021, р. 59–108. DOI: 10.1016/B978-0-12-820226-5.00012-4.Clout J. M. F., Manuel J. R. Mineralogical, chemical, and physical metallurgical characteristics of iron ore. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability, 2021, pp. 59–108. DOI: 10.1016/B978-0-12-820226-5.00012-4Express determination of the grain size of nickel-containing minerals in ore material / A. Ivannikov, A. Chumakov, V. Prischepov, K. Melekhina // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38. Part 4. Pp. 2059-2062. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.141.Ivannikov A., Chumakov A., Prischepov V., Melekhina K. Express determination of the grain size of nickel-containing minerals in ore material. Materials Today: Proceedings, 2021, vol. 38, part 4, pp. 2059-2062. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.10.141.Gutsche O., Fuerstenau D. W. Influence of Particle Size and Shape on the Comminution of Single Particles in a Rigidly Mounted Roll Mill // Powder Technology. 2004. 143– 144. 186–195. DOI: 10.1016/j.powtec.2004.04.013.Gutsche O., Fuerstenau D. W. Influence of Particle Size and Shape on the Comminution of Single Particles in a Rigidly Mounted Roll Mill. Powder Technology, 2004, 143–144, 186–195. DOI: 10.1016/j.powtec.2004.04.013.Comminution modeling using mineralogical properties of iron ores / A. Mwanga, M. Parian, P. Lamberg, J. Rosenkranz // Minerals Engineering. 2017, 111, 182-197. DOI: 10.1016/j.mineng.2017.06.017.Mwanga A., Parian M., Lamberg P., Rosenkranz J. Comminution modeling using mineralogical properties of iron ores. Minerals Engineering, 2017, 111, pp. 182-197. DOI: 10.1016/j.mineng.2017.06.017.Моделирование и оптимизация процесса рудоподготовки комплексных руд при их дезинтеграции в мельнице самоизмельчения / К. А. Мелехина, П. П. Ананьев, А. В. Плотникова, А. С. Тимофеев, С. А. Шестак // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. № 10. С. 95–105. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10-0-95-105.Melekhina K. A., Ananyev P. P., Plotnikova A. V., Timofeev A. S., Shestak S. A. Modelirovanie i optimizatsiya protsessa rudopodgotovki kompleksnykh rud pri ikh dezintegratsii v mel'nitse samoizmel'cheniya [Modeling and optimization of complex ore pretreatment by disintegration in autogenous mills]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' = Mining Informational and Analytical Bulletin, 2020(10), pp. 95–105. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-10-0-95-105.Usov A., Tsukerman V. Prospective of electric impulse processes for the study of the structure and processing of mineral raw materials // Developments in Mineral Processing. 2000. 13: 8-15. DOI: 10.1016/S0167-4528(00)80008-3.Usov A., Tsukerman V. Prospective of electric impulse processes for the study of the structure and processing of mineral raw materials. Developments in Mineral Processing. 2000. 13: 8-15. DOI: 10.1016/S0167-4528(00)80008-3.Бабич А. В., Винников В. А. Экспериментальные исследования структурных изменений минеральных зерен пиритосодержащих руд в СВЧ полях // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 6. С. 106–114. DOI: 10.25018/0236-14932019-06-0-106-114.Babich A. V., Vinnikov V. A. Eksperimental'nye issledovaniya strukturnykh izmenenii mineral'nykh zeren piritosoderzhashchikh rud v SVCh polyakh [Experimental investigations of structural changes of pyrite-containing ores mineral grains in the microwave fields]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' = Mining Informational and Analytical Bulletin, 2019, 2019(6), pp. 106–114. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-06-0-106-114.On the issue of typical grain size assessment by the methods of broadband laser optoacoustics / A. Kravcov, A. Konvalinka, V. A. Vinnikov, E. A. Ertuganjva, I. A. Shibaev, P. N. Ivanov // Key Engineering Materials. 2017. 755. Рр. 212–218. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.755.212.Kravcov A., Konvalinka A., Vinnikov V. A., Ertuganjva E. A., Shibaev I. A., Ivanov P. N. On the issue of typical grain size assessment by the methods of broadband laser optoacoustics. Key Engineering Materials, 2017, 755, pp. 212–218. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.755.212.Kuskov V. B., Lvov V. V., Yushina T. I. Increasing the recovery ratio of iron ores in the course of preparation and processing // CIS Iron and Steel Review. 2021. Vol. 21. № 1. Pр. 4—8. DOI: 10.17580/cisisr.2021.01.01.Kuskov V. B., Lvov V. V., Yushina T. I. Increasing the recovery ratio of iron ores in the course of preparation and processing. CIS Iron and Steel Review. 2021, vol. 21, no 1, pp. 4—8. DOI: 10.17580/cisisr.2021.01.01.Jankovic A. Comminution and classification technologies of iron ore. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability. 2021. Рр. 269 – 308. DOI: 10.1016/B978-0-12-820226-5.00013-6.Jankovic A. Comminution and classification technologies of iron ore. Iron Ore: Mineralogy, Processing and Environmental Sustainability, 2021, 269 – 308. DOI: 10.1016/B978-0-12-820226-5.00013-6.Selective disintegration justification based on the mineralogical and technological features of the polymetallic ores / T., Aleksandrova N. Nikolaeva, A. Afanasova, A. Romashev, V. Kuznetsov // Minerals. 2021. 11(8), 851. DOI: 10.3390/min11080851.Aleksandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Romashev A., Kuznetsov V. Selective disintegration justification based on the mineralogical and technological features of the polymetallic ores. Minerals, 2021, 11(8), 851. DOI: 10.3390/min11080851.Пелевин А. Е. Использование результатов фазового состава магнетитовой руды для прогнозирования выхода концентрата // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2022. № 5—1. С. 131—144. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_51_0_131.Pelevin A. E. Ispol'zovanie rezul'tatov fazovogo sostava magnetitovoi rudy dlya prognozirovaniya vykhoda kontsentrata [Using the results of the phase composition of magnetite ore to predict the yield of concentrate]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten = Mining Informational and Analytical Bulletin, 2022(5-1), рр. 131–144. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_51_0_131.Головин Ю. И., Моргунов Р. Б., Иванов В. Е. Термодинамические и кинетические аспекты разупрочнения ионных кристаллов импульсным магнитным полем // Физика твердого тела. 1997, 39 (11): 2016-2018.Golovin Yu. I., Morgunov R. B., Ivanov V. E. Termodinamicheskie i kineticheskie aspekty razuprochneniya ionnykh kristallov impul'snym magnitnym polem [Thermodynamic and kinetic aspects of the softening of ionic crystals by a pulsed magnetic field]. Fizika tverdogo tela = Solid State Physics. 1997, 39 (11): 2016-2018.Ананьев П. П., Гридин О. М, Самерханова А. С. Взаимосвязь свойств и электромеханическая чувствительность природных минералов // Горный информационноаналитический бюллетень. 2008, 5: 184-189.Ananiev P. P., Gridin O. M., Samerchanova A. S. Vzaimosvyaz' svoistv i elektromekhanicheskaya chuvstvitel'nost' prirodnykh mineralov [Interrelation of properties and electromechanical sensitivity of natural minerals]. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten' = Mining Informational and Analytical Bulletin. 2008, 5: 184-189.Плотникова А. В. Ресурсосберегающая технология переработки труднообогатимых руд на основе магнитно-импульсного воздействия // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2013, 9: 69-70. DOI: 10.17073/0368-0797-2013-9-69-70.Plotnikova A. V. Resursosberegayushchaya tekhnologiya pererabotki trudnoobogatimykh rud na osnove magnitno-impul'snogo vozdeistviya [Resource-saving technology for processing refractory ores based on the magnetic-impulse action]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Chernaya metallurgiya = Bulletin of Higher Educational Institutions. Ferrous metallurgy. 2013. 9: 69-70. DOI: 10.17073/0368-0797-2013-9-69-70.Каркашадзе Г. Г. Механическое разрушение горных пород. М.: МГГУ, 2004. 222.Karkachadze G. G. Mekhanicheskoe razrushenie gornykh porod [Mechanical destruction of rocks]. Moscow, MSMU Publ., 2004, 222 p.Winiarski B., Guz I. A. The effect of cracks interaction for transversely isotropic layered material under compressive loading // Finite Elements in Analysis and Design. 2008. 44 (4): 197-213. DOI:10.1016/j.finel.2007.11.021.Winiarski B., Guz I. A. The effect of cracks interaction for transversely isotropic layered material under compressive loading. Finite Elements in Analysis and Design, 2008, 44 (4): 197-213. DOI: 10.1016/j.finel.2007.11.021.Биленко Л. Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. М.: Недра, 1984. 200 с.Bilenko L. F. Zakonomernosti izmel'cheniya v barabannykh mel'nitsakh [Regularities barrel grinding]. Moscow, Nedra Publ., 1984, 200 р.Lojkowski W., Fecht H. J. The structure of intercrystalline interfaces // Progress in Materials Science. 2000. 45 (5–6): 339-568. DOI: 10.1016/s0079-6425(99)00008-0.Lojkowski W., Fecht H. J. The structure of intercrystalline interfaces. Progress in Materials Science. 2000. 45 (5–6): 339-568. DOI: 10.1016/s0079-6425(99)00008-0.Arutyunyan A. R., Arutyunyan R. A. Application of the Fracture Mechanics and Reliability Methods to the Fatigue Problem // Procedia Materials Science. 2014. 3: 1291-1297. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.209.Arutyunyan A. R., Arutyunyan R. A. Application of the Fracture Mechanics and Reliability Methods to the Fatigue Problem. Procedia Materials Science. 2014, 3: 1291-1297. DOI: 10.1016/j.mspro.2014.06.209.Гончаров С. А., Ананьев П. П., Иванов В. Ю. Разупрочнение горных пород под действием импульсных электромагнитных полей. М.: МГГУ, 2006. 91 с.Goncharov S. A., Ananiev P. P. Ivanov V. Yu. Razuprochnenie gornykh porod pod deistviem impul'snykh elektromagnitnykh polei [Softening of rocks under the action of pulsed electromagnetic fields]. Moscow, MSMU Publ., 2006, 91 р.Гридин О. М., Гончаров С. А. Электромагнитные процессы. М.: МГГУ, 2009. 498 с.Gridin O. M., Goncharov S. A. Elektromagnitnye protsessy [Electromagnetic processes]. Moscow, MSMU Publ., 2009. 498 р.Шатемиров Д. К., Тилегенов К. Т. Особенности акустической эмиссии при релаксации горных пород // Вестник КРСУ. 2006. 6 (7): 51-55.Shatemirov D. K., Tilegenov K. T. Osobennosti akusticheskoi emissii pri relaksatsii gornykh porod [Features of acoustic emission in the relaxation of rocks]. Vestnik KRSU = Bulletin KRSU. 2006. 6 (7): 51-55.Лавров А. В., Шкуратник В. Л., Филимонов Ю. Л. Акусто-эмиссионный эффект памяти в горных породах. М., 2004. 456 p.Lavrov A. V., Shkuratnik V. L., Filimonov Yu. L. Akusto-emissionnyi effekt pamyati v gornykh porodakh [Acousto-emission memory effect in rocks]. Moscow, 2004. 456 р.Разупрочнение межфазных границ железистых кварцитов под влиянием магнитно-импульсной обработки / А. И. Тюрин, А. М. Купряшкин, П. П. Ананьев, С. В. Ермаков, А. В. Плотникова // Вестник Тамбовского университета. Естественные и технические науки. 2013. 18 (4). C. 1699-1700.Turin A. I., Kupryashkin A. M., Ananiev P. P., Ermakov S. V., Plotnikova A. V. Razuprochnenie mezhfaznykh granits zhelezistykh kvartsitov pod vliyaniem magnitnoimpul'snoi obrabotki [Softening of interfaces ferruginous quartzite under the influence of magnetic-pulse processing]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Estestvennye i tekhnicheskie nauki = Bulletin of Tambov University. Natural and Technical Sciences. 2013, 18 (4): 1699-1700.Исследование прочностных свойств отдельных фаз и межфазных границ сложных многофазных материалов на примере горных пород / А. И. Тюрин, С. Д. Викторов, А. Н. Кочанов, А. В. Шуклинов, Т. С. Пирожкова, И. А. Шуварин, А. А. Самодуров // Вестник Тамбовского университета. Естественные и технические науки. 2016. 21 (3): 1368-1374. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1368-1374.Tyurin A. I., Viktorov S. D., Kochanov A. N., Shuklinov A. V., Pirozhkova T. S., Shuvarin I. A., Samodurov A. A. Issledovanie prochnostnykh svoistv otdel'nykh faz i mezhfaznykh granits slozhnykh mnogofaznykh materialov na primere gornykh porod [Investigation of the strength properties of individual phases and interphase boundaries of complex multiphase materials on the example of rocks]. Vestnik Tambovskogo universiteta. Estestvennye i tekhnicheskie nauki = Bulletin of Tambov University. Natural and Technical Sciences. 2016, 21 (3): 1368-1374. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1368-1374.Осипова Н.В., Ананьев П.П. Исследование модели функционирования измельчительного комплекса с применением импульсной электромагнитной обработки руды // Научный вестник Московского государственного горного университета. 2012, 8: 98-102.Osipova N.V., Ananyev P.P. Issledovanie modeli funktsionirovaniya izmel'chitel'nogo kompleksa s primeneniem impul'snoi elektromagnitnoi obrabotki rudy [Study of the functioning model of the grinding complex using pulsed electromagnetic processing of ore]. Nauchnyi vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta = Scientific Bulletin of Moscow State Mining University. 2012, 8: 98-102.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.