Конвейерная транспортировка золотой руды от карьера до фабрики на базе конструктора Lego WeDo 2.0

XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Конвейерная транспортировка золотой руды от карьера до фабрики на базе конструктора Lego WeDo 2.0

Нохрин В.А. 1Рубашкин А.А. 1Самигуллин Р.Р. 1Якимов А.А. 1
1Россия
Бек М.А. 1
1Школа интеллектуального развития Мистер Брейни
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Добыча золота - это сложный и многоэтапный процесс, начинающийся с извлечения руды из карьера. Транспортировка этой руды к месту переработки - один из ключевых этапов, часто сопряженный с серьезными трудностями.

В карьерах руда обычно добывается открытым способом, с использованием взрывных работ и тяжелой техники. После этого ее необходимо доставить на фабрику, где она будет обогащена и извлечен драгоценный металл.

Однако на пути к фабрике могут возникнуть препятствия, значительно усложняющие транспортировку. Например, перепад высот, водоразделы, горы или сопки. Перевозка руды через эти преграды требует значительных затрат на строительство дорог и мостов

Актуальность построения тоннеля через сопку и прокладки конвейерной ленты внутри него обусловлена несколькими факторами:

  • Экономия времени и ресурсов: Тоннель позволяет избежать строительства длинных, извилистых дорог, сокращая время и расходы на транспортировку.

  • Сокращение негативного воздействия на окружающую среду: Тоннель минимизирует ущерб ландшафту и экосистеме, так как не требует вырубки деревьев и изменения рельефа местности.

  • Обеспечение стабильности и безопасности: Тоннель защищает конвейерную ленту от погодных условий, камнепадов и других внешних факторов, что повышает надежность и безопасность транспортировки.

В данной работе мы рассмотрим принципы конвейерной транспортировки, а также смоделируем процесс доставки золотой руды от карьера до фабрики с помощью конструктора Lego WeDo 2.0. Модель позволит наглядно продемонстрировать работу конвейерной ленты, проблемные участки пути и преимущества использования тоннеля для преодоления препятствий.

Цель работы: построить модель из LEGO WeDo 2.0, демонстрирующую транспортировку золотой руды с карьера до фабрики по конвейеру через тоннель.

Задачи:

  1. Изучить строение земной коры: слои, минералы, полезные ископаемые.

  2. Ознакомиться с физическими и химическими свойствами золота

  3. Изучить способы добычи золота: открытый и подземный методы.

  4. Изучить различные способы транспортировки: автомобильный, железнодорожный, воздушный транспорт, конвейерная лента.

  5. Изучить конструкцию конвейерной ленты: роль ленты, роликов, приводных механизмов. Изучить типы конвейеров: ленточные, шнековые, скребковые.

  6. Понять этапы строительства тоннеля: бурение, взрывные работы, облицовка, вентиляция. Оценить технические и финансовые трудности строительства тоннеля.

  7. Спроектировать модель, отображающую все этапы транспортировки: карьер, конвейер, тоннель, фабрика.

  8. Сделать модель функциональной и наглядной: для демонстрации принципов конвейерной транспортировки.

Глава 1. Сокровища Земли: Путь золота от недр до фабрики

    1. Недра Земли: богатство и разнообразие

Земля - это не просто твердая поверхность, на которой мы живем. В земной коре заключено огромное количество полезных ископаемых. Это минералы и горные породы, которые человек использует в своей хозяйственной деятельности (Рисунок 1.1.1, Приложения).

Попробуем разделить полезные ископаемые на группы:

1. Горючие ископаемые:

  • Уголь: твердое черное горючее вещество, образующееся из остатков древних растений. (Рисунок 1.1.2, Приложения).

  • Нефть: жидкое горючее вещество, образующееся из остатков древних морских организмов. (Рисунок 1.1.3, Приложения).

  • Природный газ: легко воспламеняющийся газ, образующийся из остатков древних организмов(Рисунок 1.1.4, Приложения).

2. Рудные ископаемые:

  • Железная руда: основное сырье для производства железа и стали. Из железа делают мосты, автомобили, корабли и многое другое.

  • Медная руда: используется для производства меди, необходимой для изготовления электропроводки, труб, механизмов.

  • Золотая руда: содержит золото, которое используется для изготовления ювелирных изделий, монет, электроники.

  • Алмазы: твердые минералы, использующиеся в ювелирных изделиях, а также в промышленности для резки и шлифовки(Рисунок 1.1.5, Приложения).

3. Неметаллические ископаемые:

  • Песок и гравий: используются в строительстве для производства бетона, асфальта, кирпича.

  • Глина: используется для производства кирпича, черепицы, фарфора, керамики.

  • Каменная соль: используется в пищевой промышленности и для размораживания дорог.

  • Фосфаты: используются для производства минеральных удобрений.

    1. Золото: Ценный металл из недр Земли

Золото – это не просто блестящий металл, украшающий ювелирные изделия. Его история тесно переплетается с историей человечества, а его уникальные свойства сделали его символом богатства, власти и роскоши (Рисунок 1.2.1, Приложения).

Физические и химические свойства золота

Золото обладает рядом удивительных свойств, которые делают его особенным: блеск и цвет, пластичность, химическая инертность, плотность.

Золото известно человечеству с древнейших времен. Археологические находки свидетельствуют о том, что люди использовали золото еще в каменном веке. В древнем Египте золото использовалось для украшений фараонов и богов, а также для покрытия гробниц. В древней Греции золото считалось символом богатства и власти.

В средние века золото использовалось для чеканки монет и как средство обмена. В эпоху великих географических открытий золото играло ключевую роль в торговле и колонизации новых земель.

    1. Добыча золота: от карьера до переработки

В России днем начала добычи золота принято считать 21 мая 1745 года. Именно тогда простой крестьянин Ерофей Марков нашел в яме у озера Шарташ (северо-восточная окраина Екатеринбурга) самородок и отнес его в канцелярию Главного управления завода в Екатеринбурге. На шахтах открытого им рудника добыто уже более 140 тонн золота. Первое время после открытия месторождения золото на нем добывалось шахтами глубиной от 3 до 22 саженей, т.е. примерно до 50 метров.

Драгоценный металл извлекают из минералов, представляющих собой химические соединения, содержащие золото. Заключенные в руде кристаллические крупицы металла различных размеров – от невидимых пылинок до самородков в десятки килограммов. Относительно крупные золотники – видимое золото – встречаются очень редко.

Самородное золото – редкость, хотя самый большой самородок в России был найден именно на Урале. Он называется Большой Треугольник и его вес составляет 36 кг. Сейчас он хранится в Алмазном Фонде.

Рабочие бурят длинные тонкие отверстия, закладывают в них аммонал и подрывают выработку(Рисунок 1.3.1, Приложения). Затем специальный грейдер грузит взорванную руду на конвейер, который доставляет ее на поверхность, на обогатительную фабрику(Рисунок 1.3.2, Приложения).

Золотая руда на обогатительном комбинате первым делом дробится и сортируется(Рисунок 1.3.3, Приложения), затем происходит выделение самого металла – чаще всего применяют способ, который называется «цианирование». Золото прекрасно растворяется в сенильной кислоте и ее солях – это ее свойство и решили использовать. Цианирование использовалось на крупных заводах, но развитие технологий привело к новому методу - кучное выщелачивание.

В этом процессе готовится водонепроницаемая площадка, в нее насыпается руда(Рисунок 1.3.4, Приложения), ее орошают раствором цианида, который просачивается через толщу породы и растворяет золото. После этого они поступают в специальные сорбционные колоны, в которых золото осаждается, а раствор вновь отправляется на кучу. В итоге получается похожая на обычный песок субстанция, которая называется «шлих» - содержание драгоценного металла в нем около 90%.

На каждый мешочек со шлихом заводят свой паспорт, его взвешивают, записывают физические данные и обязательно замеряют уровень радиации (нередко золото залегает рядом с радиоактивными элементами). Если попадается облученный металл, его отправляют обратно на обогатительную фабрику. Когда приемная комиссия дает заключение, что шлих годен к дальнейшей переработке, его передают химикам, т.е. отправляют на следующий этап – аффинаж.

Аффинаж происходит в три этапа. Сначала шлих растворяют в реакторе в «царской водке» (так называют раствор из золота, растворенного в смеси соляной и азотной кислот) и нагревают. Получивший раствор потом переливают в резервуар, где из него удаляют излишний окислитель, потом в следующем резервуаре металл уже осаждается на стенках в виде коричневой грязи, которую складывают в ведро (эта «грязь» – на самом деле чистое золото).

Другими словами, процесс заключается в том, что золото химически делают жидким, процеживают, а потом снова восстанавливают. Все примеси таким образом отделяются. Потом получившуюся «грязь» нужно отлить в слитки.

    1. Способы добычи золота: открытый и подземный

Добыча золота может осуществляться двумя основными способами(Рисунок 1.4.1, Приложения):

  • Открытый метод: Используется для месторождений, расположенных близко к поверхности. Включает в себя удаление верхнего слоя грунта (вскрышные работы), взрывные работы для извлечения руды, погрузку и транспортировку руды на фабрику.

  • Подземный метод: Применяется для глубоких месторождений. Требует проходки шахт и штолен, добычи руды с помощью подземной техники и подъема руды на поверхность.

Транспортировка руды может стать серьезной проблемой, если между местом добычи и фабрикой расположена преграда, такая как водораздел, гора или сопка.

Варианты решения:

  • Строительство дороги: Прокладывание дороги через преграду - самый простой и эффективный способ, но он может быть дорогим и временами невозможным из-за сложного рельефа местности.

  • Прокладка тоннеля: Строительство тоннеля через преграду - более сложный и дорогостоящий способ, но он позволяет избежать ущерба для окружающей среды и обеспечить безопасную транспортировку руды в любое время года.

  • Использование конвейерных лент: Конвейерная лента - эффективный способ транспортировки руды на небольшие расстояния и в сложных условиях.

Глава 2. Конвейерная транспортировка: принцип работы и преимущества

2.1. Принцип работы конвейера. Типы конвейерных систем.

Конвейерная транспортировка - это эффективный и широко распространенный способ перемещения грузов на короткие и средние расстояния. Она используется в различных отраслях промышленности, включая горную, строительную, пищевую и другие. Конвейер - это механизм, состоящий из непрерывно движущейся транспортной ленты, которая перемещает груз с одного места на другое. Лента движется по роликам, установленным на раме, и приводится в движение электродвигателем(Рисунок 2.1.1, Приложения).

Существует несколько типов конвейерных систем, каждый из которых имеет свои характеристики и предназначен для перемещения определенных грузов:

  1. Ленточные конвейеры: Наиболее распространенный тип конвейера. Груз перемещается по ленте, которая движется по роликам.

  2. Шнековые конвейеры: Используются для перемещения сыпучих материалов, например, зерна, песка, угля.

  3. Скребковые конвейеры: Используются для перемещения сыпучих материалов, кусковых грузов и жидких грузов.

Ленточный конвейер состоит из следующих элементов(Рисунок 2.1.2, Приложения):

  • Лента

  • Ролики

  • Привод

  • Тензор

  • Опорные балки

Лента движется по роликам и перемещает груз с помощью трения между лентой и грузом. Скорость движения ленты зависит от мощности привода и типа груза.

2.2. Преимущества конвейерной транспортировки. Применение конвейеров в горной промышленности

Конвейерная транспортировка обладает следующими преимуществами:

  • Скорость: Конвейеры могут перемещать груз с высокой скоростью, что увеличивает производительность работы.

  • Экономичность: Конвейерная транспортировка относительно дешевая в эксплуатации по сравнению с другими способами транспортировки, например, автомобильным или железнодорожным.

  • Безопасность: Конвейеры являются относительно безопасным способом транспортировки, так как исключают возможность появления человеческого фактора.

Конвейерная транспортировка широко используется в горной промышленности для: перемещения руды от места добычи до фабрики, транспортировки пустой породы, перемещения угольного шлака на свалки., транспортировки материалов для рекультивации отработанных территорий.

Конвейеры в горной промышленности часто используются в сочетании с другими видами транспорта, например, с автомобильным или железнодорожным(Рисунок 2.2.1, Приложения).

Транспортировка золотой руды от карьера до фабрики может стать серьезной проблемой, особенно если между ними расположена преграда, такая как гора или водораздел. В таких случаях строительство дороги может быть невозможно или чрезвычайно дорогим. Более эффективным решением является прокладка тоннеля через преграду.

Прокладка тоннеля позволяет избежать ущерба для окружающей среды и обеспечить безопасную транспортировку руды в любое время года. Внутри тоннеля можно установить конвейерную систему, которая будет непрерывно перемещать руду до самой фабрики. Такое решение позволяет снизить затраты на транспортировку и увеличить производительность добычи золота.

Глава 3. Практическая часть.

3.1. Описание внешнего вида проекта.

Основные запасы золота находятся в месторождениях, которые предполагается отрабатывать открытым способом, то есть карьером. Поэтому в нашем проекте мы рассматривали отработку месторождения открытым способом(Рисунок 3.1.1, Приложения).

Для транспортировки руды из карьера на фабрику обычно используются самосвалы. В нашем случае рассматривалась ситуация, при которой между карьером и фабрикой находится большой водораздел в виде горы. В таком случае экономически выгодней построить конвейерный тоннель внутри горы.

Наш проект внешне можно разделить на три условные части: 1. карьер (рудник); 2. фабрика с дробилкой; 3. гора, внутри которой находится конвейерный тоннель(Рисунок 3.1.2, Приложения).

В районе карьера в проекте представлены самосвал, который подвозит руду из карьера к конвейерному тоннелю, и экскаватор, который загружает руду(Рисунок 3.1.3, Приложения).

Далее данная руда перемещается по конвейеру на фабрику. При этом в конце конвейера происходит первичная сортировка на крупную и мелкую фракцию(Рисунок 3.1.4, Приложения)..

После сортировки крупная фракция поступает на отдельно стоящую дробильную установку для измельчения. А мелкая фракция поступает на фабрику для извлечения золота. После измельчения на дробилке получается мелкая фракция, которая также направляется на фабрику.

На территории фабрики находятся мельницы для еще большего измельчения руды. Также установлен большой резервуар с водой для обеспечения функционирования фабрики(Рисунок 3.1.5, Приложения)..

Проект построен на базе конструктора Lego City и Lego Technic, программное обеспечение Lego Wedo 2.0.

Работу нашего проекта обеспечивают следующие технические инструменты(Рисунок 3.1.6, Приложения).:

  1. Моторы: мотор1 и мотор 2. От мотора 1 работает повышающая зубчатая передача, осевая передача, червячная передача, конвейер. А также зубчатая и ременная передачи, которые вращают мельницы на фабрике. Мотор 2 обеспечивает работу простого механизма – рычага.

  2. Механизм – рычаг. Рычаг непосредственно сортирует детали. Большие идут на измельчение, а маленькие дальше по конвейеру поступают на мельницы.

  3. Датчики: наклона и расстояния. Датчик наклона установлен на самосвале. При выгрузке руды самосвалом на конвейер, датчик наклона изменяет свое положение и подает сигнал мотору 1 для начала движения.

При помощи датчика расстояния происходит сортировка больших и маленьких деталей. Датчик расстояния получает сообщение от мотора 1 о начале его работы и передает сигнал мотору 2, который осуществляет сортировку.

3.2. Описание программного кода проекта

Датчик наклона меняет положения и передаёт сигнал что золото поступило в конвейер. Датчик наклона поменял положение носом вверх и передаёт сигнал мотору 1 для начало движения(Рисунок 3.2.1, Приложения).. Начав движения мотор 1 передаёт сообщение датчику расстояния, при помощи которого происходит сортировка больших и маленьких деталей. Датчик расстояния передаёт сигнал мотору 2 который осуществляет сортировку. Большие детали должны поступить в дробилки на измельчение. А маленькие на фабрику для дальнейшей переработки.От мотора 1 работает повышающая зубчатая передача, осевая передача, червячная передача, конвейер. От мотора 2 работает механизм рычаг.

Заключение

В ходе нашей работы мы погрузились в увлекательный мир золота, изучив его добычу, транспортировку и создав собственное решение для экономии времени и сил.

Золото на протяжении веков ценится и востребовано как драгоценный металл, используемый для создания украшений, монет и других изделий. Добыча золота — это сложный многоступенчатый процесс, требующий применения специальной техники и оборудования. Эффективная транспортировка имеет решающее значение для успешной добычи золота, поскольку позволяет доставлять руду и переработанное золото на большие расстояния. Применение инновационных решений, таких как разработанное нами устройство, может значительно повысить эффективность и экономичность добычи и транспортировки золота.

Конвейерная система обеспечивает непрерывную перевозку руды, увеличивая производительность и сокращая издержки на транспортировку. Тоннель, проложенный под водоразделом, становится надежным убежищем для конвейера, защищая его от капризов погоды и снижая риски возникновения аварий. Такое решение минимизирует негативное воздействие на окружающую среду по сравнению со строительством дороги.

Хотя наше решение представлено в виде модели, оно основано на реальных принципах работы конвейерных систем и механизмов сортировки. Оно может служить основой для дальнейших исследований и разработок, направленных на оптимизацию процессов добычи и транспортировки золота.

Наша работа — это не только демонстрация знаний о золоте, но и пример того, как творческий подход и инженерные навыки могут привести к инновационным решениям реальных проблем(Рисунок 3.2.2, Приложения)..

Список использованных источников:

  1. Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейни», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn;

  2. Филиппов С.А. Робототехника для детей и родителей, - СПб.: Наука, 2013. 319с;

  3. https://drivebeltsystem.ru/articles/ustroystvo-konveyera-razlichnykh-vidov/

  4. https://akpg.ru/novosti/konvejery-vidy-i-primenenie/

  5. http://www.luksuria.ru/jeweller-wiki/zoloto_-_put_ot_rudy_do_slitkov/

  6. https://dprom.online/mtindustry/vo-chto-obhoditsya-transportirovka-poleznyh-iskopaemyh/

  7. https://www.drive2.ru/b/636939665340900535/

ПРИЛОЖЕНИЯ

Рисунок 1.1.1 Виды полезных ископаемых Рисунок 1.1.2 Уголь

Рисунок 1.1.3 Нефть Рисунок 1.1.4 Газ

Рисунок 1.1.5 Алмазы Рисунок 1.2.1 Золото

Рисунок 1.3.1 Разработка карьера Рисунок 1.3.2 Загрузка и транспортировка руды

Рисунок 1.3.3 Измельчение руды Рисунок 1.3.4 Шлих

Рисунок 1.4.1. Способы добычи золота Рисунок 2.1.1. Типы конвейеров

Рисунок 2.1.2. Принцип работы конвейера Рисунок 2.2.1. Конвейеры

Рисунок 3.1.1. Вид проекта сверху Рисунок 3.1.2. сортировка датчик расстояния

Рисунок 3.1.3. Конвейер Рисунок 3.1.4. Конвейер

Рисунок 3.1.5 Червячная передача Рисунок 3.1.6 Ременная и угловая передачи

Рисунок 3.2.1 Программа Рисунок 3.2.2 Защита проекта

Просмотров работы: 41