Введение к работе
Актуальность проблемы. Дія промышленного производства глинозема до настоящего времени используются в основном бокситовые руды. В последние десятилетия в России вследствие отсутствия высококачественных бокситов в промышленном масштабе внедрена технология комплексной переработки щелочных алюмосиликатов (нефелиновых руд и концентратов) с получением глинозема, соды, поташа, сульфатов, хлоридов, редких металлов и строительных материалов (цэлвнта и др.).
В технологической схеме комплексной переработки нефелинов важное место занимает процесс подготовки исходной сырьевой смеси из нефелина и известняка заданного химического и гранулометрического состава. Затраты на приготовление шихты занимают примерно 10-15$ в себестоимости глинозема без стоимости сырья. Практика освоения схем приготовления исходной;сырьевой смеси на действующих заводах показывает, что при их совершенствовании можно получить значительный экономический эффект за счет снижения затрат энергии, материалов'и увеличения извлечения ценных компонентов.
, Особенностью процессов подготовки сырьевой шихты в глиноземной промышленности является не раскрытие сростков полезных минералов, а -раздельное и на определенной стадии совместное измельчение разнопроч-ных компонентов (нефелиновая руда или концентрат и известняк) с целью доизмельчения до требуемой крупности и гомогенизации вещественного состава с необходимостью получения заданного соотношения их в классах крупности.
Нефелиновая руда по своим физико-механическим свойствам существенно отличается от известняка. Так, она в 2-2,5 раза тверже,прочнее, чем известняк.
При совместном помоле твердой нефелиновой руды и мягкого известняка, когда не учтена оптимальная исходная крупность их перед смешением, крупные классы шихты оказываются обогащенным! более твердым компонентом, более мягкий концентрируется в мелких классах, что в последующих процессах переработки затрудняет прохождение твердофазных реакций, определяет избирательный пылеунос мягкой составляющей из печей спекания и приводит к безвозвратным потерям полезных компонентов, так как часть их остается в нерастворимых соединениях. В результате снижается качество спека, полезные компоненты недоизвлекаются из сырья, возникает ряд других проблем, снижаются технико-экономические показатели всего процесса комплексной переработки алюминийсодержащего сырья.
Приготовление сырьевых смесей из разнопрочных компонентов хар терно и для других отраслей промышленности (например, цементной). В настоящее время в технической литературе практически отсутствуют сведения по вопросам подготовки сырьевых смесей из разнопрочных ко понентов в промышленных условиях.
Управление многостадийными технологическими схемами традициор осуществляется с поющью локальных систем управления с использоваї ем вторичных приборов и регуляторов, устанавливаемых на щитах КИШ что не обеспечивало качество получаемой глкноземсодерващей шихты і химическому составу.
В этой связи исследование и разработка оптимальной автоматизі рованной с помощью персональных компьютеров и микропроцессорных к< роллеров технологической схемы приготовления глиноземе оде ржащей C1 кательной шихты из нефелина и известняка является актуальной зада1
Цель работы. Разработка технических решений и на их основе : здание и внедрение усовершенствованной автоматизированной техноло: ческой схемы подготовки исходной сырьевой смеси (известняково-не$ линовой шихты) оптимального гранулометрического состава с заданны распределением твердого и мягкого компонентов по классам крупност для получения максимального извлечения ценных компонентов в после ющем процессе спекания.
Задачи исследования. I. Анализ существующих схем шихтоподге товки сырьевой шихты, состоящей из нефелиновой руды или не$елиноі го концентрата и известняка, с целью определения возможности их j вершенствования и повышения технико-экономических показателей.
-
Изучение закономерностей совместного измельчения разнопр; ных компонентов с целью разработки усовершенствованной технологи приготовления шихты заданного гранулометрического состава.
-
Испытания и внедрение замкнутого цикла измельчения тверд; компонента - нефелиновой руды, в схеме приготовления известняков нефелиновой шихты в условиях жесткого ограничения влажности пуль по стадиям приготовления на оборотных содовых растворах с сэдеря нием щелочи /v 80 г/дм3 и температурой <-v 60С.
-
Исследование влияния гранулометрического состава нефелин вой шихты на показатели спекания и расход энергии на измельчение сопоставление его с увеличением извлечения ценных компонентов в последующих переделах.
-
Разработка концепции и алгоритмов автоматизированного yi ленг-я процессом приготовления известняково-неаелиновой шихты с
целью обеспечения заданного технологического регламента работы отдельных стадий процесса и требуемого состава исходной сырьевой шихты.
.Научна^ новизна. Методологическую новизну работы определяет комплексный подход к проблеме получения глиноземсодержащей НЄСГЄЛІІНО-известняковой шихты заданного гранулометрического состава с определением максимально возможного извлечения ценных компонентов и минимизации затрат энергии на измельчение.
В промышленном масштабе подтверждена ватная закономерность процесса помола о независимости измельчения каждого компонента смеси.
Основные положения совместного измельчения разнопрочных компонентов с опережающим измельчением твердого компонента проверены в промышленных условиях и внедрены в практику приготовления известня-ково-не$елиновой шихты для получения глинозема методом спекания.
Впервые разработана и внедрена технология измельчения твердого компонента шихты - нефелина -jв замкнутом цикле в условиях измельчения его на оборотных содовых растворах и жесткого требования к влажности шихты по стадиям приготовления.
Теоретически разработана концепция построения многостадийных аппаратурно-технологических схем приготовления сырьевых смесей, состоящих из нескольких компонентов, с возможностью получения при их реализации шихт заданного химического и гранулометрического состава.
Практическая ценность. В результате Проведенных исследований разработаны принципы построения схем шихтояодготовки при получении глинозема методом спекания из нефелиновых руд или нефелинового концентрата.
Разработана прогрессивная схема подготовки шихты из разнопрочных компонентов с опережающим измельчением твердого компонента в замкнутом цикле с гідроциклонами на I стадии и на Ачинском глиноземном комбинате внедрена усовершенствованная схема приготовления гли-ноземсздергащей шихты. Разработанные алгоритмы автоматизированного управления процессами пшхтолодготовки реализованы в АСУТП, построенной по иерархическому принципу. В процессе создания АСУТП впервые в отрасли апробирован и используатся в промышленном масштабе вариант беслриборного управления многостадийным технологическим процессом.
Новая автоматизированная схема шихтоподготовки позволила снизить расходы энергии и шаров, увеличить количество выпускаемой шихты, снизить крупность измельчения нефелина и шихты в целом, повысить качество шихты и спека, увеличить извлечение полезных компонентов из руды.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на межотраслевой научно-практической конференции в ШТК "Механобр", г.Ленинград, 1986 г., межотраслевом совещании "їАікроцро-цессорная техника в управлении технологическими процессами",г.Ачины 1993 г., на научно-технических советах институтов "Мдханобр", ВАШ і КИЩ в 1988-1993 гг.
Публикации. Материалы работы опубликованы в двух книгах, учебном пособии, двух статьях и шести описаниях авторских свидетельств.
Состояние вопроса по литературным данным. Как известно, переработка нефелиновых руд методом спекания заключается в переводе при температуре 1260-1300С оксида алюминия в растворимые алюминаты щелочных металлов, а оксида кремния - в малорастворимый двухкальодевні силикат.
Важнейшим фактором, определяющим качество спека, следует счита' уровень возможного извлечения оксидов ценных компонентов, так как с повышением извлечения уменьшаются расходные коэффициенты по сырью, основным и вспомогательным материалам для получения одной тонны гл нозема. Основные физико-химические превращения происходят при спека ний тонкодисперсной шихты и завершаются при частичном оплавлении по> лучаемого спека. Причем, определяющее значение для'получения качест венного спека имеет постоянная степень его оплавления. Размеры частиц исходных сырьевых компонентов существенно влияют на взаимоцейст вие между составляющими элементами шихты при спекании и в значитель ной мере определяют уровень извлечения полезных компонентов. '
Проведенные до настоящего времени исследования ставили своей целью определение оптимальной крупности составляющих нефелиновой ши ты с точки зрения получения качественного спека с максимальным извл чением ценных компонентов без оценки затрат на измельчение исходных сырьевых компонентов до требуемой величины.
Все авторы этих исследований рекомендуют оптимальную крушості нефелиновой составляющей не более 4,0$ кл.+0,08 мм, известняковой -с содержанием фракции более 0,08 мм 5-12$ в зависимости от структуї ных особенностей известняка и степени его самодиспергирования при декарбонизации.
Кроме того, процесс измельчения рассматривался до сих пор как механический процесс, который не влияет на реакционную способность твердых веществ. Однако, за последнее десятилетие получено много новых данных о влиянии различного рода механических воздействий на
твердые кристаллические вещества с более глубокой перестройкой их структуры и изменением молекулярной массы lj.
Применяемые в настоящее время на глиноземных заводах,перерабатывающих нефелины (Ачинский глиноземный комбинат, Вэлховский алюминиевый завод и Пикалевское акционерное.общество "Глинозем"), схемы приготовления шихты имеют ряд существенных недостатков.
Общим недостатком всех схем является переизмельчение известняковой составляющей и недоизмельчение нефелиновой, что ухудшает качество спека, снижает производительность печей спекания. Это объясняется, в основном, тем, что яри компоновке схем не учтены физические свойства перерабатываемого сырья, а именно - различная его измельчав мость.
Существенным недостатком приведенных схем является также невозможность использования замкнутых циклов измельчения из-за низкой влажности пульп по стадиям приготовления шихты.
Еще одним недостатком cxeli подготовки сырья в глиноземной промышленности является использование трубных мельнкц, которые в данном случае имеют низкую эффективность и удельную производительность,особенно при измельчении нефелиновой руды.
Удельная производительность мельниц Ачинского глиноземного комбината при измельчении нетелина по классу -0,08 мм равна 0,4-0,5т/м3ч. Удельные производительности мельниц # 2,2x13' и при измельчении нефелинового концентрата на Волховском алюминиевом завода и объединении "Глинозем", также низки и составляют 0,3-0,4} т/м3 ч, что значительно ниже средних показателей, достигнутых в обогатитальнои промжшенности.
Так как исходными компонентами глиноземсодержащей шихты при переработке нефелинов являются материалы, имеющие различные физико-хи- мические свойства, в том числе и измельчавмоеть, то выбор рациональных схем и режимов измельчения имеет ряд особенностей.
Для возможности выбора рациональных схем и режимов измельчения руд, получения заданной характеристики крупности готового продукта и оптимального распределения компонентов по классам крупности очень важно знать поведение в мельнице отдельных составляющих, различных по своим физическим и механическим свойствам.
Для получения заданного состава шихты по фракциям крупности с целью обеспечения наиболее полного извлечения полезных компонентов и комплексного использования сырья, сырьевые составляющие должны смешиваться при определенной дисперсности каждого из компонентов.
Закономерности совместного помола изучены еще недостаточно глубоко и полно. В частности, нет однозначного ответа на вопрос о том,
с какой крупности южно смешивать разнопрочные компоненты,чтобы при дальнейшем совместном измельчении получить заданное их соотношение во всех классах шихты. Нет еще детальной проработки применения уста новленных закономерностей к расчету схем подготовки шихты из разно-прочных компонентов. Не решены и другие вопросы, связанные с законо мерностями поведения разных материалов при их совместном измельчены Ниже излагаются некоторые попытки решения указанных закономер ностей применения их к промышленным процессам приготовления шихты в глиноземной промышленности на примере измельчения нефелиновой руды известняка, составляющих сырьевую базу Ачинского глиноземного комби
ната.
В настоящей работе с использованием теоретических основ прогно
зирования конечных результатов совместного измельчения компонентов определяются принципы построения схем приготовления шихт из разно-прочных компонентов. Приводятся данные промышленных испытаний и последующего внедрения'в производство различных технологических схем совместного измельчения нефелиновой руды и известняка с разработкой алгоритмов автоматизированного управления и внедрения на их основе микропроцессорной системы управления многостадийным технологически? процессом.
Материал и методика исследований. Работа проводилась в услові ях предприятий: Ачинского глиноземного комбината, институтов "Нехаї КИЩ, ВАМИ, в рамках научно-технического сотрудничества. В работе з пользовались стандартные установки, оборудование и приборы.
Химический состав исходных сырьевых компонентов, шихт, спеков шламов определялся на квантометре SiMUATiX , фазовый состав cm ков и шламов на аппаратах ДРОН-2, ДРОН-3. Статистическая обработка полученных данных выполнялась на ЭВМ М-6000.
Промышленные испытания проводились в отделении приготовления шихты сырьевого цеха Ачинского глиноземного комбината по спзциальн разработанным программам с использованием стандартных методик опро вания процессов и обработки полученных результатов.