Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность обогащения в значительной пере определяется параметрами сырья, формируемыми в процессе рудоподготовки, то есть крупностью частиц и степенью раскрытия разделяемых минералов. Рудоподготовка включает операции дробления, измельчения и классификации. В пгоцессе добычи и рудоподготовки минерального сырья образуются значительные количества тонкодясперсных; труднообогатишх фракций отделение которых от основного потока в голове технологической схемы является достаточно сложно:: технической задачей. Сложность её обусловлена необходимостью выполнения ряда условий: экономичность процесса, экологические требования, обеспечение большей единичной мощности оборудования. Номенклатура выпускаемых промышленностью пневмоклассификатсров для разделения полнднсперскых материалов по границам менее 0,5 мм крайне ограничена.
Многие полпдпсперсные матегпалы при превышении массовой доли влаги в них свыше определенного предела не могут быть эффективно разделены на два класса кгупностн в воздушных потоках из-за сильной агрегации влажных частиц. Только для пневмоклзсспфпкацпи влажных углей разработаны промышленные образцы термоээроклэсснфпкато-ров производительностью 300 т/ч и более. Однако классификация угля в них производится по границам разделения 3 мм и -3 мм . а затраты условного топлива на процесс сушки высоки :: составляют 5,5 кг/т. Зкономичных, эффективных пневмоклассястлкаторов, обеспечивающих фракционирование влажных полидисперсных материалов по границам разделения менее 0,5 мм не было разрзоотано, что сдерживало внедрение этого процесса в промышленность, а также совершенствование а разработку новых технологических схем обогащения сырья.
Разработка высокоэффективных, высокопроизводительных пневмо-классификаторов с совмещением процессов теплообмена, а также методики их инженерного расчета является валкой актуальной научно-технической задачей.
Тема работы зходила в координационный план научно-исследовательских работ АН СССР на 1966-1990 гт по направлению 3.2.2."Газ-работка и совершенствование теории и методов обогащения полезных ископаемых", в раздел 3.2.2.2.3.1 "Разработка научных основ я технических решений, необходимых для модернизации пневматических аппаратов, создания технологии безотходного обогащения сухими методами бурых углей Подмосковного бассейна и калийных руд".
Цель работы. Исследование основных закономерностей процесса пневмоклассификации сильвинитовых руд с совмещением процесса сушки, создание методов расчета технологических показателе:": процесса разделения, разработка пневмоклассийикаторов и инженерных методов их расчета, исследование физико-механических свойств пылевой фракции сильвинитовых руд.
Методы исследований базируются на изучении закономерностей процессов классификации в аппаратах путем их физического моделирования на специально разработанных стендах, моделях и лабораторных образцах с постановкой факторного эксперимента .
Исследования процессов сушки и классификации проводились на калийных рудах Зерхнекамского месторождения. Основным критерием оценки эффективности процесса классификации являлся критерий Здеса—'.Іайера, а процесса сушки - массовая доля влаги в продуктах разделения. Совершенство конструкции и процесса классификации оценивалось по параметр;'' полноты разделения.
Для экспериментальных исследований применены различные методы, описанные в литературе, без каких либо изменений применительно к поставленной цели: химический, фракционный анализ, математическое и физическое моделирование, определение сыпучих свойств латериала.
Для определения коэффициента пневмотранспортабельности была изготовлена специальная лабораторная установка.
Научная новизна работы:
1. Выявлены основные закономерности совмещенного процесса
cyz?.z и классификации сильвинитовых пуд в пневмоклассифякаторах
пог.эсечно-поточного типа:
-'мелкая фракция обогащается по нерастворимому остатку(н.о.), KCI, ЫдС19, сульфатам;
процесс сушки необходимо вести до достижения массовой доли злаги в мелкой фракции менее 0,5;
скорость потока воздуха в сечении аппарата при разделении по границе 0,25 мгл должна составлять 3,0-3,5 м/с;
при увеличении границы разделения а интервале 0,15-0,5 мгл эффективность классификации возрастает.
2. Получено аналитическое выражение для эффективности клас
сификации аппаратов с наклонной распределительной решеткой в
зависимости от конструктивных и режимных параметров их работы, что позволяет более обоснованно вести конструктивное совершенствование гравитационных пневмоклассификаторов.
-
Из анализа кинетической модели сделан вывод о росте эффективности классификации при увеличении времени пребывания в аппарате мелкой фракции и уменьшении времени пребывания крупной.
-
Получено более информативное выражение для параметра полноты разделения, который монет зависеть от грансостава исходного питания, что подтверждается такие экспериментально.
Лана методика более простого расчета параметра полноты разделения по результатам гранулометрического анализа мелкой фракции.
5. Доказано значительно большее влияние на результаты клас
сификации неравномерности поля скоростей воздуха в сечении аппа
рата, в сравнении с неравномерностью поля концентраций твердой
фазы.
G. Предложены принципиально новые технические решения, реализованные в размольно—классифицирующих аппаратах с совмещением процессов теплообмена, новизна которых подтверждена четырьмя положительными решениями о выдаче патентов на изобретения.
Практическая ценность.
Разработано размольно-классифицирующее оборудование с совмещением процессов теплообмена, что позволяет совершенствовать существующие технологические схемы обогащения сильвинитовых руд и разрабатывать принципиально новые. На базе такого оборудования возможна разработка новых технологий и в других отраслях промышленности.
Разработана методика инженерного расчета гравитационных поперечно-поточных пневмоклассификаторов с совмещением процесса теплообмена.
Разработанная методика расчета основных технологических показателей позволяет прогнозировать результаты разделения при изменении основных параметров: границы разделения, эффективности классификации, качества исходного сырья, что, в свою очередь, позволяет использовать прогнозные оценки на стадии ТЭР, уменьшив при этом количество экспериментов для получения информации о продуктах разделения.
Использование разработанных решений при техническом перевооружении существующих и строительстве новых обогатительных фабрик'
позволит повысить извлечение при обогащении сильвиннтовых руд Н 3-5% по сравнению с достигнутым на флотационных фабриках и получить 65-80$ продукции в обеспыленных формах.
В результате установленных закономерностей процесса пневмо-сепарации калийных руд обоснована неприемлемость его использован в комбинированной флотационно-галургической схеме для руд с масс вой долей MjCI2 в 1% и более из-за сложностей галургической пере работки мелкой фракции руды, обогащенной карналлитом.
В результате изучения физико-механических свойств пылевой фракции сильвинитовых руд обоснована неприемлемость использовани стадии сухой пылеочистки в системах аспирации действующих отделе ний дробления и измельчения из-за низкой сыпучести материала с массовой долей влаги 0,5% и более.
Показаны ошибки в проектах установок пневмоклассификации сильвинитовых руд, выполненных по исходным даннам Пермского поли технического института и Уральского политехнического института.
Реализация результатов работы.
Использование аппаратов, разработанных автором, осуществлялось в корпусе опытных установок ПО "Уралкалий". С 1989 года эксплуатируется установка для сушки и пневмоклассификации руды производительностью 10 т/ч, а с 1990 года установка узла рудопод готовки перед пневмоэлектросепарацией мелкой фракции сильвинитовых руд производительностью 2 т/ч.
Исходные требования на проектирование пневмоклассификатора производительностью 500 т/ч приняты проектной частью Уральского филиала ВНИИГ, а исходные требования на проектирование оборудова^ ния узла рудоподготовки производительностью 12 т/ч для схемы электромагнитного обесшламливания сильвинитовых руд приняты проектной частью Белорусского филиала ВНИИГ. .
Два пневмоклассификатора-охладителя производительностью по 80 т/ч внедряются в 1992 году на БКРУ-І ГО "Уралкалий".
Подготовлен экспонат пневмоклассификатора для Международной выставки "Химия-92" (г.Москва).
Апробация работы. Основные положения изложены
- на семинаре "Перспектива развития проблемы по подготовке сильвинитовой руды сухим методом к обогащению" (г.Минск, ИОНХ АН БССР, 25 ноября 1987г.);
на семинаре "Проблемы подготовки к обогащению сильвините— вой руды сухим методом в связи с охраной окружающей среды" (г. Минск, 6-7 апреля 1988 г.);
на Всесоюзном совещании "Научные основы выбора оптимальных схем обогащения минерального сырья" (Плаксинские чтения, г.Москва, II—13 октября І9Б8 г.);
на отраслевой конференции (Министерство по производству минеральных удобрений СССР) "Совершенствование технологии и оборудования для обогащения калийных руд" (г.Пермь, 28-30 марта 1989г.);
на отраслевой конференции (Министерство атомной энергетики и промышленности СССР) "Пентро?ех-90" (г.Минск, 25-27 сентября 1990 г.);
на региональной конференции "Вопросы экологии и рационального природопользования Еерезкиковско-Соликамского экономического района" (г.Березники, 18-19 апреля, 1991 г.);
на 2-й Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых "Современные методы разработки и обогащения полезных ископаемых при комплексном освоении месторождений" (г.Алма-Ата, 23-27 сентября 1991г.);
на ХУЛ Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (г.Дрезден, ФРГ, 23-28 сентября 1991 г.).
В 1988 и 1991 году работа "Разработка комбинированной технологической схемы переработки сильвинитовых руд, шламующихся в процессах добычи и сухого дробления" отмечена дипломами I степени на областных конкурсах ВХО им.Менделеева.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, кроме того 5 положительных решений на патенты.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы 204 с, в том числе: основной текст (включая 47 рисунков и 47 таблиц) 181 с., список литературы 120 наименований 13 с., 9 с. приложения.