Введение к работе
Актуальность работы. Бокситовые руды являются основной базой для производства глинозема. Ввиду ограниченности запасов разведанных высококачественных бокситов, основной тенденцией в развитии глиноземного производства в нашей стране на современном этапе является все более широкое вовлечение в эту сферу алюмосиликатного сырья (нефелиновых сиенитов, нефелинового концентрата и т.п.). Ценность этого вида сырья заключается в том, что в его составе, наряду с окисью алюминия, присутствуют соединения щелочных и редких металлов. Поэтому нефелиновые породы являются комплексным сырьем,, в процессе переработки которого используют основные составляющие его компоненты и получают глинозем, соду, поташ, цемант, редкие металлы. В нашей стране впервые в мире в промышленном масштаба на Волховском алюминиевом, а затем на Пикалеаском глиноземном заводе осуществлена комплексная переработка нефелинового концентрата, получаемого на комбинате "Апатит" из хвостов апатитового цикла методом флотации. Себестоимость глинозема, получаемого из нефели-нов, ниже, чем из высококачественных байеровских бокситов.
На базе Кия-Шалтырского месторождения нефелиновых руд, кото* рые по составу близки к нефелиновому концентрату комбината "Апатит1"., построен и в 1970 г. введен в строй Ачинский глиноземный комбинат (АГК), крупнейшее в мире глиноземное предприятие на основе нефелинов.
В технологической схеме комплексной переработки нефелинов важное место занимает процесс подготовки исходной сырьевой смеси нефелина и известняка заданного химического и гранулометрического состава. Затраты на приготовление шихты занимают примерно 30% в. себестоимости глинозема. 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 и материалов на шихтопод-готовку.
При выборе рациональной схемы подготовки сырьевых материалов необходимо преследовать цель наиболее полного извлечения полезных компонентов в последующих переделах. Особенностью процессов подготовки сырьевой шихты в глиноземной промышленности является не раскрытие сростков полезных компонентов, а раздельное и на определенной стадии совместное измельчение разнопрочных компонентов (нефелиновая руда и известняк) с целью доизмельчения до требуемой крупности и гомогенизации вещественного состава с необходимостью получения заданного соотношения их в классах крупности.
В мировой научно-технической литературе практически отсутствуют сведения по вопросам оптимизации схем подготовки сырьевых смесей из разнопрочных компонентов в промышленных условиях. Примеры решения этих вопросов являются весьма актуальными.
Учет закономерностей совместного измельчения различных по твердости и измельчаемости минералов, из которых состоят практически все руды черных и цветных металлов, крайне необходим при разработке рациональных схем подготовки сырьевой шихты в глиноземной промышленности для обеспечения наиболее полного и комплексного использования алюминиевого сырья. Нефелиновая руда по своим физико-механическим свойствам в 2-2,5 раза тверже, прочнее известняка/ При совместном помоле твердого и мягкого компонента, когда не учтена оптимальная исходная крупность их перед смешением, крупные классы шихты оказываются обогащенными более твердым минералом, более мягкий компонент концентрируется о мелких классах, что в последующих процессах переработки затрудняет прохождение твердофазных реакций в классах крупности шихты, 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. Этих недостатков удается избежать, если схемы шихтоподготовки компоновать с учетом закономерностей совместного измельчения раэнопрочных компонентов.
Повышение эффективности технологии измельчения минерального сырья возможно на основе углубленного понимания природы физических процессов, происходящих при сокращении крупности, путем сочетания теоретических представлений о процессе разрушения и прикладных исследований по разрушению природных или искусственных материалов и их смесей.
В настоящее время проблема измельчения материалов изучена еще не достаточно глубоко и полно. Отстает от требований практики также изучение и теоретическое объяснение закономерностей, происходящих при совместном измельчении раэнопрочных компонентов, из которых состоят практически все руды черных и цветных металлов. Знание таких закономерностей позволит осознанно оптимизировать технологические процессы, добиваясь селективного измельчения определенных компонентов (минералов или отдельных классов крупности), тем самым повышая эффективность последующих технологий.
Таким образом, всестороннее изучение закономерностей совместного измельчения раэнопрочных компонентов и на их основе создание эффективной технологии подготовки глиноземосодержащеи шихты из нефелинов и известняков, обеспечивающей оптимальное извлечение ценных компонентов из сырья, является весьма важной народнохозяйственной задачей, решению которой посвящена представленная диссертационная работа.
Цель работы.: Интенсификация технологических процессов измельчения минеральных систем, содержащих разнопрочные компоненты,
создание эффективной технологической схемы подготовки шихты для производства глинозема из нефелинов.
Задачи исследований: 1. Теоретическое и экспериментальное изучение закономерностей совместного измельчения компонентов разной прочности в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях для проверки теоретических положений.
-
Разработка концепции построения оптимальных технологических схем приготовления шихты из разнопрочных компонентов, обеспечивающих минимизацию затрат материальных и энергетических ресурсов и более полное извлечение полезных составляющих из руд или повышение эффективности последующих технологий.
-
Разработка и освоение рациональной технологии приготовления известняково-нефелиновой шихты глиноземного производства.
Научная новизна: 1. Установлен ряд новых закономерностей процесса совместного измельчения разнопрочных минеральных компонентов, на основании которых разработаны теоретические основы прогнозирования технологических показателей измельчения двухкомпонентных смесей, в частности — процесса приготовления известняково-нефелиновой шихты глиноземного производства.
2. Разработаны теоретические и прикладные основы создания тех
нологических схем, обеспечивающих опережающее измельчение твер
дого компонента при переработке минеральных систем, содержащих
разнопрочные материалы.
3. Разработана новая методика исследований совместного измель
чения разнопрочных компонентов, позволяющая определять параметры
измельчения в промышленных мельницах на базе лабораторных иссле
дований.
Практическая ценность: 1. Разработана и внедрена на Ачинском глиноземном комбинате и Волховском алюминиевом заводе новая технология подготовки шихты, содержащей разнопрочные компоненты — нефелин и известняк —, обеспечивающая высокие технологические показатели с минимальными энергозатратами.
2. Разработаны и внедрены в практику принципы и алгоритмы расчетов параметров многостадиальных технологических схем измельчения минеральных систем, содержащих разнопрочные компоненты.
Научная новизна работы подтверждается 8 авторскими свидетельствами на изобретения, 5 из которых внедрены в производство.
Практическая ценность работы подтверждается экономическим эффектом в размере 10 млн. рублей в ценах 1989 г. от внедрения разработок на Ачинском глиноземном комбинате.
На защиту выносятся:
обоснование и промышленное подтверждение основных закономерностей совместного измельчения материалов разной прочности;
методика исследований процесса совместного измельчения раз-мопрочных компонентов, позволяющая на основе лабораторных исследований определять параметры промышленного процесса;
методические положения для инженерных расчетов многостадиальных схем измельчения с определением объема мельниц для предварительного измельчения твердой составляющей двухкомпонентной шихты по лабораторным данным;
усовершенствованная технология приготовления глиноземсодер-жащей известняково-нефелиновой шихты, предусматривающая опережающее измельчение твердого компонента.
Достоверность научных положений подтверждается широкой апробацией в промышленности новых технологий, созданных на основе предложенных в работе теоретических разработок. Теоретически рассчитанные показатели процессов полностью совпали с промышленными данными.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических советах институтов "Механобр" и ВАМИ в 1972-1995 гг,, на научно-технических конференциях в г. Ачинске в 1979-1986 гг., межотраслевой научно-практической конференции МНТК "Механобр", г. Ленинград, 1986 г., межотраслевом совещании в г. Ачинске, 1993 г.
Публикация. Материалы работы опубликованы в трех монографиях, 23 статьях в журналах "Обогащение руд", "Цветные металлы", научных трудах институтов "Механобр" и ВАМИ, 7 патентах и 8 описаниях авторских свидетельств. По материалам работы выпущено 24 отчета о научно-исследовательских работах.
Вклад автора в публикации, выполненные в соавторстве, состоял в научном и технологическом обосновании и разработке новых способоа и технологий совместного измельчения равнопрочных компонентов, в обсуждении и интерпретации полученной научной и технической информации и разработке на их основе дальнейшего направления работ. Все технологические исследования, эксперименты, полупромышленные и промышленные испытания, внедрение и промышленное освоение проведены под руководством и при непосредственном участии автора по разработанным автором программам в институте "Механобр", на Ачинском глиноземном комбинате и Волховском алюминиевом заводе.
Материал и методика исследований. Работа проводилась в условиях предприятий: Ачинского глиноземного комбината, Волховского алюминиевого завода, Л.О.Тлинозем" (Пикалево), институтов "Механобр", ВАМИ, в рамках научно-технического сотрудничества. В работе использовались стандартные установки, оборудование и приборы.
Химический состав исходных сырьевых компонентов, шихт, спеков и шламов определялся на квантометре SIMUZTIX, фазовый состав спеков 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 комбината по специально разработанным программам.
Автор выражает глубокую признательность Р.Я. Дашкевич, А.И. Киселеву, А.И. Пивневу, В.П. Логачеву, Н.В. Чуеву, О.А. Чащину, Г.М. Нестеруку за большую помощь, оказанную автору при организации промышленных испытаний и внедрении новых технологий в практику работы сырьевого цеха Ачинского глиноземного комбината.