Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 12
1.1. Анализ работ по созданию отечественных сепараторов и технологии обогащения на них марганцевых руд 12
1.2. Обзор исследований по разработке типоразмерного ряда валковых сепараторов 18
1.3. Изучение особенностей магнитной сепарации марганцевых мелкозернистых руд. Основные недостатки конструкции серийных валковых сепараторов 24
1.4. Выводы. Задачи исследования 30
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ МАГНИТНОГО ПОЛЯ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ ВАЛКОВОГО СЕПАРАТОРА . 33
2.1. Исследования силовой характеристики магнитного поля промышленного сепаратора 4-ЭВМ-38/250 33
2.2. Определение силы магнитного поля сепаратора, необходимой для извлечения минералов марганцевой руды различной крупности 42
2.3. Определение силы магнитного поля сепаратора, достаточной для удержания и транспортировки магнитных минералов марганцевой руды 53
2Л. В ы в о д ы 59
3. СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ СЕПАРАТОРА 61
3.1. Выбор метода исследования 61
3.2. Разработка экспериментальной модели электромагнитного валкового сепаратора 63
3.3. Определение критерия оптимизации геометрических параметров рабочей зоны сепаратора 69
3.4. Определение оптимальной высоты рабочего Стр. зазора и шага полюсов ^
3.5. Исследование влияния геометрических параметров рабочей зоны сепаратора на его силовое поле и производительность 83
3.6. Определение оптимальных параметров рабочей зоны сепаратора методом планирования эксперимента 92
3.7. В ы в о д ы 99
4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СЕПАРАТОРА ДЛЯ МАГНИТНОГО ОБОГАЩЕНИЯ МАРГАНЦЕВЫХ РУД КРУПНОСТЬЮ 0,15-1 ММ ЮО
4.1. Выбор принципиальной конструктивной и технологической схемы сепаратора ЮО
4.2. Разработка новой конструкции валка и полюсного наконечника 102
4.3. Промышленные испытания модернизированного сепаратора 4ЭВМ-38/250 ИЗ
4.4. Оценка экономической эффективности от разработки и последующего применения нового сепаратора 127
4.5. В ы в о д ы 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135
ЛИТЕРАТУРА 137
ПРИЛОЖЕНИЕ 146
Введение к работе
Директивами ХХУІ съезда КПСС на 1980-1985 годы и на период до 1990 года предусмотрено:... "повысить извлечение компонентов из добываемых руд, увеличить содержание железа, марганца и хрома в концентратах"/52/.
Это ставит задачу разработки новых высокоэффективных процессов и аппаратов и на их основе осуществление технического перевооружения и реконструкции действующих предприятий с целью снижения себестоимости продукции и повышения производительности труда.
Важная роль в решении этих задач принадлежит магнитной сепарации. По масштабу метод магнитного обогащения руд черных металлов в СССР находится на первом месте, поэтому к оборудованию, применяемому для его реализации, предъявляются повышенные требования.
Из слабомагнитных руд в Советском Союзе и за границей мокрому магнитному обогащению на электромагнитных валковых сепараторах с сильным полем подвергаются марганцевые, бурожелезняко-вые, сидеритовые руды, черновые концентраты и другие продукты обогащения руд редких металлов, кварцевые пески и полевые шпаты крупностью 0,02-5 мм. Удельный вес мокрой магнитной сепарации при обогащении марганцевых и бурожелезняковых руд составляет 25-35%.
В нашей стране наиболее широкое промышленное применение получила мокрая магнитная сепарация марганцевых руд благодаря созданию принципиально новых, оригинальных по конструкции отечественных сепараторов 2ВК-5 и 5СВК. С целью ускорения технического прогресса в области марганцевой рудоподготовки издано специальное постановление Совета Министров СССР /59/, предусматривающее создание новых высокопроизводительных видов машин и механизмов, в том числе электромагнитных сепараторов для обогатительных фабрик марганцеворудной промышленности.
Поставленная задача, в части создания высокоинтенсивных электромагнитных сепараторов для мокрого магнитного обогащения марганцевых руд крупностью 0,15-5 мм и увеличения выпуска концентратов высших сортов, решалась институтом Механобрчермет совместно с машиностроительными предприятиями и горно-обогатительными комбинатами Никопольского бассейна.
Следует отметить, что вопрос создания новых сепараторов с лучшими технико-экономическими показателями по сравнению с сепараторами 2ВК-5 и 5СВК, решался, в основном, путем значительного ( в 2-3 раза) увеличения их габаритов и массы.
За короткий промежуток времени с I960 по 1970 годы разработано три типоразмера валковых сепараторов 4-ЭВМ-ЗО/ЮО, 2ЭВМ-38/250 и 4ЭВМ-38/250. Внедрение новых сепараторов на обогатительных фабриках позволило в Никопольском бассейне ликвидировать концентрат Ш сорта и увеличить выход концентрата I и П сортов /5, 55, 57, 65/,
Особенно широкое применение получил сепаратор 4ЭВМ-38/250, который в период с 1970 по 1982 годы был внедрен практически на всех обогатительных фабриках страны по переработке марганцевых руд. Сепаратор 4ЭВМ-38/250 по общей и удельной производительности, удельным показателям энергоемкости, материалоемкости и водопотреблению является лучшей машиной в мире среди сепараторов аналогичного назначения. В связи с этим, а также низким извлечением марганца при обогащении флотацией шламов марганцевых руд и отсутствием в нашей стране промышленных сепараторов с высокоинтенсивным магнитным полем для обогащения слабомагнитных руд крупностью менее I мм, начали применять сепараторы 4-ЭВМ-38/250 для обогащения зернистой части шламов крупностью 0,02(0,04)-1 мм. Однако эффективность обогащения класса минус 0,3 мм при этом составила 10-15%, а производительность сепара тора уменьшилась с 16-22 т/ч до 8-12 т/ч.
Применение сепаратора 4ЭШ-38/250 для обогащения буроже-лезняковых руд Лисаковского месторождения крупностью 0,15-1,6 мм также не принесло ожидаемого эффекта - потребовало применения трех-четырех приемов мокрой магнитной сепарации для получения кондиционного концентрата и отвальных хвостов, производительность сепаратора при этом составила 12-15 т/ч /19, 56/.
Низкие технологические показатели обогащения и производительность сепараторов 4ЭВМ-38/250 при разделении слабомагнитных руд крупностью 0,02-1,6 мм объясняются тем, что параметры профиля рабочей зоны сепаратора разрабатывались применительно к обогащению руд крупностью 0,15-5 мм с незначительным содержанием класса менее 0,5 мм и величина силы магнитного поля оказалась недостаточной для эффективного обогащения материала крупностью минус 0,5 мм.
Проведенный автором анализ силы магнитного поля, необходимой для извлечения и достаточной для удержания магнитных минералов марганцевых руд в водной среде в свободном рабочем зазоре высотой 10 мм, показал, что создание условий, обеспечивающих извлечение минералов крупностью 0,02 и 5 мм в одной и той же рабочей зоне, практически невозможно.
При этом следует отметить, что сила магнитного поля, создаваемая в рабочей зоне валковых сепараторов при расстоянии между полюсами 10 мм недостаточна по величине для разделения минералов марганцевой руды крупностью менее 0,15 мм. В этом случае необходимо или уменьшить ширину межполюсного пространства с 10 до 1-2 мм или заполнить его различными ферротелами (пластины, шары, стержни, сетки и т.д.).
Это указывает на необходимость предварительной классификации исходного материала крупностью 0-4 мм по классам 0,15 мм и I мм и осуществление раздельного обогащения марганцевой руды крупностью менее 0,15 мм, 0,15-1 мм и 1-4- мм на сепараторах с различным конструктивным исполнением рабочей зоны.
Цель настоящей работы состоит в решении вопросов разработки и оптимизации геометрических параметров профиля рабочей зоны электромагнитного валкового сепаратора применительно к мокрому магнитному обогащению марганцевых руд крупностью 0,15-1 и 1-4 мм, разработке основных конструктивных решений и технологической схемы промышленного сепаратора, который по сравнению с достигнутыми показателями лучшего отечественного сепаратора 4-ЭВМ-38/250, принимаемого при разработке нового сепаратора за базовый, без существенного увеличения его габаритов и массы обеспечит получение следующих показателей:
повышенное на 1-2% содержание марганца в концентрате;
увеличенное на 0,5-1% извлечение металла в концентрат;
возросшую на 20-30% удельную производительность.
Идея работы заключается в повышении эффективности обогащения, удельной производительности и надежности в работе валкового сепаратора за счет разработки новых методов исследования позволяющих:
рационально использовать полезный объем рабочей зоны с максимальным значением силы магнитного поля;
распределить силу магнитного поля в зоне извлечения и в зоне удержания и транспортировки материала в соответствии с требуемыми значениями;
учесть влияние вещественного состава и технологических факторов (крупность руды, извлечение металла в концентрат, производительность и т.д.J на конструктивные параметры рабо-чей зоны сепаратора.
А также за счет разработки новых технических решений, позволяющих увеличить в два раза число зон притяжения материала на один метр ширины питания при одновременном увеличении ширины щелей в полюсных наконечниках немагнитного продукта, что обеспечит их незабиваемость.
При разработке нового сепаратора использованы все достоинства предшествующих конструкций ряда электромагнитных валковых сепараторов типа ВК.
Применяемые до настоящего времени методы расчета магнитных полей в рабочем зазоре валковых сепараторов (метод конформного преобразования, численный метод расчета на ЭЦВМ и др.) ввиду принимаемых допущений (плоскопараллельность магнитного поля в рабочем зазоре, эквипотенциальность поверхностей валка и полюсных наконечников и т.д.) не обеспечивают достаточной точности расчета характеристик магнитного поля.
Так как серийно выпускаемые промышленные валковые сепараторы имеют небольшой диаметр валка (270-380 мм), что обуславливает кривизну рабочего канала, то и плоскопараллельность магнитного поля можно рассматривать только на небольшом участке рабочей зоны, а в силу того, что сепараторы работают с на-пряженностями магнитных полей близкими к насыщению (1,5-1,7 Тл), рассматривать поверхности профилей как эквипотенциальные нельзя.
Чтобы реально проанализировать магнитную зону разделения минералов и произвести ее оптимизацию разработан новый векторный метод координатных точек.
Исследование процесса мокрой магнитной сепарации мелкозернистых марганцевых руд показало, что факторы, связанные с вещественным составом исходного материала и оказывающие существенное влияние на эффективность магнитной сепарации, как правило, не поддаются регулировке в процессе обогащения и зависят от принятых геометрических размеров элементов профиля рабочей зоны сепаратора.
Отсутствие эффективных расчетных и экспериментальных методов оценки и оптимизации геометрических параметров профиля рабочей зоны электромагнитных валковых сепараторов делает необходимой постановку соответствующих экспериментальных исследований, которые были проведены в соответствии с разработанной методикой, на специально изготовленной физической модели электромагнитного валкового сепаратора с набором легкосъемных полюсных наконечников с использованием метода планирования эксперимента .
В работах советских ученых В.И.Кармазина, В.Е.Скродского и Ю.И.Азбеля /33, 64, 2/ по интенсификации процесса магнитного обогащения и разработке конструкций электромагнитных валковых сепараторов для сухого обогащения редкоземельных, бурожелезня-ковых и цветных слабомагнитных руд крупностью 0-1 їді показана целесообразность уменьшения шага полюсов с 32 мм, применяемого на всех серийно изготавливаемых валковых сепараторах, до 12-24 мм. Трудность практической реализации данного предложения заключалась в необходимости сохранения софокусности полюсов, при котором в таком же соотношении требуется уменьшение ширины щелей в полюсных наконечниках для разгрузки немагнитного продукта.
В промышленном сепараторе 4ЭВС-30/100 применен шаг полюсов 16 мм, но при этом ширина щели в полюсных наконечниках уменьшена с общепринятой - 10 мм до 5 мм, что может быть приемлемым только для случая сухого обогащения редкометальных руд с повышенными требованиями к крупности исходного питания.
В сепараторе 229-СЭ применен шаг полюсов 16 мм, но при этом авторы отказались от применения щелей в полюсных нако нечниках, использовав делительную перегородку. Применение делительной перегородки является простейшим, давно известным техническим решением, однако при этом наблюдается нечеткое разграничение разделенных продуктов для дальнейшей раздельной транспортировки и возникает необходимость регулировки ее положения.
По-моему мнению целесообразность применения делительной перегородки может быть оправдана только в случае использования скоростного режима при сухой сепарации материала. Наличие щелей в полюсных наконечниках для разгрузки немагнитного продукта, при условии обеспечения их незабиваемости, позволяет значительно (на 60-80 мм) удалить друг от друга место разгрузки магнитного и немагнитного продукта, а также производить разгрузку немагнитного продукта в зоне действия магнитного поля, что способствует выделению более чистого продукта.
Для решения вопроса практического и эффективного использования предложения по уменьшению шага полюсов для мокрого магнитного обогащения слабомагнитных руд крупностью 0,15-1 мм автором совместно с В.В.Крутием и Л.Н.Херсонцем предложена новая конструкция сепаратора, защищенная авторским свидетельством, в котором по сравнению со всеми серийно изготавливаемыми валковыми сепараторами увеличено в два раза количество выступов на валке одной и той же длины и одновременно увеличена на 60 ширина щелей в полюсных наконечниках.
При выполнении работы разработаны и выносятся на защиту:
I. Векторный метод координатных точек для определения характеристик магнитного поля сепараторов, который позволяет по измеренной величине горизонтальной и вертикальной составляющей напряженности магнитного поля, с высокой степенью точности в любой точке межполюсного пространства рассчитать напряженность магнитного поля, градиент напряженности и силу магнитного по ля как по величине так и по направлению их действия.
2. Метод расчета и оценки сил магнитного поля валковых сепараторов, необходимых для извлечения и достаточных для удержания и транспортировки магнитных минералов марганцевой руды различной крупности.
3. Методика определения оптимальных геометрических параметров рабочей зоны валкового сепаратора по принятому критерию оптимизации - полезная площадь рабочей зоны и стенд для проведения экспериментальных исследований, включающий физическую модель электромагнитного валкового сепаратора с набором легкосъемных полюсных наконечников.
4. Новый электромагнитный валковый сепаратор 4-ЭВМ-38/250А. для мокрого магнитного обогащения марганцевых и других слабомагнитных руд крупностью 0,15-1 мм, серийное изготовление которого и внедрение в производство начато в 1984 году.
Это важное направление технического перевооружения для повышения эффективности производства марганцевых концентратов за счет повышения уровня, увеличения и углубления исследовательских и конструкторских работ по созданию электромагнитных валко вых сепараторов и внедрению на Марганецком и Орджоникидзевском ГОКах без дополнительных капитальных вложений, входит в региональную комплексно-целевую программу "Руда".
Изучение физико-механических свойств марганцевых и буроже-лезняковых руд, обогащаемых на электромагнитных валковых сепараторах показывает, что по удельной магнитной восприимчивости, удельной намагниченности, истинной плотности и насыпному весу они имеют незначительные отличия /30, 31, 66 68/, поэтому разрабатываемый сепаратор в полной мере можно использовать при обогащении железных руд Лисаковского месторождения и других слабомагнитных руд крупностью 0,15-1(2) мм с удельной магнит ной восприимчивостью полезных минералов в диапазоне (2-75) 10 7м3/кг.
