Технология обесвоживания и параметры брикетирования шлама железомарганцевых конкреций перед металлругической переработкой Пушканов, Владислав Владимирович

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время потребность в цветных, редких, редкоземельных и других металлах неуклонно возрастает, что требует значительного расширения минерально-сырьевой базы. В свою очередь ззпасы континентальных руд ограничены и многие месторождения уже практически выработаны. Это ставит задачу поиска новых нетрадиционных видов минерального сырья. В связи с этим все более актуальной становится проблема изучения и вовлечения в промышленную сферу деятельности человека природных богатств Мирового океана. Среди последних наибольший практический интерес вызывают океанические железомарганцевые конкреции (ЖМК), так как они являются источником таких остродефицитных металлов, как медь, никель, кобальт, молибден, марганец. Поэтому во всем мире большое внимание уделяется проблеме их добычи и промышленного использования.

Промышленное освоение месторождений железомарганцевых конкреций представляет собой очень сложную задачу. В России в соответствии с государственной комплексной программой "Мировой океан" (раздел 04 "Геология н геофизика океана", подраздел 04.04. "Железомарганцевые конкреции с добычным судном") проводятся работы по созданию перспективных способов добычи, переработки и комплексного использования океанических конкреций. Как показывает анализ, во всех раннее разработанных технологических процессах предусматривается операция их обезвоживания. Важное значение эта операция приобретает о условиях морского горного промысла па судах добычи п первичного обогащения железонарганцевых конкреций, так как по предварительным дапным объем шлама крупностью менее 5 мм составит порядка 40% от добычи, однако и соответствии с нормированием безопасности морской перевозки пезерповых навалочных грузов необходимо обезвоживать до влажности при которой он будет находиться а динамическом равновесии с влажностью атмосферы. Как показывают расчеты, транспортировка обезвоженного шлама ЖМК позволяет снизить эксплуатационные затраты па 3 $ США с каждой тотгы материала.

Шлам железомарганцевых конкреций, как показывают исследования, п салу характерных фпзпко-механнческих особенностей, является влагонасы-щенным материалом (из-за высокой пористости), обладает невысокой механической прочностью, гидрофяльяоетью поверхности, когезионкыми и адгезії-

ониыми свойствами, что обусловленно значительным содержанием неорганических минеральных примесей (глины, ила и др.), и это осложняет его обезвоживание на существующем оборудовании.

Учитывая вышеизложенное, а также ограниченность энергоресурсов и производственных площадей на судне, разработка новой эффективной технологии обезвоживания шлама ЖМК является весьма актуальной.

В рамках настоящего исследования разрабатывались теоретические основы и выявлялась практическая целесообразность применения способа обезвоживания шлама железомарганцевых конкреций в псевдоожиженном слое цеолитизированного туфа.

Работа выполнена в соответствии с планами НИОКР институтов ИОТҐ и "Механобр" за период с 1983 года по 1990.год, № ГР 01840049601; 01840069785; 01850067112. .

Результаты диссертационных исследований рекомендуются автором к широкому использованию на межотраслевом уровне, так как установленные в работе закономерности обезвоживания тонкодпеперсных материалов являются общими и технология обезвоживания была апробирована как для шлама желе-зомаргаяцевых конкреций, так и для угольного флотоконцептрата и шлама.

Цель работы в осповпые задача вгелгдовапня. Исследование в разработка новой эффективной технология обезвоживания шлама железомарганцевых конкреций и методики расчета рабочих параметров процесса, а тагах подготовка шлама ЖМК методом брикетирования к металлургическому переделу.

Для достижения данной цели в работе решались следующие задачи:

нсследоваппе шлама железомарганцевых конкреций как объекта обезвоживания и рудного сырья для металлургического производства

выбор н обоснование способа обезвоживания шлама келезомарганце-вых конкреций;

исследование цеолитшправапных туфов как иптенсифшеаторов процесса обезвоживания и выбор наиболее эффективного образца;

исследование процесса обезвоживания шлама железомарганцевых конкреций в псевдоожиженном слое цеолитизированного туфа;

экспериментальные определения кинетических характеристик процесса с учетом влияния гидродинамических режимов слоя;

- разработка технологии обезвоживания и брикетирования железоыар-
ганцевых конкреций;

Научная новизна работы:

на основании теоретического анализа процессов тепломассообмена выявлены общие закономерности процесса обезвоживания материала при подаче во взвешенный слой природного влагопоглотителя и обоснована технология обезвоживания и подготовки шлама ЖМК к металлургическому переделу;

разработана математическая модель обезвоживания шлама железо-марганцевых конкреций в псевдоожиженном слое цеоянтнзированного туфа, учитывающая влияние параметров процесса на" его интенсивность;

показана взаимосвязь полимодалыюсти пористой структуры цеолитизированных туфов с многоуровневостью их строения и выявлено три структурных уровня клипогггалолитсодержащнх туфов, которые различаются как метрическими параметрами, так и морфологическими особенностями.

Основные полояешш, выносимые на защиту:

технология обезвоживания шлама железомарганцевых копкрецпй;

применение цеолитизированных туфов для интенсификации процесса обезвоживания тонкодисперсных материалов;

математическая модель и методика определения кинетических параметров процесса обезвоживания шлама железомаргапцезых конкреций в псевдоожиженном слое цеолитизнровашюго туфа и расчет режимных параметров процесса;

технологические параметры брикетирования шлама ЖМК с восстановителями.

Практическая ценность. Разработаны технология и методика расчета режимов процесса обезвоживания шлама железомаргаяцевых конкреций в псездоожнженпом слое цеолитазированного туфа с последующим брикетированием, которая испыгтапа на Жилевской опытно-промьшиепной обогатительной фабрике (ОПОФ). Применение цеолитизированных туфов в аппарате псев-доожиженного слоя позволяет увеличить интенсивность процессов тепломас-сообмепа в 1,5-2 раза.

Брикетирование железомаргаяцевых конкреций с восстаношпелем (кокснком) и связующим (нефгебитумом марки БИ 70.30) позволяег нолучаїь

-4-брикеты заменяющие ферромарганец ФМн-75 при производстве литейного чугуна.

Опытная партия брикетов, полученная па Жилевской ОПОФ испытана при плавке в вагранке чугуна марки СЧ-15 на заводе Ленстанколит. Опытные плавки показали, что чугуны, выплавленные с применением в шихте ЖМК, по пределу прочности при растяжешш и твердости не уступают чугунам, полученным с использованием ферромарганца ФМн-75.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на отраслевых научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов (Люберцы, 1981-1985 гг.), на заседании технического совещания ВНИИОкеанологая по рассмотрению эскизного проекта "Опытной судовой установки для первичного обогащения ТПИ дна Мирового океана" (Ленинград, 1983 г.), на конференщш молодых ученых ИПКОН АН СССР (Москва, 1985 г.), на втором Всесоюзном научно-техническом семинаре (Пенза, 1987 г.), на расширенном заседании бюро научных советов по геологии н хлмші Межведомственного координационного совета АН СССР (Ленинград, 1987 г.) и на заседании Ученого совета ИОТТ (1997г.).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 12 работ.

Объем н структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, списка литературы, содержащего 106 наименовании, изложена на 150 стр. машинописного текста, включая 33 рпсунка, 22 таблицы, 6 приложений, включающих акт полупромышленных испытаний и техническое задание на аппарат сушильный с псевдоожиженньш слоем АСП-0,5. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

В первой главе диссертации дан краткий литературный обзор по оценке запасов ЖМК п способов пх переработки, а также проведен анализ существующих методов обезвоживания мелкодисперсных материалов.

Дефицит марганца в России ? ; можно уменьшить за счет создания нетрадиционных технологий обогащения трудпообогатпмых окендно-силикатно-карбонатных марганцевых руд и технологий переработки глубоководных железомарганцевых конкреций (ЖМК), запасы которых на дне Мирового океана достигают 2-3 триллиона тонн.

Анализ существующих технолопіческих схем добычи н первичного обогащения железомарганцепых конкреций на судопых установках 'Указывает на необходимость разработки эффективной технологии обезвоживания получаемого шлама до сыпучего состояния, н целях обеспечения экономичности н безопасности морских перевозок, а также для подготовки к дальнейшей технологической переработке.

Технологические схемы переработки ЖМК предусматривают операцию обезвоживания конкреций с учетом особых требований к технологии обезвоживания.

Анализ литературных данных показывает, что железомарганцевые конкреции в силу характерных особенностей физихо-мехааических свойств обусловливают особые требования к технологии его обезвоживания.

Исследования ЖМК провощиш на примере технологической пробы же-

лезомарганцевых конкреций со станции Г22, полученной в рейсе г/с "Степап

Малыгип" п пробе с участка с координатами центра месторождения 10 с.ш. п

г 138 з.д., доставленной НИС "Морской геолог".

В процессе исследований был установлен химический состав проб ЖМК методом эмиссионной и атомно-абсорбционной спектрометрии пламени.

, Определеиы виды п формы связи влаги с ЖМК методом снятия термограмм сушки, разработанным М.Ф.Кззапским. Анализ получешшх данных . показывает, что железомаргашдевые копкрецпп, по классификации П.А.Ребипдера, отпосятся к типичным коллоидным капиллярно-пористым телам и обладают повышенными влагоудержпвающими свойствами. Находящаяся а ппх влага неодинакова по видан и неоднородпа по формаи связи (физико-механическая максимальная молекулярная плагоемкость - 32,8-33,0%, влага мазгропор и стыковая -17,6-17,7%, влага мшсропор - 10,4-10,8%; физико-химическая: алзга полнмолехулярной адсорбции - 8,2-8,5%, влага моиомоле-кулярпсй адсорбции - 4,7-4,9%; химическая: химическая слабосвязанная - 1,4-1,5%, химическая прочлосвязапиая - 1,2-1,3%) для удаления которой требуется пагрев материала до температуры 320С.

Анализ изо гермы сорбции влаги шламом ЖМК показал, что при отно-ситсльпой влажности воздуха равной 1,0 максимальное влзгосодержапие его

составляет 43%, в том числе связанной адсорбционной влаги - 23% и влаги удерживаемой капиллярными силами - 20%.

Методами адсорбционной и ртутной порометрии установлено, что объем порового пространства конкреций составляет 0,46 см³/г. В структуре преобладают микро- и мезопоры (87,7%) с эффективными радиусами 7-10 А и 40 А.

Методом разъемного цилиндра на приборе Андрианова исследовались аутогезиониые свойства шлама ЖМК, которые показали, что слипание частиц начинает проявляться при влажности материала свыше 43% (максимальная гигроскопическая влажность).

На основании проведенных исследований сформулированы требования к технологии и параметрам процесса сушки шлама ЖМК:

влажность шлама после обезвоживания не должна превышать максимальной гигроскопической влажности (43%), чтобы он не мог образовывать конгломераты и не налипал па контактирующие поверхности;

обезвоживание шлама целесообразно проводить в аппарате с псевдо* ожиженным слоем частиц, обладающих влагопоглотительиыми свойствами, при высоких скоростях теплоносителя; .

в качестве влагопоглотптельвых частиц рекомендовано использовать цеолитизировашше туфы.

Для исследований были отобраны клиноптилолитсодержащие породы из действующих карьеров Ай-Даг, Дзегви, Ноеыберяп и Сокиршща

Исследование плагопоглотптельпой способности цеолптизированных туфов показало, что образцы месторождений Ай-Даг, Дзегви, Сокиршща находятся на одном уровне и они превосходят образец месторождения Ноембе-рян (рис.1)..

Определение видов и форм связи влаги с цеолнтизировашшмв туфами показали, что находящаяся в них влага неодинакова по видам и неоднородна по формам связи. Кривые дифференциального термического анализа цеолити-зированных туфов всех месторождений практически не отличаются в положение точки минимума пика дегидратации колеблется в пределах 180-21ОС. На основании термографических и адсорбционных исследований рассчитано со-

-7-держание в деолитизированных туфах химически связанной воды: Ай-Даг -6,84%; Дзегви - 7,3%; Ноеыберян - 6,32%; Сокирница - 5,72%.

По классификация П.А.Ребиндера исследованные образцы относятся к типичным капиллярпо-порпсгьш телам и их влагопоглотителыше п водо-удержнзагощие свойства зависят от характера пористой структуры.

Поровое пространство всех цеолпттировашшх туфов представлено в осповпом макропорзмп, за псюпочшпсм образца местороясдепйя Ноемберяіі, у которого отмечено наличие мнкропор радиусом 5 А. По суммарному объему пор они располагаются в следующий ряд убывания порЕСТОсга: Ай-Даг (0,36 си'/г)» Дзггвп(0,15см⁵/г) > Ноемберяп (0,113 cuVr)> Сокпрнзд'а(0,11 см'/т).

Полимояальпость пористой структуры цсоянтпзировагаплх туфов хорошо согласуется с шюгоуровневостыо пх строения, выявленной методом сканирующей электронной микроскопии прп различных увеличениях. Опа представляет собой три структурных уровня клгшоптплолптсодерквпщх туфов в виде ажурной постройки, состоящей из сощзшсасающяхся кристаллов шпсрожеод и последовательно агрегированных иикрокристаллптоп из иежжеодового пространства в целом существенно неплотно упакованных на каждом структурном

-8-уровне, что позволяет объяснить полнмодальный характер распределения размеров вторичных пор в этой постройке. Выявлешше общие закономерности пористой структуры цеолитюировааных туфов могут служить основой для понимания целого ряда нецеолитных эффектов, таких как повышенная влагоем-кость, адсорбции крупных органических молекул и другое. Существенное различие в метрике структурных злемеїггов (пор, шпфокрпсталлитов) для цеоли-тозированных туфов разных месторождений позволяют объяснить специфику их адсорбционных н ионообменных свойств при близком валовом содержании клииоптилолита. Эта данные показывают, что наряду с оценкой типа и количества цеолита в туфе необходимо проводить комплексное исследование его текстурно-структурных особенностей.

Механическая прочность влагопоглотителей является оддой из основных характеристик, определяющих срок их службы в технологии капиллярного влагопоглощения, поэтому сравнение цеолитизировашшх туфов по убыванию механической прочности в зависимости от степени увлажнения, которая в свою очередь зависит от структуры туфа (плотности упаковки кристаллов) показывает, что оіш располагаются в следующий ряд; Ноемберян > Сокпрішца > Дзегвн > Ай-Даг.

Падение механической прочности цеолнтшировашшх туфов при увлажнении происходит за счет возникающих, кашгллярцых давлении в порах, кото-рос зависит от их эффективных радиусов. По степени падения прочности исследуемые образцы располагаются в ряд: Носмберяп(87 А) > Дзегвн (288 А) > Сокиршща (457 А) > М-Дат (3467 А).

На основании анализа результатов исследований по влагопогаотитель-пой способности и механической прочности, в качестве наиболее эффективного природного влагопоглотптеля рекомендован цеоштшіровашшй туф месторождения Сокирішца, с которым были проведены дальнейшие исследования на зкеперпментальшй установке псевдоожижеппого слоя по обезвоживанию шлама железомарганцсвых конкреций.

Целью исследований данного раздела являлось определение влияния материала насадки в аппарате псевдоожнжештаго слоя на степень обезвоживания шлама ЖМК. В качестве насадки примеошшсь цеолигизированный туф и для сразпепия псобладающий впагопоглотительвьшп свойствами граппт.

Результаты сравнительных испытаний показывают, что применение цео-лнтгоированного туфа позволяет создать более благоприятные услопия для тепло- н массообмена в процессе сушки шлама и как следствие упелипить ала-госъем в аппарате. Влажность шлама после сушки с применением цеолитиэи-ровднного туфа в 4 раза ниже, чем с гранитом.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ШЛАМА ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ
КОШСРЕЦИЙ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ
ЦЕОЛИТИЗИРОВАННОГО ТУФА
Установка для проведения псследоватш представляла собой аппарат
фонтанирующего слоя с тайгеициальпьш подводом теплоносителя. Особен-
носгоо фонта mrpjiomero слоя, как модификации псендоожиженного, является
существование устойчивого ксіпура щіркулящш частиц и отсутствие застой
ных зоп. j
Фюичегггея модель процесса.

Высекая шітепсіюность циркулящш дает созмоетшеть рассматривать фонтанирующий слой как аппарат идеального смешения, так что п любой точке устанавливается одинаковое распределение по параметрам твердой фазы, а движение теплоносятеля подчиняется модели идеального вытеснеппя. Время движения частиц в фонтане составляет 0,1-0,2 секунды, а время . "спускания" их в плотной зоне 1-2 секунды. Перемещение чгствд из одпой зоны в другую вызывает резкое пзнепешге азраметроз и услоппй теплообмена, а . следовательно, п резкое изменение скорости этого процесса. Мо::аю считать, «по теплообмен между частицами п теплоносителем происходит в зоне фопта-ия. Так как скорости теплоносителя в этой зоне велики, то обратным переме-ганвакагм газа можно пренебречь. В рамках зтах предпаяожешЕЙ теплообмеп п восходящем потоке может быть оппсап соотношением:

B=a^(t-0), (1)

где g - тепловой поток; а* - коэффициент теплоотдачи; t, 0 - температура газа п частиц.

В зоне "опусканім" теплообмен протекает мсгэду частицами насадки п сушимого материала, а с газом практически отсутствует. Обезвоживание в этой зоне происходит ^а счет передачи влаги частицами материала частицам цеолитизированпого туфа п тепла аккумулированного последними. Так как

-10-время циркуляции частиц значительно меньше времени сушки и нагрева частиц, которое составляет десятки секунд, то среднюю интенсивность теплообмена за один цикл можно усреднить:

о = - /а_фск. (2)

Математическая модель процесса.

Для выявления требований к конструкции аппарата и оптимизации технологических показателей процесса в исследованиях применен метод математического моделирования.

На опытной установке определялись кинетические параметры модели н проверялась адекватность математического описапия реальным процессам.

Для определения кинетических характеристик теплообмена была использована методика, которая заключалась в том, что в предварительно прогретом слое распределялась определенная порция холодных частиц исходного влажного материала, при этом температура теплоносителя на входе в аппарат под* держивалась постоянной. Температура теплоносителя на выходе из слоя фиксировалась термопарой, полученный сигнал усиливался и записывался.

Образцы кривых отклика, в виде зависимости Д1,ы» = f(t), представлепьі па рис. 2. Качественный анализ этих кривых позволяет интерпретировать процесс теплообмена, происходящий при контакте влажного материала со слоем насадки следующим образом. В момент контакта начинается процесс передачи тепла от нагретых частиц насадки к влажному материалу и влаги материала к нагретым частицам цеоллтнзировашюго туфа с последующим ее испарением. Колігчество тепла, передаваемого в процессе контакта, зависит от разпосга температур между поверхностью частиц насадки и температурой влажного материала в процессе сушки, а также от вреыенп контакта, которое определяется пщродипампческимп условиями. В результате поверхность частиц насадки, отдавая теплоту, охлаждается, что нарушает равновесие между теплоносителем и насадкой.

Таким образом, возникает поток тепла от теплоносителя к слою, а это в свою очередь вызывает понижение температуры теплоносителя на выходе из слоя. Понижение температуры происходит очень быстро, за несколько секунд, и практически равно временя подачи влажного материала в слой насадки.

-It-Время распределения материала п слое и контаетного тепло- и массообмена между частицами насадки и влажным продуктом мало но сравнению с дии-тельностью всего процесса изменения температуры. По окончании процесса контактного тепло- и массообмена начинается пагрев частиц насадки п процессе теплообмена с теплоносителем, что отражается в восходящей кривой изменения температуры теплоносителя. В результате пагрева вновь достигается тепловое равновесие между газом и слоем. В данном случае, конечная влажность продукта определяется не только условиями сушки, но и временем пребывания его п слое, определяемым косвенным путем.

В соответствии с законом сохранения энергии количество тепла (Q), передаваемое слоем мелкодисперсному продукту должно быть равно количеству тепла, передаваемого от газа к слою, за выпетом потерь от газа к стенкам су-пшльного аппарата. Это количество тепла определяется по крипой отклігка температуры:

Q = (O_rc_r+K₀)J(t_l„_I)-t_raa)dt,

(3)

где G_r, Ст - масса п теплоемкость газа, t_iUx, W₂ - температура теплоносителя па выходе пз слоя до и после вброса влажного материала, Кп - коэффициент Потерь тепла.

Тзк как основным механизмом передачи тепла в аппарате является коп-тактпый теплообмен, то естественпо рассматривать удельную характеристику передаваемого тепла па единицу движущей силы процесса:

"Ч5=Ъг;^; »

где р - коэффициент контактного теплообмена; 0, 9„ - температура насадки и материала.

Модель передачи тепла в установившемся режиме выглядит следующим образом.

Горячий теплоноситель отдает тепло частицам слоя:

(G_rc_r-K_n)(t_o-t_Blrt) = aF(t-0), (5)

а частицы слоя обмениваются теплом и влагой с сушимым материалом:

aF(t-0) = p(0-0jG_u, (6)

где F - площадь поверхности материала, to, t - начальная и средняя температура газа в слое.

Так как горячий теплоноситель отдает тепло частицам слоя, а они в свою очередь передают тепло влажному материалу, то можно записать:

(О_гс_г-К_п)(1_о-1_мцх) = р(-0_и)О_ы, (7)

Соотношение ыевдху температурой газа на выходе, и температурой частиц в слое может был, получено следующим образом.

Баланс тепла для дифференциального объема аппарата запишется

o(t(x) - )dF(x) = (G_rc_r - K_n)dt, (8)

где s - текущее значение координаты по высоте слоя.

Интегрирование уравнения (8) при граничных условиях t₀|_M =t дает

иозможность определить изменение температуры теплоносителя по высоте аппарата, а такхсе получшъ связь между температурой теплоносителя в слое и температурой на выходе:

*«^{яв +} ^-^вЦ-В^} <⁹⁾

Количество влага (ДО), удаляемой в слое, определяется ш уравнения материального баланса:

^GM[pfc;^+c'^Ua +^-^)0--^)=(0^-^.-0. (ю)

где г - удельная теплога парообразования, с,,ь,- теплоемкость воды и материала, U», U, - начальное в конечное вдагосодеркзяие материала.

Решение уравнений (5Н10) Д^ает возможность определить количество плаїп, удаляемой из влажного материала прн заданных значениях производи-тешіосп! и начальной теиперагурс теплоноентсля.

Методика расчета.

В'качестве осиовных параметров прн расчете оршшмаеы прошводя-теяъпость аппарата О_и = 500 кг/ч, начальная температура теплоносителя (i =

300"Q, коиячїстео удаляемой влага AU = 0,2 — к крупность подаваемого па

обезвоживание швама ЖМК (0-3 мм).

Расчет параметров технологического процесса сводится к последовательному решению следующих задач: определению крупносіи и массы инерта (цсолитизнрованноготуфа), габаритов аппарата и расхода теплоносителя.

Для обеспечения режима уноса шлама ЖМК фракции 0-3 мм,согласно экспериментальным данным (табл. 1)_энеобходимо установить скороегь тепло-поентеля в верхней части аппарата более 6 м/с. Однако, наличие пульсации в процессе фонтанирования инертного материала приводит к выбросам и выносу высушенных частиц шлама ЖМК данного размера при меньших скоросгах теплоносителя.

Таблица I

Значення скорости витания для частиц железомарганцевых конкреций и цеолитнзированного туфа

В связи с тем, что предполагаемый диапазон скоростей теплоносителя обеспечивающий, пребывание высуипгааемых частиц шлама в слое составляет 2,5-4 м/с, то задаемся скоростью 3,6 м/с и в соответствии с формулой паходим скорость Виталия частиц пперта:

Этой скорости соответствует размер фракции инерта 7-10 мм.

Значение коэффициента контактного теплообмена, согласно рис.3, со-

, „ кДж ставит 4,8 ^Р .

(V кДж/Ккг 6

W^f

«», м/с

Рис.3. Зависимость коэффициента контактного теплообмена от скорости теплоносителя для фракции шлама 0-3 мм

0.2

0,1

—I 3,3

Re 1Ц»

Рис. 4. Обобщенная зависимость интенсивности теплообмена от гидродинамического режима в аппарате

0=-

Из уравнений (7 п 10) определяем температуру инерта: G_M-r-AU = p(e-_M)G_1<, . /Шг

- + О_м=150С.

Коэффициент теплообмена, который зависит от пщродипамического режима о аппарате, находим согласно рис. 4.

В первом приближении считаем, что температура пнерта равна температуре теплоносителя на выходе из аппарата, н ва&дпи по уравнсшпо (7) расход 1сп!?Рпос1ггогя:

0,^У^У1Шкг/ч.

Находим сечеине аппарата:

S = ^1 = 0,15мм¹, р<о

і яе плотность гага (о) берем согласно его температури на'выходе m слоя.

(12)

Задаемся режимом, когда п аппарате находится 2,5 кг цеолити-нфопан-ного туфа, согласно экспериментальным данным, то есть на 1 м? площади аппарата - 62,5 кг.

Отношение поверхности цеолитгоированного туфа к объему составит:

(13)

ко _ 6 Ttd³ d,' 6 Тогда поверхность инерта на I м² аппарата составит:

^=2-.^.8 = 4,111¹.

Рм а»

По уравнению (9) уточним температуру газа на выходе из слоя:

г \

-168,9C.

t_lux=0 + (t_o-0)exp

G c-^JL

(14)

Для того чтобы увеличить тепловой к.п.д,, то есть уменыпить тепловые потери с отходящими газами, увеличиваем массу инерта в дна раза (Fo =8,2 м'), тогда температура газа па выходе из слоя будет.

,.» = ,50₊(»0-150Ц-!^) ₌ ,52.С.

Теперь уточним расход теплоносителя подставив значение температуры газа на выходе пз слоя в уравнение (7):

' 4,8-(150-55)-500 ,_,, , G_r= _лл . /..„» ,^\ = 171 кг/ч. ^г 0,9-1-(300-152)

Отсюда температура газа на выходе из слоя составит:

W = 1504300-150)exp(-_i|^||^) = .51,9»C.

Проверяем по уравнению (10) количество удаленпой влаги пз шлама же-лезомаргапцевых кошфецнй:

_u_(G_rc_r-K«Hto-t,_ia)-(l-U,)__019EKr
G_u-r 'кг'

ПОЛУПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ШЛАМА ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ Полупромышленную проверку технологии обезвоживания шлама ЖМК в псевдоожижеином слое цеолитиэйроианного туфа проводили на установке Жилекской

Полученные результаты показали возможность практического применения данной технологии для подготовки шлама ЖМК к транспортировке на судах и последующему металлургическому переделу. Установлено, что максимальный расход тепла на испарение влаги составил 2686 кДж/кг. Результаты рабогы использованы в ВПО "Союзмашцветмет" при проектировании и разработке аппарата АСП-0,5.

Обезвоженный шлам использовали для получения литейного чугуна непосредственно, а также после его предварительного брикетирования совместно с восстановителем (8-12%) и связующим (6-8%) на валковом прессе. При выплавке чугуна марки СЧ-15 на заводе Ленстанколит па вагранке производительностью 2т/ч, показано, что чугун по своим свойствам отвечает требованиям ГОСТ 1412 и не уступает чугунам, полученным с использованием ферромарганца ФМп-75. Также было отмечено, что степень восстановления марганца из ЖМК составляет 40-50%, а из брикетов соответственно 55-65%. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРАНСПОРТИРОВКИ ЖЕЛЕЗОМАРГАНЦЕВЫХ КОНКРЕЦИЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ

ВЛАЖНОСТИ Исходные данные для расчета технико-экономических показателей транспортировки ЖМК:

1. Объем перевозок (Q_r) - 3 млн. тонн п год сухих ЖМК;

2. Транспортное судно - т/х типа "Зоя Космодемьянская";

3. Максимальная грузоподъемность судна (G*)- 47105тонн;

4. Ьксплуатгщюнныс расходы по данным Черноморского морского па-рохолсгва па 01.10.90:

па ходу (НО - 13585 руб/сут.;

ня стоянке при загрузке (Ц>) и разгрузке (Ц_р) - 5835 руб/сут.

5. Скоросгь в грузу - 13.6 узлов (25,2 км/ч);
б,Эксплуатационный пгрпод (т,) - 360 суток;

"7, Расстояние до порта ра»грузки (Дальний Восток) - 000 км.

Таблица 2.

Технико-оконоьшчесхие показатели перевозки ЖМК от места добычи в порт разгрузки

Влажность ЖМК по ГОСТ 27314

-18-Расчешые показатели для различных типов рудной массы ЖМК и расчетные формулы приведены в табл. 2, а зависимость этих показателей от влажности перевозимого материала отражена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость технико-экономических показателей перевоз-

¹⁵ кн ЖМК с места добычи в порт разгрузки от их влажности

^,J а - необходимое количество рейсов в год.

¹¹ б - необходимое количество судов дли перевозки.

в - эксплуатационные затраты на транспортировку (млн. руб./г).

" г - затраты па перевозку 1 тонны

Влажность ЖМК. %

ЖМК (рублей)

ВЫВОДЫ

1. При разработке способа обогащения ЖМК установлено наличие в них
большого количества шлама, который значительно затрудняет их транспорти
ровку и подготовку к металлургической переработке из-за высоких аутогезп-
оиных свойств, вызывающих агрегирование и налипание на рабочие органы
транспортных средств и оборудования. Установлено, что ЖМК обладают по
вышенными влагоудерживающимн свойствами (максимальная гигроско-
иическацплажность сухого материала составляет 43%), которые обусловлены
ржвнтоЙ. капиллярно-пористой структурой (V_t = 0,46 см'/г) в размерами ка
пилляров (микро- н мезопоры составляют 87,7% с эффективным радиусом - 7-
IОА в 40А), а также определена температура их полной дегидратации (320С) и
лианзтн проявление сил аутогетии (нрн влажности материала от 45% до 75%).

2. Сравнительный анализ способов обезвоживания шлама ЖМК
(черническое обетпожнпапие, термическая сушка) показал, что для использо
вания иаибем* эффективным является способ обезвоживания в псевдоожи-

-19-женном слое с влагопоглотительным инертом. В качестве ышопоглоппелсй предложено нсполыовать дешевые и доступные для применения природные материалы - цеолиттированные туфы.

3. Сравнительный анализ фиэпко-химических, физико-механических и влагопоглотительных свойств цсолигизировэнных туфов месторождений Лй-Даг, Дзегви, Ноемберян и Сокирнпца показал, что наиболее эффективным яп-ляется - цеолитизированный туф месторождешія Сокирнпца, который при равном влагопоглощешш превосходит остальные по механической прочности. Установлено, что обезвоживание шлама желез ом арганцевых конкреций в контакте с цеолитизированным туфом месторождения Сокирнпца позволяв! получить кондиционный продукт с влажностью 43% для условий района добычи.

4. Полнмодальпость пористой структуры цеолитизнрованных туфов, полученная по данным ртутной порометрин и адсорбции бензола, хорошо согласуется с многоуровпсвостью пх строения, вьшвлснпой методом сканирующей электронной микроскопии при различных увеличениях.

Выявлено три структурных уровня жшшодтилолотсодержащнх туфов.

5. Разработана математическая модель обезвоживания шлама железо-
марганцевых конкреций в псевдоояашенном слое цеошппзпроватшого туфа,
позволяющая всесторонне описать процесс обезвоживания ЖМК и рассчитать
параметры технологического процесса.

і б. Разработана методика расчета рабочих режимов обезвожггаапня шлама железомаргапцевых конкреций в псездоожижеппом слое цеодятизпрован-пого туфа, учитывающая влияние режимных параметров на кинетику процесса.

7. Проведенные испытания техполопга па полупромышленной установке пропзводіггельиостью 5 т/ч подтвердили адекватность математической модели а методики расчета реальным параметрам технологического процесса обезвоживания шлама железомаргапцевых копкреций до транспортабельного состояния.

8. Испытала я решена технологическая задача брикетирования железо-марганцевых копкреций после нх обезвоживания в псевдоожнженном слое цеолитазированного туфа, с получением механически прочных н водостойких брикетов на валковом прессе с добавлением коксика (10%) и нефтебптума марки БН 70/30 (7%).

-20-Использование брикетов из железомарганцевых конкреций в качестве маргаиецсодержащего сырья при производстве литейного чугуна позволяет заменить ферромарганец ФМн-75.

9. Разработанная технология обезвоживания шлама ЖМК позволяет ее
применить как в условиях берегового комплекса, так и на добычном судне в
условиях ограниченности энергоресурсов и производственных площадей.

10. Результаты, полученные в работе, использованы в ВПО
"Союзмашцветмет" при проектировании и разработке аппарата АСП-0,5 для
полупромышленной судовой установки.