Содержание к диссертации
Введение
1. Существующие методы улучшения качества асбеста 16
1.1. Обзор методов обогащения асбеста 16
1.1.1. Способ обогащения асбеста 16
1.1.2. Асбестообогатительные фабрики 19
1.1.3. Дробильно-сортировочный комплекс 20
1.1.4. Рудный поток 25
1.1.5. Перечистной поток 31
1.2. Качество асбеста как параметр оптимизации 34
1.2.1. Методы определения качества асбеста 35
1.2.2. Оптимальные показатели качества асбеста в России и за рубежом 43
1.3. Существующие теоретические и практические подходы к улучшению качества асбеста 46
1.3.1. Оптимизация схем перечистки асбеста по математическим моделям аппаратов и их комбинациям 46
1.3.2. Практика оптимизации качества асбеста на асбестообогатительньгх фабриках 47
1.4. Традиционный подход к прогнозированию и оптимизации схем обогащения асбеста 57
1.5. Методы оптимизации технологических схем обогащения различных полезных ископаемых 60
1.5.1. Эволюционный подход 60
1.5.2. Основы теории разделения в каскадах 61
1.5.3. Оптимизация на основе комплексных фракционных характеристик исходного сырья и продуктов 62
1.6. Постановка задач исследований 63
2. Исследование насыщения асбестовых продуктов тонкодисперсной фракцией в процессе обогащения 66
2.1. Изучение вещественного состава и размеров тонко дисперсной фракции асбеста 66
2.1.1. Методика проведения исследований 66
2.1.2. Результаты исследований 69
2.2. Изучение механизма насыщения асбестового волокна тонкодисперсной фракцией 78
2.2.1. Методика проведения исследований 78
2.2.2. Результаты экспериментов
2.3. Исследование процесса насыщения асбеста тонкодисперсной фракцией по технологическим переделам асбестообогатительных фабрик 96
2.3.1. Методика проведения исследований 96
2.3.2. Результаты экспериментов 99
2.4. Выводы НО
3. Научное обоснование и разработка методов обогащения асбеста с целью улучшения его качества и ресурсосбережения 113
3.1. Термоаэроклассификации как метод «ненасыщения» асбеста тонко дисперсной фракцией 113
3.2. Магнитная сепарации как метод «ненасыщения» асбеста тонкодисперсной фракцией и ресурсосбережения 123
3.2.1. Научное обоснование режимов магнитной сепарации асбеста 123
3.2.2. Теоретический расчет сепарационной характеристики магнитного сепаратора 133
3.2.3. Эмпирическая сепарационная характеристика магнитного сепаратора 137
3.2.4. Технические решения по оптимизации процесса сухой магнитной сепарации асбестовых продуктов 138
3.3. Обогащение асбеста в гидроциклонах как метод снижения массовой доли тонкодисперсной фракции 145
3.3.1. Методика проведения исследований 145
3.3.2. Граничная крупность разделения 146
3.3.3. Определение скоростей падения цилиндрических частиц в жидкой среде 151
3.3.4. Параметры работы гидроциклонов на асбестовых продуктах 154
3.4. Процесс распушки асбестового волокна как метод ресурсосбережения 157
3.4.1. Методика проведения исследований 157
3.4.2. Теоретическое описание процесса распушки асбестового волокна 157
3.4.3. Проверка интегральной и упрощенной моделей 163
3.5. Выводы 171
4. Разработка методов оптимизации технологических схем обогащения асбестовых руд с учетом качества асбеста 175
4.1. Выбор критерия оптимальной схемы 175
4.2. Построения комплексных фракционных характеристик асбестового сырья 178
4.3. Проектирование оптимальных комбинированных технологических схем обогащения по комплексным фракционным характеристикам руды
и продуктов обогащения 181
4.3.1. Метод проектирования комбинированной схемы обогащения для одного концентрата 181
4.3.2. Проектирование и оптимизация комбинированной схемы обогащения для нескольких концентратов 186
4.3.3. Оптимизация технологических схем обогащения асбестовых руд с учетом качества готовой продукции 192
4.3.4. Разработка метода перебора «хвостовых фракций» применительно к предварительному обогащению асбестовых руд 195
4.3.5. Общая концепция оптимизации и прогнозирования технологических схем обогащения асбеста по новым методикам 201
4.4. Проектирование оптимальной схемы обогащения высокосортной асбестовой руды Баженовского месторождения 202
4.5. Проектирование оптимальной схемы обогащения для асбестовой руды Молодежного месторождения 205
4.6. Оптимизация технологической схемы обогащения асбеста при доизвлечении короткого асбестового волокна 215
4.7. Выводы 217
5. Внедрение оптимальных схем и методов обогащения асбеста с целью улучшения его качества и ресурсосбережения 219
5.1. Внедрение оптимальной схемы обогащения асбестовой руды Молодежного месторождения
5.1.1. Сравнение двух схем обогащения 219
5.1.2. Разработка схемы получения железного концентрата 220
5.1.3. Внедрение результатов исследований при проектировании предприятия 225
5.2. Разработка и внедрение технологических схем и новых методов обогащения асбеста на рудах Баженовского месторождения 226
5.2.1. Стабилизация качества асбестовой руды по массовой доле тонкодисперсной фракции 226
5.2.2. Термоаэроклассификация асбестовой руды 232
5.2.3. Разработка и внедрение схемы получения коротковолокнистого асбеста 236
5.3. Внедрение схемы получения специальных марок асбеста на Анатольевском
ГОКе с использованием мокрого метода обогащения асбеста в гидроциклонах 239
5.4. Выводы 241
Заключение 242
Список литературных источников
- Дробильно-сортировочный комплекс
- Исследование процесса насыщения асбеста тонкодисперсной фракцией по технологическим переделам асбестообогатительных фабрик
- Проектирование и оптимизация комбинированной схемы обогащения для нескольких концентратов
- Внедрение результатов исследований при проектировании предприятия
Введение к работе
Актуальность. Развитие асбестовой отрасли по интенсивному пути в 70-80-ые годы XX столетия не ставило перед собой цели улучшения качества готовой продукции Низкая цена, большие объемы производства, отсутствие конкурентов, низкая себестоимость из-за внутренних цен на энергоносители не стимулировали повышение качества асбеста В последние годы все перечисленные преимущества работы асбестовой отрасли перестали существовать
На асбестообогатительных фабриках России для улучшения качества асбеста начали применять традиционные методы классификации черновых асбестовых концентратов с увеличением размеров отверстий сит на грохотах и барабанных классификаторах Это позволило улучшить качество асбеста, но привело к значительным потерям его в отходы Например, извлечение асбеста в готовую продукцию на комбинате «Тываасбест» по данным за 2007 год составляет 55 %, а на производстве № 1 ОАО «Ураласбест» около 78 %
Основной вредной примесью в товарном асбесте является тонкодисперсная фракция размером менее 0,075 мм (далее тонкодисперсная фракция), которой он насыщается по мере осуществления операций вскрытия и извлечения асбеста, начиная от транспортировки асбестовой руды из карьера, заканчивая получением черновых концентратов Тонкодисперсная фракция состоит как из породных микрочастиц, так и из микроволокна асбеста Механизм насыщения асбеста тонкодисперсной фракцией в литературных источниках не описан Снижение массовой доли тонкодисперсных частиц, которыми насыщен асбест, в существующих технологических схемах обогащения производят в конечных стадиях в отделении перечистки За асбест высокого качества принимаются готовые группы, соответствующие по массовой доле тонкодисперсной фракции мировым стандартам
На канадских асбестообогатительных фабриках концентрируют асбест, начиная с рудоподготовки, выводя крупные отходы после третьей и четвертой стадий дробления в отвал, а также извлекают вскрытое асбестовое волокно в ДСК В результате готовые группы асбеста канадских производителей содержат 22 - 38 % тонкодисперсной фракции, в то время как на российских асбестообогатительных фабриках средняя массовая доля тонкодисперсной фракции в готовой продукции составляет - 48-58 % Очевидна необходимость изучения механизма насыщения асбеста тонкодисперсной фракцией, научного обоснования и испытания новых методов и технологий, позволяющих снизить ее массовую долю в асбестовом волокне с минимальными потерями в процессе дробления, сушки и извлечения, а не только в перечистном потоке
Таким образом, направление по научному обоснованию и совершенствованию технологии обогащения асбестовых руде целью улучшения качества и ресурсосбережения асбеста за счет введения приемов удаления тонкодисперсной фракции по всем технологическим переделам является в настоящее время актуальным и имеет важное научное и хозяйственное значение
Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка технологических схем и методов обогащения асбестовых руд, позволяющих получать асбест улучшенного качества с минимальными потерями Основная идея работы заключается в выявлении механизма насыщения асбеста тонко дисперсной фракцией и разработке новых для асбеста методов обогащения и технологических схем путем использования приемов «ненасыщения» продуктов тонкодисперсной фракцией на всех переделах рудопод-готовки, вскрытия и извлечения асбеста
Научная новизна
1 Впервые установлено, что насыщение асбестового волокна тонкодисперсной фракцией обусловлено повышенными адгезионными свойствами асбеста и породных частиц которые усиливаются с увеличением разности значений их электрокинетических потенциалов
2 Установлено, что насыщение асбеста тонкодисперсной фракцией снижается при уменьшении массовой доли слабосвязанной воды в асбесте и породных частицах, нагрев которых осуществляется путем термоаэроклассификации
3 Научно обосновано, что использование предварительной сухой магнитной сепарации асбестовой руды при напряженности магнитного поля 120-240 кА/м позволяет снизить массовую долю асбеста в крупных отходах и массовую долю тонкодисперсной фракции в продуктах, поступающих в дальнейшую переработку
4 Раскрыты и теоретически обоснованы границы разделения асбеста и тонкодисперсной фракции с учетом различной формы частиц при мокрой классификации асбеста в гидроциклонах, позволяющие эффективно выделять тонкодисперсную фракцию в слив
5 Сформулированы теоретические основы и практические рекомендации осуществления процесса распушки асбеста в ударных измельчителях, способствующие извлечению асбестового волокна из отходов перечистки
6 Разработана методика определения оптимальной границы разделения фракций асбестовой руды, заключающаяся в использовании перебора концен-тратных и хвостовых фракций и позволяющая минимизировать массовую долю тонкодисперсной фракции в асбесте и его потери
Практическая значимость. Использование полученных закономерностей насыщения асбеста тонкодисперсной фракцией и разработанной методики оптимизации технологических схем позволило предложить усовершенствованные технологические схемы обогащения асбеста с применением сухой магнитной сепарации в цикле дробления, термоаэроклассификации в переделе сушки, гидроциклонирования в процессе мокрого обогащения асбеста и схему доизвлечения асбеста из отходов путем его дополнительной распушки в ударных измельчителях
На основе полученных данных по измерению значений электрокинетического потенциала асбеста и вмещающих пород рекомендованы оптимальные соотношения различных типов руд в шихте, поступающей на обогатительную фабрику
Новизна технических решений защищена патентом РФ, свидетельством об официальной регистрации программы и авторским свидетельством СССР на изобретение Реализация результатов работы подтверждается внедрением
- технологической схемы с использованием сухой магнитной сепарации при проектировании нового предприятия - Молодежного асбестового горнообогатительного комбината,
- схемы с применением термоаэроклассификации в процессе сушки на ОАО «Ураласбест»,
- технологии классификации асбеста в гидроциклонах для получения специальных марок на Асбестовой Опытной фабрике ОАО «ВНИИпроектасбест» и Анатольевском ГОКе (ООО «ФКБ-групп»),
- схемы доизвлечения асбеста из отходов с применением дополнительной операции распушки при обосновании инвестиций для асбестообогатительных фабрик
На защиту выносятся следующие основные положения:
1 При сухих процессах рудоподготовки и обогащения асбеста насыщение его тонкодисперсной фракцией происходит вследствие повышенных адгезионных свойств асбестового волокна и зависит от электрических свойств поверхности частиц Чем ниже разность значений электрокинетического потенциала асбестового волокна и микрочастиц породы, тем меньше степень насыщения его тонкодисперсной фракцией
2 Использование предварительной сухой магнитной сепарации асбестовой руды при напряженности магнитного поля 120-240 кА/м приводит к концентрации асбестового волокна в магнитном продукте и снижению в нем массовой доли тонкодисперсной фракции
3 Различие в форме асбестового волокна и тонкодисперсных частиц породы обусловливает выделение последней в слив гидроциклона и позволяет использовать для улучшения качества асбеста метод мокрой классификации коротковолокнистых продуктов в гидроциклонах
4 Распушка асестового волокна отходов перечистки в ударных измельчителях позволяет за счет увеличения удельной поверхности доизвлекать его в готовую продукцию Прирост удельной поверхности асбестового волокна при распушке определяется разностью обратных величин диаметров распушенных и исходных частиц
5 Применение разработанной технологии с использованием предварительной сухой магнитной сепарации, термоаэроклассификации, гидроциклони-рования и распушки в ударных измельчителях в процессе рудоподготовки и обогащения асбестовых руд позволяет получать асбест высокого качества, снизить массовую долю тонкодисперсной фракции в готовой продукции с 48-58 % до 16-20 % и повысить извлечение асбеста на 5,8 %
Методы исследований. В процессе выполнения работы использовались следующие методы метод электроосмоса для измерения электрокинетического потенциала, термические методы изучения асбестового волокна на дерива-тографе, методы химического и фазового анализов в том числе масс-спектральные, фотометрические, атомно-абсорбционные, методы определения скорости витания асбестового волокна на парусном и пневматическом классификаторах Для определения размеров и масс микрочастиц использовалась установка, включающая микроскоп, видеокамеру, компьютер с встроенной платой видеозахвата и сканер При разработке методик и обобщении данных лабораторных и промышленных экспериментов использовались методы математической статистики и теории вероятности, математического и физического моделирования
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается сходимостью результатов, полученных при моделировании процессов и аппаратов, с данными лабораторных и промышленных экспериментов, использованием метрологически поверенных приборов и методик для измерения изучаемых параметров и показателей
Личный вклад автора заключается в формировании основной идеи, постановке задач, разработке методик исследований, организации и непосредственном участии в выполнении исследований, анализе и обобщении полученных результатов, разработке рекомендаций и внедрении результатов исследований в производство
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на
- V международном конгрессе обогатителей стран СНГ (г Москва, 2005 г),
- международной научно-технической конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов» (г Санкт-Петербург, 2004 г ),
- международной научно-практической конференции «Проблемы развития горнодобывающих отраслей промышленности и безопасности контролируемого использования хризотил ового волокна и хризотил содержащих материалов» (Республика Казахстан, г Житикара, 2005 г),
- международной научно-технической конференции «Научные основы и практика переработки руд и техногенного сырья» (г Екатеринбург, 2002, 2003, 2004, 2005, 2007 гг),
- Bulgarian and Russian scientific practical conference of crashing and selection (Bulgaria, Krdjaly- 2007 г ),
- международной научно-технической конференции «Современное центробежное оборудование и технологии, используемые в производстве высококачественных строительных материалов, рудоподготовке, машиностроении, химической и других отраслях» (Республика Беларусь, г Минск, 2005 г),
- международном научно-практическом семинаре памяти В А Олевско-го «Проблемы дезинтеграции минерального и техногенного сырья в горной промышленности и строительной индустрии» (г Ставрополь, 2007 г )5
- международном II уральском горнопромышленном форуме «Горное дело Оборудование Технологии» (г Екатеринбург, 2007г)
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 39 научных работах, в том числе одной монографии, патенте России, свидетельстве об официальной регистрации программы и авторском свидетельстве СССР на изобретения
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 258 страниц машинописного текста, 52 таблицы, 98 рисунков и список используемых источников из 208 наименований
За неоценимую помощь и всестороннюю поддержку автор благодарит своих наставников - В 3 Козина, Ю П Морозова, О Н Тихонова, Г П Ершову
Дробильно-сортировочный комплекс
Внедрение канадского метода обогащения асбеста в России началось в тридцатые годы прошлого столетия. Причиной послужило значительное расширение производства и снижение массовой доли асбеста в перерабатываемой руде. В 1930 г. была введена в эксплуатацию асбестообогатительная фабрика № 2 комбината Ураласбест, в 1935 г. - фабрика № 3, в 1955 г. - фабрика № 5, в 1956-1961 гг. - фабрика № 4, в 1969 г. - фабрика № 6. Все фабрики перерабатывали руду Баженовского месторождения хризотил - асбеста. В 1964 г. началось промышленное освоение Актовракского месторождения хризотил - асбеста и была пущена 1-ая очередь обогатительной фабрики Тувинского горно — обогатительного асбестового комбината, 2-ая очередь обогатительной фабрики комбината начала работу в 1976 г. В 1965 г. и 1974-1975 гг. были введены в эксплуатацию 1, 2 и 3-тья очереди обогатительной фабрики горно-обогатительного асбестового комбината Кустанайасбест, которые начали перерабатывать руду хризотил - асбеста Джетыгаринского месторождения (Казахстан). В 1979 году было завершено строительство обогатительной фабрики горно — обогатительного асбестового комбината Оренбургасбест. Рудной базой этого комбината является Киембаевское месторождение хризотил — асбеста. В настоящее время из перечисленных выше предприятий работают фабрики № 4 и № 6 ОАО "Ураласбест", которые объединены в единую асбестообога-тительную фабрику. Фабрика № 6 является участком № 1, а фабрика № 4 участком № 2. Работают 2-ая очередь асбофабрики комбината Кустанай-асбест и комбинат Оренбургасбест.
В 1930 — 60-тые годы прошлого столетия построены также почти все зарубежные асбестообогатительные фабрики. Это асбофабрика Ба-ланжеро (Италия), греческая асбестообогатительная фабрика, фабрики рудников Кэссиер, Нормандия Майне, Бритиш Канадиен, Кэрри Канади-ен, Блэк Лейк и Джонс Менвилл в Канаде, асбестообогатительные фабрики Бразилии, Свазилендская и Южноафриканские асбестообогатительные фабрики, асбестообогатительная фабрика в республике Зимбабве. В настоящее время производят асбест только предприятия Зимбабве, Бразилии и Канады. Причем из канадских предприятий остались два -Джонс Менвилл (Джеффри) и ЛАБ (перерабатывает руду месторождений Блэк Лейк и Кэрри).
В то время как во всем мире, в том числе и в России, происходит снижение выпуска асбеста из-за усиления антиасбестовой компании, Китай наращивает темпы роста асбестовой промышленности. За последние 7-8 лет китайские асбестообогатительные фабрики из малопроизводительных предприятий, на которых в основном использовались ручные способы обогащения, превратились в механизированные производства. Наиболее развитыми из них являются асбестообогатительные фабрики горных рудников Манья, Аксай и Нога, которые в настоящее время объединились в единый горно-обогатительный комплекс. Схемы обогащения асбеста на данных предприятиях также основаны на использовании канадского метода обогащения.
Технологические схемы перечисленных предприятий отличаются друг от друга типами и мощностями применяемого оборудования, компоновочными и схемными решениями, глубиной обогащения и качеством выпускаемой продукции. Однако, принцип обогащения с помощью отсасывания асбестового волокна из дробленых продуктов и структура технологических схем всех мировых асбестообогатительных фабрик одинаковы. Структуры схем обогащения асбеста всех современных фабрик состоят из трех переделов: - дробильно-сортировочного комплекса - ДСК; - рудного потока; - перечистного потока. Дробильно-сортировочным комплексом (ДСК) - называется производство по подготовке руды по крупности к последующему процессу обогащения. Характерной особенностью ДСК асбестообогатительной фабрики явля ется наличие в схеме операции сушки 15-65 % всей дробленой руды. Цель данной операции - подготовить руду к процессу воздушного обогащения.
Примером типичной схемы ДСК асбестообогатительной фабрики является схема 1-ой очереди комбината Кустанайасбест (Казахстан), изображенная на рис. 1.2. Схема включает три стадии дробления, грохочение до и после 3 -ей стадии и сушку подрешетных продуктов последней операции грохочения в шахтных сушильных печах. Недостатками данной схемы являются: - отсутствие грохочения перед второй стадией дробления; - дробление в открытом цикле, который не обеспечивает стабильную крупность сухой руды; - неэффективный способ сушки; - использование малоэффективных грохотов ПГ (прутковых) в операциях предварительного грохочения; - отсутствие узла предварительного обогащения.
Современная схема ДСК участка №1 асбестообогатительной фабрики ОАО "Ураласбест" (бывшей фабрики № 6) во многом повторяет схему ДСК 1-ой очереди комбината Кустанайасбест, хотя для стабилизации крупности конечного продукта имеет 4 стадии дробления и включает узел предварительного выделения крупной пустой породы в виде щебня фракций 40 - 80 или 25 - 60 мм. Схема приведена на рис. 1.3.
Наиболее эффективной на сегодняшний день схемой ДСК асбестообогатительной фабрики является схема канадского предприятия Джеффри-6. Схема приведена на рис. 1.4. Основные положения ее следующие: - пять стадий дробления, пятая стадия осуществляется в дробилках ВМД и фактически является первой стадией рудного потока; - использование во всех стадиях дробления дробилок ударного действия Хаземаг-АРК-60, обеспечение избирательности дробления; - использование высокоэффективных виброгрохотов для операций предварительного и контрольного грохочения с выводом в отвал крупных фракций отходов в трех точках; - перенесение двух стадий обогатительных операций грохочения с отсасыванием из передела рудного потока и выделение асбестового волокна на ранних стадиях, исключая транспортировку его с рудой, а значит загрязнение породными частицами, и в особенности тонкодисперсной фракцией. - дозирование и усреднение перед каждой операцией дробления в бункерах - накопителях. Схема ДСК фабрики Джеффри-6 исключает почти все недостатки предыдущих схем. Исключение составляет отсутствие замкнутого цикла. Кроме того, сушка руды на Джеффр-6 осуществляется прогрессивным методом с использованием кипящего слоя. Перенесение операций обогащения в ДСК характеризует прогрессивную тенденцию в целом в обогатительной отрасли.
Исследование процесса насыщения асбеста тонкодисперсной фракцией по технологическим переделам асбестообогатительных фабрик
Исходя из полученных результатов исследований электрических свойств асбеста, вмещающих пород и тонкодисперсной фракции, которой насыщается асбест в технологическом процессе, механизм закрепления тонкодисперсной фракции на асбестовом волокне можно представить следующим образом. Процесс адгезии микрочастиц тонкодисперсной фракции на асбестовом волокне основан на ван-дер-ваальсовом взаимодействии и поверхностных явлениях в двойном электрическом слое.
Представление о двойном электрическом слое, как о плоском конденсаторе, развитое в классических работах Гельмгольца, получило дальнейшее развитие в трудах Смолуховского, Гуи, Чэпмена, Штерна и других ученых /ПО/. Исследования электрокинетического потенциала хризотил - асбеста различных месторождений провели Грачева О.И., Епинатьева В.И. /111/, Хадсон А.А. /112/. Сущность явлений, происходящих на границе раздела фаз, а значит и поверхностей, раскрывается через представление об ионном обмене между фазами. Например, для чистого асбестового волокна нормальной прочности по данным Граче вой О.И./114/, этот процесс можно описать так. Ионы, входящие в состав твердой фазы, например, гидроксил - анионы (ОН)", возникшие в результате диссоциации воды, образуют внутреннюю обкладку двойного слоя. Ионы противоположного знака, в данном случае - это катионы двухвалентного магния Mg ", отделившиеся от твердой фазы также при диссоциации, образуют внешнюю обкладку двойного слоя, рис. 2.24.а. Ионы внешней обкладки, притянутые электрическими силами вплотную к внутренней обкладке, образуют "плотный" слой внешней обкладки. Часть ионов внешней обкладки благодаря молекулярному тепловому движению и большей кинетической энергии по сравнению с другими, преодолевают потенциальную энергию поля и уходят в объём поверхностной жидкости, в данном случае воды. Этот слой называется диффузным. В результате устанавливается динамическое равновесие, в котором скорость диффузии ионов из поверхности волокна (твердой фазы) в "объём" жидкости, равна скорости обратного процесса, обусловленного полем электростатических сил. В процессе дробления, транспортировки и сушки асбестовой руды образуются значительные по площади свежерасколотые поверхности, которые тут же увлажняются капиллярной водой, и наряду с этим отколовшиеся от данного вида породы частицы крупностью менее 0,075 мм, также увлажненные. В начальный момент времени заряд поверхности данных микрочастиц одинаков с зарядом породы и имеет либо отрицательное значение, либо слабо - положительное. Отрицательный заряд поверхности обеспечи-вают отрицательные двухвалентные анионы кремнекислоты - S1O3" , находящиеся в "плотном" слое, тогда как слой внутренней обкладки образуют катионы водорода КҐ.
В момент раскола породы и отделения микрочастиц находящиеся в прямом соприкосновении с ними волокна (фибриллы или агрегаты) асбеста, покрытые микропленкой воды, взаимодействуют между собой за счет ван-дер-ваальсовых сил, закрепляя на себе эти частицы. Сила, которая усиливает адгезию в данный момент времени, вызвана разностью потенциалов, возникшей между катионами "плотного" и диффузного слоев волокнистого агрегата, то есть катионами Mg+ и анионами кремнекислоты SiCV , которые находятся в "плотном" и диффузном слоях двойного электрического слоя раздела фаз вновь образованной микрочастицы. Причем, чем больше разность потенциалов между взаимодействующими частицей и агрегатом, тем больше по количеству закрепляется микрочастиц тонкодисперсной фракции на нем. Очевидно, что микрочастицы, образованные из перидотита закрепляются в наименьшем количестве, чем микрочастицы из серпентинита, и в значительно меньшем количестве, чем тальк- карбонатные микрочастицы.
На рис. 2.24.5 изображена схема адгезии тонкодисперсной фракции с образованием двойного электрического слоя для серпентинитовых микрочастиц. Из рисунка видно, что происходит притяжение отрицательно заряженных вновь образованных микрочастиц и положительно заряженного агрегата волокна. Причем, в случае положительно заряженных микрочастиц из перидотита, Ь, равен плюс (3-4 мВ), они также притянутся к волокну за счет адгезии и смачивания поверхностей. Связь между волокном и микрочастицей будет более слабой, чем в случае серпентинитового и тальк - карбонатного состава породы. Общий заряд поверхности вновь образованного конгломерата, состоящего из волокна и тонкодисперсной фракции, снижается по отношению к условно чистому волокну на величину разности зарядов.
В последующие циклы технологического процесса система: конгломерат (волокно + тонкодисперсная фракция) - пустая порода стремится к состоянию динамического равновесия. При его достижении работа переноса 1 моль против электрических сил Zj F Аф (где Ъ\ . валентность і- того компонента, F - число Фарадея, Аф - максимальная равновесная величина разности потенциалов), должна быть равна уменьшению химического потенциала AJJ,J.
Проектирование и оптимизация комбинированной схемы обогащения для нескольких концентратов
В полупромышленных условиях на руде Молодежного месторождения с массовой долей асбеста 5,78 % был осуществлен полный факторный эксперимент ПФЭ- 2". Первый фактор - производительность, которая изменялась в диапазоне 18-22 т/ч, второй фактор - скорость вращения барабана, изменяющаяся от 0,5 до 3,0 м/с. Функциями отклика были - выход немагнитной фракции и массовая доля асбеста в ней.
Полученные модели имели линейный вид и коэффициент корреляции 0,69 и ,074 соответственно.
По результатам данных экспериментов магнитная сепарация с верхней подачей на асбестовой руде наиболее эффективно осуществляется при скорости вращения барабана 1 м/с, положении шибера - 300 мм, производительности по исходному 21,5 т/ч и напряженности магнитного поля — 160 кА/м. Оптимальный класс крупности для осуществления магнитной сепарации — класс -80+40 мм. При этом прогнозируемые показатели сепарации для класса -80+40 мм составят: выход немагнитной фракции 62 % и массовая доля асбеста в ней - 0,065 %.
В асбестовой промышленности магнитная сепарация ранее (1935-1955 гг.) использовалась в схемах получения длинноволокнистого кускового асбеста - «крюда». Производительность сепараторов фирм «Маклеод» и «Ленинградец» находилась в пределах десятков килограммов в час. В Канаде магнитные сепараторы используются с верхней подачей и предназначены для выделения крупнокусковых сростков, содержащих асбест в магнитную фракцию. В литературе /169-172/ не дается описание типов применяемых сепараторов и не указана напряженность используемого магнитного поля.
В России широко применяются магнитные сепараторы для обогащения железных руд. В настоящее время в России и СНГ для сухого обогащения железных руд выпускаются сепараторы 171, 169, 189, 206, 251 СЭ, 2 ПБС-63/200, ПБС-90/100, ЭБС-80/170. Производительность сепараторов находится в пределах от 20 до 400 т/ч, максимальная напряженность магнитного поля 160 кА/м /173/.
За рубежом магнитные сепараторы выпускаются фирмами «Динго», «Аутокумпо» (Финляндия), «Рапид» (Англия), «Мицубиси» (Япония), «Крупп», «Ведаг», «Гумбольдт» (Германия) и другими /198/. Иностранные образцы сепараторов выпускаются, как и отечественные, с электромагнитными системами и системами на постоянных магнитах, с верхним и нижним питанием. Диаметр барабанов составляет: для электромагнитных сепараторов (200-1000) мм, для сепараторов с постоянными магнитами 300-650 мм. Но электромагнитные сепараторы сложны в обслуживании, и в последнее время предприятия черной металлургии отдают предпочтение сепараторам на постоянных магнитах. Сепараторы на постоянных магнитах, производимые за рубежом, имеют небольшой диаметр барабана.
В последнее время появились новые материалы для постоянных магнитов. Кроме традиционного феррита бария стали использоваться сплавы из феррита стронция, ниодим-железо-бора, александрита и другие /174/. С их помощью стало возможным создавать магнитные поля с напряженностью от 160 до 300 кА/м, что ранее было недоступно. Исходя из расчетов напряженности магнитного поля для асбестовых продуктов как при верхней, так и при нижней подаче материала, можно сделать выводы, что именно из таких материалов необходимо проектировать магнитную систему магнитных сепараторов для обогащения асбестовых руд.
Скорость вращения барабана и его диаметр для экспериментального магнитного сепаратора выбирались по результатам исследований, проведенных в работе /175/, и составили: - скорость вращения барабана - 1 м/с; - диаметр барабана не менее - 0,9 м. Для руды Молодежного месторождения рекомендован магнитный сепаратор ПБС 90/250, для других асбестовых руд необходим дополнительный подбор аппарата.
Исследования проводились на асбестовых концентратах, полученных при обогащении руд Баженовского и Анатольевского месторождений. Исследованию подвергались концентраты, направляемые на производство 3-7 групп асбеста. Лабораторные опыты по физическому моделированию конечных скоростей падения длинных цилиндрических частиц проводились на отрезках медной, железной и алюминиевой проволоки в глицерине и воде.
Исследования проводились в 3 этапа: - расчет граничной крупности разделения асбестовых частиц, выявление параметров, имеющих максимальное влияние на скорость их падения в водной среде, определение скоростей падения частиц различной формы в лабораторных условиях; - расчет и выбор теоретических и фактических параметров работы гидроциклонов; - разработка и проверка схемы мокрой классификации в гидроциклонах для снижения массовой доли тонкодисперсной фракции в асбесте;
Расчет граничной крупности разделения частиц цилиндрической и шарообразной формы произведен с использованием общепринятых методик А.И. Поварова /177/ и геометрических особенностей длинных цилиндров.
В результате расчета выявлено влияние на процесс разделения в гид-роциклонах не только формы частиц, но и зависимости параметра Re v/ от Re, где Re - число Рейнольдса, определяющее в турбулентном, ламинарном или промежуточном режиме проходит процесс, \\г — коэффициент сопротивления среды. Для определения данной зависимости для цилиндрических частиц при соотношении l/d 25 (характерно для асбеста) были проведены специальные опыты на медной, железной, алюминиевой проволоке. Опыты проводились в стеклянном цилиндре диаметром 520 мм при температуре 20 С. Для получения надежных данных опыты проводились на частицах различной плотности и в различных по плотности и вязкости средах (глицерин, вода). Это позволило получить зависимости для малых Re. Для получения зависимостей при больших Re использовались резиновые цилиндры (плотность 1270 кг/м ).
Эксперименты по выбору режимов гидроциклонирования проводились в условиях Асбестовой опытной фабрики ОАО «ВНРШпроектасбест» на гидроциклонах конструкции данного института, разработанных специально для асбеста и имеющих диаметры 75 и 200 мм. В ходе экспериментов изменялось соотношение размеров песковой насадки к диаметру сливного патрубка и объемная производительность гидроциклонов.
Для окончательного выбора параметров гидроциклона были проведены эксперименты по определению коэффициента изменения окружной скорости частицы фх. Эксперименты проводились на асбестовых концентратах крупностью 0,5 мм на установке. С этой целью продукт перемешивался с водой в смесительном баке в весовом соотношении 1:25. Из бака пульпа Песковым насосом подавалась в гидроциклон, слив и пески которого возвращались в бак. Для стабилизации режима работы гидроциклона каждый раз перед опробованием установка работала 5-7 минут по замкнутой схеме. В период опробования схема размыкалась и одновременно отбирались пробы от слива и песков путем пересечения потока прбоотборником. Давление пульпы на входе поддерживалось 1,2x104 кг/м2. Песковые насадки имели размеры: для гидроциклона диаметром 75 мм - 12 и 16 мм, для гидроциклона диаметром 200 мм — 20 и 28 мм. В результате данных экспериментов были выбраны оптимальные режимы работы гидроциклонов на асбесте.
Внедрение результатов исследований при проектировании предприятия
Оптимизация технологических схем с учетом качества готовой продукции является частным случаем проектирования комбинированной схемы обогащения для нескольких концентратов, где вместо показателя массовой доли одного из полезных компонентов подставляется оптимальный показатель качества продукта, например, для асбеста - массовая доля тонкодисперсной фракции минус 0,075 мм.
Принцип построения границы разделения технологической схемы с учетом качества идентичен принципу построения границы разделения для двухкомпонентной схемы, только вместо показателя массовой доли примеси (либо п-ного компонента) определяется массовая доля тонкодисперсной фракции.
Сущность метода поясним, демонстрируя в качестве примера нахождение границ разделения (Уопті) в случае двух качественных показателей -массовой доли асбеста и массовой доли тонкодисперсной фракции - 0,075 мм. Дан конкретный пример передела обработки чернового концентрата сушки участка № 1 асбофабрики ОАО «Ураласбест» (опробования проводились в течение 2005 года - 2 раза в месяц). Комплексная фракционная характеристика исходного продукта по средним данным опробования приведена в табл. 4.4. При этом распределение продукта происходит по двум физическим признакам - крупности и скорости витания (табл. 4.4). Массовая доля асбеста в данной характеристике определялась до + 0,25 мм.
При этом условные функции цен J] = /„ (Рконі) в расчете на 1 тонну 0-6 товарных групп асбеста даны в табл. 4.5. Первым шагом метода является построение зависимости вида: Yii=yi(Pi) / p2-+min (4.17) Далее начинаем формировать концентрат (товарный асбест), начиная с фракции с максимальной массовой долей асбеста и минимальной массовой долей тонкодисперсной фракции. Затем продолжается формирование концентрата путем добавления фракции (клеточка из табл. 4.4), для которой массовая доля асбеста менее, чем в первом случае, но максимальная из оставшихся, а массовая доля тонкодисперсной фракции более, чем в первой фракции, но минимальная из оставшихся. Аналогичные действия выполняются и для всех остальных фракций.
Номершага,і Выход суммарного концентратаукон, = У у,Рчах Массовая доля тонкодисперсной фракции в суммарном концентрате Р;1 Pi _Ркош= І YiPilPi2,%YKOH, [Змач Функция цен/ц (PKOH)Jруб/т Суммарная цена товарного асбеста 0-6 групп Л, тыс. руб.
Во время шаговых операций формирования концентрата (товарного асбеста) при каждом шаге для каждого концентрата по существующим функциям условных цен и формулам (4.10 - 4.11) определяется цена концентрата (Jj) и общая стоимость (П) от условной реализации концентрата (товарного асбеста). Формирование концентрата (товарного асбеста) происходит до тех пор пока соответствующая функция цен не достигнет максимума и при дальнейшем прибавлении фракции не станет снижаться. Функция цен приведенного в табл. 4.5 примера изображена на рис. 4.7.
В данном случае формируется 2 области, на которые разбивается вся область Д (табл. 4.4), представляющие концентрат(товарный асбест) и хвосты.
В момент, когда J для концентрата прекратит возрастание, общая стоимость П таюке начнет снижаться. Этот момент есть момент деления исходного сырья (область Д) на области Дкон, ДхВ.
Теперь в области концентрата, а также в хвостах можно определить показатели выхода, массовой доли в концентрате основного (асбеста) и показателя качества - массовой доли тонкодисперсной фракции по формулам 4.16. В приведенном примере данные показатели будут составлять: - выход готового асбеста 2-4 групп 80,1 %; - массовая доля асбеста в нем 99,1 %; - массовая доля тонкодисперсной фракции в асбесте 45,2 %.
Результаты постоянного опробования работниками ОТК фабрики готовой продукции за период опробования по средним показателям показали, что фактические показатели составляют: - выход готового асбеста 2-4 групп 88,2 %; - массовая доля асбеста в нем 98,8 %; - массовая доля тонкодисперсной фракции в асбесте 45,1 %. Полученные данные показывают, что прогноз показателей качества имеет хорошую сходимость.
Таким образом, прогноз показателей обогащения позволяет оптимизировать конфигурацию технологической схемы, в данном конкретном случае предлагается перерабатывать черновой концентрат сушки по отдельной схеме, не смешивая его с другими продуктами. Предлагаемая схема обработки чернового концентрата сушки приведена на рис. 3.5.
Приведенные выше методики и примеры их использования позволяют оптимизировать обогатительные технологии с точки зрения конечной продукции и ее качества на любой стадии переработки. Для ДСК такой подход также подходит, но не позволяет решить вопрос оптимизации технологии дробления и грохочения с позиций выделения отходов на ранних стадиях переработки.
В последнее время массовая доля полезного компонента в исходном асбестовом сырье, поступающем на переработку, значительно снижается. В связи с этим важное значение приобретают операции предварительного обогащения. Ниже приведено описание метода проектирования оптимальной технологической схемы для передела предварительного обогащения -метод перебора «хвостовых фракций». Данный метод более приемлем при оптимизации технологических схем ДСК, чем «метод перебора концен-тратных фракций», так как в ДСК не вырабатывается готовая продукция -концентрат.
Прогнозирование и оптимизация операций предварительного обогащения асбеста возможно осуществлять, используя метод перебора «концен-тратных фракций», описанный выше /129/. Исходными характеристиками в данном случае являются комплексные характеристики исходных в операции предварительного обогащения продуктов х ; ... ), раСб(і;% ---п), где п — физический признак. Для обогащения асбеста - это, как было указано выше, 1 — крупность, мм иі)в- скорость витания в восходящем потоке воздуха, м/с. При использовании магнитных методов физическим признаком может быть магнитная восприимчивость Хт ед. СИ.
Целью анализа такой комплексной характеристики является поиск оптимальной границы разделения фракций Ур опт на области концентрата или в случае предварительного обогащения промпродукта D„p и хвостов DXB, которые также определяются с помощью экономического критерия, который в данном случае оптимизирует убытки от выделения продукта в хвосты с помощью предварительного обогащения.
Построенная граница разделения позволяет, как спроектировать оптимальную схему предварительного обогащения, например в ДСК, так и определить режимы собственно операции предварительного обогащения.
В табл. 4.6 приведена комплексная характеристика надрешетного продукта грохотов ГИС-42 после III стадии дробления в ДСК участка № 1 асбестообогатительной фабрики ОАО «Ураласбест». Она построена по двум физическим признакам i (1) - крупность и ,2 (Хш) - магнитная восприимчивость. В каждой фракции также определена массовая доля двух компонентов: асбеста и магнетита. На основании данной характеристики продемонстрируем метод поиска оптимальной границы разделения фракций.
Метод заключается в построении двух характеристик: - зависимости выхода фракций от массовой доли полезного компонента у; = f((3j) и зависимости убытков, полученных при переработке хвостов предварительного обогащения, от массовой доли полезного компонента (асбеста) в них У = f(Pi). Функция убытков определяются по формуле:
Похожие диссертации на Научное обоснование и разработка технологии обогащения асбестовых руд с получением готовой продукции высокого качества
