Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обобщение опыта переработки металлургических шлаков, состояние и перспективы 11
1.1. Ресурсно-технологическая характеристика металлургических шлаков различного генезиса 11
1.2. Анализ состояния проблемы комплексной переработки шлаков с целью извлечения металлов 15
1.3. Анализ отечественной и зарубежной практики дезинтеграции металлургических шлаков 22
1.4. Анализ селективности разрушения в различных аппаратах дробления 28
1.5 Цель, задачи и методы исследований 34
Глава 2. Технологические свойства металлургических шлаков 36
2.1. Изучение вещественного состава металлургических шлаков различного генезиса 36
2.2. Изучение структурно-технологических свойств металлургических шлаков 48
2.2.1. Морфометрические особенности металлургических шлаков 48
2.2.2. Особенности структуры и текстуры металлургических шлаков 52
2.2.3: Физико-механические свойства различных фаз шлаков 56
2.3 Обоснование выбора экспрессного критерия селективности разрушения 69"
Глава 3. Исследование механизма разрушения металлургических шлаков в аппаратах центробежно-ударногодробления 75
3.1. Оценка процесса дезинтеграции металлургических шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления с точки зрения ударно-волновой теории разрушения 77
3.2. Определение факторов влияющих на процесс разрушения куска материала в рабочем пространстве центр обежно-ударной дробилки 81
3.3. Взаимовлияние конструктивных параметров и технологических свойств дробимого материала в процессе центробежно-ударного дробления 85
3.4. Схема силового взаимодействия при разрушении куска шлака в аппаратах центробежно-ударного дробления с учетом распределенного характера инерционных нагрузок 88
3.5. Технологические рекомендации селективной дезинтеграции шлаков перед обогащением 91.
Глава 4. Опытно-экспериментальная оценка технологических решений дезинтеграции шлаков перед последующим флотационным обогащением 97
4.1. Флотационная переработка шлаков ЗАО «Карабашмедь» в условиях Александрийской ОФ 97
4.2. Оценка раскрываемости зерен шлака в процессе дробления в аппаратах центробежно-ударного дробления 101
4.3. Опытно-экспериментальная оценка технологии селективной дезинтеграции шлаков ЗАО «Карабашмедь» 106
Глава 5. Оценка технико-экономической и эколого-социальной эффективности разработанных технологических решений 116
5.1. Технико-экономическая эффективность переработки шлаков ЗАО «Карабашмедь» в условиях Александрийской ОФ 116
5.2. Эколого-социальная эффективность утилизации металлургических шлаков ЗАО «Карабашмедь» 123
Заключение 126
Список литературы 130
Приложение 139
- Анализ состояния проблемы комплексной переработки шлаков с целью извлечения металлов
- Морфометрические особенности металлургических шлаков
- Определение факторов влияющих на процесс разрушения куска материала в рабочем пространстве центр обежно-ударной дробилки
- Оценка раскрываемости зерен шлака в процессе дробления в аппаратах центробежно-ударного дробления
Введение к работе
Для удовлетворения потребностей общества ежегодно извлекается до 30 миллиардов тонн различных видов полезных ископаемых. Интенсивная эксплуатация месторождений в основных горнодобывающих районах страны привела к значительному качественному ухудшению и сокращению запасов практически всех видов полезных ископаемых. При последующей переработке полезных ископаемых значительная часть добываемого сырья не входит в конечные товарные продукты, образуя отходы. Это создает проблемы их складирования, захоронения, защиты окружающей среды.
Металлургические предприятия относятся к числу наиболее крупных народнохозяйственных объектов, в значительной степени определяющих уровень экономического'развития России. Из всего многообразия техногенных образований, получаемых в металлургическом производстве, основной объем составляют шлаки. В России в шлаковых отвалах накоплено свыше 800 млн. тонн шлаков черной и цветной металлургии, в том числе более 125 млн. тонн шлаков медной плавки и более 200 млн. тонн никелевых. Ежегодно в металлургической промышленности образуется порядка 95 млн. тонн шлаков различного генезиса.
Металлургические шлаки представляют собой, с одной стороны, источник нанесения огромного вреда окружающей среде, а с другой - их можно и нужно рассматривать как скопление большого количества полезных ископаемых, содержащих цветные и благородные металлы. Массовая доля полезных компонентов в шлаках зачастую превосходит массовую долю тех же полезных компонентов в большинстве перспективных месторождений руд черных и цветных металлов. Разработка эффективных технологий переработки шлаков позволит ввести их в промышленную эксплуатацию, расширить минерально-сырьевую базу России, снизить экологическую напряженность в металлургических провинциях.
Средний уровень использования промышленных отходов по стране равен всего лишь 36%, а доля использования отходов производства в качестве
вторичного сырья не превышает 11%. Формирование многочисленных шлаковых отвалов (как правило, находящихся в городской черте) предопределяет
эколого-социальную значимость вовлечения в эффективную переработку не только текущих металлургических шлаков, но и разработку отвалов.
Сложность глубокой переработки шлаков обусловлена недостаточным і для получения товарного продукта кондиционного качества раскрытием сростков ценного компонента при дезинтеграции. Используемые щековые и конусные дробилки характеризуются низкой селективностью разрушения при высоких энергетических затратах. При последующем обогащении полезный * компонент не переходит полностью в товарный продукт и остается в силикатных хвостах, что негативно сказывается на качестве строительных материалов, изготавливаемых на основе силикатной части металлургических шлаков. Следует отметить, что в настоящее время выбор аппаратов для дезинтеграции шлаков и режимов их работы производится без должного учета особенностей физико-механических свойств и структурно-морфометрических параметров строения присущих этому виду техногенного сырья.
Все вышеперечисленные экономико-технологические и социально-экологические факторы обуславливают актуальность поставленной проблемы и определяют формулировку темы исследования «Разработка технологии селективной дезинтеграции металлургических шлаков с использованием аппаратов центробежно-ударного дробления».
Целью исследования является разработка технологии селективной дезинтеграции металлургических шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления перед их обогащением.
Идея работы заключается в использовании ударного разрушения, реализованного в аппаратах центробежно-ударного дробления, для дезинтеграции структурно-неоднородных техногенных материалов по межзерновым границам с целью повышения эффективности их последующей переработки.
В качестве объектов исследования выбраны сталеплавильные шлаки -ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», медные шлаки пред-
приятия ЗАО «Карабашмедь», отвальные никельсодержащие шлаки комбината «Североникель» и гранулированные никельсодержащие шлаки комбината «Печенганикель», как наиболее типичные и достаточно полно характеризующие этот вид техногенного сырья.
Предметом исследования является технология дезинтеграции метал-лургических шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления.
Поставленная цель и сформулированная идея работы определили постановку следующих задач:
Анализ современного состояния технологий дезинтеграции металлургических шлаков перед их обогащением и оценка селективности, дезинтеграции в различных аппаратах дробления.
Исследование физико-механических свойств шлаков для выбора
и обоснования критерия оценки селективности дезинтеграции в аппаратах , центробежно-ударного дробления.
Обоснование механизма селективной дезинтеграции металлургических шлаков и построение схемы механического нагружения элемента в" аппаратах центробежно-ударного дробления.
Установление зависимости между технологическими параметрами работы центробежно-ударных дробилок и физико-механическими свойствами разрушаемого материала, выбор оптимальной скорости вращения * ускорителя дробилки.
Оценка эффективности технологических решений селективной дезинтеграции различных видов металлургических шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления.
Теоретической основой исследований явились работы по: технологической минералогии металлургических шлаков (проф. Ванюков А. В., Батанова А. М., Лапин В. В., Белянкин Д. С, Котельникова А.Р., Митрофанов С. И.), позволившие выявить параметры и показатели структуры шлака, особенности физико-механических свойств техногенного сырья;
технологии переработки шлаков (Довгополов В. И., Лакер М. М., Мазурчук Э. Н., Панфилов М. И., Сорокин Ю. В:), послужившие основой для разработки технологических решений дезинтеграции шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления;
научно-методическому обоснованию технологии селективной дезинтеграции (акад. Чантурия В. А., чл. - корр. Ревнивцев В. И., Барон Л. И., Хопунов Э. А., проф. Вайсберг Л. А., Клыков Ю. Г., проф. Юсупов Т. С), позволившие выбрать и обосновать критерий селективной дезинтеграции металлургических шлаков.
Переработка металлургических шлаков является обязательным элементом безотходной технологии, так как позволяет получить из сегодняшних отходов высококачественное сырье для металлургической промышленности, а также за счет сокращения расходов на содержание шлаковых отвалов. Комплексное освоение шлаков обеспечит не только извлечение ценных компонентов, но и сохранение,экосистем. В настоящее время теоретические основы, селективной дезинтеграции применительно к металлургическим шлакам-недостаточно разработаны и требуют уточнения:
На защиту выносятся следующие научные положения:
Наличие на периферии металлических включений шлаков реакционной каемки, обладающей существенно большей микрохрупкостью по сравнению с основной матрицей и металлом, определяет перспективность селективной дезинтеграции в аппаратах центробежно-ударного дробления.
Критерием селективности дезинтеграции металлургических шлаков
в аппаратах центробежно-ударного дробления является соотношение микро- твердостей силикатной фазы (Д„) и металлических включений (Нв) шлака; селективность дезинтеграции обеспечивается приНм/Нв> 0,83.
3. Минимально необходимая для разрушения куска скорость вращения
ускорителя центробежно-ударной дробилки и физико-механические характе
ристики шлаков связаны зависимостью
где v - скорость вращения ускорителя дробилки, м/с; а^- предел прочности при сжатии, Па; Е - модуль упругости, Па; \х~ коэффициент Пуассона; т - масса куска, кг; г — радиус куска, м; 3,19 - эмпирический коэффициент.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что селективность дезинтеграции металлургических шлаков в аппаратах центро- , бежно-ударного дробления обусловлена наличием структур замещения и существенным (в 4 - 5 раз) различием прочностных свойств основных фаз шлака.
Впервые для обоснования возможности селективной дезинтеграции металлургических шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления установлен критерий оценки селективности дезинтеграции и его граничное значение (разрушение селективно по межзерновым грани- i цам при соотношении микротвердостей металлических включений и силикатной фазы более 0,83).
Вскрыт механизм селективного разрушения куска шлака в аппаратах центробежно-ударного дробления, заключающийся в селективном разрушении куска шлака по межзерновым границам за счет приложения распределенных инерционных нагрузок и различия морфометрических пара-метров зерен металлической и силикатных фаз, в результате чего в зернах фаз шлака возникают различные по величине силы инерции.
Установлена зависимость скорости вращения ускорителя центробежно-ударной дробилки от физико-механических характеристик материала, подвергаемого дезинтеграции.
Практическая значимость работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана технология селективной де- і зинтеграции металлургических шлаков с применением центробежно-ударной дробилки ДЦ в третьей стадии дробления, обеспечивающая большую рас-
крываемость зерен ценного компонента шлака в процессе дезинтеграции и высокие показатели последующего обогащения. Разработана методика экспрессной оценки селективности дезинтеграции металлургических шлаков в аппаратах центробежно-ударного дробления.
Использование результатов работы на ОАО «Александрийская горнорудная компания» позволит:
получить дополнительную прибыль предприятия за счет реализации более конкурентоспособной продукции - концентратов и силикатной части;
обеспечить существенный экономический эффект за счет использования в качестве сырья продуктов, извлекаемых из шлаков (стоимость 1 т металла, добытого из шлака, на 30 - 40 % ниже стоимости металлолома);
организовать работу по экологической реабилитации районов переработки минерального сырья за счет уменьшения площади шлаковых отвалов;
обеспечить социальный эффект за счет снижения негативного воздействия техногенных отходов на людей и окружающую среду, повышения занятости населения при создании инфраструктуры обращения с техногенным сырьем и создания в рамках данной инфраструктуры новых или до-загрузка мощностей действующих производств, а также обеспечить рост товарного и рыночного потенциалов региона и страны в целом.
Методы исследований. При выполнении диссертационной работы был использован комплекс физических, химических и физико-химических методов: химический, минераграфический, спектральный, гранулометрический анализы; метод электронной микроскопии; метод восстановленного отпечатка определения микротвердости и микрохрупкости; метод оценки раскрываемости и определения морфометрических параметров зерен с помощью промышленной системы анализа изображений SIAMS - 600; флотационные опыты на лабораторных установках. Все виды анализов проводились с использованием стандартных методик и аппаратуры в лабораториях ГОУ ВПО «МГТУ», Александрийской горнорудной компании, «Центра изучения вещества» (ИПКОН РАН, г. Москва), ЗАО «Урал-Омега».
Работа выполнена с применением методов обобщения и систематизации материалов по проблеме исследования, физического моделирования, прикладной математики, математической статистики, теории вероятности, прикладных программ Microsoft Exel.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена применением современных методов исследования и методик диагностирования, сходимостью результатов экспериментальных исследований (коэффициент корреляции 92%) и их сопоставимостью с результатами теоретического анализа, положительными результатами лабораторных испытаний предложенной технологии селективной дезинтеграции медных шлаков.
Публикации: результаты работы опубликованы в 9 печатных работах.
Работа выполнена при поддержке Грантов РКП 2.1.2.6594 Минобрнау-ки по аналитической ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы» и Научной школы академика В.А. Чантурия.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н. Шадруновой И. В., сотрудникам УРАН ИПКОН РАН и ГОУ ВПО «МГТУ», специалистам ЗАО «Урал-Омега» и ОАО «Александрийская горно- , рудная компания».
Анализ состояния проблемы комплексной переработки шлаков с целью извлечения металлов
Повторное вовлечение металлургических шлаков в производственный цикл как в качестве сырья для металлургической промышленности, так и при производстве строительных материалов невозможно без их предварительного обогащения. Для извлечения железа и магнетита из шлаков применяется магнитная сепарация. Шлаки, содержащие цветные металлы, перерабатывают флотационными, гравитационными, физико-химическими и комбинированными методами, которые позволяют доизвлекать часть цветных металлов, находящихся в виде металлических, оксидных, сульфидных и иных фаз.
Все эти способы извлечения металла из шлака предусматривают предварительную дезинтеграцию шлаков. Операция извлечения металлических включений из шлаков в настоящее время используется как сопутствующая процессам дробления и грохочения.
Работа в направлении создания технологии переработки металлургических шлаков на крупнейших металлургических комбинатах страны началась в 70 - 90-х годах прошлого века. В ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») проведены многочисленные исследования, результаты которых позволили эффективно использовать шлаки металлургического производства [15, 54]. С 1994 г. эксплуатируется установка фирмы ОАО «Хеккет Мультисерв» (мощностью до 2,2 млн. т/год) по переработке конвертерных шлаков текущего производства и частично отвальных мартеновских шлаков, с 1995 г. - установка компании SKI (Финляндия) по переработке отвальных мартеновских шлаков. Переработка шлака на стационарной установке ОАО «Хеккет Мультисерв» включает пять стадий грохочения, три стадии магнитной сепарации (CMC) и одну - самоизмельчения: В результате переработки шлака на установке получают следующие продукты: магнитные и немагнитные фракции -350 +50, -50 +10 и -10 +0 мм, скрап фракции -350 мм и бойный скрап. Передвижные установки фирмы SKI состоят из двух агрегатов: один (SKI - 1) предназначен для классификации шлака по фракциям и выделения из него магнитного продукта, другой (SKI - 2) - только для отделения магнитного продукта. Магнитный продукт фракции -15 +10, -15 +0 и -10 +0 мм используется в агломерационном и доменном производствах в качестве металлсодержащего компонента в количестве 35,6 кг/т агломерата и 2-12 кг/т чугуна. Скрап фракции -350 +50 мм применяют в металлошихте конвертерной плавки (10 - 15% массы металлолома). Фракционированный щебень из шлаков поступает на склад готовой продукции, откуда отгружается потребителям.
В настоящее время на участке переработки металлургических шлаков (УПМШ) перерабатываются отвальные мартеновские и конвертерные шлаки ККЦ из «твердой» ямы в количестве 2,4 млн. тонн в год. Схема предусматривает последовательную цепь операций грохочения и магнитной сепарации. Схема переработки сталеплавильных шлаков на УПМШ ОАО «ММК» представлена в приложении 1.
В результате переработки шлаков получают магнитный продукт крупностью -90 +10 мм с массовой долей железа 63,1%, поступающий в доменное производство, и магнитный продукт крупностью -10 +0 мм с массовой долей железа 35%, поступающий в агломерационное производство. Анализ практики переработки показал, что для повышения данных показателей необходимо использовать технологию глубокой переработки шлаков.
В работах по исследованию и испытанию вариантов технологии переработки шлаков медеплавильного производства [53, 55] показана возможность вывода конвертерных шлаков ОАО «Святогор», содержащих Си - 1,8%, Zn - 4,4%, на специальную переработку. Эффективность переработки зависит от состава получаемого шлака и его соответствующей подготовки. Шлак перерабатывается по следующей схеме: медленное охлаждение - дробление - измельчение - флотация — магнитная сепарация хвостов флотации. При этом для достиже-нияс наилучших условий флотации необходимо, было измельчать конвертерный шлак до крупности 90 - 95% класса -0,074 мм, что было связано с рядом трудностей технологического характера. Качество железного концентрата, ; полученного после магнитной сепарации, удовлетворяло потребностям предприятий черной металлургии.
Общее количество медных шлаков в отвалах ЗАО «Карабашмедь» составляет около 20 млн. тонн. Среднее содержание меди в шлаках - 1,5%. В настоящее время медьсодержащий шлак перерабатывается на Александрийской обогатительной фабрике, которая была запроектирована и перерабаты-вала медно-цинковые руды Александрийского месторождения. При переходе на переработку шлаков была изменена флотационная схема, схема же рудо-подготовки осталась неизменной (рисунок 1.1).
Морфометрические особенности металлургических шлаков
Распределение размеров частиц ценного компонента в сырье позволяет определять необходимую тонину помола при рудоподготовке, выбирать дальнейшие операции обогащения и стадиальность операций, прогнозировать зоны концентрации и перераспределение металлов после дезинтеграции. Чем крупнее вкрапленность минералов и совершеннее форма их выделений, тем проще методы и выше показатели переработки, а также комплексность использования полезного ископаемого. Неполное раскрытие полезных минеральных компонентов, или их переизмельчение в процессе рудоподготовки предопределяют недостаточное извлечение металлов, несмотря на высокую эффективность последующих операций обогащения [3, 67].
При изучении шлаков ОАО «ММК» под бинокулярной лупой наблюдались легко различимые корольки металла крупностью до 3 мм, которые впоследствии были учтены при статистической обработке. При более детальном изучении шлака с помощью системы анализа изображений установлено, что корольки металла имеют широкий диапазон крупности. Размеры металлических включений находятся в пределах от 52 до 97 мкм, а неметаллических - от 213 до 501 мкм. На рисунке 2.5 приведена гистограмма распределения размеров металлических включений по вероятности обнаружения. Преимущественный размер включений составляет 80...90 мкм, неметаллических - 300. ...350 мкм. Средний размер металлических включений 84 мкм, шлаковых - 329 мкм. Металлические включения в большинстве случаев имели практически круглую форму и наблюдались в виде отдельных зерен в основной матрице шлака. Круглый фактор формы металлических включений в шлаках ОАО «ММК» составил 0,7 - 0,8.
Структура замещения в виде перешейков кордиеритовой фазы (Mg,Fe)2Al3(AlSi50g) имеет неправильную форму, с изрезанными границами перехода от одной фазы к другой, и ее размеры в самом протяженном направлении не превышают 15 мкм. В никельсодержащих шлаках комбинатов «Североникель» и «Печенга-никель» металлические включения представлены никеленосным пирротином, но существенно отличаются по размеру. В отвальных никелевых шлаках зерна пирротина значительно крупнее, чем в гранулированных шлаках, что можно объяснить различием в скорости охлаждения шлаков [табл. 2.4]. Средний размер металлических включений в отвальных шлаках комбината «Североникель» составляет 63 мкм, а в гранулированных шлаках — 104 мкм. Металлические включения никеленосного пирротина представлены отдельными округлыми зернами с реакционной каемкой по периметру зерна. Круглый фактор формы металлических включений для обеих проб шлака составил 0,8 — 0,9.
Распределение размеров металлических включений в медных шлаках ЗАО «Карабашмедь»: а)сульфиды меди; б) металлическая медь В шлаках ЗАО «Карабашмедь» были выделены медьсодержащие фазы двух видов, различающиеся между собой составом и строением (рисуною 2.7). Металлические включения имеют широкий диапазон крупности от 50 до 750 мкм. Первый вид включений - смешанная халькопирит-барнитовая фаза-- представлена- более мелкими по сравнению с металлической медью зернами. Средний размер включений, сульфидов составил 115 мкм, в то время как средний .размер включений металлической меди 352 мкм. Реакционная каемка окружающая частицы металлической меди, представлена, как и в случае никельсодержащих шлаков, цинковой шпинелью и также. неравномерна по-периметру окаймления. Толщина реакционной каемки не превышает 150 мкм. Оба вида.металлических включений имеют круглую форму, близкую, к идеальной, и наблюдаютсяв виде отдельных зеренв основной, матрице шлака. Сростки с другими фазами отсутствовали. Круглый фактор формы металлических включений составил 0,8 - 0,92. Фаза фаялита в медных, шлаках представлена неполными призматическими кристаллами, часто в виде полого кристалла с четкими гранями. Кристаллы практически одинаковы по крупности и имеют размеры от 180 до 200 мкм.
Всестороннее изучение сталеплавильных шлаков ОАО «ММК», медных шлаков ЗАО «Карабашмедь» и никельсодержащих шлаков комбинатов «Печенганикль» и «Североникель» позволило установить, что во всех отобранных шлаках наблюдается близкое соотношение морфометрических параметров: круглый фактор формы металлических включений составляет 0,7 -0,9 (с вероятностью частоты обнаружения до 90%); соотношение размеров металлических и неметаллических включений (по их средним значениям) находится в пределах 0,2 — 0,6. В исследуемых шлаках не обнаружено сложных, тройных или эмульсионных сростков металлических частиц со шлаковой составляющей, снижающих эффективность обогащения. Размеры металлических частиц исследуемых шлаков находятся в диапазоне от 63—352 мкм, что является приемлемой крупностью для современных гравитационных, флотационных и магнитных обогатительных аппаратов [104]. Рудные зерна имеют четкие границы и округлую форму выделений, а наличие реакционных каемок создает предпосылки для селективной дезинтеграции металлургических шлаков в- аппаратах центробежно-ударного дробления перед последующим обогащением.
Определение факторов влияющих на процесс разрушения куска материала в рабочем пространстве центр обежно-ударной дробилки
Подставив это соотношение в уравнение модуля упругости и выразив все через скорость распространения поперечной волны, получим Таким образом, скорость прохождения ударной волны через материал, а следовательно, и результат разрушения зависят от плотности разрушаемого образца и модуля упругости. Для того, чтобы связать скорость прохождения ударной волны с пределом прочности материала, параметрами работы дробилки и результатом разрушения в целом, необходимо учесть процесс мно- , жественного отражения, ударных волн от границ срастания зерен в гетерогенных минералах, что является весьма перспективным направлением и позволит сделать выводы- о скорости, необходимой для разрушения того или иного компонента и возможности селективной дезинтеграции. Для дальнейшего развития этого направления также необходимо создание инновационных методов исследования быстропротекающих процессов; позволяющих более детально изучить процесс.
В отечественной справочной литературе практически отсутствуют сведения о механизме разрушения природных и техногенных материалов в цен-тробежно-ударных дробилках, реализующих принцип разрушения ударом свободно летящего куска материала о неподвижную отбойную плиту. Рисунок 3.2. Схема разрушения куска свободным ударом Кафедрой горных машин УГГГА был проведен ряд работ по исследованию природы разрушения в аппаратах центробежно-ударного дробления [75, 76, 77].
Влияние соотношения масс дробящего органа и дробимого куска (1) и жестокости пружинных амортизаторов (2) на степень дробления На рисунке 3;3 приведены экспериментальные зависимости степени дробления:материала в аппаратах центробежно-ударного дробления?от соотношения масс дробящего органа и дробимого куска и. от жесткости амортизаторов плиты.
Как видно, масса дробящего органа. должна иметь хотя? бы тридцатикратное превышение массы разрушаемого куска- чтобы не снижалась эффек-тивность дробления. Є другой стороны І дробящиш орган должен: иметь небольшую податливость, что увеличивает продолжительность удара и повышает степень дробления. Ориентируясь на зависимости, можно выбрать массу отбойных плит центробежно-ударной дробилки;.а также характеристики пружинных амортизаторов;
Основнымшараметром работыцентробежно-ударных дробилок является скорость: вращения- ускорителя; от которой ; напрямую? зависит скорость. удара;куска;материала;об;отбойную-плиту в;камере дробления.. В соответствии с: современными :представлЄНИЯМИІ теории удара; энергиямудара расходуется на-измельчение в контактной зоне и распространение волны; напряжений? по куску материал а;. Поэтому прш разрушении, крупных кусков не ;требуется; высокая; скорость удара; так как; основная і часть энергии! идет наї переизмельчение в контактной; зоне. При этомвремя ударного воздействия такімало, что микротрещины-не успевают соединиться между собой во всем объеме куска. Как правило, для-крупного дробления рекомендуется скорость удара-20".... 35: м/с, для среднего — 35 ... 65"м/с, мелкого - 50 ... 120 м/с. Наибольшая;степень дробления; имеет место при прямом ударе, когда угол между вектором скорости и поверхностью отбойной плиты равен 90.
Представленное выше выражение для определения кинетической энергии1 удара куска материала- об отбойную плиту центробежно-ударной дробилки с другой стороны равно работе Ау, которую проделывает сила динамического взаимодействия Рд на пути є - величина сжатия куска при ударе. Величина є равна смещению центра инерции куска.
В работе для определения взаимосвязи параметров работы дробилки, а именно скорости вращения ускорителя и физико-механических свойств металлургических шлаков, необходимо определить максимальные значения силы Рд й величины є: Для расчета использована зависимость между силой Рд и величиной є, выведенная Герцем в его теории соударяющихся тел для статического сжатия [44, 51, 64]. Так как продолжительность удара значительно превосходит период наиболее медленных собственных колебаний соударяющихся тел, то предположили, что она сохраняется и при динамическом взаимодействии тел.
Таким образом, мы получили зависимость динамической силы взаимодействия соударяющихся тел от скорости удара. Выразим площадь поперечного сечения куска материала через площадь круга и подставим выражение для определения максимальной силы динамического взаимодействия Рд (1.11). Решив данное выражение относительно v, получим искомое выражение зависимости абсолютной скорости куска материала, разрушаемого в камере центробежно-ударной дробилки, от предела прочности материала при сжатии и его физико-механических свойств. где v - скорость вращения-ускорителя дробилки в точке схода материала, м/с, (У сж - предел прочности при сжатии, Па; m - масса куска, кг; г - радиус куска, м; Е - модуль упругости, Па; п.- коэффициент Пуассона, 3,19 -эмпирический коэффициент.
В центробежно-ударных дробилках силовые взаимодействия обусловлены торможением куска материала на инструменте. Исходный шлак чрез воронку подается на разделительный конус и равномерно распределяется по каналам ускорителя. Затем, получив необходимую окружную скорость для выброса, кусок ударяется о поверхность камеры дробления и дробится. При этом в куске материала возникают силы инерции, обусловленные резким торможением куска на поверхности камеры дробления и направленные к поверхности камеры [65, 66, 105].
Оценка раскрываемости зерен шлака в процессе дробления в аппаратах центробежно-ударного дробления
Оценка предложенных технологических решений селективной дезинтеграции шлаков проведена в условиях лаборатории Александрийской обогатительной фабрики при переработке шлаков Карабашского медеплавильного завода по флотационной схеме. Для реализации предложенной технологии селективной дезинтеграции шлаков предполагается установка центробежно- -ударной дробилки ДЦ - 1,6 в третьей стадии дробления. В работе дана сравнительная оценка технологических показателей переработки медных шлаков-ЗАО «Карабашмедь» с применением существующей на фабрике двухстади-альной схемы рудоподготовки и технологических показателей переработки, полученных при использовании технологии селективной дезинтеграции в аппаратах центробежно-ударного дробления.
Оценка селективности процесса разрушения природного и техногенного минерального сырья должна включать количественные данные об их раскрываемости [8, 60, 72]. Различие физико-механических свойств основных фаз медных шлаков предопределяет их разрушение по границам срастания зерен. Насколько селективно произошло разрушение, оценивалось по количеству свободных зерен рудных минералов и их сростков в продуктах дробления.
В работе оценивалась раскрываемость зерен медного шлака ЗАО «Карабашмедь» после третьей стадии дробления в щековой лабораторной дробилке и центробежно-ударной дробилке ДЦ-0,63. Подготовка лабораторных проб включала в себя операции: перемешивания, сокращения, ситового анализа и дробления» до крупности -20 мм на лабораторной щековой дробилке, что также способствовало ее усреднению.
В, лаборатории ЗАО «Урал-Омега» медный шлак крупностью -20 мм был подвергнут дезинтеграции до крупности 5 мм в щековой лабораторной . дробилке и дробилке ДЦ-0,63 при скоростях вращения ускорителя» 50, 70 и 101 м/с. Дробление осуществлялось в замкнутом цикле с грохочением, что позволяет выводить из процесса готовый класс крупности и исключает переизмельчение шлака.
Ситовый анализ продуктов дробления показал, что при центробежно-ударном дроблении образуется более мелкий продукт (рисунок 4.3). При многократном дроблении медного шлака в лабораторной щековой дробилке не удалось довести всю пробу материала до требуемой крупности -5 мм. Остаток на сите + 5 мм составил 8,55%.
При центробежно-ударном разрушении шлака получили продукт крупностью -5 мм. Выход класса крупности -0,071 мм при минимальной скорости вращения ускорителя (50 м/с) составил 6,9%, что на 2,5% больше, чем при дроблении в щековой дробилке. Прирост классов крупности -1,5 +0,14 мм для продукта центробежно-ударного дробления составил 9,3%.
Наиболее мелкий продукт был получен при дроблении шлака на дробилке ДЦ при скорости вращения ускорителя 90 м/с. Номинальная крупность продукта дробления составила 3,5 мм, а выход класса -0,071 мм составил 10,5%. Прирост класса крупности -1,5 +0,14 мм составляет 13,9% по сравнению с продуктом лабораторной щековой дробилки.
Таким образом, при введении третьей стадии дробления в центробеж-но-ударных аппаратах, возможно уменьшить крупность материала, подаваемого в мельницу, до —5 мм. При реализации двухстадиальной схемы дробления выход класса -0,071 мм составил 1,78%. Выход класса крупности --0,071 мм при реализации трехстадиальной схемы дробления с щековой дробилкой в третьей стадии увеличился до 4,42. Использование центробежно-ударной дробилки в третьей стадии дробления позволило увеличить выход класса крупности -0,071 мм до 10,5%, что позволит перенести часть работы измельчения на дробление и сократить количество энергии, затраченной на рудоподготовку шлаков.
Для минералографического описания продуктов однократного дробления, рассеянных по классам крупности, были изготовлены монтированные аншлифы на основе эпоксидной смолы. Изучена раскрываемость шлаков после дезинтеграции в различных аппаратах, определено распределение минералов и их сростков по классам крупности. Исследования проводились под микроскопом МИН-9 в отраженном свете при помощи оптической системы SIAMS-600. Основная масса продукта представлена классом -2 мм. Результатом оценки раскрываемости медных шлаков ЗАО «Карабашмедь» в различных аппаратах дезинтеграции является определение количества свободных зерен медьсодержащих фаз и их сростков с фаялитом. Распределение меди по классам крупности представлено в таблице 4.3.
В классах крупности -5 +3, -3 +2, -2 +1,5, -1,5 +1 и -1 +0,56 мм, характеризующихся самыми большими выходами и извлечениями меди, практически не наблюдалось свободных зерен металлических включений. Поэтому " дальнейшему детальному анализу эти классы крупности не подвергались. При дроблении в лабораторной щековой дробилке суммарный выход классов -5 +0,56 мм составляет 81,84%, а извлечение меди в этот класс 84,3%. Дробление в аппаратах центробежно-ударного дробления позволило уменьшить выход данного класса до 58,9% и увеличить извлечение металла в готовый класс крупности -0,071 мм до 15,32%, при скорости вращения ускорителя 90 м/с.
Анализ результатов раскрываемости медных шлаков в процессе дезинтеграции в щековой и центробежно-ударной дробилках при различных скоростях вращения ускорителя показал, что все рудные фазы характеризуются довольно высокой степенью раскрытия. Так, при дроблении в щековой дробилке наблюдается 40,61% свободных металлических зерен, а при дезинтеграции шлаков в аппаратах ДЦ при скорости вращения ускорителя 90 м/с уже 53,34%.
