Введение к работе
Актуальность проблемы. В строительной промышленности Российской Федерации складируется около 90 млн. м3 отсевов гранитного щебня в год, из которых используются не более 9-12 %. При 3000 дробильно-сортировочных заводов уже накоплены сотни миллионов кубометров отходов, занимающих плодородные земли. А попытки полностью избавиться от образования отсевов привели лишь к минимизации их выхода. Так на современном уровне горнопроходческого и дробильно-сортировочного оборудования для стационарных дробильно-сортировочных заводов минимальный выход отсевов составляет 25 %, а для передвижных комплексов, распространённых за рубежом – 20 %.
Известны технологии утилизации отсевов, базирующиеся на их фракционировании по узким классам крупности с последующим комбинированием этих фракций для получения искусственного песка. Однако, искусственный песок, полученный таким путем, дороже природного, а непосредственная замена природного песка, добываемого в объёме 50 млн. тонн в год, необработанным отсевом гранитного щебня с лещадностью свыше 15 % при производстве бетонов нерентабельна, так как вызывает повышенный расход дорогого цемента.
Задачей повышения эффективности утилизации отсевов гранитного щебня занимались д.т.н., проф. Л.А. Вайсберг, д.т.н., проф., Ю.М. Баженов, д.т.н., проф. В.И. Корнеев, к.т.н. А.Д. Шулояков, д.т.н., В.А. Дубов, к.т.н. О.Н. Харо.
Тем не менее, влияние параметров технологической схемы на качество искусственного песка, получаемого из отсевов гранитного щебня, остаётся недостаточно изученным. По этой причине в настоящее время затруднительно создать безотходную технологию переработки отсевов гранитного щебня, применимую в промышленных масштабах.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности утилизации отсевов гранитного щебня.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные вопросы:
1. модифицирование и кондиционирование отсевов гранитного щебня с получением кубовидного искусственного песка, применимого в качестве наполнителя для мелкозернистых бетонов;
2. обеспечение высокоэффективного грохочения для выделения классов крупности, как готовых фракций искусственного песка, используемых в различных отраслях промышленности;
3. получение эмпирической зависимости для прогноза грансостава материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке;
4. разработка рекомендаций к внедрению технологии кондиционирования и модифицирования на примере дробильно-сортировочного завода при Каменогорском месторождении.
Научная новизна работы:
- установлены зависимости гранулометрического состава и формы зёрен отсевов гранитного щебня от частоты качаний подвижного конуса конусной инерционной дробилки, на основании которых предложена технология с получением кубовидного щебня с лещадностью не более 5-6 %, отвечающего требованиям ГОСТа 8736-93 «Песок для строительных работ» в качестве наполнителя для мелкозернистого бетона;
- выведена эмпирическая зависимость суммарного выхода по плюсу дробленого материала от крупности, применимая при постоянной твёрдости материала по шкале Протодъяконова, а также постоянном абсолютном потоке материала из крупной фракции в расчётную фракцию и позволяющая прогнозировать гранулометрический состав материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке.
Защищаемые научные положения
1. Для получения механоактивированного искусственного песка с лещадностью не более 5-6 %, гранулометрический состав которого удовлетворяет требованиям ГОСТа 8736-93 «Песок для строительных работ» как наполнитель для мелкозернистого бетона, следует использовать конусную инерционную дробилку с регулированием частоты качаний подвижного конуса, совместно с предварительным и поверочным грохочением, а также с точным кондиционированием перерабатываемого материала по фракциям.
2. Для дополнительного контроля результатов работы конусной инерционной дробилки в технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня следует найти точное решение прогнозирующего гранулопрочностного уравнения кинетики дробления и измельчения материала. Это возможно, если принять постоянными величинами твёрдость материала по шкале Протодъяконова и поток материала из крупной фракции в расчётную фракцию.
3. Аналитическое решение прогнозирующего гранулопрочностного уравнения кинетики дробления и измельчения материала, полученное при двух идеальных условиях для вибрационной дробилки КИД, необходимо аппроксимировать эмпирической зависимостью Розина-Раммлера, описывающей физически подобный процесс для мельниц самоизмельчения и применимой для конусных инерционных дробилок любого типоразмера.
Метод исследования – комплексный, включающий анализ и обобщение исследований по совершенствованию технологий переработки гранитного щебня, экспериментальные стендовые испытания по определению последовательности рудоподготовительных операций для переработки отсевов гранитного щебня, теоретические исследования уравнений для прогнозирования грансостава после дезинтеграции материала в аппаратах различного типа.
Обоснованность и достоверность подтверждается лабораторными исследованиями на стенде, удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с данными эксперимента, а также применением современных средств измерений и использованием стандартных методик.
Практическая значимость работы:
- разработана технологическая линия, позволяющая получить кубовидный щебень, c лещадностью не более 5-6 %, пригодный по гранулометрическому составу в качестве наполнителя для мелкозернистых бетонов, отличающихся повышенной прочностью;
- обосновано использование технологии инерционного грохочения для отсевов гранитного щебня с получением искусственного песка различной крупности, применимого как: наполнитель для ячеистых бетонов (класс крупности -5+2,5 мм), фильтрующий материал (-2,5+0,63 мм), материал для покрытия рубероида (-0,63+0,16 мм), механоактивированная добавка к цементу (-0,16 мм);
- разработана методика решения гранулопрочностного уравнения кинетики дробления материала для конусной инерционной дробилки любого типоразмера с учётом двух идеальных условий, позволяющая по работе лабораторной дробилки КИД прогнозировать работу промышленной дробилки КИД.
Связь темы диссертации с научно-техническими программами
Работа выполнена в рамках научной школы «Энергоэффективные технологии дезинтеграции и концентрации минерального и техногенного сырья», финансируемой по гранту президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ № 02.120.11.8260-НШ от 28.06.2010.
Реализация результатов работы. Результаты исследований могут быть использованы в НПК «Механобр-техника» при проектировании технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня для внедрения на Каменогорском месторождении.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на конференции молодых учёных «Полезные ископаемые и их освоение» (СПГГИ (ТУ), 2008), на международной конференции «Неделя горняка» (МГГУ, 2009).
Личный вклад автора. Установлена зависимость грансостава и формы зёрен отсевов гранитного щебня от частоты качаний подвижного конуса на примере дробилки КИД-300, установлена эмпирическая зависимость для прогнозирования гранулометрического состава материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке.
Публикации. Всего опубликовано 9 научных работ. По тематике диссертации 4 печатных работы, все в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России. Подана заявка на изобретение «Конусная инерционная дробилка» (приоритетная справка № 2010148361).
Объём и структура работы: диссертационная работа общим объёмом 105 страниц состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 72 источников, включает 34 рисунка и 26 таблиц.
