Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ состояния вопроса обогащения каменных материалов на барабанных механических классификаторах 12
1. Анализ системы оценки качества обогащения щебня по прочности 12
2. Анализ обогащения по прочности каменных материалов на барабанных механических классификаторах 15
3. Влияние неоднородности по прочности каменных материалов, их крупности, формы зерен, влажности и морозного воздействия на обогащение по прочности каменных материалов на барабанных механических классификаторах 23
4. Выводы. Цели и задачи исследования 29
Глава II. Предпосылки решения задач исследования 32
1. Основы теории соударения твердых тел 32
2. Влияние прочности, влажности и морозного воздействия на динамические модули упругости каменного материала, обуславливающие эффективность его обогащения по прочности 38
3. Влияние размера и формы зерен каменного материала на эффективность обогащения по прочности 48
4. Создание оптимальных технологических устройств, позволяющих использовать неоднородность по прочности исходного каменного материала, его размер, форму зерен и увлажнение для увеличения эффективности обогащения его по прочности 52
5. Выводы 57
Глава III. Методика проведения исследований 60
1. Обоснование выбора каменного материала для проведения исследований 60
2. Оборудование для проведения экспериментов 62
3. Планирование экспериментов 66
4. Объем и порядок проведения экспериментов 71
5. Выводы 73
Глава IV. Экспериментальные исследования влияния неоднородности по прочности каменного материала, размера и формы зерен в воздушно-сухом, влажном и замороженном состоянии на обогащение его прочности на бара банном механическом классификаторе 75
1. Влияние неоднородности по прочности карбонатного щебня на эффективность его обогащения по прочности на барабанном механическом классификаторе 75
2. Влияние влажности и морозного воздействия на эффективность обогащения по прочности карбонатного щебня на барабанном механическом классификаторе 78
3. Влияние размера зерен карбонатного щебня на эффективность его обогащения по прочности на барабанном механическом классификаторе 86
4. Влияние формы зерен карбонатного щебня на эффективность его обогащения по прочности на барабанном механическом классификаторе 89
5. Влияние технологических устройств классификатора на повышение эффективности обогащения каменных материалов 92
6. Выводы 97
Глава V. Применение результатов исследований на производстве 100
1. Разработка методики определения эффективности обогатимости каменного материала по прочности на барабанном механическом классификаторе 100
2. Использование методики определения обогатимости каменного материала по прочности на барабанном механическом классификаторе и проверка выбранных технологических устройств для оценки обогатимости каменных материалов разных карьеров и щебзаводов 104
3. Эффективность применения разработанных оптимальных технологических устройств на производстве 107
4. Выводы 111
Глава VI. Основные выводы 114
Список использованной литературы 118
Приложения 139
- Анализ обогащения по прочности каменных материалов на барабанных механических классификаторах
- Создание оптимальных технологических устройств, позволяющих использовать неоднородность по прочности исходного каменного материала, его размер, форму зерен и увлажнение для увеличения эффективности обогащения его по прочности
- Влияние влажности и морозного воздействия на эффективность обогащения по прочности карбонатного щебня на барабанном механическом классификаторе
- Эффективность применения разработанных оптимальных технологических устройств на производстве
Анализ обогащения по прочности каменных материалов на барабанных механических классификаторах
Вопросам исследования по созданию и оценке работы барабанных классификаторов посвящены работы Н.К.Тимченко, И.Б.Шлайна, М.Л.Нисневича, Б.И.Курденкова, В.М.Юмашева, Ф.С. Климашова, С.С.Колобова, Л.В.Татарниковой и др.(41, 61, 62, 63, 93, 120, 119, 44).
В результате проведенных работ были созданы и начали работать на щеб-незаводах барабанные механические классификаторы ДБК-20. Ниже приведены результаты анализа работ этих классификаторов.
Анализ обогащения по прочности различных каменных материалов на барабанных механических классификаторах (ДБК-20) показал, что результаты обогащения неодинаковы.
Обогащение каменных материалов по прочности в производственных условиях проводились на двухбарабанных механических классификаторах ДБК-20, используемых на предприятиях Минтрансстроя (рис.1.2.).
Обогащение каменного материала с помощью барабанного механического классификатора основано на разнице в упругих свойствах и трении прочных и слабых зерен каменного материала при ударе их о поверхность вращающегося стального барабана.
Диаметр разделительного барабана и число оборотов барабана были определены при исследованиях Тимченко Н.К.(102). . Оптимальный диаметр барабана составляет 820 мм, а наиболее практичная высота падения материала 5-40мм на барабан п=500мм.
Эксперименты проведенные Тимченко Н.К. показали, что число оборотов барабана п=250 об/мин или окружная скорость поверхности барабана V0Icp=10м/сек является наилучшей. Как показали исследования Тимченко Н.К. окружная скорость (V0Kp.) барабана должна быть равной или большей скорости зерна каменного материала после удара о барабан, направленной по касательной. Практически большая скорость вращения барабана по данным исследований Тимченко Н.К. на разделении по прочности не сказывается.
В исследованиях приняты оптимальные параметры классификатора, установленные предшествующими исследователями.
Двухбарабанные классификаторы ДБК-20 использовались для обогащения следующих материалов:
1. Известнякового щебня (Калужский, Муратовский, Мышегский щебзаво-ды, притрассовый карьер Камо-Исмагилово).
2. Щебня из доломитов РІ доломитизированного известняка (Кикеринский карьер, стройки треста Куйбышевдострой - обогащение сокского известняка).
3. Дробленого гравия (Дмитровский завод МЖБК).
Наилучшие результаты обогащения были получены при обогащении известнякового щебня. Так, например, обогащение щебня 5-40мм Мышегского щебзавода позволило получить качественный обогащенный материал, в котором содержание разностей с прочностью менее 300 в результате обогащения было снижено более, чем в 4 раза, а содержание комой глины сократилось в 7 раз.
Марка щебня по прочности в результате обогащения Мышегского щебня была повышена с 300 до 400.
При обогащении известнякового щебня 5-40мм на Калужском щебзаводе была значительно снижено содержание слабых разностей и содержание загрязняющих примесей (пылевато-глинистых частиц и комой глины (табл. 1.1.)
Использование классификатора ДБК-20 на Муратовском щебзаводе по обогащению аналогичного Калужскому известнякового щебня 5-40мм также позволило увеличить марку по прочности щебня с 300 до 400 и снизить содержание слабых прочностных разностей с 30,2% в исходном материале до 8,8% в обогащенном материале, причем потери при износе в полочном барабане были снижены с 48,4% до 34,6% , а содержание пылевато-глинистых частиц было снижено с 4,7% до 0,8%.
Классификаторы ДБК-20 использовались для обогащения готовой продукции как сравнительно больших карьеров (Калужский, Мышегский, Муратов-ский), имеющих 2-3 стадии дробления, так и притрассового карьера п.Кама-Исмагилово (Башкирская АССР г.Альметьевск треста Каздорстрой), имеющего в технологии одну стадию дробления (табл.1.2.).
Интенсивное выщелачивание обусловило наличие на поверхности щебня сплошного налета в виде пленки из доломитовой муки. Поэтому даже тщательно отсортированный щебень всегда содержал некоторое количество дополнительных пылевидных частиц.
Анализ работы классификаторов ДБК-20 показал, что эффективность обогащения различных каменных материалов по прочности на барабанных механических классификаторах неодинакова и зависит от характеристик перерабатываемого материала, а также режимов работы классификатора.
Проведенный анализ обогащения каменных материалов на барабанных механических классификаторах показал, что необходима методика определения обогатимости каменного материала для решения целесообразности применения указанного способа, а при учете изменения состава обогащаемого каменного материала - для оперативной корректировки режима обогащения в зависимости от изменений исходного материала
Создание оптимальных технологических устройств, позволяющих использовать неоднородность по прочности исходного каменного материала, его размер, форму зерен и увлажнение для увеличения эффективности обогащения его по прочности
Проведенные исследования динамического модуля упругости каменного материала свидетельствуют о том, что разность в значениях динамических модулей упругости разделяемых на барабанном классификаторе материалов, предопределяет то или иное качество обогащения или эффективность отделения одного материала (ов) от другого (их).
Чем больше разность в значениях этих модулей разделяемых материалов, тем выше будет эффективность их разделения. Но эффективность обогащения, как отмечалось выше, будет также зависеть от того, сколько материалов с различными значениями динамических модулей упругости, т.е. различной прочности, содержится в обогащаемом материале. Таким образом, эффективность обогащения зависит от неоднородности по прочности. Это условие предопределяет создание технологии обогащения с помощью барабанного классификатора разнопрочных каменных материалов после первых стадий дробления, когда в отделяемый на грохоте материал (менее 40мм) попадает много материала малой прочности и этот материал является очень неоднородным по прочности, по сравнению с материалом, полученным после последующих стадий дробления.
При этом учет физического состояния обогащаемого каменного материала (воздушно-сухое, влажное, замороженное) даст возможность разработать такую оптимальную технологию обогащения на барабанном классификаторе, которая позволила бы обеспечить получение такого физического состояния, эффективность обогащения при котором наибольшая. Для реализации предпосылки по использованию физического со-стояния обогащаемого материала предлагается технологическое решение -система увлажнения материала перед его обогащением на барабанном классификаторе. Применение предлагаемой системы позволит повысить эффективность обогащения щебня по прочности.
Количественная величина повышения эффективности обогащения по прочности может быть установлена после проведения экспериментальных исследований.
Анализ работ по определению степени влияния размера и формы зерен обогащаемого материала позволяет выявить оптимальные условия обогащения каменных материалов и повысить эффективность обогащения по прочности.
Реализация возможностей повышения эффективности обогащения щебня различного размера и формы зерен может быть осуществлена предлагаемой системой регулирования ширины щели направляющей распределительной воронки в зависимости от пропуска через нее материала того или иного размера и формы зерен с целью направления их на поверхность вращающегося барабана классификатора точно под одним и тем же определенным оптимальным углом настройки (рис. 2.5.).
Количественные характеристики степени повышения эффективности обогащения могут быть установлены на основе экспериментальных исследований, которые позволят установить степень влияния размера и формы зерен обогащаемого материала на эффективность обогащения по прочности.
Проведенный анализ попадания прочных зерен в отходы обогащения, траектория их движения в потоке зерен, движущихся после отскока от поверхности барабана в сторону его вращения позволили определить це лесообразность разработки технологического устройства, способствующего возврату прочных зерен в обогащенный продукт.
Таким технологическим устройством может быть отражательный экран, устанавливаемый над барабаном классификатора на пути прочных зерен, попадаемых в сторону образования отходов обогащения (рис.2.6.).
Анализ обогащения каменных материалов на барабанных механических классификаторах (ДБК-20) показал, что попадание прочных зерен каменных материалов (более 600) в сторону вращения барабана происходит по более высокой траектории, чем траектория отделяемых слабых зерен каменного материала в сторону вращения барабана. Это дает предпосылки определению параметров и места установки отражательного экрана, который позволит не смешивать прочные зерна, попадающие в сторону вращения барабана, с остальными зернами, которые попадают туда же, а направлять их в противоположную сторону, в обогащенный продукт.
Проведенные экспериментальные исследования позволят определить степень влияния положительных факторов, в том числе экрана, его параметров и места установки и использовать их для увеличения эффективности обогащения, а также устранить или уменьшить влияние негативных факторов, влияющих на эффективность обогащения.
Влияние влажности и морозного воздействия на эффективность обогащения по прочности карбонатного щебня на барабанном механическом классификаторе
Экспериментальные исследования по изучению влияния влажного состояния щебня на эффективность его обогащения проводились после во-донасыщения этого щебня согласно ГОСТ 8269-87.
После водонасыщения был осуществлен раздельный пропуск через лабораторный однобарабанный классификатор при разных углах настройки прочного (более 600), среднего (300-600) и слабого (менее 300) карбонатного щебня 20-40мм кубовидной формы.
Указанный пропуск показал, что извлечения прчного (более 600) и среднего (300-600) щебня в обогащенный материал во влажном состоянии практически незначительно отличаются от извлечений прочного (более 600) и среднего (300-600) в обогащенный материал в воздушно-сухом состоянии при тех же самых углах настройки барабанного классификатора (рис.4.4. и 4.5.).
Извлечения в обогащенный материал прочного щебня (более 600), среднего (300-600) и слабого (менее 300) щебня во влажном состоянии представленные на рис.4.8. свидетельствуют о том, что извлечения слабого щебня (менее 300) в обогащенный материал являются наименьшими по сравнению с извлечениями прочного (более 600) щебня и среднего (300-600) и по сравнению с извлечениями щебня (менее 300) в воздушно-сухом состоянии (рис.4.6.).
Извлечения слабого (менее 300) во влажном состоянии в обогащенный материал при одних и тех же углах настройки резко уменьшаются (до 20%) по сравнению с извлечениями этого щебня в воздушно-сухом состоянии (рис.4.6.).
В связи с этим отделение слабого (менее 300) щебня от прочного (более 60Су при пропуске смеси этих материалов во влажном состоянии происходит лучше, чем в воздушно-сухом (рис.4.7.).
При содержании в смеси 70% прочного (более 600) щебня и 30% слабого (менее 300) щебня в результате обогащения во влажном состоянии получается обогащенный материал в количестве на 5% меньше, чем при обогащении в воздушно-сухом состоянии при одних и тех же углах настройки, но содержание слабых разностей, т.е. щебня с прочностью менее 300, в обогащенном материале при обогащении во влажном состоянии получается на 10-12%) меньше, чем при обогащении этой смеси в воздушно-сухом состоянии (рис.4.7.).
Пропуск смеси (Приложение 2) карбонатного щебня 20-40мм различной прочности через лабораторный однобарабанный классификатор (рис.4.9.) показал, что эффективность обогащения по прочности на барабанном классификаторе смеси щебня во влажном состоянии (рис.4.9.) прочного (более 600) и слабого (менее 300) составляет 86%, что на 10%о больше эффективности обогащения такого же материала в воздушно-сухом состоянии (76% ) (рис.4.2.).
Эффективность обогащения по прочности во влажном состоянии (рис.4.9) смесей прочного (более 600) щебня и среднего (300-600) а также среднего (300-600) и слабого (менее 300) увеличилась по сравнению с обогащением их в воздушно-сухом состоянии (рис.4.2.).
Пропуск смесей, состоящих из прочного щебня (более 600), среднего (300-600) и слабого (менее 300) во влажном состоянии через лабораторный однобарабанный классификатор показал, что в результате обогащения можно получить обогащенный щебень с прочностью на 1 марку по прочности больше, чем у исходного обогащаемого материала и с содержанием слабого (менее 300) щебня в 2 раза меньшим, чем при обогащении в воздушно-сухом состоянии (Приложение 2).
Исследования по обогащению карбонатного щебня в замороженном состоянии проводились после его выдерживания в течение суток в морозильной камере (t= -20 С). В морозильную камеру щебень помещался в водонасыщенном состоянии. После каждого пропуска щебня через лабораторный однобарабанный классификатор он снова выдерживался в морозильной камере в течение 2-х часов.
Раздельный пропуск в замороженном состоянии прочного (более 600), среднего (300-600) и слабого (менее 300) карбонатного щебня 20-40мм кубовидной формы через лабораторный однобарабанный классификатор показал, что извлечения этих материалов в обогащенный материал при одних и тех же углах настройки возросли по сравнению с извлечениями этих материалов (прочного, среднего, слабого) в воздушно-сухом состоянии (ри.4.4, 4.5, 4.6.).
Раздельный пропуск указанных материалов после выдерживания в морозильной камере при более низкой температуре (до t= -30 С) показал аналогичные результаты, что были получены при пропуске этих материалов после выдерживания в морозильной камере при t= -20 С. Извлечения в обогащенный материал прочного щебня (более 600), среднего (300-600) и слабого (менее 300) в замороженном состоянии (рис.4.10) свидетельствуют о том, что извлечения слабого щебня (менее 300) в обогащенный материал являются наименьшими по сравнению с извлечениями прочного (более 600) щебня и среднего (300-600) но намного (30-35%) превосходят извлечения этого же щебня (менее 300) в воздушно-сухом состоянии (рис.4.6.).
Пропуск смесей (Приложение 3) карбонатного щебня различной прочности в замороженном состоянии через лабораторный однобарабан-ный классификатор (рис.4.11) показал, что эффективность обогащения (разделения по прочности) смеси прочного (более 600) и слабого (ме-нееЗОО) резко снижается и составляет 56% (оптимальный угол настройки 15 , средняя прочность обогащенного материала 600,. :
Эффективность обогащения по прочности указанной смеси прочного (более 600) щебня и слабого (менее 300) в разных физических состояниях приведена на рис.4.12.
При обогащении по прочности смеси из прочного (более 600) щебня в количестве 80% и слабого (менее 300) в количестве 20% в разных физических состояниях можно получить обогащенный материал (рис.4.15) с выходом (количество) его при разных углах настройки и с содержанием слабого (менее 300) щебня, которое является наименьшим при обогащении смеси этих материалов во влажном состоянии (рис.4.15).
Пропуск смесей, состоящих из прочного щебня (более 600), среднего (300-500) и слабого (менее 300) в замороженном состоянии через лабора торный однобарабанный классификатор показал, что например при содержании в смеси 60% щебня с прочностью более 600 - 20% щебня с прочностью 300-600 и 20% щебня с прочностью менее 300 можно полу чить обогащенный материал при одних и тех же углах настройки в количе стве на 10-12% больше, чем в воздушно-сухом состоянии, но с содержанием щебня менее 300, превышающее в 2-3 раза содержание его в обогащенном материале при обогащении в воздушно-сухом состоянии (Приложение 1,3).
Аналогичные закономерности изменения эффективности обогащения по прочности наблюдаются при обогащении щебня из смеси: среднего (300-600) материала и слабого (менее 300). Эффективность обогащения щебня, состоящего из этих прочностных разностей составляет: во влажном состоянии - 64%, в воздушно-сухом - 47% ; в замороженном состоянии 26%о (рис.4.13). Оптимальный угол настройки 20. Средняя прочность обогащенного материала на одну марку выше исходного.
Эффективность применения разработанных оптимальных технологических устройств на производстве
Применение разработанного отражательного экрана было осуществлено на Калужском карьере и Дмитровском карьере завода МЖБК. Использование устройства для классификации щебня с отражательным экраном (авт.св.№ 181561) дало возможность увеличить количество высокопрочного обогащенного материала на 8-10% за счет возврата прочных зерен, поступающих после отскока от поверхности барабана в сторону отходов обогащения (в сторону вращения барабана).
Устройство для классификации щебня, внедренное на Калужском щебзаводе, позволило увеличить количество обогащенного карбонатного щебня.
Согласно схеме устройства был переоборудован один из двух клас-:ификаторов ДБК-20, работающих на этом щебзаводе. Над верхнем бара-эаном классификатора была установлена отражательная плита (экран) толщиной 8мм, шириной 200мм и длиной 4000мм. Плита была смонтиро-зана около подвижной распределительной воронки (3) над верхним барабаном (4) и крепилась к этой воронке стяжками (2). Рабочая поверхность тлиты была обращена в сторону, противоположную направлению вращения разделительного барабана (рис.5.2.).
Расстояние от нижнего края отражательной плиты до горизонтальной плоскости, проходящей через верхнюю образующую барабана, может изменяться с помощью стяжек от 100 до 140мм. Угол наклона плиты к вертикальной плоскости может изменяться от 0 до 90 с помощью троса (1).,наматываемого на барабан (2) (рис.5.3). Чтобы изменить угол наклона плиты необходимо вал барабана с помощью рукоятки (8) повернуть на угол, который фиксируется на специально градуированной шкале, сделанной на ползуне (4).
Оптимальные параметры устройства на Калужском щебзаводе были следующие:
1. Расстояние от нижней кромки отражательной плиты до горизонтальной плоскости, проходящей через верхнюю образующую барабана -120мм;
2. Угол наклона отражательной плиты устройства к вертикальной плоскости -15-20.
Использование отражательного экрана на барабанном классификаторе Калужского щебзавода увеличило выпуск обогащенного материала М600 в год на 9,5тыс .м3.
За период работы устройства для классификации на Калужском щеб-заводе было дополнительно получено более 200тыс.м3 обогащенного щеб-ля, который использовался для дорожного строительства.
Проведенными исследованиями было установлено, что для обогащения карбонатного щебня с помощью устройства для классификации оптимальными параметрами его будут следующие:
1. Параметры отражательной плиты (экрана) устройства %
- длина - 4000мм;
- ширина - 200мм;
- толщина - 8 мм;
2. Расстояние от верхней кромки плиты до задней стенки распределительной направляющей воронки - 70-120мм;
3. Расстояние от нижней кромки плиты до горизонтальной плоскости, проходящей через верхнюю образующую барабана- 100-120мм;
4. Угол наклона плиты к вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения - 15-30 .
Использование устройства с отражательным экраном на барабанном механическом классификаторе и методики определения обогатимости карбонатного щебня на производстве позволило получить экономический эффект, обусловленный увеличением количества обогащенного карбонатного щебня и повышением его прочности.
Это дало возможность при строительстве автомобильных дорог снизить затраты на каменные материалы на 25-30% за счет сокращения транспортных расходов при использовании обогащенного карбонатного щебня с повышенной прочностью местных месторождений вместо привозного гранитного щебня из удаленных регионов.
