автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Исследование основных закономерностей процесса и разработка аппаратов пневмоклассификации сильвинитовых руд и конечных продуктов

Министерство науки, высшей школы и технической политики России

УРАЛЬСКИЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. В. В. ВАХРУШЕВА Специализированный совет К 063.03.04

На правах рукописи

ЧЕРНЫХ Олег Львович

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПРОЦЕССА И РАЗРАБОТКА АППАРАТОВ ПШШОКМСОШКАЦИИ СИЛЬВИНИТОВЫХ РУД И КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.15.08 "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1992

Работа выполнена в Уральском филиале Всесоюзного научно-исследовательского и проектного института галургии (УФ ВНЖГ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

- доктор технических наук, ст.науч.сотр. Н.Н.Тетерина

- доктор технических наук Э.А.Хопунов

кандидат технических наук, доцент Н.Ф.Меринов

- Производственное объединение "Уралкалий"

Защита состоится " ¿6" октября 1992 года в ¿О час. на заседании специализированного Совета К 063.03.04 в Уральском горном институте им.В.В.Вахрушева по адресу: 620219, г. Екатеринбург, ул.Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского горного института им.В.В.Вахрушева.

Автореферат разослан " 2-0 " г.

Учёный секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук,

доцент Ю.П.Морозов

РОССИЙСКАЯ , 3 ;

-ССУД." 7'-"

ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Эффективность обогащения в значительной пере определяется параметрами сырья, формируемыми в процессе рудоподготовки, то есть крупностью частиц и степенью раскрытия разделяемых минералов. рудоподготовка включает операции дробления< измельчения классификации. В процессе добычи и рудоподготовки минерального сырья образуются значительные количества тонкодясперсных; труднообогатимых фракций отделение которых от основного потока в голове технологической схемы является достаточно сложно:: технической задаче:!. Сложность её обусловлена необходимостью выполнения ряда условий: экономичность процесса, экологические требования, обеспечение большей единичной мощности оборудования. Номенклатура выпускаемых промышленностью пнезмокласслфикатсров для разделения полидисперскых материалов по границам менее 0,5 мм крайне ограничена.

Многие полидпсперсные матегиалы при превышении массовой доли влаги в них свыше определенного предела не могут быть эффективно разделены на два гласса крупности в воздушных потоках из-за сильной агрегации влажных част:щ. Только для пневмоклассифпкацпи влая-ных углей разработаны промышленные образцы термоээрокласснфикато-ров производительностью 300 т/ч и более. Однако классификация угля в них производится по границам разделения 3 мм и -3 мм . з затраты условного топлива на процесс сушки высоки :: составляют 5,5 кг/т. Экономичных, эффективных пневмокласси;;икаторов, обеспечивающих фракционирование влажных полидисперсных материалов пс границам разделения менее 0,5 мм не было разг.аоотано, что сдегаи-вало внедрение этого процесса в промышленность, а также совершенствование и разработку новых технологических схем обогащения сырья.

Разработка высокоэффективных, высокопроизводительных пневмо-классификаторов с совмещением процессов теплообмена, а также методики их инженерного расчета является важной актуальной научно-технической задачей.

Тема работы входила в координационный план научно-псследова-тельских работ АН СССР на 19Б6-1Э90 гг по направлению 3.2.2."Газ-работка и совершенствование теории и методов обогащений полезных ископаемых", в раздел 3.2.2.2.3.1 "Разработка научных основ и технических решений, необходимых для модернизации пневматических аппаратов, создания технологии безотходного обогащения сухими методами бурых углей Подмосковного бассейна и калийных руд".

Цель работы. Исследование основных закономерностей процесса пневмоклассификации сильвинитовых руд с совмещением процесса сушки, создание методов расчета технологических показателе:": процесса разделения, разработка пневмоклассификаторов и инженерных методов их расчета, исследование физико-механических свойств пылевой фракции сильвинитовых руд.

Методы исследований базируются на изучении закономерностей процессов классификации в аппаратах путем их физического моделирования на специально разработанных стендах, моделях и лабораторных образцах с постановкой факторного эксперимента .

Исследования процессов сушки и классификации проводились на• калийных рудах Зерхнекамского месторождения. Основным критерием оценки эффективности процесса классификации являлся критерий Здеса—Майера, а процесса сушки - массовая доля влаги в продуктах разделения. Совершенство конструкции и процесса классификации оценивалось по параметр;'' полноты разделения.

Для экспериментальных исследовании применены различные методы, описанные в литературе, без каких либо изменений применительно к поставленной цели: химический, фракционный анализ, математическое и физическое моделирование, определение сыпучих свойств латериала.

Лдя определения коэффициента пневмотранспортабельности была изготовлена специальная лабораторная установка.

Научная новизна работы:

1. Выявлены основные закономерности совмещенного процесса

сyz?.z и классификации сильвинитовых пуд в пневмоклассификаторах пог.эсечно-поточного типа:

-'мелкая фракция обогащается по нерастворимому остатку(н.о.), KCl, ЫдС19, сульфатам;

- процесс сушки необходимо вести до достижения массовой доли злаги в мелкой фракции менее 0,5£;

- скорость потока воздуха в сечении аппарата при разделении по границе 0,25 мм должна составлять 3,0-3,5 м/с;

- при увеличении границы разделения в интервале 0,15-0,5 мм эффективность классификации возрастает.

2. Получено аналитическое выражение для эффективности классификации аппаратов с наклонной распределительной решеткой в

зависимости от конструктивных и режимных параметров их работы, что позволяет более обоснованно вести конструктивное совершенствование гравитационных пневмоклассификаторов.

3. Из анализа кинетической модели сделан вывод о росте эффективности классификации при увеличении времени пребывания в аппарате мелкой фракция и уменьшении времени пребывания крупной.

4. Получено более информативное выражение для параметра полноты разделения, который монет зависеть от грансостава исходного питания, что подтверждается такяе экспериментально.

Дана методика более простого расчета параметра полноты разделения по результатам гранулометрического анализа мелкой фракции.

5. Доказано значительно большее влияние на результаты классификации неравномерности поля скоростей воздуха в сечении аппарата, в сравнении с неравномерностью поля концентраций твердой фазы.

Предложены принципиально новые технические решения, реализованные в размольно-классифицирующих аппаратах с совмещением процессов теплообмена, новизна которых подтверждена четырьмя положительными решениями о выдаче патентов на изобретения.

Практическая ценность.

Разработано размольно-классифицирующее оборудование с совмещением процессов теплообмена, что позволяет совершенствовать существующие технологические схемы обогащения сильвинитовых руд и разрабатывать принципиально новые. На базе такого оборудования возможна разработка новых технологий п в других отраслях промышленности.

Разработана методика инженерного расчета гравитационных поперечно-поточных пневмоклассификаторов с совмещением процесса теплообмена.

Разработанная методика расчета основных технологических показателей позволяет прогнозировать результаты разделения при изменении основных параметров: границы разделения, эффективности классификации, качества исходного сырья, что, в свою очередь, позволяет использовать прогнозные оценки на стадии ТЭР, уменьшив при этом количество экспериментов для получения информации о продуктах разделения.

Использование разработанных решений при техническом перевооружении существующих и строительстве новых обогатительных фабрик'

позволит повысить извлечение при обогащении сильвинитовых руд нг 3-5% по сравнению с достигнутым на флотационных фзбриках и получить 65-80$ продукции в обеспыленных формах.

В результате установленных закономерностей процесса пневмо-сепарации калийных руд обоснована неприемлемость его использован в комбинированной флотационно-галургической схеме для руд с масс вой долей МдС12 в 1% и более из-за сложностей галургической пере работки мелкой фракции руды, обогащенной карналлитом.

В результате изучения физико-механических свойств пылевой фракции сильвинитовых руд обоснована неприемлемость использована стадии сухой пылеочистки в системах аспирации действующих отделе ний дробления и измельчения из-за низкой сыпучести материала с массовой долей влаги 0,5% и более.

Показаны ошибки в проектах установок пневмоклассификации сильвинитовых руд, выполненных по исходным данным Пермского поли технического института и Уральского политехнического института.

Реализация результатов работы.

Использование аппаратов, разработанных автором, осуществлялось в корпусе опытных установок ПО "Уралкалий". С 1989 года эксплуатируется установка для сушки и пневмоклассификации руды производительностью 10 т/ч, а с 1990 года установка узла рудопод готовки перед пневмоэлектросепарацией мелкой фракции сильвинитовых руд производительностью 2 т/ч.

Исходные требования на проектирование пневмоклассификатора производительностью 500 т/ч приняты проектной частью Уральского филиала ВНИИГ, а исходные требования на проектирование оборудования узла рудоподготовки производительностью 12 т/ч для схемы электромагнитного обесшламливания сильвинитовых руд приняты проектной частью Белорусского филиала ВНИИГ. .

Два пневмоклассификатора-охладителя производительностью по 80 т/ч внедряются в 1992 году на БКРУ-1 ПО "Уралкалий".

Подготовлен экспонат пневмоклассификатора для Международной выставки "Химия-92" (г.Москва).

Апробация работы. Основные положения изложены

- на семинаре "Перспектива развития проблемы по подготовке сильвинитовой руды сухим методом к обогащению" (г.Минск, ИОНХ АН БССР, 25 ноября 1987г.);

- на семинаре "Проблемы подготовки к обогащению сильвинито-вой руды сухим методом в связи с охраной окружающей среды" (г. Минск, 6-7 апреля 1988 г.);

- на Всесоюзном совещании "Научные основы выбора оптимальных схем обогащения минерального сырья" (Плаксинские чтения, г.Москва, 11-13 октября 1588 г.);

- на отраслевой конференции (Министерство по производству минеральных удобрений СССР) "Совешенствование технологии и оборудования для обогащения калийных руд" (г.Пермь, 28-30 марта 1989г.);

- на отраслевой конференции (Министерство атомной энергетики и промышленности СССР) "Центротех-90" (г.Минск, 25-27 сентября 1990 г.);

- на региональной конференции "Вопросы экологии и рационального природопользования Еерезкиковско-Саяикамского экономического района" (г.Березники, 18-19 апреля, 1991 г.);

- на 2-й Всесоюзной школе-семинаре молодых ученых "Современные методы разработки и обогащения полезных ископаемых при комплексном освоении месторождений" (г.Алма-Ата, 23-27 сентября 1991г.);

- на ХУЛ Международном конгрессе по обогащению полезных ископаемых (г.Дрезден, ФРГ, 23-28 сентября 1991 г.).

В 1988 и 1991 году работа "Разработка комбинированной технологической схемы переработки сильвинитовых руд, шламующихся в процессах добычи и сухого дробления" отмечена дипломами I степени на областных конкурсах ВХО им.Менделеева.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, кроме того 5 положительных решений на патенты.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Общий объём работы 204 е., в том числе: основной текст (включая 47 рисунков и 47 таблиц) 181 с., список литературы 120 наименований 13 с., 9 с. приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРИАШЕ РАБОТЫ

I. Анализ технологических схем переработки калийных руд с использованием процесса пневмосепарации как метода предобогащения и доводки качества флотоконцентрата. Состояние аппаратурного оформления этого процесса.

Уже разработаны и предложены ряд технологических схем обогащения калийных руд и доводки качества готовых продуктов, в которых

требуется сухая классификация по границам разделения менее 0,5 мм. Отсутствие высокопроизводительных классифицирующих устройств сдерживает разработку новых технологических схем и внедрение их в производство.

Для калийных руд реализация процесса пневмоклассификации не приводит к получению конечных продуктов обогащения, т.е. продукты разделения не являются готовыми продуктами либо отходами производства. В связи с этим, целесообразность и экономичность использования совмещенного процесса сушки и классификации калийных руд, будет зависеть от процессов дальнейшей переработки продуктов разделения. Более того, используемые в технологической схеме процессы обогащения будут определять основные требования к процессу классификации: по величине границы разделения, эффективности классификации, массовой доле влаги в продуктах разделения, температуре продуктов разделения.

Использование процесса пневмосепарации калийных гуд в стадии рудоподготовкн целесообразно: для галургической и флотационной схем, предложенных автором, для комбинированной флотационно--галургической схемы, разработанной Н.Н.Тетериной и Ю.Н.Саввати-ным, для крупнокусковой фотометрической сортировки, разработанной Н.Н.Тетериной, Б.Н.Кравцом с сотрудниками Уральского горного института, для сухого электромагнитного обесшламливания, разработанного Н.С.Ивановой и Х.М.Александровичем, для электростатического обогащения, разработанного А.И.Мамедовым и А.И.Урванце-вым, для фрикционного обогащения, разработанного И.Д.ЭДухиным с сотрудниками Уральского филиала ВШИТ.

С целью значительного повышения технико-экономических показателей флотационных фабрик до уровня лучших зарубежных с достижением извлечения хлористого калия из руды до 88 % и более комплексного использования сырья, сотрудниками 'УФ ВНИИГ и ВНИИГ разработана комбинированная фпотационно-галургическая схема, представленная на рис.1. Вэзработка аппарата для пневмоклассификации влажной сильвинитовой руды - выполнена автором.

Флотационная схема - традиционная, без каких либо существенных переделок.

Галургическая схема включает в себя растворение KCl и A/aCI горячим оборотным щелоком в рамной мешалке. После осветления горячего насыщенного по jVaCI щелока в него подают мелкодисперсный KCl, отделенный от жидкой фазы. KCl начинает растворяться в щелою и высаливает VaCI. Кристаллы VaCI отфильтровывают, сушат и отправ

Ш§даая

С-10 мм

Рис.1. Схе комбинированной переработки сильвинитовых РУД

лявт потребителю в качестве пищевой соли. Горячий щелок, насыщенный по КС1, подвергают охлаждению в вакуум-кристаллизационной установке и кристаллизуют КС1. Охлажденную суспензию после БКУ подвергают гидроклассификации, мелкую часть КС1 после фильтрации подают на высаливание №аС1, а крупную фильтруют, сушат и отправляют потребителям в качествз минерального удобрения.

Разработанная схема в 1990 году прошла испытания в условиях опытного производства в корпусе опытных установок ПО "Уралкалий".

Перечисленные схемы обогащения сильвинитовых руд предъявляют к процессу пневмосепарации следующие требования:

а) граница разделения 0,15-0,3 мм ;

б) эффективность классификации не менее 50 % ;

в) свободная транспортировка крупнокускового материала в аппарате;

г) эффективная очистка поверхности кусков от пыли;

д) возможность нагрева продуктов разделения до различных температур в пределах до 150°С ;

е) сушка руды с доведением массовой доли влаги в прдуктах разделения до 0,1-0,2 %.

Анализ современного состояния аппаратурного оформления процесса позволил выбрать основные типы классифицирующего оборудования: поперечно-поточные пневмоклассификаторы Для сепарации руды, как обеспечивающие наибольшую производительность, комбинированные каскадные - для сепарации флотоконцентрата, как обеспечивающие наибольшую остроту сепарации. Для интенсификации совмещенных процессов теплообмена выбран принцип струйного секционирования аппаратов.

Цель работы достигалась путем решения следующих частных задач:

- исследование физических свойств сильвинитовых руд, как объекта пневмоклассификации;

- теориткческое и экспериментальное определение возможных технологических показателей процесса пневмосепарации сильвинитовых руд;

- исследование основных закономерностей процесса пневмосепарации сильвинитовых руд с совмещением процесса суики;

- разработка конструкций пневмоклассификаторов большой единичной мощности для классификации сильвинитовых руд и флотоконцентрата.

На первоначальном этапе выполнения работы консультативную помощь в конструировании аппаратов оказал профессор М.Д.Барский.

2. Объекты и основные методы исследований

Анализ материалов, как объектов пневмоклассификации, показал,

что калийные руды относятся к неконтрастному сырью, поэтому процесс пневмосепарации можно рассматривать лишь как стадию пред-обогащения. Массовая доля влаги в дробленых калийных рудах не превышает 2 а массовая доля класса 0-0, 25 мм не превышает 20i. ria рис.2 и рис.3 представлены экспериментальные кривые для постоянной В, зависящей от сыпучих свойств материала, коэффициента пневмотранспортабельности материала 2 и массовой доли влаги в пылевой фракции сильвинитовых руд.

Лабораторные исследования показали, что изменение массовой доли влаги в исходной руде после значений 0,5 % существенно сказывается на свойствах исходного сырья, так как приводит к изменении гранулометрического состава за счет агрегации пылевых частиц, изменению плотности отдельных минералов, изменению парусности частиц. Это значительно осложняет физическую картину процесса разделения, получение математических моделей процесса.

Пневмоклассификаторы-охладители могут использоваться для обеспыливания (по границе разделения 0,1-0,2 мм) флотационного KCl. При этом необходимо обеспечить минимальный выход пылевой фракции и максимальную эффективность классификации, а также охлаждение материала до температуры < 55°С.

Определено время сушки пылевой фракции сильвинитовых руд от начальной влажности 1,8-1,9 % ДО конечной менее 0,5 Оно составляет 4-6 минут. При организации процесса сушки необходимо обеспечить интенс!т£икацию процесса теплообмена с целью значительного снижения времени сушки.

В качестве основного технического мероприятия, обеспечивающего интенсификации процессов теплообмена принята струйная термообработка материала, которая все шире используется в сушильной технике в последнее десятилетие. Струйное секционирование псевдоожи-женного слоя, осуществляемое путем ввода через сопла, форсунки и другие дутьевые элементы активных вертикальных или горизонтальных газовых струй в предварительно ожиженный газом слой позволяет: интенсифицировать процесс теплообмена между газовой и твердой фазами, усилить перемешивание частиц по ширине потока, ослабить влияние пристенного эффекта, поддерживать высокую температуру не во всем рабочем пространстве аппарата, а в ограниченном объеме -во взвешенном слое, на распределительной решетке.

Секционированными следует считать аппараты, в рабочем объеме которых можно выделить элемент (ячейку, модуль, блок),неоднократ-• но повторяющийся в аппарате без существенных изменений с точки

50 40 30

го м

W \\

О 0,45 0,3 0,4 0,5 0,6 со У

Р

Рис.2. Зависимость постоянной В от массовой дож влаги в материале

БКЕУ-2 —Д ? БКРУ-1

Z ,,

О, Ii . 0,5-о 0,2 - * 0,i-

0,i5 0,3 0,U 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 ¿0 Ц i.Z /,3

Рис.З. Зависимость коэффициента пневмотранспортабельности от массовой доли влаги в руде

, . БКЕУ-2 —о-о— БКРУ-1

зрения гидродинамики, конструкции и технологического процесса, при этом конструирование аппарата сводится к определению режимных и конструктивных параметров одного элемента и количества этих элементов с учетом характера связи между ними.

При рассмотрении материального баланса процесса пневмоклас-сификации в аппаратах' с наклонной газораспределительной решеткой, автором получена следующая зависимость:

/у А* 1

^ "".А 1 ~ Т/Иибп-ипеС 1 ,

где Е - эффективность классификации по Ханкоку-Луйкену, доли ед.;

- массовая доля частиц мельче граничного зерна в исходном материале, доли ед.;

- плотность твердой фазы, кг/м3;

6 - объемная доля воздуха в слое материала, движущегося

по распределительной решетке, доли ед.; ^ - высота слоя материала на решетке, м; Т - время пребывания материала на решетке, с;

- расходная концентрация материала, кг/м3:

ис£„- скорость потока воздуха в сечении аппарата, м/с;

- угол наклона распределительной решетки к горизонтали, град;

- доля крупной фракции в мелком продукте, доли ед,;

Л« - произведение массовой доли частиц крупнее граничного зерна в мелком продукте на выход мелкого продукта. Формула (I) справедлива для аппаратов с горизонтальным потоком воздуха.

Из формулы (I) следует, что для увеличения эффективности классификации необходимо:

а) уменьшать долю пылевой фракции в исходном материале;

б) организовать перечистку мелкого продукта (уменьшать Ат);

в) увеличивать порозность слоя материала на газораспределительной решетке £ ;

г) уменьшать высоту слоя материала на распределительной решетке к ;

д) увеличивать время пребывания материала на решетке 1 . При рассмотрении кинетической модели процесса пневмокласси-

фикации автором получена следующая зависимость:

_

где

- эффективность классификации по Эдеру-Майеру, доли ед.;

к.1 - константа скорости сепарации частиц крупностью & , ^ •

- время нахождения частиц крупностью ¿г в аппарате, с

Из формулы (2) очевидно, что с увеличением времени пребывания частиц крупностью # £о в аппарате, эффективность классификации возрастает, а частиц крупностью ¿¿>€<> - уменьшается. Поэтому необходимо конструировать аппараты таким образом, чтобы время пребывания мелких частиц в аппарате превышало время пребывания крупных. Практическое значение полученной формулы (2) заключается в более правильном выборе точки ввода материала, например у равновесных пневмоклассификаторов. Наиболее совершенные аппараты этого класса имеют точку ввода исходного материала - средняя и нижняя часть аппарата.

При рассмотрении влияния неравномерности поля скоростей воздуха и концентраций твердой фазы по сечению аппарата на результаты пневмоклассификации, автором получена следующая зависимость, включающая фактор масштабного перехода:

' лгт и. г

где г .

Чи^ы ~ извлечение фракций крупностью се в мелкий продукт при неравномерном поле скоростей и концентраций, доли ед.;

- извлечение фракций крупностью 4" в мелкий продукт

в предположении, что скорости потока воздуха и концентрации твердой фазы равномерно распределены по сечению аппарата, доли ед.;

- безразмерная величина, характеризующая неравномерность поля концентраций;

М _ безразмерная величина, характеризующая неравномерность поля скоростей воздуха;

Ра« ~ площадь сечения аппарата, м^.

Из формулы (3) очевидна отрицательная роль фактора масштабного перехода на результаты разделения

Фактор масштабного перехода перестает играть существенную роль при:

а) выравнивании полей скоростей и концентраций по сечению аппарата;

б) простом обеспыливании полидисперсного материала (выдувании из полидисперсного материала самых мелких частиц).

При струйном секционировании значительно возрастает коэффициент теплоотдачи от газа к частицам материала •¿г-г, т.к. в общем случае Л/и - £ ( <£е , ^ ), т.е. критерий Нуссельта А/и является функцией критерия Рейнольдса и расходной концентрации материала в газе ^ (кг/кг). Кроме того, возрастает удельная поверхность контакта фаз:

^ = —е—^ , (4)

где /> - удельная поверхность раздела фаз, м^/м3;

В - крупность частиц обрабатываемого материала, м;

ко. - коэффициент, учитывающий агрегацию частиц.

Удельная поверхность раздела фаз зависит от порозности слоя, дисперсности твердой фазы и степени агрегации частиц, находящихся на распределительной решетке. Дезагрегация материала струйной термообработкой увеличивает Кд.

Формулы (I) - (4) не являются удобными для инженерных расчетов, однако определяют направления совершенствования пневмо-классификаторов.

3. Исследование основных свойств системы на результаты разделения по крупности

Проведены испытания пилотной установки с пневмоклассифика-тором расчетной производительностью 4 т/ч. Аппарат обеспечивает эффективное предобогащение сильвинитовой руды при расходной концентрации материала 4 кг/м3.

Определен диапазон скорости потока воздуха в аппарате 2,5-4,0 м/с для обеспечения классификации сильвинитовой руды по границе разделения 0,15-0,25 мм.

Испытанный поперечно-поточный пневмоклассификатор обеспечивает на оптимальных режимах работы эффективность классификации 70%.

Наибольшее влияние на результаты классификации оказывает влажность исходной руды, при этом экспериментально определено, что эффективное обеспыливание сильвинитовой руды возможно при

массовой доле влаги в ней не превышающей 0,5$.

Угол наклона распределительной решетки в пределах 30-50° не оказывает определяющего влияния на результаты разделения, хотя с уменьшением угла наклона решетки извлечение пылевых классов (менее 0,2 мм) в мелкий продукт возрастает.

Несмотря на обеспечение высокой остроты сепарации, испытанный аппарат конструктивно не-совершен, т.к. поток воздуха неравномерно распределен по дайне газораспределительной решетки.

4. Экспериментальные исследования процессов и аппаратов для пневмоклассификации

В ходе экспериментальных исследований проведены испытания различных типов и конструкций пневмоклассификаторов. При классификации на них сильвинитовых руд и флотоконцентрата получены следующие результаты:

- доказаны основные закономерности процесса пневмоклассификации сильвинитовых руд Верхнекамского месторождения:

а) мелкая фракция обогащается по и.о., KCl, M^CIg» сульфатам;

б) скорость потока воздуха в сечении аппарата по границе разделения 0,25 мм должна составлять 3,0-3,5 м/с;

в) увеличение границы разделения в интервале 0,15-0,5 мм, увеличивает эффективность классификации дня поперечно-поточных гравитационных пневмоклассификаторов;

- доказана необходимость использования для разделения силь-винитовой руды по крупности совмещенного процесса сушки и пневмоклассификации, при этом процесс сушки необходимо вести до достижения массовой доли влаги в мелкой фракции менее 0,5 %, а расход топочных газов может составлять менее 50 % от общего расхода газа на процесс разделения;

- усовершенствована конструкция комбинированного каскадного пневмоклассификатора, что обеспечило максимальную эффективность классификации 76 % при разделении сильвинитовых руд.

Надежная работа установки пневмоклассификации сильвинитовых руд производительностью 10 т/ч в непрерывном режиме, позволила провести испытания схемы флотационного обогащения обеспыленной руды и обеспечить предполагаемый ранее рост товарного извлечения KCl в условиях опытного производства.

Показаны ошибки в проектах установок пневмоклассификации сильвинитовых руд, выполненных по исходным данным Пермского поли-

технического института и Уральского политехнического института.

Выполненное сравнение испытанных конструкций пневмокласси-фикаторов, позволило определить параметр полноты разделения, который для разработанных автором аппаратов, обеспечивающих одновременную сушку руды, составил 0,7-0,87, что достаточно для решения поставленной задачи.

5. Разработка рациональной конструкции аппарата, методики его инженерного расчета и методики расчета технологических показателей

На рис.4 представлена конструктивная схема разработанного автором высокопроизводительного пневматического классификатора. Аппарат имеет два патрубка загрузки исходного материала (ИМ), три патрубка отвода пылевоздушной смеси (В+М), два патрубка разгрузки крупного продукта К, перечистную камеру в форме усеченного конуса большим основанием обращенного вверх. Внутри аппарат снабжен четырьмя распределительными решетками и пересыпной полкой. В загрузочных патрубках аппарата и вдоль беспровальной распределительной решетки (в надрешетном пространстве) установлены сопловые элементы. Топочные газы (В+£°), обеспечивающие сушку материала, подаются в кольцевые коллекторы загрузочных патрубков и в напорные камеры, расположенные вдоль беспровальной распределительной решетки.

Разработанный классификатор, помимо совмещенных процессов сушки и классификации руды, обеспечивает также эффективную рег-гентнута обработку мелкой фракции для последующего её обогащения, например на пневмоэлектросепараторах.

Для работы виброгрохотов требуется система аспирации, поэтому объемы выбрасываемого воздуха с виброгрохотов и пневмо-классификаторов имеют один и тот же порядок. Виброгрохоты требуют в 6-10 раз больше производственных площадей, чем пневмо-классификаторы.

Удельный расход условного топлива для пневмоклассификатора рис.4 при разделении сильвинитовой руды по границе 0,25 мм составляет 1,2 кг/т, электроэнергии - 1,2 кВт'ч/т.

Разработанные при участии автора дробилки с совмещением процессов теплообмена и классификации материала, позволяют разрабатывать узлы измельчения для различных технологических линий, как в открытом цикле, так и с рециркуляцией одного из продуктов

f 5+M

Рис.4. Поперечно-поточный пневмоклассификатор с совмещением процессов теплообмена

Таблица I

Сравнительная техническая характеристика виброгрохота фирмы "Ревум" (ФРГ) и пневмоклассификатора (рис.4) при разделении 1000 т/ч сильвинитовой руды по границе 0,25 мм

11 .15 п/п Наименование показателей Грохот Ш28/300Х Х325/2 Пневмоклас сификатор рис.4

I. Количество единиц оборудования : (без резерва), шт 13 2

2. ■ Удельная нагрузка на просеивающую ■ поверхность или распределительную решетку, т/м2.ч 8,2 48,5

3. !Объем очищаемого воздуха, выбрасываемого в атмосферу, тыс.м /ч 56 57,0

4. Эффективность классификцции по ■ Эдеру-Майеру, % 70 65

5. Влажность исходной руды, 1 не более, % 0,5 2,0

разделения.

Схема такого узла для процессов измельчения и фракционирования в открытом цикле с использованием вентилируемых контуров представлена на рис.5.

Схема включает: дробилку I; вентилятор 2; топку 3; шлюзовые питатели 4, 6; пневмосепаратор 5; циклоны 7, 10; пылеуловители ВЗП 8, II; дымососы 9, 12; ротоклон 13.

Разработанное оборудование позволяет решать достаточно сложные технологические задачи. Примерами использования схемы. рис.5, могут служить: технология дробления стеклобоя и выделения заданной фракции порошка; технология регенерации литейных песков; технология дробления, сушки и обогащения углей; технология переработки отходов резино-гехнических изделий; технология обогащения отходов магниевого производства.

При рассмотрении сепарационной характеристики по модели М.Д.Барского, автором получено следующее выражение для параметра полноты разделения :

^ *>7е°

Где - класс крупности, извлекаемый в мелкий продукт на величину равную I %.

¥ =

(5)

Пси рассмотрении процессов уноса из аппарата кипящего слоя и приложении полученных зависимостей к пневмоклассификаторам с вертикальным потоком воздуха и наклонной распределительной решеткой, автором получено более информативное выражение для параметра полноты разделения:

У _ _/,? е. _

где ке. - константа скорости уноса, с-1;

рг - плотность газовой фазы, кг/м3;

СеА - концентрация частиц крупностью мельче в слое, доли ед.;

- константы, зависящие от конструкции и типоразмера аппарата.

Формула (6) показывает, что 1С = £ССс*) , т.е. зависит от грэнсостава исходного питания. Вывод подтверждается также экспериментальными исследованиями.

Разработанная автором методика расчета технологических показателей процесса пневмоклассификации сильвинитовых руд позволила выполнить прогнозные оценки дая процесса разделения дробленых руд по границе 0,25 мм. Эти расчетные показатели позволяют прогнозировать результаты разделения при изменении основных параметров: границы разделения, эффективности классификации, качества исходного сырья. Данные расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2 Прогнозируемые результаты разделения сильвинитовых руд ( V = 0,7)

Руда 1 Выход „ 1 мелочи, 4м) Массовая доля, ,/3 , %, извлечение, £ , % !Исходная руда, /0 Крупная фраКЦИЯ, % Мелкая фраКЦИЯ, %

I 2 3 4 5 6

ЕХРУ-1 17,7 о И 1,95 27,29 • 1,48 26,78 4,13 30,10

¿и.о. 100 62,50 37,50

£КС1 100 80,48 19,52