автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Изучение закономерностей и интенсификация процессов совместного измельчения разнопрочных минеральных компонентов

Акционерное общество открытого типа "ИНСТИТУТ МЕХАНОБР"

На правах рукописи

КАНДИДАТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК БИЛЕНКО Леонид Федорович

УДК 622.7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СОВМЕСТНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РАЗНОПРОЧНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ

КОМПОНЕНТОВ (НА ПРИМЕРЕ ШИХТЫ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА)

Специальность: 05.15.08 — "Обогащение полезных ископаемых"

ДИССЕРТАЦИЯ в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1996 г.

Работа выполнена з научно-исследовательском и проектном институте механической обработки полезных ископаемых, АО "Институт Механобр"

Официальные оппоненты:

— доктор технических наук, профессор О.Н. Тихонов

— доктор технических наук, профессор Ю.И. Еропкин

— доктор технических наук, профессор В.А. Утков

Ведущее предприятие — АООТ Пикалевское

объединение "Глинозем".

Защита диссертации состоится "20" ¿¿ЮМ# 1996 г. в 14 часов на заседании специализированного совета • шифр Д. 139.02.01) при научно-исследовательском и проектном институте механической обработки полезных ископаемых, АО "Институт Механобр" по адресу:

199025, Санкт-Петербург, Е.О., 21 линия, дом 8а.

Отзывы в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться п библиотеке АО "Институт .Механобр".

.Диссертация в виде научного доклада разослана " " мая 1996 года.

Ученый -.секретарь специализированного совета, канд.техн.наук

-Л.А. Отрожденнова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Бокситовые руды являются основной базой для производства глинозема. Ввиду ограниченности запасов разведанных высококачественных бокситов, основной тенденцией в развитии глиноземного производства в нашей стране на современном этапе является все более широкое вовлечение в эту сферу алюмосиликатного сырья (нефелиновых сиенитов, нефелинового концентрата и т.п.). Ценность этого вида сырья заключается в том, что в его составе, наряду с окисью алюминия, присутствуют соединения щелочных и редких металлов. Поэтому нефелиновые породы являются комплексным сырьем,, в процессе переработки которого используют основные составляющие его компоненты и получают глинозем, соду, поташ, цемент, редк^ металлы. В нашей стране впервые в мире в промышленном масштаба на Волховском алюминиевом, а затем на Пикалеаском глиноземном заводе осуществлена комплексная переработка нефелинового концентрата, получаемого на комбинате "Апатит" из хвостов апатитового цикла методом флотации. Себестоимость глинозема, получаемого из нефелинов, ниже, чем из высококачественных байеровских бокситов.

На базе Кия-Шалтырского месторождения нефелиновых руд, которые по составу близки к нефелиновому концентрату комбината "Апатиты, построен и в 1970 г. введен в строй Ачинский глиноземный комбинат (АГК), крупнейшее в мире глиноземное предприятие на основе нефелинов.

В технологической схеме комплексной переработки нефелинов важное место занимает процесс подготовки исходной сырьевой смеси нефелина и известняка заданного химического и гранулометрического состава. Затраты на приготовление шихты занимают примерно 30% в. себестоимости глинозема. Практика освоения схем приготовления исходной сырьевой смеси на действующих заводах показывает, что при их совершенствовании можно получить значительный экономический эффект за счет снижения затрат энергии и материалов на шихтопод-готовку.

При выборе рациональной схемы подготовки сырьевых материалов необходимо преследовать цель наиболее полного извлечения полезных компонентов в последующих переделах. Особенностью процессов подготовки сырьевой шихты в глиноземной промышленности является не раскрытие сростков полезных компонентов, а раздельное и на определенной стадии совместное измельчение разнопрочных компонентов (нефелиновая руда и известняк) с целью доизмельчения до требуемой крупности и гомогенизации вещественного состава с необходимостью получения заданного соотношения их в классах крупности.

В мировой научно-технической литературе практически отсутствуют сведения по вопросам оптимизации схем подготовки сырьевых смесей из разнопрочных компонентов в промышленных условиях. Примеры решения этих вопросов являются весьма актуальными.

Учет закономерностей совместного измельчения различных по твердости и измельчаемости минералов, из которых состоят практически все руды черных и цветных металлов, крайне необходим при разработке рациональных схем подготовки сырьевой шихты в глиноземной промышленности для обеспечения наиболее полного и комплексного использования алюминиевого сырья. Нефелиновая руда по своим физико-механическим свойствам в 2-2,5 раза тверже, прочнее известняка/ При совместном помоле твердого и мягкого компонента, когда не учтена оптимальная исходная крупность их перед смешением, крупные классы шихты оказываются обогащенными более твердым минералом, более мягкий компонент концентрируется в мелких классах, что в последующих процессах переработки затрудняет прохождение твердофазных реакций в классах крупности шихты, определяет избирательный пылеунос мягкой составляющей из печей спекания и приводит к безвозвратным потерям полезных компонентов, так как часть их остается в нерастворимых соединениях. В результате снижается качество спека, полезные компоненты недоизвлекаются из сырья, возникает ряд других проблем, снижаются технико-экономические показатели всего процесса комплексной переработки алюминийсодержащего сырья. Этих недостатков удается избежать, если схемы шихтоподготовки компоновать с учетом закономерностей совместного измельчения разнопрочных компонентов.

Повышение эффективности технологии измельчения минерального сырья возможно на основе углубленного понимания природы физических процессов, происходящих при сокращении крупности, путем сочетания теоретических представлений о процессе разрушения и прикладных исследований по разрушению природных или искусственных материалов и их смесей.

В настоящее время проблема измельчения материалов изучена еще не достаточно глубоко и полно. Отстает от требований практики также изучение и теоретическое объяснение закономерностей, происходящих при совместном измельчении разнопрочных компонентов, из которых состоят практически все руды черных и цветных металлов. Знание таких закономерностей позволит осознанно оптимизировать технологические процессы, добиваясь селективного измельчения определенных компонентов (минералов или отдельных классов крупности), тем самым повышая эффективность последующих технологий.

Таким образом, всестороннее изучение закономерностей совместного измельчения разнопрочных компонентов и на их основе создание эффективной технологии подготовки глиноземосодержащей шихты из нефелинов и известняков, обеспечивающей оптимальное извлечение ценных компонентов из сырья, является весьма важной народнохозяйственной задачей, решению которой посвящена представленная диссертационная работа.

Цель работы.: Интенсификация технологических процессов измельчения минеральных систем, содержащих разнопрочные компоненты,

создание эффективной технологической схемы подготовки шихты для производства глинозема из нефелинов.

Задачи исследований: 1. Теоретическое и экспериментальное изучение закономерностей совместного измельчения компонентов разной прочности в лабораторных, полупромышленных и промышленных условиях для проверки теоретических положений.

2. Разработка концепции построения оптимальных технологических схем приготовления шихты из разнопрочных компонентов, обеспечивающих минимизацию затрат материальных и энергетических ресурсов и более полное извлечение полезных составляющих из руд или повышение эффективности последующих технологий.

3. Разработка и освоение рациональной технологии приготовления известняково-нефелиновой шихты глиноземного производства.

Научная новизна: 1. Установлен ряд новых закономерностей процесса совместного измельчения разнопрочных минеральных компонентов, на основании которых разработаны теоретические основы прогнозирования технологических показателей измельчения даухкомпонентных смесей, в частности — процесса приготовления изеестняково-нефели-новой шихты глиноземного производства.

2. Разработаны теоретические и прикладные основы создания технологических схем, обеспечивающих опережающее измельчение твердого компонента при переработке минеральных систем, содержащих разнопрочные материалы.

3. Разработана новая методика исследований совместного измельчения разнопрочных компонентов, позволяющая определять параметры измельчения в промышленных мельницах на базе лабораторных исследований.

Практическая ценность: 1. Разработана и внедрена на Ачинском глиноземном комбинате и Волховском алюминиевом заводе новая технология подготовки шихты, содержащей разнопрочные компоненты — нефелин и известняк —, обеспечивающая высокие технологические показатели с минимальными энергозатратами.

2. Разработаны и внедрены в практику принципы й алгоритмы расчетов параметров многостадиальных технологических схем измельчения минеральных систем, содержащих разнопрочные компоненты.

Научная новизна работы подтверждается 8 авторскими свидетельствами на изобретения, 5 из которых внедрены в производство.

Практическая ценность работы подтверждается экономическим эффектом в размере 10 млн. рублей в ценах 1989 г. от внедрения разработок на Ачинском глиноземном комбинате.

На защиту выносятся:

— обоснование и промышленное подтверждение основных закономерностей совместного измельчения материалов разной прочности;

— методика исследований процесса совместного измельчения раз-непрочных компонентов, позволяющая на основе лабораторных исследований определять параметры промышленного процесса;

— методические положения для инженерных расчетов многостадиальных схем измельчения с определением объема мельниц для предварительного измельчения твердой составляющей двухкомпонентной шихты по лабораторным данным;

— усовершенствованная технология приготовления глиноземсодер-жащей известняково-нефелиновой шихты, предусматривающая опережающее измельчение твердого компонента.

Достоверность научных положений подтверждается широкой апробацией в промышленности новых технологий, созданных на основе предложенных в работе теоретических разработок. Теоретически рассчитанные показатели процессов полностью совпали с промышленными данными.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических советах институтов "Механобр" и ВАМИ в 1972-1995 гг,, на научно-технических конференциях в г. Ачинске в 1979-1986 гг., межотраслевой научно-практической конференции МНТК "Механобр", г. Ленинград, 1986 г., межотраслевом совещании в г. Ачинске, 1993 г.

Публикация. Материалы работы опубликованы в трех монографиях, 23 статьях в журналах "Обогащение руд", "Цветные металлы", научных трудах институтов "Механобр" и ВАМИ, 7 патентах и 8 описаниях авторских свидетельств. По материалам работы выпущено 24 отчета о научно-исследовательских работах,

Вклад автора в публикации., выполненные в соавторстве, состоял в научном и технологическом обосновании и разработке новых способов и технологий совместного измельчения равнопрочных компонентов, в обсуждении и интерпретации полученной научной и технической информации и разработке на их основе дальнейшего направления работ. Все технологические исследования, эксперименты, полупромышленные и промышленные испытания, внедрение и промышленное освоение проведены под руководством и при непосредственном участии автора по разработанным автором программам в институте "Механобр", на Ачинском глиноземном комбинате и Волховском алюминиевом заводе.

Материал и методика исследований. Работа проводилась в условиях предприятий: Ачинского глиноземного комбината, Волховского алюминиевого завода, Л.О.Тлинозем" (Пикалево), институтов "Механобр", ВАМИ, в рамках научно-технического сотрудничества. В работо использовались стандартные установки, оборудование и приборы.

Химический состав исходных сырьевых компонентов, шихт, спеков и шламов определялся на квантометре SIMUZTIX, фазовый состав спеков и шламоа — на аппаратах ДРОН-2, ДРОН-3.

Статистическая обработка полученных данных выполнялась на ЭВМ М-6000.

Промышленные испытания проводились в отделении приготовления шихты сырьевого цеха Ачинского комбината по специально разработанным программам.

Автор выражает глубокую признательность Р.Я. Дашкевич, А.И. Киселеву, А.И. Пивневу, В.П. Логачеву, Н.В. Чуеву, O.A. Чащину, Г.М. Нестеруку за большую помощь, оказанную автору при организации промышленных испытаний и внедрении новых технологий в практику работы сырьевого цеха Ачинского глиноземного комбината.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР ПО СОВМЕСТНОМУ ИЗМЕЛЬЧЕНИЮ РАЗНЫХ КОМПОНЕНТОВ

Вопросы изучения закономерностей поведений смесей разных компонентов при их измельчении имеют не только теоретическое, но и большое народнохозяйственное значение, т.к. позволяют интенсифицировать и совершенствовать процессы приготовления шихты на существующих глиноземных и цементных заводах, повышать качество проектов сырьевых цехов новых предприятий и экономить значительные средства.

Первой работой, посвященной проблеме измельчения смесей разных минералов, является, исследование Холмса и Патчинга (1957 г.). Авторы изучили сухое измельчение смесей кварца с известняком в порционной шаровой мельнице размером 300x300 мм в замкнутом цикле с ситами-.

Авторы установили^ что. кварц и известняк, измельчаемые в смесъг, дают продукты, характеристики крупности которых до некоторой степени подобны характеристикам крупности, полученным при раздельной измельчении каждого минерала. Подчеркивается, что характеристика крупности компонента следует закону Шумана, независимо от измельчения компонента отдельно или в смеси.

Американский профессор Д.В.Фюрстенау. с сотрудникам» наследовал измельчение смесей кварца с известняком; & етрежнеакзй. ж шароной мельнице (1962 г.). Измельчение проводилось мокрым*, еютеобот

Установлено, что модуль распределения) шмотннтшог® материала остается одним и тем же независимо от тоге, измйшшгашпэт яи- материал; отдельно или как часть смеси. Модуль крупности' каждого» компонента^ измельченной смеси определяется долей общей энергии, которая! расходуется при измельчении каждой составляющей.

Впоследствии изучением поведения смесей разных минералов в шаровых мельницах занимался ряд ученых (Т.Танака, Д.Келсалл, П.Ха-ласьямани, П.Сомасундаран, А.Мюлар и др.). При этом методом оценки

параметров характеристик крупности измельченных продуктов показано, что каждый минерал искусственной смеси измельчается независимо от присутствия другого. Подчеркивается, что характеристика крупности каждого компонента соответствует уравнению Годэна-Андреева-Шумана независимо от измельчения компонента отдельно или в смеси. Однако, по характеристикам крупности конечного продукта нельзя проследить течеиие процесса измельчения, что затрудняется выбор рациональных-схем помола.

Для получения научно обоснованных выводов необходимо определить кинетику измельчения компонента, составить уравнение и оценить параметры этого уравнения при отдельном помоле компонента и при измельчении его в смеси.

Чехословацкий исследователь Д.Очепек (1964 г.) в опытах со смесями известняка и кварца и венгерский ученый К.Ремени (1974 г.) при. измельчении смесей углей различных типов отмечают как независимость, так и взаимовлияние компонентов друг на друга. Влияние отмечается при сухом измельчении, а также из-за несовершенства применяемой методики обработки результатов, о чем говорят сами исследователи (Т.Танака, К.Ремени).

■ Детальный анализ опубликованных работ, вышедших до 1984 г., посвященных изучению совместного измельчения разных минералов, дан в монографии [2].

М.А.Вердиян с учениками (1986 г.) при расчете процесса измельчения многокомпонентных цементов использует уравнение кинетики измельчения первого порядка (экспоненту) и принимает, что при сухом помоле цементов твердый и мягкий компоненты (песок и клинкер) измельчаются независимо друг от друга.

Украинские исследователи Г.Н.Оскаленко, Л.В.Колупайло, А.Ф.Шевченко, Е.Г.Шишкова изучали (1989 г.) процесс сухого измельчения смесей известняка с кварцем, с магнезитом и с антрацитом в мельнице 500x280 мм. Используя разные методики обработки результатов (расчет удельной производительности мельницы и расчет характеристик крупности при разном времени помола), авторы приходят к противоречивым результатам. В одних случаях известняк-кварц и известняк-магнезит измельчаются практически независимо друг от друга, а известняк-антрацит существенно влияют друг на друга (за счет дезагрегирующей способности антрацита). В других случаях, "судя по значениям уд. производительности, размалываемость антрацита при раздельном размоле и в смеси практически не изменяется". Авторы ссылаются на наши работы [5, 26].

Таким образом, можно констатировать, что закономерности совместного помола изучены еще недостаточно. В частности, нет однозначного ответа на вопрос о том, при какой крупности можно смешивать разнопрочные компоненты, чтобы при дальнейшем совместном измельчении получить заданное их соотношение во всех классах крупности. Нет еще детальной проработки и применения установленных

закономерностей к расчету схем подготовки шихты из разнопрочных компонентов. Ждут своего решения и другие вопросы, связанные с закономерностями поведения разных материалов при их совместном измельчении.

2. ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫРЬЕВЫХ КОМПОНЕНТОВ В ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ МЕЛЬНИЦАХ

Одним из условий, облегчающих процесс наладки передела измельчения на действующем предприятии, является знание кинетики измельчения, т.е. закономерностей поведения во времени конкретного материала в данной мельнице в заданных условиях. Для описания кинетики измельчения существует ряд математических формул (уравнений), облегчающих изучение процесса, дающих возможность автоматизировать данный процесс. Наиболее удобным, достаточно точно описывающим процесс, удовлетворяющим его граничным условиям, является уравнение кинетики измельчения проф. К.А. Разумова, предложенное им с сотрудниками в 1968 г. [1-3].

Изучение кинетических закономерностей совместного измельчения

разнопрочных материалов представляет собой одно из важных направлений теории и техники дезинтеграции.

Уравнение кинетики измельчения К.А. Разумова имеет вид:

где В — содержание в мельнице класса крупнее предельного размера, до которого ведется измельчение, доли од.: Я0 — содержание крупного класса в исходном материале, поступающем на измельчение; е — основание натуральных логарифмов; г — время измельчения; к, р — параметры уравнения, зависящие от условий измельчения и свойств измельчаемого материала.

Параметры уравнения находятся аналитическим путем по двум экспериментальным точкам кинетической кривой, т.е. по двум значениям Я» и Яг при разном времени помола о и 1г.

Решение системы из двух уравнений, написанных для двух разных точек, упрощается, если выбирать Гг==2Г). Решение этой системы дает следующие значения параметров:

Iп (I- р) 2,3026/0 ( 1- р)

Но

Я,

Р*

Р1

(3)

По этим формулам определяется несколько значений р н к для разных моментов времени I) и 1г. При этом опытные точки лучше брать на участке кривой приблизительно от 0,9Н0 до 0,1Яо; тогда повышается точность расчетов. Найденные значения параметров усредняются.

Уравнение кинетики измельчения К.А. Разумова (1) хорошо описывает опытные данные по измельчению отдельных узких классов кварца и мрамора, а также их смесей. Это уравнение было проверено на различных по измельчаемости материалах, минералах и рудах, по опытам, проведенным в разное время различными исследователями и на разном оборудовании. Эта проверка показала хорошее соответствие нового уравнения опытным данным [2, 3. 4, 5, 6).

Уравнение кинетики К.А. Разумова применено нами к изучению процесса измельчения нефелиновой руды и известняка, составляющих сырьевую шихту при производстве глинозема методом спекания. На примере измельчения этих материалов в различных по размерам мельницах, от лабораторных до промышленных, изучено влияние на величину параметров к и р уравнения (1) исходной крупности и других факторов.

Опыты измельчения нефелиновой руды и известняка различной исходной крупности проводились в мельницах размером 300x200 мм объемом 14,7 л и о мельнице диам. 500 мм, имеющей две камеры обьемом по 51 я каждая, разделенные глухой перегородкой.

В данной мельнице проведено две серии опытов. I серия — с шаровой загрузкой, паспортной для этой мельницы, равной 30% от •обьема каждой камеры. Вторая серия опытов проведена с шаровой загрузкой, равной 45% от обьема мельницы.

Исходные материалы для опытов а обеих мельницах имели крупность: 1) 20-0 мм; 2) 10-0 мм; 3) 0-00 мм; 4) 3-0 мм и 5) 1-0 мм.

Навески для опытов составлялись соответственно насыпному весу .исследуемого материала в количестве 12% от обьема мельницы.

Навески материала измельчались в течение 10, 20, 30, 40, 60, 80 мин, выгружались из мельницы и отмывались на сито 0,05 мм. Отмытая часть пробы рассеивалась на механическом встряхивателе с полным набором сит.

По результатам ситовых анализов с учетом отмытого мелкого класса вычислялся гранулометрический состав навесок, измельченных при различном времени, и строились кривые кинетики измельчения по остатку на сите 0,0в мм. По этим кривым определялись значения к и р уравнения кинетики (1).

Результаты расчета параметров к и р уравнения кинетики измельчения для всех опытов приведены в табл. 1.

Таким образом, для нефелиновой руды и известняка крупностью 1-0; 3-0; 6-0; 10-0; и 20-0 мм составлены уравнения кинетики измельчения по классу +0,08 мм. Эти уравнения достаточно точно описывают опытные кривые. Проверка составленных уравнений для кинетики измельчения исходных материалов показала хорошее совпадение расчетных и опытных данных. Среднеквадратичное отклонение расчетных и опытных значений остатков расчетного класса составляет 0,8-1,5%. Эти данные подтверждают вывод о том, что уравнение К.А. Разумова достаточно точно описывает процесс измельчения в различных мельницах и в широком диапазоне крупностей.

Определена также кинетика измельчения нефелина и известняка в промышленных мельницах 3,2x15 м.

Для изучения кинетики измельчения материала в промышленной мельнице необходимо определить врем» прохождения материала через работающую мельницу при различных производительностях. По ситовым анализам исходного материала и разгрузки мельницы при разном времени нахождения материала в процессе измельчения определяются кинетические параметры и составляется само уравнение кинетики.

Время прохождения материала через мельницу определялось методом трассера. В качестве трассера использовался медный купорос. По максимальной концентрации меди (всплеску) в разгрузке мельницы определено время прохождения через нее материала. Кроме того, в отобранных пробах определялся ситовый состав, т.е. остаток на контрольном сите (класс +0,08 мм).

Такие опыты проведены при разной производительности мельницы по исходному материалу, причем производительность в зависимости от стадии измельчения изменялась в значительных пределах, т.е. определены разные пары остатка расчетного класса (Я, %) и времени измельчения (г, мин). По этим парам зависимых переменных рассчитаны параметры к и р уравнения кинетики (1).

Таблица 1

Значение коэффициентов уравнения кинетики измельчения для нефелиновой руды и известняка, измельченных в разных мельницах

Крупность исходного материала Нефелиновая руда Известняк

Средневзвешенный диаметр, мм Содержание расчетного класса +0,08 мм в исх. навеске, Нои, Значение коэффициентов Средневзвешенный диаметр, мм Содержание расчетного класса +0,08 мм в исх. навеске, Rou, Значение коэффициентов

к р к р

Мельница 300x200 мм

1-0 0,39 79,7 0,0535 0,7949 0,37 66,1 0,1121 0,7662

3-0 0,78 83,6 0,0451 0,9521 0,68 73,0 0,1128 0,7968

6-0 2,08 88,8 0,0340 1,2598 1,84 81,5 0,0848 1,0526

Мельница диам. 500 мм (шаровая загрузка 30%)

3-0 0,78 83,6 0,0410 0,9463 0,68 73,0 0,0947 0,8023

6-0 2,08 88,8 0,0292 1,2556 1,84 81,5 0,0764 1,0335

10-0 3,05 91,8 0,0268 1,5126 2,91 87,6 0,0665 1,1765

20-0 13,55 97,7 0,0197 1,8161 9,42 93,4 0,0441 1,5592

Мельница диам. 500 мм (шаровая загрузка 45%)

6-0 2,08 91,6 0,0415 1,2422 1,84 82,1 0,1013 1,0248

20-0 13,55 96,0 0,0260 1,8431 9,42 93,1 0,0610 1,5651

Промышленная мельница диам. 3,2x15 м

20-0 13,49 97,9 0,0460 1,7654 9,45 94,2 0,0972 1,5711

0,4-0 0,09 11,4 0,2421 0,3957 0,20 31,6 0,1617 0,5934

Опыты по определению времени пребывания материала Э мельницах проведены на рудных мельницах I и II СТЭДИЙ, НЭ мельниЦЭХ третьей стадии, в которые загружается дробленый известняк и нефелиновая руда после второй стадии для их совместного измельчения, и НЭ домольных мельницах (IV стадия), где производится цоттпмвит известняково-нефелиновой шихты. Причем, для мельниц, третьей и четвертой стадий на основании химических анализов средних проб пульпы и классов крупности определена кинетика измельчения кзк для изее» стняка, так и для нефелина отдельно.

По результатам определения времени пребывания мзтерия/ш в мельницах каждой стадии и ситовым составам измельченных материалов построены кривые кинетики измельчения в координатах (Н, t), которые приведены на рис. 1. В точках изгиба плавной кривой кинетики происходит переход от одной стадии измельчения к другой. По кривым измельчения нефелиновой руды на первой и второй стадиях и известняка на третьей и четвертой стадиях схемы промышленного процесса измельчения сырьевых материалов рассчитаны коэффициенты к и р уравнения кинетики измельчения (1) по классу +0,08 мм, которые приведены в табл. 1.

Таким образом, для измельчения нефелиновой руды и известняка в промышленных мельницах диам. 3,2x15 м составлены уравнения кинетики по классу +0,08 мм. Эти уравнения достаточно хорошо описывают опытные данные, среднеквадратические отклонения расчетных и опытных данных но превышают 1,5-2,0%. В данном случае уравнение кинетики измельчения К.А. Разумова хорошо описывает процесс измельчения в промышленных мельницах диам. 3,2x15 м.

Исследования, проведенные в промышленных и лабораторных мельницах, позволяют оценить физический смысл параметров к и р уравнения кинетики измельчения К.А. Разумова.

Как указывалось, параметр р характеризует свойства измельчаемого материала, его прочность и измельчаемость. В данных опытах при измельчении нефелиновой руды и известняка для одной и той же крупности получились близкие по значению коэффициенты р. Так, при измельчении материалов крупностью 6-0 мм в мельницах диам. 300 и 500 мм они получились: для нефелина — 1,2598 — 1.2556, для известняка — 1,0526 — 1,0335 (табл. 1). При изменении величины шаровой загрузки для мельницы диам. 500 мм их величина осталась примерно такой же. Практически одинаковый коэффициент р получился для этих материалов исходной крупностью 3-0 мм при измельчении в мельнице диам. 300 мм и диам. 500 мм. Для нефелина и известняка крупностью 20-0 мм значения коэффициента р получились примерно равными как для мельницы диам. 500 мм, так и для промышленной мельницы 3,2x15 м. Г^и шаровой загрузке мельницы диам. 500 мм 30% объема для нефелина

1-нере/шнобая рус?а

¿-известняк

40 ¿О

оремр ¿/злге/гь^рнся, ми»

Рис. 1. Кинетика измельчения нефелиновой руды и известняка по классу +0,08 мм

в мельнице 3,2x15 м

значение коэффициента р равно 1.8161, для известняка — 1.5592, при шаровой загрузке 45% объема коэффициент р равен соответственно — 1.8431 и 1.5651.

Приведенные данные показывают, что коэффициент р не зависит от диаметра мельницы, а зависит от свойств измельчаемых материалов, в частности — от исходной крупности. Представляет интерес попытаться определить зависимость коэффициента р от крупности исходных материалов при измельчении их в разных по размерам лабораторных и промышленных мельницах. В графах 2 и 6 таблицы 1 приведен средневзвешенный диаметр исследуемых продуктов, рассчитанный по известной формуле [4]. '

Приведенную в таблице зависимость коэффициента р от средневзвешенного диаметра исследуемых материалов можно апроксимиро-вать степенной функцией вида:

Р = а • £* 2р (4)

. Эмпирическое значение коэффициентов а и п определено математической обработкой методом наименьших квадратов результатов опытов, приведенных в табл. 1:

а) для нефелиновой руды — р = 0,0156 с/ср27:

б) для известняка — р = 0,0427 а ср38

Коэффициент парной корреляции между этими величинами для нефелина и известняка равны соответственно 0,982 и 0,994, что указывает на довольно тесную связь между ними. Отклонение расчетных и опытных данных для нефелина и известняка — незначительно.

Коэффициент к уравнения кинетики измельчения, как известно, характеризующий скорость измельчения в начальный момент, зависит от многих факторов. Из приведенных в табл. 1 данных видно, что к падает с увеличением диаметра мельницы. Так, при измельчении нефелина и известняка крупностью 6-0 мм в мельницах диам. 300 мм и диам. 500 мм величина к равна соответственно 0,0340; 0,0848 и 0,0292; 0,0764.

С увеличением объема шаровой загрузки в одной и той же мельнице к возрастает. При измельчении нефелина крупностью 20-0 мм в мельнице диам. 500 мм, заполненной шарами до 30 и 45% объема, коэффициент к возрастает с 0,0197 до 0,0260. Аналогичная зависимость наблюдается и для нефелина крупностью 6-0 мм и известняка крупностью 20-0 и 6-0 мм.

На примере измельчения нефелиновой руды и известняка различной крупности в разных по диаметрам мельницах выявлена зависимость коэффициента р уравнения кинетики от средневзвешенного диаметра исходных материалов. Предложенное эмпирическое уравнение (4) до-

статочно хорошо описывает экспериментальные данные. Следовательно, коэффициент р уравнения кинетики, на основании предложенной зависимости, можно определять из данных лабораторных опытов и для других руд.

На коэффициент к влияет значительно большее число факторов, поэтому какой-либо четкой зависимости в данных опытах не выявилось. Решение же этого вопроса дало бы возможность от кинетики измельчения в лабораторных мельницах с полным правом переходить на промышленные, интенсифицировать процесс измельчения.

Данные исследований, приведенные в табл. 1, позволяют оценить энергетические затраты на измельчение данного материала в разных по размерам мельницах и сравнить эти затраты при переходе от лабораторных мельниц к промышленным.

Определим по формуле (3) время измельчения известняка и нефелиновой руды до содержания готового класса (в данном случае -0,08 мм) 80, 90, 95 и 99%. т.е. до остатков В=0,20; 0,10; 0,50 и 0,01 для разных мельниц. Относительное возрастание затрат энергии при помоле материала, например, от 80% до 99% готового класса в данной мельнице определится только отношением времени измельчения при помоле до 99% ко времени измельчения при помоле до 80%, т.к. мощность двигателя мельницы при делении сократится. По данным табл. 1 можно выполнить такие расчеты. Результаты расчетов приведены в табл. 2.

Видно, что при измельчении нефелиновой руды крупностью 6-0 мм от 80% класса -0,08 мм до 99% этого класса энергетические затраты возрастают в 2,8 раза для мельниц диам. 300 и диам. 500 мм. При измельчении руды крупностью 20-0 мм в мельницах диам. 500 мм и диам. 3200 мм энергетические затраты при аналогичном снижении крупности готового продукта возрастают на одинаковую величину — в 2,5 раза. Аналогичная зависимость наблюдается и для известняка для мельниц разных типоразмеров: затраты энергии возрастают в 2,6 раза как для мельницы диам. 500 мм, так и для мельницы диам. 3200 мм при одинаковом снижении крупности помола.

Таблица 2

Время измельчения известняка и нефелиновой руды в лабораторных и промышленных мельницах и относительные затраты энергии

Тип мельницы Шаровая загрузка, % Исходная крупность материала, мм Время измельчения ((, мин) до содержания класса -0,08 мм, % Относительные затраты энергии

80 90 95 99 1ээ/1ао <99/ЬО 1за/185

нефелиновая руда

300X 200 мм 45 6-0 39,1 55,8 72,3 110,2 2,816 1,973 1,523

500X260 мм 45 6-0 32,9 46,8 60,5 91,9 2,792 1,963 1,520

п 45 20-0 43,4 59,0 73,9 107,3 2,472 1,820 1,451

в 30 20-0 58,4 79,2 99,3 144,9 2,480 1,829 1,459

3,2X15 м 30 20-0 25,4 34,5 43,4 63,4 2,494 1,835 1,462

известняк

300X 200 мм 45 6-0 16,2 24,0 31,8 49,9 3,080 2,077 1,568

500X260 мм 45 6-0 13,8 20,5 27,2 42,7 3,100 2,086 1,572

Я 45 20-0 19,9 27,6 35,1 52,1 2,613 1,886 1,485

и 30 20-0 27.7 38,4 48,8 72,4 2,613 1,886 1,484

3,2X15 м 30 20-0 12,6 17,4 22,0 32,7 2,599 1,881 1,483

Таким образом, установлено, что относительное возрастание затрат электроэнергии при снижении крупности измельчения компонентов шихты (известняка и нефелиновой руды) оказалось одинаковым как для лабораторной, так и для промышленной мельницы при измельчении данного материала одной и той же крупности. Эту важную закономерность, вытекающую из особенностей примененного уравнения кинетики измельчения К.А. Разумова, можно использовать для условий моделирования процесса промышленного измельчения в лабораторных мельницах. Определив кинетику измельчения исследуемой руды в лабора-

горной мельнице и введя поправку на крупность руды, загружаемой в промышленную мельницу, можно определить кинетику измельчения материала в промышленной мельнице и относительные затраты энергии при помоле до различной крупности в промышленных условиях. Установленная закономерность позволяет также разработать более достоверную методику определения измельчаемости руд с определением энергетических затрат в промышленной мельнице при помоле материала до различной крупности. Такая методика была разработана в 1978 г. Результаты исследований изложены в работе [24].

3. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СОВМЕСТНОГО

ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ СЫРЬЕВОЙ ШИХТЫ ГЛИНОЗЕМНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Знание основных закономерностей совместного измельчения в барабанных мельницах разнопрочных компонентов необходимо для выбора рациональных и совершенствования существующих схём подготовки шихты в глиноземной, цементной и других отраслях промышленности.

В институте "Механобр" в 1971-73 гг. проведены лабораторные и полупромышленные исследования закономерностей раздельного и совместного измельчения известняка и нефелиновой руды, составляющих шихту Ачинского глиноземного комбината.

3.1. Лабораторные исследования

Пробы сырьевых материалов для опытов дробились в щековой и валковой дробилках до крупности 6-0 мм и рассевались на классы 6-3; 3-1; 1-0,5 и 0,5-0 мм. Определялся выход каждого класса. Навески материала для опытов измельчения составлялись из этих классов соответственно их выходам для исключения возможного колебания ситового состава отдельных навесок.

Опыты раздельного и совместного измельчения нефелиновой руды и известняка проводились в лабораторной периодической мельнице 300x200 мм объемом 14,7 л по методике института "Механобр". Измельчался ряд навесок каждого материала при времени 5; 10; 15; 30 и 45 минут. После измельчения определялся гранулометрический состав каждой навески с отмывкой нижнего класса на сите.

Для совместного помола было составлено .5 смесей изучаемых материалов при' следующем соотношении нефелина и известняка (по объему): 10:90%; 30:70%; 42:58%; 70:30%; 90:10%. Навески составлялись таким образом, чтобы каждая смесь занимала 12% от обьема мельницы.

По результатам раздельного помола нефелина и известняка построены кривые кинетики измельчения изучаемых продуктов по остатку на сите 0,071 мм. По этим кривым и известным уравнениям [1] определены параметры /сируравнения кинетики измельчения К.А. Разумова, которые оказались следующими:

а) для нефелина: р « 1,66; к — 0,002

б) для известняка: р = 0,737; к = 0,098.

Таким образом, получены следующие уравнения кинотики измельчения:

а) для нефелина:

о - . I err,

- ~ e0,053t + Q gg ®

б) для известняка:

о _ 0.737 • Врц ' ~ e0,072t- 0,263 '

где: Roh — содержание класса +0,071 мм в исходной навеске нефелина, поступившей на измельчение: Roh = 0,936; R0u — содержание класса 4-0,071 мм в исходной навеске известняка, поступившей на измельчение:. Rou = 0,891; Rh, Ru — содержание класса +0,071 мм в продукте памш® в момент времени t (мин), в долях единицы, для нефелина и известняка;,, соответственно.

Для получения уравнения кинетики измельчения смесей необходимо уравнение кинетики компонента умножить на долю этого компонента н смеси и полученные произведения сложить. В нашем случае уравнение кинетики измельчения смесей будет выглядеть:

в о R°n . а f. v 0.737 Reg

Rcm - ß e0,053t + 0 gg + 0- ß ) e0,072t _ Q. 263 Ш

где ß — содержание нефелина в смеси, доли единицы;; (1-ß) — содержание известняка в смеси, доли единицы.

По уравнению (7) рассчитаны кинетики измельчения: различны* смесей нефелина с известняком при ß = 0,1; 0,3; 0,42;; 0,7; 0,9; Рассчитанные значения остатков Rcm при разном времени t сравнивались с результатами опытов измельчения, указанных материалов; и их смесей».. Рассчитанные значения остатков R довольно хорошо совпали' с опытными данными. Среднеквадратические отклонения рассчитанных значений от опытных находятся в пределах 1.2-2,4%,

Таким образом, одно и тоже уравнение (с одинаковыми параметрами р и к) хорошо описывает как кинетику измельчения отдельного: материала, так и кинетику измельчения этого материала в смеси с 1ругими при любом соотношении. Подтверждается важное положение1,, (арактеризующее процесс измельчения: каждый компонтт смеси* измельчается независимо один от другого.

Измельчаемость известняка в 2-2,5 раза выше измельчаемое™ нерелиновой руды. Следовательно, указанное положение справедливо! для: 10вольно различных по измельчаемости материалов при любом* иж юотношении.

3.2. Распределение компонентов по классам при совместном измельчении

Для изучения закономерностей распределения известняка и нефелина по классам крупности при их совместном помоле поставлен ряд опытов.

В первой серии опытов известняк и нефелин, при соотношении их. в смеси 1:1, измельчались в той же лабораторной мельнице 300x200. мм. Вес измельчаемой навески был в 2 раза больше, чем при раздельном измельчении этих материалов; время измельчения 5, 10, 15 и 30 мин, остальные условия опытов сохранены прежними.

В исходных навесках и продуктах их измельчения определялось содержание окиси кальция и глинозема и производился расчет содержания известняка и нефелина в классах крупности при различном времени измельчения. По результатам этих опытов установлена следу-' ющая закономерность: с увеличением времени измельчения повышается содержание нефелина в крупных классах и содержание известняка в мелких классах. Так, в классе +1 мм с увеличением времени измельчения содержание нефелина возросло с 50% до 61%. Более мягкий известняк при измельчении быстрее переходит в мелкие классы, в то время как твердый нефелин остается более крупным и для его измельчения до конечной крупности требуется больше времени, чем для известняка.

Во второй серии опытов нефелин и известняк смешивались в соотношении 0,42:0,58, т.е. в пропорции, необходимой для получения стехиометрического соотношения окиси кальция к кремнезему, равного 2,0, что требуется технологией спекания нефелина с известняком. Опыты проводились при разной крупности исходных продуктов.

Навески измельчались при соответствующем времени, определенном по предыдущим опытам, до одинаковой конечной крупности — 4-5% класса +0,071 мм. В классах ситового анализа продуктов помола минералогическим анализом определялось содержание известняка и нефелина. Результаты этих опытов, приведенные в табл. 3, показали, что содержание нефелина в классе +0,071 мм составляет 76-83% независимо от крупности исходных продуктов. При совместном помоле нефелина с известняком нефелин всегда остается более крупным, гели исходная крупность компонентов перед смешением одинаковая. Это говорит о том, что перед смешением нефелин должен быть измельчен более тонко по сравнению с известняком, если мы хотим получить в классах крупности продукта совместного помола одинаковое соотношение указанных компонентов, заданное, например, отношением окиси кальция к кремнезему. Для данных исходных материалов и при данных конечных требованиях к продукту измельчения можно сказать, что перед совместным измельчением смеси нефелиновой

Таблица 3

Распределение известняха'н нефелина по классам крупности при совместном измельчении и различной исходной крупности

Круп- Содержание, %

ность исходного продукта, мм Классы крупности, мм Выход классов, % в классах крупности в суммарных классах

нефелина известняка нефелина известняка

+0,0/1 4,0 79,0 21,0 /у,и 21,0

6-0 -0,071+0,05 -0,05+0,04 -0,04 5,5 7,0 83,5 80,0 69,0 37,0 20,0 31,0 63,0 }4,9 58,1

Итого 100,0 43,3 56,7 43,3 56,7

3-0 +0,10 -0,10+0,071 -0,071+0,05 -0,05+0,04 -0,04 0,5 2,5 7,5 6,5 83,0 87,0 82,0 73,0 73,0 30,0 13,0 18,0 27,0 27,0 70,0 1« V 36,3 17,2 63,7

Итого 100,0 37,6 62,4 37,6 62,4

1-0 +о,ю -0,10+0,071 -0,071+0,05 -0,05+0,04 -0,04 1.5 3,5 7,5 6,0 81,0 63,0 76,0 74,0 68,0 36,0 17,0 24,0 26,0 32,0 64,0 } 78,1 1 40,9 21,9 59,1

Итого 100,0 42,9 57,1 42,9 57,1

0,5-0 +0,10 -0,10+0,071 -0,071+0,05 -0,05+0,04 -0,04 1.5 3,5 8,0 6,5 80,5 65,0 74,0 70,0 73,0 37,0 15,0 56,0 1 зоя; 27,0 63,0 } 77,3 1 41,2 22.7 58.8

Итого 100,0 44,0 56,0 44,0 56,0

0,1-0 +0,10 -0,10+0,071 -0,071+0,05 -0,05+0,04 -0,04 1,0 4,0 8,0 8,5 78,5 74,0 77,0 79,0 72,0 35,0 26,0 23,0 21,0 28,0 65,0 | 76,4 1 42,1 23,6 57,9

Итого 100,0 43,7 56,3 43,7 53.3.

руды и известняка руда должна пройти две стадии помола, в то время как известняк — только одну, либо добавляться в смесь сразу после дробления.

3.3. Полупромышленные испытания совместного помола известняка и нефелиновой руды

Полупромышленные испытания проводились в открытом цикле на непрерывной мельнице 300x600 мм с внутренним объемом 43 литра. Количество загружаемого в мельницу материала рассчитывалось по данным опытов периодического измельчения на лабораторной мельнице объемом 14,7 литра. При этом определено, что для измельчения материалов крупностью 6-0 мм до 90% класса -0,071 мм производительность мельницы должна составлять по нефелину — 5,63 кг/час, а по известняку — 11,3 кг/час.

Влажность пульпы а мельнице за счет добавления воды поддерживалась в пределах 25-30%.

Проведены опыты отдельного измельчения руды и известняка, а также опыты совместного помола этих материалов при различном их соотношении. При этом производительность мельницы по нефелиновой руде поддерживалась равной 5,63 кг/час, а известняк добавлялся в количестве 2,81; 5,63; 8,44 и 11,3 кг/час. Результаты опытов измельчения ¡приведены в табл. 4.

Лри добавлении в мельницу известняка в указанных количествах крупность помола снизилась с 92 до 80% класса -0,071 мм, т.е. на 12%. Лри этом производительность мельницы возросла от 5,63 кг/час до 16,93 лг/час, т.е. в 3 раза. Это говорит о том, что при малых производи-•¡гельностях. обусловленных требуемой крупностью помола, энергия шаровой загрузки используется не полностью и мельница работает неэффективно.

Проверенную на полупромышленной мельнице возможность совместного измельчения твердого и мягкого компонентов шихты, при котором значительно увеличивается общая производительность мельниц, можно реализовать в промышленной схеме приготовления шихты глиноземных предприятий. Это позволит значительно увеличить эффективность измельчения перерабатываемых компонентов. Например, увеличив загрузку материала в мельницу в 2 раза, можно перевести параллельно работающие агрегаты на последовательную работу в 2 стадии. Это даст возможность сократить удельные расходы энергии и шаров при той же Ш1л несколько меньшей, крупности конечного продукта.

Для проверки двухстадиальной схемы помола руды проведены специальные опыты на непрерывной полупромышленной мельнице. Результаты опытов приведены в графе режимов Vila и VII6 таблицы 4. В графе Vila даны результаты опыта I стадии при производительности мельницы 11,3 кг/час, т.е. в 2 раза превышающей производительность; обеспечи-

Таблица 4

Результаты опытов измельчения нефелиновой руды и известняка в полупромышленной мельнице 300x600 мм в открытом цикле

Ппиямтйпи РЕЖИМ

1 II III IV V VI УИа Vllб

втд +0,1 4,0/100,0-) 4,6/100,0 5,8/100,0 6,5/100,0 6,9/100,0 1,6/100,0 12,3/100,0 —

классов, мм? -0,1+0,071 4,0/96,0 7,0/95.4 9.9/94.2 11,4/93,5 12,8/93,1 5,3/98,4 8,1/87,6 3.0/100.0

-0,071+0,05 8,0/92.0 8,8/88,4 8.3/84,3 9,4/82,1 11,5/80,3 7,7/93,1 12,9/79,5 6.8/97,0

-0,05+0,04 9,3/84,0 9.4/79,6 8.1/76,0 8.5/72.7 7,8/68,8 5,9/85,4 7,6/66,6 10,1/90,2

-0,04 74,7/74,7 70,2/70,2 67,9/67,9 64,2/64,2 61,0/61,0 79,5/79,5 59,0/59,0 80,1/80,1

Итого: 100/- 100/- 100/- 100/- 100/- 100/— 100/- 100/—

Содержание класса -0,071 мм в мех. питании. % 6.4 7,9 8.6 9,1 9.1 10,9 6,4 79,5

Производительность. кг/ч 5,63 8,44 11,26 14,07 16,93 11,3 11,3 11,3 •

а т.ч. по нефелину 5,63 5,63 5,63 5,63 5,63 — 11,3 11,3

по известняку — 2,81 5,63 8,44 11,30 11.3 — -

I Содержание 1 твердого в 1 пульпе, % 70,1 73,2 75,4 70,3 75.1 74,1 73,7 75.1

** В числителе — частный выход, в знаменателе — суммарный по минусу.

вающую требуемую крупность помола (8-10% остатка на сите 0,071 мм). Продукт помола I стадии крупностью 70% класса -0,071 мм, направлен на II стадию измельчения с той же производительностью 11,3 кг/час. При этом в конечном продукте II стадии содержание готового класса -0,071 мм составило 97%, т.е. на 5% выше, чем при помоле в одну стадию при производительности 5,63 кг/час. Удельная производительность одной мельницы при работе в две стадии измельчения составила-0,119 кг/л по сравнению с 0,112 кг/л час при работе в одну стадию, т.е. на 6,3% выше.

Подтвержденная лабораторными и полупромышленными опытами независимость измельчения отдельных компонентов смеси позволит определять также более рациональные схемы измельчения для фабрик, перерабатывающих несколько типов разных по измельчаемости руд. а также устанавливать, оптимальные пропорции при совместном измель-. чении промпродуктов для многостадиальных схем.

3.4. Промышленная проверка положения о

независимом измельчении компонентов в шаровой

мельнице

На основании проведенных лабораторных и полупромышленных опытов совместного измельчения компонентов шихты, было предложено изменить схему подготовки сырья на Ачинском глиноземном комбинате с организацией совместного измельчения известняка и нефелиновой пульпы. Проектной схемой предусматривалось раздельное измельчение известняка и нефелиновой руды с последующим смешением и домолом шихты в домольных мельницах до необходимой крупности.

В предложенной схеме предполагалось увеличить производительность рудных мельниц с 35-40 т/час до 80-100 т/час.

Пульпа из всех рудных мельниц по предложенной схеме перекачивается в сборную мешалку, откуда насосами распределяется по известняковым мельницам. В известняковые мельницы дозируется грубоиз-мельченная нефелиновая пульпа и дробленый известняк крупностью 25-0 мм в соотношении, необходимом для выдерживания заданного химического состава шихты. При этом производительность мельниц по известняку поддерживается в пределах 90-100 т/час, а влажность пульпы — 27-29%.

Известняково-нефелиновая пульпа с известняковых мельниц перекачивается насосами в сборную мешалку, откуда распределяется по домольным мельницам.

Таким образом, нефелиновая руда по новой схеме проходит 3 сзади помола, а известняк совместно с рудой — 2 стадии.

В продукте помола известняковой и домольной мельниц, во время пром.испытаний, кроме ситового состава, определялся химический состав как всей пробы, так и отдельных классов +0,08 мм и —0,03 мм для расчета в них соотношения нефелина и известняка.

Испытания проведены при различных режимах работы рудных и известняковых мельниц.

Распределение нефелина и известняка в крупном классе готовой шихты, полученной в результате испытаний, приведено в табл. 5. Здесь же показана расчетная крупность отдельно нефелина и известняка, полученная после совместного помола в известняковой и в домольной мельнице. Видно, что нефелин в смешанной шихте остается более мелким по сравнению с известняком, что благоприятно сказывается на переводе в растворимое соединение крупных классов нефелина в процессе спекания шихты.

Таблица 5

Распределение нефелина и известняка в крупном классе при совместном помоле

Режим Производительность мельницы, т/час Содержание в общем продукте, % Содержание в классе +0,08 мм Содержание в измельченном продукте класса +0,08 мм, %

по нефелину по известняку нефелина известняка нефелина известняка общее в том числе ДЛЯ

нефелина известняка

Известняковая мельница

1 50 78 39,0 61,0 32,0 68,0 21,6 17,7 24,1

II 60 84 41,6 58,4 33,3 66,7 20,7 16,6 23,6

III 70 94 42,8 57,2 34,8 65,2 23,4 19,0 26,7

IV 80 97 45,2 54,8 36,6 63,4 26,6 21,6 29,6 ;

V 102 97 51,3 48,7 41,5 58,2 24,3 19,7 29$

Домольная "мельница

1 128 39,0 61,0 36,7 63,3 4.7 4,4 4,9

III 164 42,8 57,2 40,6 59,4 5,6 5,3 5,8

IV 177 45,2 54,8 44,8 55,2 6,7 6,6 6,8

Расчеты по определению раздельной крупности нефелина и известняка в смешанной шихте проведены на основе химических анализов исходной шихты и класса +0,08 мм.

По результатам проведенных опробований рассчитаны удельные производительности всех мельниц по готовому продукту — классу -0,08 мм — при разных производительностях по общему питанию, как для шихты, так и для каждого компонента.

Сравнение рассчитанных уд. производительностей (как суммы лро-Ашодительностей обоих компонентов) с фактически полученными показателями приведено в табл. 6.

Таблица 6

Удельные производительности мельниц по результатам

испытаний

Производительность, т/час Содержание класса -0,08 мм, % - Удельная производительность по клас--0,08 мм, т/мчас

по нефелину по известняку в питании в разгрузке фактич. общая расчетная

по нефелину по известняку суммарная

Известняковая мельница

50 78 34,2 78,4 0,535 0,007 0,540 0,547

60 84 35,0 79,3 0,607 0,014 0,592 0,606

70 94 35,4 76,6 0,643 0,009 0,634 0,643

80 97 36,5 73,4 0,622 0,001 0,622 0,623

102 97 38,8 75,7 0,700 0,068 0,631 0,699

Мельница домола

50 78 78,4 95,3 0,197 0,063 0,143 0,206

60 84 79,3 94,9 0,204 — — —

70 94 76,6 94,4 0,266 0,092 0,187 0,279

80 97 73,4 93,3 0,320 0,114 0,211 0,325

102 97 75,7 93,3 0,318 — — —

Суммарная расчетная удельная производительность мельниц по нефелину и известняку почти в точности совпадает с фактической производительностью мельниц. Это подтверждает основное положение процесса изштття стсей о независимом измельчении отдельных ком-

понентов в шаровой мельнице. Это положение, разработанное ранее на. основании лабораторных и полупромышленных опытов, подтверждено В! промышленных условиях при измельчении резко отличных по измельг-чаемости компонентов в трубных мельницах 3,2x15 м.

На основании изложенного сделаны следующие выводы:

1. Промышленными испытаниями на мельницах 3,2X15 м подтверждена важная закономерность процесса измельчения смеси, установленная на лабораторном оборудовании: каждый компонент смеси измельчается независимо от присутствия других компонентов. Практическое использование этой закономерности позволит более осознанно, руководить процессами помола разнородных по измельчаемости компонентов, из которых состоят практически все руды черных и цветных< металлов. Эта закономерность позволила предложить новую более эф--фективную схему помола сырьевых компонентов для Ачинского глинот. земного комбината.

2. Испытания новой схемы измельчения сырьевых компонентов по?-казали возможность увеличения загрузки рудных и известняковых мель--ниц материалом примерно в 2 раза. Увеличение загрузки мельниц^ материалом помимо увеличения общей пропускной способности цеха! позволило стабилизировать работу мельниц, сократило расходы мелю--щих тел, улучшило условия эксплуатации мельниц.

3. Промышленными испытаниями показано, что средняя производительность одной мельницы при работе по .новой схеме повысится! примерно на 30%. Новая схема дает существенное увеличение пропуг-скной способности сырьевого цеха.

4. Средняя удельная производительность мельниц по готовому продукту по новой схеме составляет 0,520 т/м3час против 0,480 т/м3час по проектной схеме.

5. Совместное измельчение разнопрочных компонентов^ вообще говоря, является нерациональным с точки зрения затрат энергии. Для разных компонентов существуют свои оптимальные условия измельчения, в частности свой рациональный размер (или ассортимент) шаров, определяющий минимальные затраты энергии на производство готового продукта. Так, для более мягкого, но более крупного, компонента требуются крупные шары, а для твердого, но гораздо более мелкого, компонента, требуются мелкие шары. При совместном измельчении таких компонентов, необходимом для приготовления металлургической шихты однородного химического состава по фракциям крупности, приходится загружать в мельницу крупные шары для возможности размола-крупного (мягкого) компонента, которые нерациональны для мелкого (твердого) компонента. Это вызывает в среднем более высокий расход. общей электроэнергии по сравнению с раздельным измельчением твердого и мягкого компонентов. Но с этим приходится мириться, преследуя цель приготовить более качественную, однородную по составу шихту.

Таким образом при приготовлении металлургических или цементных шихт существуют свои особенности, отличные от измельчения отдельной

руды, которые необходимо учитывать при составлении схем подготовки определенной шихты.

4. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРИ СОВМЕСТНОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ МАТЕРИАЛОВ РАЗНОЙ ПРОЧНОСТИ

Полезные ископаемые, перерабатываемые горно-обогатительной и металлургической промышленностью, представляют собой многокомпонентные системы различных по прочности и измельчаемости минералов.

В металлургической промышленности в дополнение к требованию о необходимой тонкости измельчения приготовленной шихты, состоящей из разнопрочных минералов, выдвигается еще одно немаловажное требование — возможная однородность состава шихты по фракциям, чтд особенно важно для проведения твердофазных реакций в процессе ее дальнейшей переработки.

Конечная крупность измельчения компонентов шихты определена исследованиями российских ученых и практикой работы и освоения Ачинского и Пикалевского глиноземных комбинатов. При этом было установлено, что для получения высокого извлечения ценных компонентов из сырья Нефелин в шихте должен быть измельчен более тонко, чем известняк. В процессе спекания известняково-нефелиновой шихты на поверхности частиц нефелина образуется слой продуктов взаимодействия, через который проходит диффузия СаО к непрореагировавшей поверхности нефелина. При этом размер частиц нефелина в основном определяет скорость диффузии СаО через слой спека и скорость процесса образования щелочных алюминатов. Вместе с тем, размер частиц известняка определяет количество контактов частиц шихты, что также влияет на скорость их взаимодействия при спекании.

При совместном измельчении известняка и нефелина из-за различной прочности компонентов более мягкий известняк сосредотачивается в мелких классах, а более прочный нефелин остается в крупных фракциях, что обусловлено физико-механическими свойствами этих материалов. При спекании такой шихты происходит избирательный, пы-левынос тонкоизмельченных фракций известняка из печей спекания и в спеке известковый модуль оказывается ниже, чем в шихте. Это усложняет работу системы газоочистки, вызывает увеличенный поток возвращаемой пыли и, с другой стороны, приводит к ухудшению качества спека и снижению извлечения глинозема и щелочей из спека при гидрометаллургической переработке. Для выравнивания состава шихты по фракциям схема измельчения должна компоноваться с учетом измельчаемости компонентов.

Многолетними испытаниями и анализом практики работы глиноземных комбинатов установлено, что оптимальной с точки зрения полноты извлечения глинозема и щелочей крупностью измельчения компонентов в шихте является 4-5% остатка на сите 0,08 мм для нефелина и 8-10%

остатка на этом сите для известняка. При этом средняя крупность измельчения шихты составляет 6-7% остатка на сите 0,08 мм.

В настоящей главе излагается попытка на основании закономерностей совместного измельчения нефелиновой руды и известняка определить необходимую степень предварительного измельчения твердого компонента перед совместным помолом с мягким компонентом.

На действующих глиноземных заводах в схемах приготовления шихты не всегда учтена степень различной измельчаемости компонентов, и поэтому очень трудно обеспечить необходимую однородность состава шихты по классам крупности. Это приводит к недоизвлечению полезных компонентов и их безвозвратным потерям. Причиной этого является несовершенство схемы приготовления шихты, когда не соблюдено основное требование совместного измельчения разнопрочных компонентов. Это требование состоит в том, чтобы время измельчения твердого и мягкого компонентов а схеме приготовления шихты соответствовало их относительной измельчаемости. Кроме того, важно определить ту начальную крупность твердого и мягкого компонентов, при которой они, совместно измельчаясь до заданной крупности, дадут в конечном продукте измельчения нужное соотношение в классах крупности шихты.

Задача в данном случае состоит в том, чтобы по лабораторной кинетике измельчения компонентов найти оптимальное распределение объемов или мощностей мельниц для отдельного измельчения твердого компонента и смеси с целью получения каждого компонента в шихте с заданным содержанием остатка на определенном сите.

Эту задачу приходится решать в двух случаях:

1. При новом проектировании, когда необходимо выбрать оптимальное соотношение объемов мельниц или их мощностей по стадиям приготовления шихты.

2. На действующем предприятии рационально распределить объемы мельниц по операциям.

При решении надо исходить:

— из независимости измельчения компонентов в смеси;

— из положения, что отношение времени измельчения твердого компонента и смеси, полученное в лабораторных испытаниях, можно приравнять отношению соответствующих времен для измельчения в промышленных мельницах.

Определим теоретически точку во времени измельчения двух компонентов, в которой возможно их смешивание и дальнейшее совместное измельчение для достижения возможно равномерного соотношения их в расчетных классах крупности.

Путем постановки опытов измельчения в. лабораторной шаровой мельнице можно определить кинетику измельчения каждого из исследуемых материалов. По кривым кинетики уменьшения крупного (расчетного) класса определяем время, необходимое для измельчения материалов до определенной крупности, например, до 10% остатка на контрольном сите (например, 0,071 мм).

Обозначим:

Г» — премя измельчения твердого компонента до 10% остатка на сите 0,071 мм;

Гг — время измельчения мягкого компонента до той же крупности, при отом 1с>Хг\

Гсм — время измельчения смеси этих двух компонентов до той же •крупности;

а — объемная доля твердого компонента в смеси, доли единицы (или проценты);

Ь — доля мягкого компонента в смеси.

При этом разумеется, что: а+Ь=Т.

При измельчении смеси каждый из компонентов находится в мельнице столько же времени, что и сама смесь.

При определении времени предварительного и совместного измельчения твердого компонента, необходимого для доведения его до расчетной крупности, можно избрать два пути, т.е. принять 2 гипотезы.

I гипотеза: время измельчения компонента в смеси равно времени измельчения смеси. В этом случае доля энергии учитывается соответствующей долей мощности шаровой загрузки рЭ=рЛ/1=(рА^Г.

II гипотеза: время измельчения компонента в смеси пропорционально доле этого компонента В этом случае принимается, что мощность шаровой загрузки, затраченная на измельчение каждого компонента, равна общей мощности, затраченной на измельчение всей смеси.

Рассмотрим первую гипотезу.

Для того, чтобы оба компонента измельчились до заданной крупности (1096 остатка на сите 0,071 мм) в общей схеме приготовления шихты, необходимо, чтобы общее время (отдельного и совместного измельчения), с течение которого измельчается компонент, было равно I) или гг соответственно для твердого и мягкого компонента. Допустим, что поело измельчения до определенной степени твердого компонента к нему добавляется неизмельчениый (а только дробленый) мягкий компонент и в дальнейшем они измельчаются совместно. В этом случае время измельчения смеси определяется временем доведения до заданной крупности мягкого компонента, то есть:

1см - \2 (8)

Твердый компонент а смеси измельчается то же самое количество времени (¡си). Время предварительного измельчения твердого компонента перед смешением определится по разности:

Глр «= и - Геи, или с учетом (8):

1Пр —; - 12 (9)

В итоге общее время измельчения твердого компонента составит (I, а мягкого — 12.

Рассмотрим вторую гипотезу. По ней время, приходящееся на измельчение каждого компонента в смеси, определится умножением доли-компонента на время присутствия в мельнице смеси, то есть:

аГсм — время, затраченное на измельчение твердого компонента в смеси;

Ыси — время, затраченное на измельчение мягкого компонента ш смеси.

Очевидно, что: агсм+Ьки = СМ = Гсм

Допустим, что после измельчения до определенной' степени твердого компонента к нему добавляется не подвергавшийся измельчению мягкий компонент и в дальнейшем они измельчаются совместно: Е^етия измельчения смеси можно определить по времени, приходящемуся1 на. долю мягкого компонента, чтобы он был измельчен до заданной крупности, то есть:

Ыси = 1г, откуда:

Твердый компонент должен быть перед смешиванием измельчет более тонко, но так, чтобы общее время его измельчения равнялось. й> — времени его доведения до заданной крупности. Тогда время прод^-варительного измельчения твердого компонента перед смешиванием! определится следующим образом:

Уравнения (9) и (12) выражают основные зависимости; измельчения смесей твердого и мягкого компонентов для получения равномерного соотношения их в расчетных классах крупности шихты, равного среднему составу шихты.

Если необходимо получать в шихте твердый компонент измельченным более тонко, а мягкий — более крупно или наоборот, то время предварительного измельчения твердого компонента в формулах (9) и (12) должно быть увеличено или уменьшено. В этом случае в эти формулы необходимо ввести соответствующий коэффициент. Обозначим его — X.

С учетом этого коэффициента уравнения перепишутся следующим

образом:

1пр = 11 - а{См Подставив (10) в (11), получим:

(11)

1пр = Ь -

(12)

Ьр = 11 - Мг

(13)

1пр = 11 - Х-^ f2

(14)

Значение безразмерного коэффициента X из этих уравнений равно:

Проанализируем эти равенства. При Х=1 мы будем получать в продукте измельчения смеси равномерное соотношение компонентов в расчетных классах, равное соотношению их в общем составе шихты. Так как суммарное время измельчения твердого компонента в этом Случае рашш о, а мягкого — Гг, то содержание расчетного класса в емеси ДЛЯ каждого из них будет равно 10 процентам.

- При Х>1 время предварительного измельчения твердого компонента <Щ9Т уменыценэ (см- уравнение 13) и в крупном (расчетном) классе смеси содержание будет больше, чем в среднем составе шихты. Суммарное Р.ршя измельчения твердого компонента будет меньше, чем Ь, и содержание в смеси расчетного класса для твердого компонента будет больше 10,%..

При Х<1 время предварительного измельчения твердого компонента будет увеличено и в крупном классе его содержание будет меньше, чем а среднем составе шихты, т.е. твердый компонент будет измельчен более'Тонко по сравнению с мягким. Суммарное время измельчения твердого компонента будет больше, чем Гг. и твердый компонент будет измельчен до крупности менее 10% расчетного класса.

Следовательно, в зависимости от величины коэффициента X, твердый компонент будет измельчен до крупности больше или меньше 10% расчетного класса, и содержание его в этом классе будет изменяться от какого-то максимального значения до 0. При каком-то Гпр, когда X значительно меньше 1, в расчетном классе будет находиться только мягкий компонент.

Коэффициент X может быть назван коэффициентом опережающего измельчения твердого компонента. Определим пределы его изменения.

Из формул (15-16) видно, что, когда (Пр -*«, тогда Х-*-», Если гпР=0, т.е. когда дробленые твердый и мягкий компоненты сразу измельчают совместно, тогда:

_ <1 - ¡Пр <2

(15)

_ (и - Ц»ь а (г

(16)

" (18)

Эти формулы определяют предельное положительное значение коэффициента X, т.к. время предварительного измельчения отрицательным (т.е. меньше нуля) быть не может.

Таким образом, коэффициент X в зависимости от уменьшения tnp может изменяться от - ~ до предельного значения, определенного формулами (17-18). Причем, Х=0, когда Хпр—Х\.

Так как в процессе проведения твердофазных реакций при производстве глинозема из нефелинов методом спекания степень измельчения твердой составляющей, т.е. нефелина, является одним из определяющих факторов, то представляет интерес определить зависимость коэффициента X от tnp. или же от содержания нефелина в расчетном классе шихты.

Явный вид коэффициента т.е. функции X—((tпр) должен определяться для каждого конкретного случая опытным путем, т.к. этот коэффициент зависит, главным образом, от характера измельчаемых материалов, от соотношения их измельчаемостей, прочностных свойств и т.п.

Формулы (13-14) дают то значение предварительного времени измельчения твердого компонента, в течение которого его необходимо измельчать, чтобы при дальнейшем совместном измельчении с мягким получить заданное соотношение твердого и мягкого компонентов в классах крупности шихты.

Выведенные зависимости совместного измельчения дают возможность применить уравнение кинетики измельчения для определения необходимой крупности предварительного измельчения твердого компонента, с целью получения в расчетном классе заданного его количества. Приведем пример применения уравнения кинетики К.А. Разу-мова [1] для определения fop.

Время измельчения до определенной крупности (остатка расчетного класса, R) из упомянутого уравнения определяется:

f = ----(19)

кр

где к и р — параметры уравнения кинетики для данного материала.

Из формулы (19) определяется tnp, ti и f? соответственно для нефелина и известняка. Подставим их значения в формулу (13):

¡Ш(|^рн+1-р„) 1п&>„ + 1 - рн) Х1п(§Нри+ 1-ри)

Ппр___ПН_ _пи_

кн-Рн кн-Рн киРи

После преобразований получим:

. ч „

ПОНр__ПН_ + р _ ^ (20)

Ялр /Ноц, , ^ _ ХкнРн Ь^Ро^-РиУ^

Уравнение (20) дает значение крупности предварительного

¡измельчения твердого компонента, при которой его можно смешивать л мягким для получения необходимого распределения их в классах ¡крупности.

Выведенные зависимости были проверены в лабораторных условиях на опытах раздольного и совместного измельчения сырьевых материалов Ачинского и Пикалевского глиноземных предприятий. Вначале изучена кинетика раздельного измельчения каждого из компонентов, по ней рассчитано время предварительного измельчения нефелиновой составляющей и время совместного измельчения с известняком для получения в шихте одинаковой крупности помола компонентов. Расчеты проведены по I и II гипотезе. Проведен ряд серий опытов для различного соотношения компонентов в смесях и разном времени предварительного измельчения нефелина. В смесях определялась индивидуальная характеристика крупности каждого компонента по результатам химических анализов фракций крупности по специально разработанной методике.

Детальный анализ результатов выполненных исследований приведен в монографии [2]. Подтверждено разными способами положение о независимом измельчении разнопрочных компонентов в смеси. Определено, что для случая измельчения сырья Ачинского комбината справедлива гипотеза 1, а для сырья Пикалевского комбината — гипотеза II. Найдено, что коэффициент X, показывающий степень опережающего измельчения твердого компонента, не зависит от количества последнего в смеси, а определяется только свойствами измельчаемых материалов. Зто является еще одной важной закономерностью совместного измельчения компонентов в шаровой мельнице.

По результатам опытов совместного измельчения смесей определено, что при постоянном времени измельчения смеси, равном 1г, содержание нефелина в классе +0,08 мм изменяется от максимального значения при Х=2,356 и практически до 0 при А.=-3,584.

Представляет интерес определить зависимость коэффициента А. от содержания нефелина в расчетном классе (например, +0,08 мм). Содержание нефелина в классе +0,08 мм отнесем к среднему его содержанию в смесях. Относительное содержание нефелина в расчетном классе обозначим V.

Тогда:

где Р1 — содержание нефелина в расчетном классе (например, +0,08 мм), %; рс— содержание нефелина в смеси, %.

В табл. 7 приведено относительное содержание нефелина в расчетном классе для трех серий лабораторных опытов.

Таблица 7

Серия опытов Относительное содержание нефелина в кл.+0,08 мм при значениях X

2,356 1,861 1,000 0,648 0,456 0 -0,614 -2,099 -3,584

1 1,681 1,555 1,002 0,990 0,861 0,715 0,452 0,075 0,00

2 1,824 1,648 1,038 — 0,799 0,615 0,314 0,109 0,00

3 — 1,142 0,997 — — 0,779 0,399 — —

Графическая зависимость коэффициента опережающего измельчения твердой составляющей от относительного содержания нефелина в классе +0,08 мм приведена на рис. 2.

Анализ уравнения (15) показывает, что при ГЛр=0 рассматриваемая зависимость ограничена сверху. Максимальное содержание нефелина в классе +0,08 мм при Хтах=2,356 для смесей №1 и 2 равны соответственно 1,681 и 1,824 (табл. 7). При снижении X от максимального значения до значения, равного -3,584, относительное содержание нефелина в классе +0,08 мм изменяется от 1,824 до 0. Линию зависимости, приведенной на рис. 2, можно разбить на два участка: прямолинейный — при изменении X от 2,356 до минус 0,8-1,2 и нелинейный — при дальнейшем снижении X. Аналитический вид зависимости с точкой перегиба определить довольно сложно. В то же время, при Х=-1, как видно из уравнения (15), 1Лр>Г(. В практике же приготовления шихты выбирать время предварительного йзмельчения твердого компонента значительно больше, чем 11 практически нерационально, т.к. это будет связано со значительным переизмельчением твердого компонента, что также нежелательно с точки зрения затрат энергии на измельчение и возможного безвозвратного пылеуноса компонента шихты при дальнейшей термической обработке в печи спекания. При Х=»-3,584 содержание нефелина в классе +0,08 мм практически равно нулю. Таким образом, практический интерес представляет участок рассматриваемой зависимости в пределах изменения \ от 2,356 до минус 1, который приведен на рис. 2. Аналитическое выражение этой зависимости в общем виде запишется уравнением прямой линии:

Ен Ж

<а а

■в<

•в< п о ьс:

О

-2

• /« <

у • •

/ 1 • / у» 2 3

/ /

Рис. 2

Зависимость коэффициента X от относительного содержания нефелина в расчетном классе (V)

1

1

X = ау + Ь (22)

Эмпирическое значение коэффициентов а и Ь определено математической обработкой результатов опытов, приведенных в табл. 7, методом наименьших квадратов:

2,138у - 1,347 ( 23)

Коэффициент парной корреляции между А. и V равен 0,966, что указывает на тесную связь этих величин. В уравнение (13) подставим значение X из уравнения (23) и после преобразований получим следующее значение времени предварительного измельчения твердого компонента

Ьр — ¡1 + 1,347(2 - 2,138Г^ (24)

Проверочный расчет времени предварительного измельчения твердого компонента при Х=1 дает значение гпр=31,6р что близко к данным опытов. Расчет Ьр для других значений дает хорошее совпадение расчетных и опытных данных.

Формула (24) дает значение предварительного времени измельчения твердого компонента для получения любого заданного количества твердого компонента в расчетном классе крупности шихты для изученных материалов и принятых допущений.

На основании изложенного сделаны следующие выводы.

1. Предложены формулы для расчета времени предварительного и совместного измельчения разнопрочных материалов двухкомпонентных шихт.

2. Установлено, что при совместном измельчении двух разнопрочных материалов достичь равномерного соотношения компонентов, равного их отношению в общей шихте, возможно только для двух контрольных (расчетных) классов крупности. Для других классов это соотношение будет определяться физической природой твердого и мягкого компонентов, их характеристикой крупности при данном времени измельчения.

3. Определение необходимой степени предварительного измельчения твердого компонента перед совместным помолом с мягким компонентом должно проводиться а каждом конкретном случае отдельно, для данных конкретных материалов, и в зависимости от требований, предъявляемых к составу конечной шихты последующими переделами.

4. При расчете времени предварительного измельчения твердого компонента и последующего совместного его измельчения с мягким компонентом для достижения заданного содержания компонентов в расчетных классах шихты предложены 2 гипотезы, подтвержденные опытами измельчения смесей сырьевых материалов двух глиноземных предприятий. Следует отметить, что вторая гипотеза является, по-видимому, частным случаем более общей первой гипотезы.

5. Предложена эмпирическая зависимость относительного содержания твердого компонента в контрольном классе крупности шихты ^рт

коэффициента опережающего измельчения твердого компонента, которую необходимо учитывать при составлении рациональной схемы подготовки шихты из разнопрочных компонентов.

6. Установлено, что коэффициент опережающего измельчения твердого компонента в схеме измельчения двухкомпонентных смесей не зависит от количества твердой составляющей в смеси, а определяется только свойствами измельчаемых материалов.

7. На основе установленных закономерностей возможно усовершен--ствование схем подготовки шихты глиноземных предприятий, перерабатывающих нефелиновые руды.

Использование этих закономерностей позволяет проводить регулировку существующих схем приготовления глиноземсодержащей шихты, находить наиболее оптимальные варианты распределения объемов из-мельчительного оборудования по стадиям приготовления шихты, добиваться необходимого распределения компонентов по расчетным классам крупности готовой смеси.

8. Учет выведенных зависимостей по опережающему измельчению твердого компонента в схемах сырьевых цехов новых проектируемых заводов для аналогичных типов сырья позволит экономить значительные средства по освоению технологии получения глинозема, достигать более полного извлечения полезных компонентов из руды.

5. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СОВМЕСТНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ РАЗНОЙ ПРОЧНОСТИ

При выводе и анализе уравнения (15) было показано, что если в схеме совместного измельчения двух разнопрочных компонентов коэффициент опережающего измельчения твердого компонента Х<1, то содержание этого компонента в крупном расчетном классе конечной шихты будет меньше, чем в среднем составе шихты, т.е. твердый компонент будет измельчен более тонко по сравнению с мягким.

Это положение можно проверить по результатам изучения кинетики измельчения известняка и нефелиновой руды в промышленных трубных мельницах 3,2x15 м, приведенным выше. По уравнениям кинетики промышленного измельчения компонентов шихты можно определить время измельчения материалов до 10% остатка на сите 0,08 мм, которое оказалось равным: для известняка — 17,5 мин, для нефелиновой руды — 34,4 мин. (рис. 1). Время предварительного измельчения нефелиновой руды на I стадии перед совместным помолом с известняком до крупности 30% остатка на сите 0,08 мм составило 20 минут (рис. 1). По формуле (15)-определим коэффициент X, который оказался равным X >= 0,825. Видно, что Х<1. По результатам хим.анализа конечной шихты и класса +0,08 мм за период отбора проб для определения кинетики измельчения определено, что содержание нефелина в классе +0,08 мм

составляет 26,3%, а в среднем составе шихть» — 42,4%, т.о. нефелин в шихте измельчен тоньше, чем известняк.

Таким образом, данные изучения промышленной кинетики совместного измельчения нефелиновой руды и известняка подтвердили основные положония, полученные в лабораторных опытах при изучении закономерностей совместного измельчения различных по тпердаоти компонентов.

Предложенными зависимостями (13-20) можно пользоваться при изучении поведения смесей материалов в лабораторных периодических мельницах. В промышленным масштабах определять время пребывания материала в мельницах довольно затруднительно. Поэтому для промышленных мельниц удобнее пользоваться другим показателем, например, временем измельчения единицы массы материглз и общей схеме его переработки или при измельчении, на данной стадии. Зная количество переработанной руды и время чистой работы оборудования за какой-то период, можно определить время обработки единицы массы материала, в часах на тонну или минутах на тонну. Обозначив с-тот показатель — т (мин/т).

Допустим, схема подготовки глиноземной шихты из нефелинозой руды и известняка предусматривает предварительное измельчение дробленой нефелиновой руды на I стадии, затем созместное измельчение руды после I стадии с дробленым известняком (2 стадия) к последующее доизмельчение шихты до необходимой крупности (3 стадия). По количеству переработанной руды и известняка за какой-тс период и времени работы мельниц на каждой стадии можно определить: тпр — время предварительной обработки нефелиновой руды на ( стадии (предварительное измельчение);

хн° — время общей обработки нефелиновой руды на всех трех стадиях;

ти° — время общей обработки известняка на двух стадиях.

Представляет интерес определить зависимость относительного времени предварительного измельчения нефелина { ш = ~ ) от состиоше-ния общего времени измельчения нефелина и общего времени измель-

„о

чения известняка в схеме подготовки шихты ( С = -^). Последнее сот 5

отношение определяется отношением измельчаемостей нефелиновой руды и известняка. Если измельчаемость нефелиновой руды в 2,2-2,5 раза ниже измельчаемости известняка, то отношение общего времени обработки нефелина к общему времени обработки известняка в схеме

х°

приготовления шихты тоже должно быть равно 2,2-2,5 {—=2,35 в

Хо

среднем), чтобы в классах крупности конечной шихты получить равномерное соотношение компонентов. Соотношение общего времени обра-

оотк'-; компонентов, и сзою очередь, зависит от времени предварительного измельчения изфелина на I стадии. Чем больше время предварительно!" обработки нефелина, тем тоньше он будет измельчен в конечной шихте.

Зид зависимости <о — ?(С) ¡ложно определить, используя формулу ■¡13). Время измельчения с этой формуле можно с определенными допущениями заменить временем обработки единицы веса материала. Тогда получим: ^«р = - . Разделим обе части равенства на

(25)

"н Тн

Из этого уравнения, задаваясь отношением времени обработки ¡нефелина I: известняка, которое должно соответствовать их относительной измельчаемости, а также значениям коэффициента X, которое пыбирается больше, равным или .меньшим единицы в зависимости от ■нужного соотношения твердого и мягкого компонента в расчетном классе крупности шихты, можно определить время предварительного измельчения нефелина в схеме приготовления шихты. Это время определит распределение объемов измельчительного оборудования по стадиям приготовления шихты, т.е. оптимальную компоновку схемы.

Представляет интерес выявить зависимость между временем пред-Еарительного измельчения твердой составляющей и количеством ее в расчетном классе.

По среднемесячным данным работы цеха за длительный период определено время предварительного измельчения нефелиновой руды перед совместным помолом с известняком (тПр) и содержание нефелина а расчетном классе крупности конечной шихты. При этом определялось относительное содержание нефелина (у), т.е. отношение содержания нефелина а расчетном классе (+0,08 мм) к содержанию его в общей шихте.

Оказалось, что зависимость между этими величинами, т.е. тпр = ?(у), имеет сид прямой линии. Уравнение линейной регрессии имеет вид:

тпр = 2,0 - 0,83У (26)

.Коэффициент парной корреляции равен 0,891, что указывает на довольно тесную связь между этими параметрами.

Уравнение (26) аналогично формуле (24), выведенной по результатам лабораторного изучения этой зависимости. Отличаются они только размерностью входящих в них величин.

Таким образом, на результатах промышленных испытаний, которые подтвердили данные лабораторных исследований, показано, что при увеличении времени предварительного измельчения нефелиновой руды перед совместным помолом с известняком содержание -нефелина в

расчетном классе коночной шихты снижается и при определенных условиях становится меньше, чем в среднем состава шихты.

Используя уравнения (24, 25, 26), можно оценивать эффективность измельчения твердой составляющей в процессе приготовления глиноземной шихты, улучшать качество конечной шихты, определять оптимальные режимы работы оборудования, сравнивать различные варианты схем, проводить регулировку существующих схем приготовления шихты из аналогичных типов сырья.

Требование опережающего измельчения твердого компонента необходимо использовать при совершенствовании и проектировании схем подготовки шихты для других типов алюминийсодержащего сырья, например, низкосортных бокситов, перерабатываемых способом спекания с известняком. Изложенные выше закономерности совместного измельчения также могут применяться, например, в цементной и других отраслях промышленности, где требуется приготовление сырьевых смесей из разнопрочных компонентов.

В результате изучения особенностей совместного измельчения различных по твердости и измельчаемости компонентов установлены следующие закономерности:

1) каждый компонент рудной загрузки мельницы измельчается в смеси по своему индивидуальному закону, определенному для раздельного измельчения, кинетика измельчения компонента в смеси остается такой же, как и при раздельном измельчении;

2) достичь равномерного распределения компонентов по фракциям удается только для двух расчетных классов крупности (по плюсу и минусу данного размера) при установленной степени измельчения, для других классов это соотношение будет определяться индивидуальной характеристикой крупности каждого компонента на данной стадии измельчения;

3) характеристика крупности компонента, измельченного в смеси с другим компонентом, остается такой же, как и при раздельном измельчении его до той же крупности;

4) коэффициент опережающего измельчения, показывающий степень предварительного помола твердого компонента в схеме измельчения двухкомпонентных смесей, не зависит от количества твердой составляющей в смеси, а определяется только свойствами ¡измельчаемых материалов;

5) при увеличении времени предварительного измельчения твердого компонента перед совместным помолом с мягким содержание первого в расчетном классе конечной шихты снижается и при определенных условиях становится меньше, чем в среднем составе шихты;

6) относительное возрастание затрат электроэнергии при снижении конечной крупности измельчения компонентов шихты (известняка и нефелиносой руды) оказалось одинаковым как для лабораторных, так и для промышленной мельницы при измельчении данного материала одинаковой исходной крупности.

Последняя закономерность очень важна для моделирования процесса измельчения. Определив кинетику измельчения исследуемой руды в лабораторной мельнице и введя поправку на крупность руды, загружаемой в промышленную мельницу, т. е. спрогнозировав коэффициент к в уравнении кинетики измельчения, можно определить кинетику для промышленной мельницы и относительные затраты энергии при помоле до различной крупности в промышленных условиях.

Наиболее удобным и достоверным методом оценки поведения компонентов при совместном измельчении является метод определения кинетики измельчения компонентов.

Независимость измельчения компонентов рудной загрузки в шаровой барабанной мельнице объяснена статистическим характером процесса измельчения и проверена в промышленной трубной мельнице размером 3,2x15 м объемом 105 мэ. На основе установленных закономерностей разработана более совершенная технология приготовления шихты для одного из глиноземных предприятий, в которой предусмотрено совместное измельчение компонентов на определенной стадии. Внедрение новой технологии улучшило качестпо шихты и спека и увеличило извлечение полезных компонентов из руды.

6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ ИЗВЕСТНЯК0В0-НЕФЕЛИН0В0Й ШИХТЫ

Производство глинозема из нефелинового сырья впервые в мировой практике в промышленном масштабе освоено в 1955 году на Волховском алюминиевом заводе, затем — в 1964 году на Пикалевском объединении "Глинозем". Опыт, полученный на этих предприятиях, был применен при пуске в 1970 г. Ачинского глиноземного комбината, использующего для производства глинозема нефелиновую руду.

Как известно, переработка нефелиновых руд методом спекания заключается в переводе при температуре 1260-1300°С оксида алюминия в растворимые алюминаты щелочных металлов, а оксида кремния в малорастворимый двухкальциевый силикат.

Важнейшим фактором, определяющим качество спека, следует считать уровень возможного извлечения оксидов ценных компонентов,'т.к. с повышением извлечения уменьшаеются расходные коэффициенты по сырью, основным и вспомогательным материалам для получения одной тонны глинозема. Основные физико-химические превращения происходят при спекании тонкодисперсной шихты и завершаются при частичном оплавлении получаемого спека. Размеры частиц исходных сырьевых компонентов существенно влияют на взаимодействие между составляющими элементами шихты при спекании и в значительной мере определяют уровень извлечения полезных компонентов.

Схема приготовления шихты на Волховском заводе включает: дробление известняка Пикалевского месторождения от 150 мм до 40 мм на молотковой (или роторной) дробилке, измельчение известняка в двух-

камерной трубной мельнице 2,2x13 м на оборотных щелочных растворах, измельчение кольского нефелинового концентрата на оборотных растворах в однокамерной трубной мельнице 2,2x13 м и доизмзльчение совместно известняковой и нефелиновой пульпы в трубной мельница 2,2x13 м. В 1985 году глиноземный цех по нашей рекомендации перешел на более прогрессивную технологию шихтоподготоаки. По ней нефали-новая пульпа после измельчения в мельнице была подана в известняковую мельницу на совместное измельчение с дробленым известняком, а затем уже — на мельницу домола. По новой технологи» нефелин стал проходить 3 стадии измельчения при совместном помоле с известняком на 2 и 3-й стадиях, вместо двух стадий по проектной схеме. Нефелин стал измельчаться более тонко, что улучшило качество спека и повысило извлечение глинозема из сырья.

Схема приготовления глиноземосодержащей шихты, используемая на Пикалевском объединении "Глинозем", имеет следующие операции. Известняк Пикалеоского месторождения после дробления в щековой и конусной дробилке до крупности 50 мм подается через бункеры и весовые дозаторы в 4 мельницы 2,2x13 м (№1-2) и 2,4X13 м (№3-4), где измельчается на оборотных растворах до крупности 0,5-Q мм. В мельницы загружаются шары крупностью 100 мм. Известняковая пульпы через сборные мешалки перекачивается в мельницы домола 2,6x13 м (№6-11) и 2,4x13 м (№5). Нефелиновый концентрат крупностью 0,5 мм из бункеров через весоизмерители подается в репульпатор, где смешивается с оборотным раствором. Из репульпатора концентрат перекачивается в мельницы домола, загруженные цильпебсом. Известняк проходит две стадии измельчения, а нефелиновый концентрат — только одну. Это обуславливает то, что в крупных классах шихты сосредотачивается трудноизмельчаемый нефелин, а мягкий известняк преобладает в тонких классах шихты. Такую схему нельзя признать рациональной.

Эти два предприятия используют в шихту одно и то же сырье: нефелиновый концентрат комбината "Апатит" и известняк Пикалевского месторождения. Эти компоненты дозируются в шихту из расчета выдерживания в смеси молекулярного отношения окиси кальция к кремнезему (известнякового модуля) на уровне 1,96-1,98, что соответствует по химсоставу сырья примерно 40% нефелина и 60% известняка.

Технологическая схема приготовления шихты, принятая в проекте Ачинского глиноземного комбината, приведена на рис. 3. Нефелиновая руда Кия-Шалтырского месторождения в Кемеровской области после первичного крупного дробления на руднике в дробилке ККД-1500/180 до крупности 300 мм поступает железнодорожными составами в приемные бункеры глиноземного производства АГК и конвейерами подается через бункер с питателями в 3 дробилки КСД-2200. После среднего дробления до 100 мм руда питателями подается на грохоты ГИТ-42М, где отделяется класс мельче 20 мм, а надрешетный продукт поступает на третью стадию дробления в дробилки КМД-2200Т. Дробленая до

ИЗВЕСТНЯК

I Крупное дробление ККД 1500/180

^Среднее дробление КСД-2200

Грохочение ГИТ-42М

о

Мелкое дробление в молотковых дробилках

]

1

СКЛАД ИЗВЕСТНЯКА

и

Содовый раствор из цеха гидрохимии

бункеры ОПШ

Измельчение (мельницы 3.2X15)

НЕФЕЛИНОВАЯ РУДА (крупное дробление на руднике)

9 Среднее дробление КСД-2200

Грохочение ГИТ-42М

ч+20 мм -20 мм

Мелкое дробление в КМД-2200

СКЛАД НЕФЕЛИНА

бункеры ОПШ

Измельчение (мельницы 3.2X15)

Доиэмсльчение (мельницы 3.2X15)

Перемешивание в коррикционных бассейнах

«»»=1.38-2.0

\«=27-30%

СПЕКАНИЕ

Рис. 3

Схема дробления и измельчения известняка и неыфелиновой руды на Ачинском глиноземном комбинате

крупности 20 мм руда и подрешетный продукт грохотов подаются конвейерами на склад дробленой руды или, минуя его, ~ о бунхеры отделения приготовления шихты. Соотношение дробилок среднего и мелкого дробления 1:2, т.е. з отделении подготовки- руды установлена 3 дробилки среднего и 6 дробилок мелкого дробления- и соответственно — 6 грохотов предварительного грохочения.

Известняк Мазульского месторождения самосвалами доставляется 8 бункер дробилки крупного дробления ККД-1500/180. Далее ленточными конвейерами известняк подается в 2 дробилки среднего дробления КСД-2200, после чего конвейерами загружается в бункеры перед мелким дроблением. Из бункеров питателями известняк подается на 8 грохотов. ГИТ-42Му на которых установлены сита с отверстиями 40 мм. Под решетный продукт грохотов {мельче 40 мм), обогащенный кремнеземе» (содержание кремнезема — более 2%) поступает на склад дробленого* известняка, откуда подается в цементное производство.. Надрешетный продукт грохотов (крупнее 4Q мм) подается на 8 молотковых дробилок СМ-170Б с. диаметром ротора 1300 мм. Дробленый до крупности 25 м» известняк системой конвейеров подается В бункеры отделения приготовления шихты. Содержание кремнезема в известняке, подаваемом $ глиноземное производство, не должно превышать 2%.

В отделении приготовления шихты глиноземного производства ppc-v октом предусмотрено 8 бункеров для дробленого известняка и 12 бук-, керов для дробленой руды.

Известняк через весоизмерителет загружается в трубные мельницы 3,2x15 м (№Т-8), объемом 105 м3, где измельчается на оборотном содощелочном растворе при влажности 26-28%. Всего установлено 8 мельниц для известняка.

Нефелиновая руда тарельчатыми питателями и весоизмерителями подается в 12 мельниц 3,2x15 м (№11-22). Измельчение ведется на оборотных растворах при влажности 26-28%. Мельницы загружаются шарами диаметром 100 мм. По проекту для измельчения .известняка и руды были установлены двухкамерные мельницы,, а первую камеру загружались шары, во- вторую — цильпебс 25x40 мм.

Известняковая^ и нефелиновая пульпы от каждой из двух рядом расположенных мельниц через мешалки 4,5x6,0 м насосами перекачиваются в сборные мешалки 7,5х9;0 м, из которых системой насосов дозируются в соотношении" известняка к нефелину 57:43% в мельницы домола и смешения. Всего установлено по проекту 5 мельниц 3,2x15 м (№9-10 и №23-25) для доизмельчения шихты, в которых мелющими телами служит цильпебс.

Шихта из мельниц домола подается насосами в коррекционные бассейны диаметром 9x12 м, в которых сжатым воздухом производится дополнительное перемешивание и корректировка шихты по химическому

составу. Соотношение известняка и нефелина в шихте должно отвечать известняковому модулю (молекулярному отношению окиси кальция к кремиоззму), Миэв., равному 2,0± 0,02. Количество щелочей, подаваемых с шихту с оборотными растворами, рассчитывается из условия выдерживания щелочного модуля (отношения суммы окислов щелочных металлов к глинозему), равного 1,2± 0,2. Из коррекционных бассейнов шихта подастся в печи спекания (рис. 3).

Таким образом, проектная схема АГК предусматривала раздельное измельчение известняка и нефелиновой руды и совместное их измель-чеиио (¡а второй стадии (до;иоле). Технологические показатели, заложенные в проект: производительность рудных мельниц — 45 т/ч, впоследствии скорректированная до 57 т/ч, крупность измельчения — 93-94% класса мельче 0,08 мм; производительность известняковых мельниц — ICO т/ч, крупность измельчения —92-93% класса менее 0,08 мм; производительность домольных мельниц — 224 т/ч, крупность шихты — 4-5% класса крупнее 0,08 мм, влажность шихты — не более 30%.

Следует отметить, что схема шихтоподготовки выбрана институтом ВАМИ без предварительных исследований сравнительной измельчаемо-сти известняка и нзфелинопой руды. Нашими исследованиями, выполненными в 1971 году, устаиозлено, что нефелиновая руда измельчается труднее известняка в 2-2,5 раза. Для получения равномерного распре-деленип компонентой по классам крупности шихты нефелин в схеме шихтоподготозки должен измельчаться примерно о 2 раза дольше, чем известняк. Проектная схема зтого не учитывает. Это является одной из оснозных ошибок пэсекта сырьевого цеха Ачинского глиноземного комбината.

Другой ошибкой является применение для измельчения руды трубных двухкамерных мельниц, используемых в основном в цементной промышленности для измэг-ьчения сравнительно мягких материалов (известняк, глина). Высокая сбразизность нефелиновой руды вызывала быстрый износ межкамерных перегородок и футеровки барабана мельниц и значительные простои мельниц а ремонте. Коэффициент использования мельниц на измельчении руды не превышал 60%.

Описанная схема приготовления шихты АГК не обеспечила заложенные в проект .показатели по производительности мельниц и крупности измельчения, по качеству спока и извлечению полезных компонентов ¡на .сырья, ■Принятая схема вызывала недоизмельчение нефелина .и ¡переизмельчание известняка. В шихте, подаваемой на спекание, в >псрвые годы эксплуатации класс +0,08 мм был обогащен нефелином (молекулярное отношение окиси кальция к кремнезему в нем было 1,15-1,45), а в классе мельче 0,05 мм сосредотачивался известняк (это отношение было равно 3-3,5 при модуле в общей шихте, равном 2,0). Избыточное количество известняка а тонких фракциях

шихты, между которыми наиболее интенсивно протекают реакции спе-кообразования, способствовало повышенному избирательному пылеуно-су известняковой составляющей шихты, в том числе и безвозвратному. Это вызывало значительную расшихтовку материала в процессе спекания, ухудшало качество спека, приводило к низким показателям извлечения глинозема в процессе выщелачивания. Кроме того, циркуляция уловленной пыли достигала 40%, что значительно снижало производительность печей спекания.

Существенным недостатком описанных схем шихтоподготовки является также невозможность использования замкнутых циклов измельчения из-за низкой влажности пульпы по стадиям приготовления шихты, что опять же обусловлено неудачными компоновками вышеописанных схем шихтоподготовки.

В первые годы освоения Ачинского глиноземного комбината пришлось затратить значительные усилия для достижения проектных показателей по крупности конечной шихты, повышению коэффициента использования мельниц, выдерживанию в заданных пределах известкового модуля (2,040,02), обеспечению необходимого потока паспортной шихты и т.д.

В дальнейшем основная работа была направлена на совершенствование проектной схемы шихтоподготовки с тем, чтобы привести ее в соответствие с теоретическими требованиями по закономерностям совместного измельчения разнопрочных компонентов и добиться равномерного соотношения компонентов в классах крупности шихты или даже более тонкого измельчения нефелина в шихте по сравнению с известняком.

7. ОПЫТ ОСВОЕНИЯ ПРОЕКТНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ СЫРЬЯ НА АЧИНСКОМ ГЛИНОЗЕМНОМ КОМБИНАТЕ

Опыт пуска и освоения сложной аппаратурно-технологической схемы получения глинозема и других продуктов из нефелиновых руд на Ачинском глиноземном комбинате представляет большой интерес для освоения других месторождений нефелиновых сиенитов, для дальнейшего совершенствования этой технологии.

Сырьевой цех АГК включает: фабрику дробления известняка (ДФИ), отделение подготовки руды (ОПР), отделение приготовления шихты (ОПШ) и отделение каустификации.

На дробильной фабрике известняка и в отделении подготовки руды основное внимание в первый год освоения уделялось переделам мелкого дробления, выпускающим дробленый продукт, поступающий на измельчение в трубные мельницы. Ставилась задача получения проектной

крупности дробления: 5% класса +25 мм для дробленого известняка ■и 5% класса +20 мм для дробленой нефелиновой руды.

Проектная крупность дробленого известняка была достигнута в первый же год работы комбината за счет выбора оптимального режима работы молотковых дробилок М13- 16В, установленных в третьей стадии дробления известняка. Была рекомендована работа дробилок без колосниковых решеток при рабочем зазоре между молотками и отбойным -брусом не более 20 мм.

В отделении подготовки руды были испытаны различные виды гпросеивающих поверхностей грохотов, разные типы профилей рабочего пространства дробилок КМД-2200 при разных разгрузочных щелях. Рекомендовано устанавливать на грохотах комбинированные просеивающие поверхности, из колосников, и резиновых сит 20X20 мм или из колосников и плетеных соток 20x20 мм.. На дробилках КМД рекомендовано использовать брони профиля "Т" при поддержании разгрузочных щелей на урозне 5-6 мм.

Для измельчения нефелиновой руды и известняка в отделении приготовления шихты установлены двухкамерные трубные мельницы 3,2x15 м с решеткой (мощность двигателя 2000 кВт, число оборотов барабана мельницы 16,3 в мин). Длина первой камеры 7 м, второй — 7,6 м, объем мельницы — 105 м3. В первые камеры загружаются шары диаметром 60-100 мм, в количестве 34% от обьема камеры, во вторые — цильпсбсы размером 25x40 мм в количестве 24% от объема камеры. Загрузка измельчающими телами первых камер осуществляется на ходу, пторых — периодически, только при остановке и вскрытии люков, что . снижает коэффициент использования мельниц.

При освоении мощностей отделения измельчения выяснилось, что принятая схема но обеспечивает получения проектных показателей по крупности шихты (табл. 8). При содержании в готовой шихте 6-8% класса +0,08 мм крупныо фракции обогащены нефелином (60-80%), а мелкие — известняком, что приводило к ухудшению качества спека. Последнее объясняется том, что на рудных мельницах при производительности 35-40 т/час крупность измельчения нефелина составляла 1015% класса +0,08 мм.

Проведенные исследования и практика работы цеха в первый период показали, что в проекте приняты завышенные производительности мельниц. Дл(! достижения требуемой крупности нефелина (6-8% остатка +0,08 мм) приходилось снижать производительность рудных мельниц до 28-30 т/час, что вызывало перегрев и частые остановки мельниц. Поэтому основное внимание было уделено интенсификации процесса измельчения руды.

Была испытана увеличенная загрузка вторых камер рудных мельниц измельчающей средой (до 34% вместо 24% по паспорту), исследована

возможность замены цильпебса мелкими шарами, внедрена двухстади-* альная схема измельчения руды.

В результате увеличения загрузки измельчающими телами вторых камер до 34% содержание класса +0,03 мм в продукте измельчения снизилось на 3-4%, что эквивалентно увеличению производительности-мельниц на 5-7%. Замена цильпебса мелкими шарами, диаметром 30-40 мм, не изменила показателей измельчения руды. Введение д8ухстадн--альной схемы измельчения руды перед домолом и смешением позполило снизить содержание класса +0,03 мм а измельченном продукте до 5-7%, уменьшить расход мелющих тел и довести содержание класса +0,08 мм 8 готовой шихте до проектного.

С целью сокращения ремонтов, увеличения пропускной способности, отделения измельчения и облегчения обслуживания на мельницах (из-, мельчающих известняк и руду) были удалены межкамерные перегороди ки, а гладкая футеровка вторых камор мельниц заменена, ступенчато-шиповой, самосортирующей. В мельницы были загружены.: только шары в количестве 140 т (паспортный вес мелющих тол), причем крупные шары (диам. 80-100 мм) загружались в начало мельниц, а мелкие шары (диам. 40-50 мм) — преимущественно в конец мельниц по ходу материала. При работе мельницы самосортирующап футеровка поддерживает именно такое расположение шаров по длине мельницы.

Проведенные исследования работы мельниц без межкамерных перегородок с самосортирующей футеровкой показали, что измельчение в них известняка по сравнению с измельчением в двухкамерных мельницах и при сохранении проектной производительности не ухудшилось.

Удаление перегородок и замена футеровки на рудных мельницах несколько загрубили помол (примерно на 6% по классу +0,08 мм). Однако при введении двухстадиальной схемы измельчения руды это мероприятие позволяет, не снижая конечной крупности шихты, увеличить коэффициент использования мельниц, исключить простои, вызываемые остановками при догрузке вторых камер измельчающей средой, и значительно облегчить их эксплуатацию.

Для улучшения показателей работы сырьевого цеха на мельнице домола и смешения были проведены испытания по замене металлической футеровки барабана резиновой. Эти испытания показали, что снижение веса футеровки на 35 т дает возможность увеличить загрузку мельницы цильпебсом на 20 т по сравнению с паспортной загрузкой и обеспечить снижение крупности шихты с 6-7% до 4-5% класса +0,08 мм. Было замечено, что износ мелющих тел в мельнице с резиновой футеровкой больше, чем с металлической футеровкой. Применение резиновой футеровки на всех мельницах домола возможно при условии повышения жесткости корпуса мельницы.

Таблица в

' Технологические показатели процессов дробления и измельчения сырья на Ачинском глиноземном комбинате

Показатели Принятые . в проекте Полученные к началу испытаний Фактически достигнутые после внедрения рекомендаций

Крупность дробленого известняка — остаток на сите 25 мм, % 5 11-24 6-8

Крупность дробленой нефелиновой руды — остаток на сите 20 мм, % 5 10-20 5-6

Крупность измельченного известняка — остаток на сите 0,08 мм, % 7-8 12-15 10-13

Крупность измельченной нефелиновой руды — остаток на сите 0,08 мм, % 6-7 10-15 5-7

Крупность готовой шихты после домола и смешения компонентов (руды и известняка) — остаток на сите 0,08 мм, % 3-4 6-8 3-4 (5)

Производительность мельниц 3,2x15 м: >

при измельчении руды, т/час 45 30-35 38-40

при измельчении известняка, т/час 100 80 90-95

при домоле и смешении шихты, т/час 224 140-160 170-190

В дальнейшем была разработана новая, улучшенная конструкция резиновой футеровки для домольной мельницы, которая установлена на одной из мельниц (№9) в 1974 году и эксплуатировалась без замены до 1990 года.

Лабораторные исследования по изучению закономерностей распределения известняка и нефелина по классам крупности при их совместном гомоле, подтвержденные практикой работы промышленных мельниц показали, что для достижения в конечной шихте заданного соотношения компонентов по всем классам крупности, известняк перед домолом и смешением должен измельчаться не до 7-8% (как было ранее предусмотрено проектом), а до 10-13% класса +0,03 мм (табл. 8).

В противном случае происходит переизмельчение известняка и концентрация его в мелких классах, а в крупных классах (+0,08 мм) начинает преобладать нефелин, что приводит к ухудшению качества спека.

В результате наладки процессов и внедрения рекомендаций по проведенным в сырьевом цехе исследовательским работам расход мелющих тел снизился с 4,0 кг до 2,2 кг на тонну шихты, а расход электроэнергии уменьшился с 41,4 до 40,0 кВтч/т (в 1972 г.)

Выполненные исследования и практика работы сырьевого цеха к 1973 г. обеспечили достижение проектной крупности готовой шихты, однако производительность рудных мельниц при этом составляла 38-40 т/час вместо 45 (или 57) т/час по проекту. Поэтому перед цехом стояли задачи дальнейшей интенсификации процесса измельчения, одним из путей которой является увеличение объема мелющих тел в мельницах.

После ликвидации межкамерных перегородок средний уровень загрузки мелющих тел в мельницах снизился и составлял 27-29% от объема (140 т). По нашей рекомендации загрузка шаров была увеличена до 150 т (до 31% от объема мельниц). Мельницы работают стабильно, без каких-либо трудностей при запуске. Увеличение загрузки до 160 т (33% от обьема) является одним из резервов улучшения качества помола шихты.

Дальнейшие исследования были направлены на совершенствование схемы подготовки шихты, приведение ее в соответствие с теоретическими закономерностями совместного измельчения разнопрочных компонентов.

8. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОВМЕСТНОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ИЗВЕСТНЯК0В0-НЕФЕЛИН0В0Й ШИХТЫ

В результате длительных лабораторных, полупромышленных и промышленных испытаний было установлено, как показано в предыдущих главах, что для достижения равномерного соотношения нефелина и известняка в классах крупности конечной шихты нефелин перед сн^-

шенисм должен быть измельчен более тонко, чем известняк. Разработана концепция опережающего измельчения твердого компонента перед совместным помолом с мягким. Нефелин перед смешением должен пройти одну-две стадии измельчения, после чего его можно направлять на совместное измельчение с дробленым известняком. Такая схема была предварительно испытана, а затем введена в промышленную эксплуатацию в сырьевом цехе АГК. •

8.1. Оспоснис трехстадиальной схемы измельчения нефелиновой руды

Перевод сырьевого цеха на схему трехстадиального измельчения нефелиновой руды начался в конце 1973 г. и закончен в 1974 г. В это же время внедрялись системы автоматизированного управления процессом приготовления шихты, которые начинались с освоения локальных систем регулирования (расходомеры оборотного раствора и пульпы, поршневые регулирующие органы (ПРО), весоизмерители руды и известняка, контроль уровня пульпы в мешалках и т.п.). Постепенно это вылилось в освоение целой системы АСУТП "Шихта-ЗА" с использованием персональных компьютеров.

В период освоения трехстадиальной схемы измельчения нефелиновой руды при совместном помоле с известняком на 2 и 3 стадиях проведена большая работа по опробованию всей технологии по стадиям, наладке и регулировке процессов, освоению локальных систем регулирования и автоматизации и т.д.

В процессе освоения схемы установлено следующее.

Трехстадиальная схема позволила повысить процент паспортной шихты, получаемой с потока. В некоторые смены количество паспортной шихты, получаемой с потока, без корректировки в бассейнах доходило до 60-70%, а в среднем за период опробования составило 25%, в то время как по старой схеме количество паспортной шихты с потока не превышало 10%.

Проведенные опробования показали, что удельная производительность мельницы по готовому продукту -0,08 мм в 1974 году стала выше, чем в 1973 году. В целом по отделению удельная производительность мельниц составила 0,490-0,497 т/м3час, -что превышает показатели, заложенные в проект. Трехстадиальная схема измельчения за счет увеличенной загрузки мельниц материалом позволила превысить проектные показатели по удельной производительности мельниц.

Трехстадиальная схема измельчения нефелиновой руды позволила улучшить качество шихты в отношении более равномерного распределения известняка и нефелина по классам крупности. Если при работе по проектной схеме крупные классы шихты (+0,08 мм) на 70-90% состояли из нефелина, то при работе по трехстадиальной схеме нефелин стал измельчаться более тонко и в классе +0,08 мм соотношение нефелина и известняка стало примерно таким же, как и во. всей шихте.

Изучено распределение нефелина и известняка в классе 4-0,03 мм-шихты. Показано, что в разгрузке известняковых мельниц, т.е. в питании! мельниц домола, известняковый модуль в классе +0,08 мм несколько-выше, чем в общей шихте. Это говорит о том, что в этом классе шихты преобладает известняк: содержание известняка составляет 55-70%, а-, нефелина — 45-30%.

Более мягкий известняк в мельницах домола измельчается быстрее) нефелина. В разгрузке домольных мельниц содержание известняка т классе +0,08 мм уже составляет 40-64%,. а нефелина — 60-36%. Эта; шихта по фракционному составу компонентов лучше той, которая пол*-учалась по проектной схеме, когда в классе +0,08 мм в основном! содержался нефелин, а,известняк переизмельчался и находился о более» мелких классах (- 0,08 мм).

Промышленные опробования трехстадиальной схемы измельчениш руды при совместном ее помоле с известняком во II и III стадияхе показали существенные преимущества этой схемы по сравнению а проектной:

а) значительно возросла производительность рудных и известняков вых мельниц, что позволило' довести производство шихты до 80% отг проектного количества;

б) за счет увеличенной загрузки мельниц материалом сниженьи расходы мелющих тел;

в) значительно возросло количество паспортной шихты, выдаваемой с потока;

г) улучшилось качество шихты, по- равномерному распределению) нефелина и известняка в классах крупности;

д) внедренная новая схема позволила- превысить проектные пока»-затели по средней удельной производительности мельниц по готовому/ продукту (классу -0,08 мм).

8.2. Освоение технологии четырехстадиэльного измельчения нефелиновой руды

По данным лабораторных исследований измельчаемости сырьевых материалов АГК, коэффициент измельчаемости известняка по отношению к нефелиновой руде при помоле до крупности 10% остатка на' сите 0,08 мм равен 2,25. Это значит, что для достижения одинаковой крупности компонентов в конечной шихте нефелин должен измельчаться» в 2,25 раза дольше, чем известняк, т.е. время измельчения нефелина: в схеме шихтоподготовки должно быть в 2,25 раза* больше времени) измельчения известняка. Другими словами, при- помоле? ш открытом» цикле объем мельниц на измельчении руды должен' быть, ш 225 раз® больше, чем на измельчении известняка.

В проекте сырьевого цеха заложено следующее- отношение объемов мельниц: 12 мельниц — на измельчении руды, 8 мельниц — на измельчении известняка и 5 мельниц — на смешении и домоле. Так как

соотношение известняка и нефелина по химическому модулю равно 57,5:42,5%, то объем 5 домольных мельниц распределяется в таком же соотношении, то есть 2,15 мельницы — на руду и 2,85 мельницы — на известняк. Тогда, проектное соотношение объемов мельниц на руду и известняк определится:

Видно, чтр проектное соотношение объемов мельниц гораздо ниже, чем требуется по физическим свойствам измельчаемых компонентов.

В результате внедрения трехстадиальной схемы измельчения нефелиновой руды при совместном помоле ее с известняком на 2-й и 3-й стадиях удалось увеличить объем измельчительного оборудования, занятого на подготовку руды. То же количество мельниц было пере-, распределено следующим образом: 10 мельниц — на измельчение руды, 8 мельниц — на совместное измельчение нефелиновой пульпы и дробленого известняка и 7 мельниц — на домол. Соотношение объемов мельниц для руды и известняка стало следующим:

Видно, что это соотношение приблизилось к требуемому. Для получения соотношения 2,25 необходимо добавить для измельчения руды еще примерно 3 мельницы.

По нашим рекомендациям 2 мельницы 4X13,5 м (объемом по 150 м3, т.е. всего 300 м3) цементного производства были переведены в состав сырьевого цеха глиноземного производства и заняты под 4-ю стадию, т.е. под домол шихты. Таким образом мельницы были распределены следующим образом: предварительное измельчение руды — 12 мельниц (первая стадия — 8 мельниц и 2 стадия — 4 мельницы), совместное измельчение известняка и нефелиновой пульпы — 8 мельниц и домол шихты — 7 мельниц по 100 м3, т.е. 4 мельницы по 100 м3 — 3,2X15 и 2 мельницы по 150 м3 — 4x13,5 м.

Соотношение объемов мельниц для нефелина и известняка стало:

Это показатель близок к коэффициенту измельчаемости. Кроме того, для увеличения времени измельчения руды и повышения эффективности помола твердого компонента измельчение руды предложено организовать в 2 стадии, т.е. из 12 мельниц на I стадии оставить 8 мельниц и на II стадию перевести 4 мельницы, которые загрузить цильпебсом.

На основании проведенных в 1978 г. промышленных испытаний, с января 1979 г. в сырьевом цехе начато внедрение двухстадиальной схемы измельчения нефелиновой руды перед совместным помолом с известняком.

12 + 2,15 8 + 2,85

= 1,3

10 + 15 • 0,425 15 • 0,575

= 1,9

12 + 15 • 0,425 15 • 0,575

= 2,13

На основании результатов освоения новой схемы установлено следующее:

1. С увеличением количества мельниц на измельчении руды с 10 до 12 и с переводом четырех мельниц на вторую стадию, крупность измельчения нефелина снизилась с 8-9% до 5-6% кл. +0,03 мм, одновременно Миэв. в этом классе повысился до 2,3-2,5 ед.

2. С точки зрения увеличения удельной производительности мельниц по классу +0,08 мм эффективнее работа мельниц II стадии на более высоких производительностях.

Освоение и совершенствование новой четырехстадиальной схемы измельчения руды продолжалось до 1983 года. Мельницы I и III стадий (рудные и известняковые) загружаются стальными шарами четырех типоразмеров диаметром 100, 80, 60 и 40 мм, мельницы II и IY стадий загружаются цильпебсом 28x40 мм.

Показатели работы мельниц по стадиям приготовления шихты по годам освоения цеха приведены ниже. Производительность рудных мельниц I стадии находится на уровне 65-75 т/час, второй стадии — 125-150 т/час при крупности измельчения после II стадии — 11-12,5% остатка на сите 0,08 мм. Производительность известняковых мельниц (III стадия) по известняку возросла в 81-82 г. с 90-95 т/час до 99-105 т/час. Производительность мельниц домола (IY стадия) возросла с 140-170 до 200 т/час.

Переход цеха на четырехстадиальную схему измельчения нефелиновой руды при совместном помоле ее с известняком на последних двух стадиях позволил снизить крупность измельчения руды и шихты в целом, увеличить удельную производительность мельниц за счет более полной загрузки мельниц материалом, стабилизировать процесс приготовления шихты, улучшить технико-экономические показатели работы цеха. Так, удельная производительность по готовому продукту (классу - 0,08 мм) рудных мельниц при работе в две стадии составила в среднем за 1981 год 0,365 т/м3ч, против 0.312 т/м3ч, если бы мельницы работали в одну стадию при том же потоке руды и одинаковой крупности измельчения. То есть, двухстадиальная схема измельчения руды перед совместным помолом с известняком по сравнению с работой в одну стадию позволила увеличить удельную производительность мельниц по готовому продукту примерно на 15% за счет большей загрузки мельниц материалом и более рационального распределения мелющих тел по стадиям (в мельницы второй стадии загружается цильпебс).

С переходом на четырехстадиальную схему увеличилось время измельчения нефелиновой руды в общей схеме приготовления шихты и снизилась крупность измельчения нефелина в общей шихте. В табл. <9 приведены показатели, полученные до и после перехода цеха на четырехстадиальную схему.

Видно, что отйошение времени предварительного измельчения нефелина перед совместным помолом с известняком к общему времени измельчения нефелина в схеме приготовления шихты возросло с 3,38

до 0.46-0,48, увеличилось отношение времени измельчения нефелина и известняка до 2.4-2,5 вместо 2,1 по старой схеме. Новая схема обеспечивает снижение крупности измельчения руды перед совместным помолом с 27-30% остатка на сите 0,08 мм до 11-13%, а крупности конечной шихты с 9-11% до 6-7% класса +0,08 мм. В контрольном классе крупности (+0,08 мм) конечной шихты содержание нефелина снижается с 50-70% до 25-36% при среднем содержании его в шихте 42-43%. То есть, относительное количество нефелина в классе +0,08 мм шихты поддерживается меньше единицы (0,6-0,8 вместо 1,2-1,3 по старой схеме). Это говорит о том, что нефелин в конечной шихте измельчен более тонко по сравнению с известняком.

Крупность измельчения нефелина в шихте составляет 4-5% класса +0,08 мм, а крупность измельчения известняка -7-8,5% этого класса. Более тонкое измельчение нефелина в шихте по сравнению с известняком повышает качество спека. Извлечение полезных компонентов из спека при стандартном выщелачивании увеличивается на 1,5-2%.

8.3. Результаты освоения усовершенствованной

технологии размола сырьевых компонентов

В 3983-85 гг.в сырьевом цехе продолжалось освоение и, усовершенствование разработанной технологии четырехстадиального измельчения нефелиновой руды при совместном помоле с известняком на 3 и 4 стадиях. "Новая технология предусматривает более тонкое измельчение нефелина а шихте по сравнению с известняком для улучшения качества спека и повышения извлечения полезных компонентов из руды. Это достигается увеличением времени измельчения нефелина в схеме и поддержанием отношения времени предварительного измельчения нефелина к общему времени его измельчения не ниже 0,4. При этом относительное содержание нефелина в классе +0,08 мм шихты,т.е. отношение содержания нефелина в этом классе к общему его содержанию 8 шихте, становится меньше 1,0, т.е. нефелин измельчается более гонко по сравнению с известняком. Общее время измельчения единицы массы нефелина в схеме приготовления шихты должно быть не меньше рассчитанного по уравнению:

Ь - (и X Ки X (1.33 - О.ЗЗу) (27)

где и — общее время измельчения единицы массы глиноземсодержа-шего сырья (нефелиновой руды) в схеме;

и — время измельчения единицы массы известняка до заданной крупности;

Ки — коэффициент измельчаемости, т.е. отношение удельных произво-дительностей лабораторной мельницы на известняке и на нефелине при измельчении до заданной крупности;

V — отношение содержания нефелина в классе +0,06 мм готовой шихты к содержанию нефелина в общей шихте.

Этот способ приготовления глиноземсодержащей шихты для получения глинозема спеканием защищен авторским свидетельством [11|.

Испытания новой технологии подготовки шихты начаты в 1979 г.. постепенным переводом имеющихся 12 рудных мельниц на двухстади-альное измельчение. Увеличение отношения времени предварительного измельчения единицы нефелиновой руды к общему времени ее отработки с 0,38 по известному способу до 0,43 в 1979 г. и до 0,46 в 1982 г. достигалось постепенным перераспределением имеющегося парка! мельниц между стадиями. На второй стадии измельчения нефелиновой» руды количество мельниц увеличивалось с 1 до 4, на первой стадии — соответственно уменьшалось с 11 до 8, на третьей стадии (совместное-измельчение нефелиновой пульпы с дробленым известняком) количество) мельниц изменялось от 6 до 8, испытывалась схема с работой на второй стадии пяти мельниц, на четвертой стадии (доизмельчение шихты)! количество мельниц изменялось от 5 до 8. С 1983 года устойчиво работает схема со следующим распределением мельниц по стадиям: I! стадия — 8 мельниц, II стадия — 4 мельницы. III стадия — 8 мельнищ и IY стадия — 7 мельниц.

Результаты испытаний нового способа подготовки шихты приведены! в табл. 9. Видно, что предложенный способ позволяет увеличить отно>-шение времени предварительного измельчения единицы веса нефелина к общему времени его измельчения с 0,38 до 0,46, что на 21% выше: по сравнению с известным способом. При этом относительное количество нефелина в классе +0,08 мм шихты равно 0,84-0,87, т.е. меньше единицы. По известному способу оно равно 1,16-1,17.

Промышленные испытания показали, что по предложенному способу нефелин измельчается более тонко (в шихте на спекание) по сравнению с известняком. Снижается также общая крупность помола шихты. Это способствует улучшению качества спека и повышению извлечения полезных компонентов из руды.

С 1979 г. в схему контроля технологического процесса сырьевого цеха введен дополнительный параметр — модуль известковый в классе +0,08 мм готовой шихты, косвенно характеризующий крупность помола компонентов в шихте.

Если по трехстадиальной схеме модуль известковый класса +0.08 мм шихты был на уровне 1.4-1,7, то с переходом на четырехстадиальную схему он повысился до 2,3-3,0 единиц (в общей шихте он равен 1,98±0.02).

Из табл. 9 видно также, что в 1983 г. общее фактическое время измельчения 1 т нефелиновой руды (графа 3) совпало с расчетным (графа 7), определенным теоретически по формуле (27) как время, необходимое для обеспечения оптимального соотношения компонентов в классах крупности конечной шихты с целью повышения качества спека. С этого времени предложенный способ считается принятым в промышленную эксплуатацию.

С повышением времени измельчения нефелина в схеме приготовления шихты снизилась крупность измельчения шихты с 9,1-9,3% класса

+0,08 мм до 6,0-6,5% этого класса, а крупность измельчения нефелина в шихте уменьшилась с 10-11% до 5% класса +0,08 мм. Это позволило улучшить качество спека и повысить извлечение полезных компонентов из сырья.

Спекание алюминийсодержащего сырья с известняком и другими компонентами относится к твердофазным реакциям, скорость которых, возрастает с уменьшением размера частиц реагирующих веществ, т.к.. при этом возрастает их удельная поверхность, а с ней — поверхностная энергия и число точек соприкосновения разнородных веществ.

При этом извлечение глинозема из спека зависит не только от основных молекулярных отношений в шихте — щелочного и известкового модулей, содержания кремкозема и окислов железа в шихте, величины общего остатка на сите 0,08мм, но и от крупности отдельных компо-1 нентов шихты, которая косвенно характеризуется молекулярным отношением окиси кальция к кремнезему в плюсовом остатке на сите 0,08 мм шихты.

Как показывают данные исследования [18, 22, 25], наиболее полное извлечение глинозема и щелочей из спека при переработке Кия-Шал-тырских нефелинов достигается в том случае, когда максимальный размер взаимодействующих частиц нефелина и известняка соизмерим с толщиной слоя продуктов реакции в данных условиях спекания. Для условий подготовки шихты на АГК крупность измельчения известняка в шихте на уровне 7-10% класса +0,08 мм является оптимальной, хотя исследованиями показана возможность загрубления ее в более широких пределах.

Для нефелина оптимальной является крупность измельчения менее 5% класса +0,08 мм. Измельчение его ниже 3% класса +0,08 мм связано с резким вырастанием энергии на помол, и, по-видимому, в существующей схеме нецелесообразно, т.к. ожидаемое увеличение извлечения глинозема и щелочей при этом не сможет компенсировать затрат энергии на измельчение.

Для выявления степени влияния параметров качества шихты на извлечение глинозема при стандартном выщелачивании спека была подвергнута статистической обработке совокупность из 60 среднемесячных данных за 5 лет (1980-1984 гг.). Было прослежено влияние на извлечение глинозема (Е) крупности измельчения шихты и нефелина, т.е. содержания класса +0,08 мм в шихте (Р) и в нефелиновой составляющей шихты (рн), а также отношения времени предварительного измельчения единицы массы нефелина к общему времени измельчения 1 тонны нефелина в схеме (т). После статистической обработки выборки на ЭВМ были получены следующие уравнения регрессии:

Таблица 9

Показатели качества шихты, полученные при проведении промышленных испытаний и внедрении способа приготовления глиноземсодержащей шихты для получения глинозема спеканием по авторскому свидетельству №1131163

Время измельчения 1 т нефелиновой руды, мин/т Отношение времени измельчения нефелина предварительного к общему Время измель- Относительное содерж. нефелина в классе +0,08 мм шихты, V Теоретически необходимое время измельчения 1 т нефелина в схеме, мин/т Содержание класса +0,08 мм в шихте на спекание, % Извлечение из спека при стандартном выщелачивании, %

Год предварительного общего по схеме 1 т известняка в схеме, мин/т общее для нефелина для известняка глинозема щелочей

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Известный способ (трехстадиальная схема)

1978 1,044 2,736 0,381 1,3028 1.162 2,7745 9,1 10,6 8,0 83,38 82,02

Предложенный способ (четырехстадиальная схема)

1979 1,296 2,994 0,438 1,3306 0,873 3,1196 6,9 6,0 7,6 84,70 84,08

1980 1,315 2,8093 0,468 1,2089 0,856 2,8506 6,3 5,39 7,0 85,82 84,85

1981 1,329 2,659 0,500 1,1706 0,838 2,7761 6,6 5,33 7,42 84,85 84,27

1982 1,2873 2,829 0,456 1,1692 0,835 2,8972 6,22 5,35 6,88 84,86 86,20

1983 1,2313 2,7827 0,442 1,1700 0,828 2,7825 6,56 5,31 7,51 85,80 85,20

1984 1,2394 2,8275 0,438 1,1552 0,811 2,8271 6,17 4,99 7,07 85,63 84,0

."1985 1,2428 2,8248 0,440 1,2095 0,733 2,8295 6,50 , 4,77 7,88 84,80 84,8

Е = 88,89-0,5480; Б « 89,58-1,31рн; Е ■= 85,92-27,161+57,77^

(28)

(29)

(30)

В этих уравнениях Е, р и — в %, т — в дол.ед. Коэффициенты тарной корреляции: для первой зависимости (уравнение 26) — 0,724, /для второй — 0,713 и корреляционное отношение для третьей — 0,659, 1нто указывает на довольно тесную связь указанных величин.

Из уравнения (29) следует, что снижение крупности измельчения жефелина в шихте на 1,0% по классу +0,08 мм вызывает увеличение (извлечения глинозема из спека на 1,3%.

Анализ уравнения (30) показывает, что при значениях т<0,4 повышение этого отношения, например, на 0,065 ед. вызывает увеличение «извлечения глинозема на 0,6%, а' при значениях -о 0,4 такое же повышение х вызывает увеличение извлечения глинозема уже на 1,6-2,1%. (Поэтому в схеме подготовки шихты отношение времени предварительного измельчения нефелина к общему времени его измельчения необходимо поддерживать не ниже 0,4.

Предложенный и внедренный в сырьевом цехе АГК способ подготовки шихты, основанный на опережающем измельчении более твердого ((рудного) компонента и поддержании на определенном уровне соотношений времени измельчения компонентов по стадиям измельчения, дает (возможность более полно извлекать полезные компоненты из алюмо-(силикатного сырья, перерабатываемого методом спекания. Этот способ использован на Волховском алюминиевом заводе и может быть применен на Пикалевском объединении "Глинозем" для подготовки шихты «из нефелинового концентрата и известняка.

¡8.4. ¡Метод ¡расчета .крупности ¡помола компонентов в 1ИЗмельченкой доухкомпонентной шихте

Для (определения степени измельчения нефелина и известняка в смеси то (известному химическому составу компонентов, молярному (отношению 'окиси кальция к кремнезему в шихте, а также химсоставу (контрольного класса +0,08 мм рассчитывается соотношение нефелина .известняка в этом классе в каждом конкретном случае, а затем по ¡результатам ситового анализа измельченной смеси определяется индивидуальная крупность помола компонентов.

Подробное описание разработанного метода приведено в монографии [2]. На основе этого метода предложена номограмма для оперативного определения крупности помола компонентов в шихте по данным ситового анализа шихты и ее хим.состава (рис. 4).

На основании проведенных расчетов сделаны следующие выводы;

1. Предложенный метод расчета характеристики крупности отдельных компонентов .в .измельченной двухкомпонентной шихте, основанный лш (реэ,уль<тата* химического анализа шихты и ее отдельных классов,

иэя

и »в

8 4 0 4 8 12 Содержание класса крупнее 0.08 мм в шихте, %

Рис. 4

Номограмма для определения характеристики крупности компонентов шихты (нефелин — 43%, известняк — 57%)

будет полезен при разработке рациональных режимов измельчения сырьевых компонентов и выборе оптимальных схем подготовки шихты, обеспечивающих повышение ее качества и увеличение извлечения полезных составляющих минерального сырья.

2. Предложенная номограмма позволяет оперативно, без длительных расчетов, определять крупность помола компонентов шихты по результатам ситового анализа общей шихты и химанализа шихты и расчетного класса. Она успешно применяется для контроля правильности ведения технологического процесса по стадиям приготовления глиноземсодер-жащей шихты в сырьевом цехе Ачинского комбината.

3. Разработанный метод можно применять и для других типов сырьевых материалов глиноземной, а также цементной промышленности, где готовится преимущественно двухкомпонентная шихта.

9. РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ НЕФЕЛИНОВОЙ

РУДЫ

С целью повышения технико-экономических показателей работы сырьевого цеха и дальнейшей интенсификации процесса институтом Механобр было предложено провести испытания возможности замыкания цикла измельчения руды на I стадии с помощью гидроциклонов.

Здесь следует учитывать особенности технологии приготовления глиноземсодержащей шихты из нефелиновых руд. Влажность конечной шихты ограничена пределом 29-30% (норма технологического регламента — 30,5%) в целях экономии топлива при последующем спекании шихты. Это вызывает необходимость поддерживать низкую влажность на всех стадиях измельчения компонентов шихты, в том числе и на I стадии измельчения руды (26-29%). Измельчение проводится на оборотном содовом растворе, поступающем из цеха гидрохимии, в котором содержится некоторое количество белого шлама. Содовый раствор, поступающий в мельницы, имеет концентрацию 70-80 г/л общей щелочи, на 95% представленной карбонатной щелочью и менее 5% каустической щелочью. Количество содового раствора, подаваемого в шихту, ограничено щелочным модулем шихты, который должен быть равен по технологическому регламенту 1,08± 0,02.

Содовый раствор, подаваемый в шихту для поддержания необходимого щелочного модуля, распределяется по проектной схеме между рудными и известняковыми мельницами пропорционально количеству руды и известняка,т.е. примерно 40 и 60%. Влажность пульпы в рудных и известняковых мельницах поддерживалась при этом в пределах 2729%.

С переходом сырьевого цеха на схему совместного помола предварительно измельченной нефелиновой руды и дробленого известняка появилась возможность перераспределить количество раствора. В рудные мельницы теперь можно подавать большее количество раствора, т.к. он затем приходит в известняковые мельницы вместе с нефелинрвой пульпой. Влажность нефелиновой пульпы может быть повышена до 35-45%, а остальное количество раствора дозируется в известняковые мельницы. Расчеты показывают, что, если весь раствор, необходимый для приготовления шихты, подавать на первую стадию измельчения руды, то влажность нефелиновой пульпы, подаваемой затем в известняковые мельницы, может быть увеличена до 50-55%.

При влажности исходного питания более 35% возможно проведение классификации пульпы по крупности, т.е. возможна организация замкнутого цикла'измельчения руды на I стадии. Присутствие соды в пульпе должно облегчить условия классификации, т.к. содовые растворы при высокой температуре (30-60'С) способствуют понижению вязкости пульпы и улучшению ее текучести.

Известно, что замкнутые циклы измельчения имеют значительно более высокую производительность по сравнению с открытыми циклами. Для подбора условий, при которых возможна классификация нефелиновой пульпы в гидроциклонах, с получением плотного слива не менее 50-55% твердого, с целью интенсификации процесса измельчения были организованы промышленные испытания замкнутого цикла измельчения руды на первой стадии.

Мельницы скомпонованы так, что пульпа двух мельниц 3,2x15 м поступает в одну сборную мешалку 4,5x4,5 м, откуда откачивается одним насосом 8ГРТ-8 на следующую стадию. Гидроциклоны диаметром 500 мм Усольского завода горного оборудования были установлены на площадке питателей мельниц по два циклона на каждый насос (из которых — один рабочий, один — резервный). Причем пески одного гидроциклона направлены в одну мельницу, пески другого циклона — в другую мельницу. Это создает определенные трудности при наладке и регулировке схемы замкнутого цикла в условиях действующего производства.

Испытаны схемы при работе одной мельницы и двух гидроциклонов, при работе двух мельниц и одного гидроциклона, при работе двух мельниц и двух гидроциклонов. Последняя схема оказалась наиболее рациональной. Таким образом ог одного насоса, откачивающего пульпу от двух мельниц, работают два гидроциклона 500 мм, пески которых направляются в разные мельницы. Сливы гидроциклонов собираются в одном баке 3x3 м, установленном под гидроциклонами на отметке 0,0 м, откуда насосом 8 ГРТ-8 откачиваются в сборную мешалку перед II, стадией измельчения.

Сотрудниками "Механобра" и сырьевого цеха АГК проведена значительная работа по наладке схемы, подбору оптимальных режимов работы мельниц и гидроциклонов, выбору технологически оправданных для данных условий размеров Песковых и сливных насадок, их материала и т.д. Отбирались пробы всех продуктов замкнутого цикла измельчения, в которых определялась влажность и гранулометрический состав. По содержанию готового класса (менее 0,08 мм) в продуктах рассчитывалась количественная схема с определением циркулирующих нагрузок, удельной производительности мельниц по готовому продукту, объемов потоков и т.д. Опробование'проводилось в течение нескольких смен при фиксированной производительности мельниц по исходной руде. Проведен целый ряд серий промышленных испытаний при разном диапазоне изменений производительности мельниц по руде, разном количестве раствора, подаваемого в мельницы, различных размерах Песковых и сливных насадок.

В результате испытаний и расчета технологических схем установлено, что удельная производительность мельниц по готовому классу менее 0.08 мм составляет: 0,50-0,53 т/м3ч при производительности мельницы по исходной руде 75-80 т/ч, 0,56-0,59 т/м3ч при производительно^и 90 т/ч и 0,60-0,66 т/м3ч при производительности 100 т/ч. Удельная

производительность мельниц, работающих в открытом цикле, по данным предыдущих исследований, составляет а первом случае 0,43-0,45 т/м3ч, во втором случае — 0,49 т/м3ч и в третьем случае — 0,53 т/м ч. Таким образом, на первом этапе регулировки и наладки схемы замкнутого цикла достигнуто повышение удельной производительности мельниц по готовому продукту (классу менее 0,08 мм) на 15-25%.

Производительность мельниц по общему питанию (исходной руде) повышается с 75 т/ч в открытом цикле до 100 т/ч в замкнутом цикле при той же крупности измельчения.

В 1989 г. начаты работы по выбору оптимального количества потока слива, возвращаемого в питание гидроциклонов, при различной про-зводительности мельниц по исходной руде. Обьем возвращаемого потока слива изменялся от 50 до 100 м3/ч, т.е. от 25 до 50% от общего объема слива гидроциклонов. Проведены опробования схемы в течение нескольких смен. Результаты опробований показали, что большее значение для повышения показателей классификации имеет не количество возвращаемого слива, а количество содо-щелочного оборотного раствора, подаваемого в цикл измельчения. В некоторых сменах количество раствора в мельницы доходило до 70-80 м3/ч при производительности мельниц по руде 75-80 т/ч. При этом содержание твердого в питании гидроциклонов снижалось с 65-68 до 60-55%, а в сливе — до 50-52%, эффективность классификации повышалась с 30 до 44%, а содержание класса менее 0,08 мм в сливе гидроциклонов доходило до 76-82%. Эти данные говорят о возможности повышения показателей замкнутого цикла измельчения. Для этого необходимо большую часть раствора подать в мешалку после мельниц, т.е. в питание гидроциклонов.

Содержание твердого в мельницах следует поддерживать в пределах 65-70%, в питании гидроциклонов — 55-60%, в сливе гидроциклонов - 51-53%.

На гидроциклонах устанавливались песковые насадки диаметром от 70 до 90 мм, сливные от 90 до 130 мм. Металлические песковые насадки наплавляются специальными твердосплавными электродами, срок службы их — 20-25 дней. Насадки, изготовленные прессованием из корундового порошка на специальном клее, служат около 40 дней. Керамические сливные патрубки диаметром 130 мм служат более двух лет.

Значительные трудности при освоении замкнутого цикла измельчения встретились в части обеспечения оптимального водного режима в питании гидроциклонов. Как известно, оборотный содовый раствор подается как в рудные мельницы I стадии, так и в известняковые мельницы III стадии, куда поступает дробленый известняк, нефелиновая пульпа после ill .стадии и содовый раствор для регулировки щелочного модуля .и (Обеспечения влажности конечной шихты не выше 30,5%. Если на 8 ¡мельниц НИ стадии подавать по 20 м3/ч раствора (минимальное коли-неотво, ¡поддающееся автоматическому регулированию в системе АСУТП), то общее количество раствора на эту стадию составит 160 м3/ч. В этом случае, на I стадию раствора не хватает для обеспечения

влажности слива гидроциклонов 47-49%, что требуется для получения тонкоизмельченных сливов.

Поэтому было рекомендовано подавать на III стадию раствор на в каждую из 8 мельниц, а в одну точку — сборную мешалху №3 (7,5x9 м) нефелиновой пульпы, откуда пульпа подается в известняковые мельницы. Дозировку раствора в эту мешалку можно поддерживать в пределах 30-50 м3/ч, что достаточно для нормальной работы АСУТП. Расчеты показывают, что в этом случае основная часть содового раствора будет поступать на I стадию, обеспечивая необходимое разбавление питания и слива гидроциклонов.

Внедрение замкнутого цикла измельчения на 4-х мельницах позволило снизить крупность измельчения нефелина перед совместным помолом с известняком, снизить крупность помола нефелина в шихте, что улучшило качество спека, повысило извлечение глинозема. За счет этого увеличился на 0,8% товарный выход глинозема.

Проведенными испытаниями определено, что подавляющее влияние на показатели разделения пульпы в гидроциклонах оказывает плотность питания, т.е. количество раствора, подаваемого в питание гидроциклона (в разгрузку мельниц). Другие факторы (производительность по исходной руде, плотность разгрузки мельниц, количество возвращаемого слива) оказывают гораздо меньшее влияние.

Испытания на мельницах 17-18, проведенные в ноябре 1990 г. с Песковыми насадками гидроциклонов 85 мм и сливными 105 мм при подаче в мешалку после мельниц 15-36 м3/ч раствора, регулируемого с помощью расходомера, позволили получить весьма высокие показатели по крупности слива (схема приведена на рис. 5). На мельнице №18 при производительности 70-75 т/ч и влажности слива гидроциклонов 50-52,7% получен продукт, содержащий класса мельче 0,08 мм от 84 до 94%. Распределение нагрузки на гидроциклоны мельниц №17 и 18 было одинаковым, что видно из незначительных колебаний циркулирующей нагрузки. Эффективность классификации была довольно высокой — 46-48%. Удельная производительность мельниц по готовому классу в некоторых сменах доходила до 0,61-0,67 т/м3ч. Это говорит о потенциальных возможностях схемы замкнутого цикла измельчения руды на I стадии.

В результате проведенных испытаний были рекомендованы следующие режимы работы оборудования:

— производительность мельниц по руде — 70-75 т/ч;

— содержание твердого в. разгрузке мельниц — 70-72%;

— содержание твердого в питании гидроциклонов — 58-60%, при этом плотность пульпы в сливе гидроциклонов должна контролироваться плотномером и поддерживаться в пределах 52-55%;

— количество возвращаемого слива в питание гидроциклонов — до 100 мэ/ч.

Наилучшие размеры насадок, определенные по результатам испытаний, составляют: сливной — 110 мм, песковый — 80 мм. При этих

размерах насадок обеспечивается оптимальная циркулирующая нагрузка (80-120%) и высокая эффективность классификации.

Представляет интерес сравнить основные показатели работы мельниц за длительный срок до и после перехода на замкнутый цикл измельчения руды. Нами были собраны и систематизированы данные по результатам работы мельниц I стадии измельчения руды за 5 лет до и 5 лет после перехода отделения на замкнутый цикл работы мельниц' с гидроциклонами диаметром 500 мм. Гидроциклоны были смонтированы на первой паре мельниц (№15-16) в мае 1987 года. Этот год будем считать переходным и исключим из рассмотрения. Результаты работы мельниц на измельчении руды рассматриваются с 1982 по 1986 годы (до перехода на замкнутый цикл) и с 1988 по 1992 годы (после перехода). Сравнение основных показателей работы мельниц приведено в табл. 10.

Из таблицы видно, что после перехода на замкнутый цикл снизилась крупность измельчения нефелиновой пулпы после II стадии с 12,7 до 10,2%, а крупность измельчения шихты снизилась с 6,31 до 6.19% по классу крупнее 0,08 мм. Известковый модуль в классе +0,08 мм шиты возрос с 2,81 до 2,97, т.е. нефелин в шихте стал измельчаться более тонко, чем при работе мельниц в открытом цикле. Улучшилось качество шихты и спека, возросло извлечение полезных компонентов из руды.

Расход электроэнергии снизился с 37,23 до 36,40 кВтч/т, расход шаров после перехода на замкнутый цикл снизился с 1,034 до 0,66-0,78 кг на тонну шихты. Снижение расхода шаров связано с увеличившейся загрузкой мельниц рудой после подачи в мельницу циркулирующей нагрузки (песков гидроциклонов).

Отсюда видно, что переход на замкнутый цикл измельчения нефелиновой руды значительно улучшил основные технико-экономические показатели работы сырьевого цеха.

10. ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ СЫРЬЕВОГО ЦЕХА АГК ПО ЭТАПАМ ОСВОЕНИЯ

В табл. 11 приведены технологические показатели работы мельниц отделения приготовления шихты сырьевого цеха по стадиям измельчения за каждый год с начала освоения Ачинского глиноземного комбината [42]. Явно видна динамика роста технологических показателей предела подготовки шихты по годам. Так, если в период пуска крупность дробленого известняка находилась на уровне 10-20% остатка на сите 25 мм, то с 1980 г. она стала менее 5% остатка на этом сите. Крупность дробленой нефелиновой руды снизилась с 10-20% остатка на сите 20 мм до 3-5% остатка на этом сите с 1974 года.

В результате планомерного внедрения разрабатываемых мероприятий по совершенствованию конструкции мельниц, технологической схе-

УУ-41.3 м'/ч 4-0.57 т/м*ч Ч^У

Т—100%

Р-4,0% 0-75 1/1 Ж-1,5 м'/ч У-29,8 м'/ч

Г-168.6%

Р-18,2% 0-128,2 т/ч Л-17,8 м'/ч V—66.2 м'/ч

ЧбЛмТч

4-0.60 т/м'ч

Г-100%

р-4,0% 0-00,0 т/ч Ж-1,6 м'/ч у_31,а м'/ч

Т-168,6% 9-65,3% Т—67,7%

0-128,2 т/ч

У»-бг,2 м'/ч V-111,4 м'/ч

у-193,6% Р—66,3% Т—60,4%

О-150,1 т/ч ¥к-ав,5 м'/ч V-155,2 м'/ч

ГИДРОЦИКЛОН, Е—48,0

у—68,6% Э_36,в% Т—76,5% 0-53,2т/ч «-16,3м'/ч У-36,4м'/ч

у-125,0% (1-84,6% Т—54,1% 0-96,9т/ч

IV—82,2м'/ч

V-118,8и3/ч

« ^-35.9 м'/ч

Т-163.3% р—17,5% 0-129.1 т/ч «-18,0 м'/ч V—66,7 м'/ч

Г-163.3% Р—66,4%

т-7о,г% 0-129,1 т/ч Ж-64,8 м'/ч V—113.5 м'/ч

у—381,9% 0-296.1 т/ч 8—68,3% V*-196,5 м'/ч Т-60,1% V—308,3 м'/ч

у-168,3% 6-68,3% Т—59,8%

Г-50% Р—83,9% Т—51,4% 0-38,8 т/ч «-36,7 м'/ч V—51,3 м'/ч

0-146,0 т/ч «-98,0 м'/ч V-153.1 м'/ч

ГИДРОЦИКЛОН, 6-46,0

Г-125,0% (1-83.3% Т—54,3% О—96,0т/ч 1Й—81,6м'/ч V—11й,2м'/ч

у—63.3% р—38,7% Т—75,0% 0-49,1т/ч ЗД—16,4м'/ч V—34,9м'/ч

0-155 т/ч

Рис. 5

Результаты промышленных испытаний ззамкнутого цикла измельчений руды на мельницах 17, 18 у — выход продукта; р — содержание класса —0,08 мм; Т — содержание твердого; О — производительность по твердому; МУ — объем воды в продукте; V — объем пульпы; р — уд. производительность мельницы по вновь образованному классу —0,08 мм; Е — эффективность классификации

Таблица 10

Показатели работы мельниц до и после внедрения замкнутого цикла

измельчения руды

Год Измельчение руды Расход на 1 т шихты М ■и Содержание кл. +0,08 мм в шихте, %

производ. мельниц, Т/ч 1 СТ. 1! СТ. содержание кл. +0,08 мм в рззгр. 11 ст., % хоэфф. исп. мельниц, % электроэнергии, кВтч шаров, У.Г циль-пебса, кг всего метно-щих тел, кг в шихте в классе +0,08 мм

1 СТ. 11 ст.

Работа мельниц о открытом цикле

1982 69,4 141,8 13,0 76,0 75,2 38,05 1,059 0,675 1,734 1,97 2,47 ^ 6,22

1983 72,7 148,4 13,7 ВО,7 79,4 37,2 1,074 0,613 .1,687 1,98 2,57 6,56

1984 73,7 141,8 12,8 80,6 83,6 36,55 1,057 0,608 1,665 1,98 2,67 6,17

1985 73,6 140,5 52,5 81,4 85,4 37,06 0,994 0,561 1,555 1,97 3,02 6,51

1986 74,7 127,6 11,4 80,1 89,5 37,27 0,986 0,519 1,505 1,97 3,33 6,10

Итого 72,7 140,0 12.7 79,-9 82,6 37,23 1,034 0,595 1,629 1,97 2,81 6,31

Работа мельниц в замкнутом цикле

1988 73,2 132,8 10,5 80,7 89,2 36,59 0,659 0,439 1,098 1,96 3,28 5,90

1989 68,7 129,0 10, С 86,6 92,7 36,60 0,695 0,407 1,102 1,96 2,94 6,00

1990 68,3 IX,4 10,3 85,5 85,5 35,63 0,727 0,409 1,136 1,95 2,76 6,10

„1991 69,5 133,3 9,6 81,2 84,6 35,40 0,739 0,413 1,152 1,95 3,01 6,58

1992 65,4 120,9 10,1 81,3 87,5 37,80 0,780 0,411 1,191 1,95 2,86 6,4

Итого 69,0 130,5 10,2 83,1 88,0 36,40 0,720 0,416 1,136 1,95 2,97 6,19

мы и перехода на новые технологии шихтоподготовки повышался коэффициент использования мельниц, росла их производительность, снижалась крупность измельчения компонентов шихты, возрастал поток шихты, выпускаемой цехом, с ростом ее качества по крупности и химсоставу. Начиная с 1985 г. выпуск шихты цехом превысил проектное количество.

В 1974 году в цехе освоена схема совместного измельчения дробленого известняка и нефелиновой пульпы. Нефелин стал проходить три стадии помола, а известняк — две. Видно, что с этого года производительность рудных мельниц увеличилась на 30%, а выпуск шихты возрос с 58 до 80% от проектного количества. В 1979 году внедрена схема двухстадиального измельчения нефелиновой руды перед совместным помолом с известняком, которая на 8% эффективнее, односта-диальной по количеству готового класса. Нефелин стал проходить 4 стадии измельчения, а известняк — две. Видно, что с этого Года увеличился известковый модуль (молекулярное отношение окиси кальция к кремнезему) в классе +0,08 мм шихты с 1,6 до 2,3 единиц. Это значит, что нефелин стал измельчаться тоньше, чем известняк. Возросла также производительность мельниц на всех стадиях измельчения сырья.

В 1978 г. на глиноземное производство переведены две мельницы 4x13 м, объемом по 150 м3, из цементного производства. Эти мельницы №26-27 подключены на доизмельчение шихты, а мельницы №11-12 переведены на вторую стадию измельчения нефелина. Этим мероприятием соотношение объемов мельниц на измельчении руды и известняка увеличено с 1,9 до 2,04. Это, наряду с другими мероприятиями, позволило снизить крупность предварительного измельчения руды с 25-27% до 18-22% класса +0,08 мм, а содержание нефелина в классе крупнее 0,08 мм конечной шихты снижено за этот счет с 50-60% до 35-42%, т.е. достигнуто практически одинаковое соотношение известняка и нефелина в контрольных классах крупности шихты.

Начиная с 1985 года, т.е. после освоения схемы замкнутого цикла измельчения на 4-х мельницах, крупность нефелиновой пульпы после 2-й стадии помола снизилась с 13 до 10-11% остатка на сите 0,08 мм, а модуль в классе +0,08 мм шихты стал выше 3,0 единиц (табл. 11). Нефелин в шихте стал измельчаться еще тоньше. Крупность измельчения шихты стала меньше 6,5% класса крупнее 0,08 мм. Это положительно сказалось на качестве спека и полноте извлечения полезных компонентов из руды.

Крупность измельчения нефзлина в шихте по содержанию класса +0,08 мм составила в 1983 г. — 5,44%, в 1984 г. — 4,99%, в 1985 г. — 4,77%, а в 1986 г. снижена до 3,8-3,2%. Таким образом, в эти годы сырьевым цехом достигнуты проектчые показатели по количеству и крупности приготовленной шихты.

Таблица 11

Показатели работы ОПШ сырьевого цеха АГК по годам

Измельчение нефелиновой руды Измельчение известняка (с 1974 г. совместно с нефелиновой пульпой) Доиэмельчение Выпуск шихты в % от проектного М«,

Год произвол. . м-ц, т/ч содерж. кл. коэф. исп. м-ц, % произв. м-ц по содерж. ' кл. ко- эфф. произв. м-ц, т/ч содерж. кл. +0,06мм в шихте на спек, % влажн. пульпы, % ко- эфф. в в кл. +0,08

1 ст. II ст. +0,08 в разгр. м-Ц, % 1 ст. II ст. извести., т/ч +0,08мм в изв. пульпе, % исп. м%ц> исп. м-ц, % шихте шихты

Принятые в проекте 45 6-7 85,0 — 100 7-8 85,0 224 3-4 30,0 91,0 100,0 2,0 -—

1970 30-35 - 10-15 — — 80 12-15 — 150 6-8 30,5 — 12,4 2,0 —

1971 38,4 - 11,8 44,8 - 89,0 10,1 46,0 197,2 3.8 30,2 53,2 31,7 2,0 -

1972 38,8 - 16,6 42,0 - 82,6 13,6 51,0 196,0 5,6 29,6 58,0 44,8 2,0 -

1975 60,4 - 30,2 77,7 — 84,2 24,9 84,7 170,4 10,0 29,9 80,4 91,2 2,0 -

1978 57,9 - 25,6 79,6 — 90,8 25,9 81,9 164,9 9,12 30,0 90,6 96,1 1,99 1,57

1979 60,9 142,6 14,7 84,9 86,4 88,8 - 80,5 163,7 6,83 29,9 86,4 93,9 1,99 2.34

1980 68,1 138,3 12,83 82,7 81,4 95,5 - 82,8 182,8 6,27 29,6 74,8 95,0 1,99 2,43

1983 72,7 148,4 13,7 80,7 79,4 98,5 - 79,2 188,1 6,57 30,1 83,1 98,3 1,98 2.57

1984 73,7 141,8 12,85 70,6 83,6 98,7 - 79,3 193,8 6,17 29,5 81,3 99,4 1,98 2.67

1985 73,6 140,5 12,52 81,4 85,4 93,9 - 83,5 185,7 6.5 29,9 85,2 100,4 1,97 3.02

1988 73,2 132,8 10,45 80,7 89,2 89,3 - 88,2 176,1 5,91 29,8 89,4 101,7 1,96 3,28

1989 68,7 129,0 10,6 86,6 92,7 86.4 - 91,5 171,5 6,00 30,2 92,5 110,6 1,96 2,94

1990 68,3 136,4 10,3 85,5 85,5 87,0 — 89,2 173,1 6,10 29,9 90,2 100,3 1,95 2,76

1991 69,5 133,3 9,63 81,2 84,6 89,8 - 83,6 184,7 6,58 30,0 81,7 96,6 1,95 3,01

В эти годы снизилась измельчаемость, Tie. повысилась прочность нефелиновой руды примерно на 10-15% по сравнению с рудой, поступавшей на комбинат в 1977 г.

Крупность измельчения нефелиновой руды после II стадии стабилизировалась на уровне 9,5-10,5% класса крупнее 0,08 мм, т.е. благодаря замкнутому циклу на I стадии, закрупнения. пульпы не произошло из-за ухудшения измельчаемости руды.

Влажность конечной шихты составила 30,2% в 1989 г., 29,9% — в 1990 г. и 30,0% — в 1991 г., что ниже предусмотренной регламентом (30,5%). Опасения, что работа мельниц I стадии в замкнутом цикле увеличит влажность конечной шихты, не подтвердились.

В середине 1990 г. в цехе включена в работу новая схема подачи оборотного раствора на мельницы III стадии (известняковые). К этому времени на I стадии работало 6 мельниц в замкнутом цикле с гидроциклоном (постоянно или периодически). Раствор на III стадию стали подавать не в каждую из мельниц №1-8, а в сборную мешалку ¡нефелиновой пульпы перед III стадией, т.е. в одну точку. Это .обд^пнило автоматическое регулирование раствора на III стадии в фщжеме ТП и позволило увеличить долю раствора, подаваемого ма |I (Шдол®. Дополнительное количество раствора подано в питание глдрадикяоцов для улучшения показателей замкнутого цикла.

Расход электроэнергии по мере освоения схемы шихтоподготовки закономерно снижался с 45,4 кВтч/т в 1971 г. до 35,4 кВтч/т в 1992 г. Расход мелющих тел снижен с 3 кг/т до 1,15 кг/т, при этом расход шаров снизился в 2 раза, а расход цильпебса — более чем в 3 раза. В настоящее время расход шаров на тонну шихты составляет 0,74 кг, а цильпебса — 0,41 кг. Основной причиной снижения удельного расхода энергии и мелющих тел является увеличившаяся загрузка мельниц I стадии материалом (песками гидроциклонов) при организации замкнутого цикла, когда циркулирующая нагрузка на мельницу составляет более 100%.

Обращает на себя внимание резкое снижение расхода сжатого воздуха на перемешивание шихты в коррекционных бассейнах. В 1975-76 г.г. после освоения схемы совместного измельчения известняка и нефелиновой пульпы значительно, с 20% до 70%, выросло количество паспортной шихты, получаемой в потоке без корректировки в бассейнах. Этому способствовало так же освоение цехом АСУ ТП "Шихта ЗА", которая автоматизирует поддержание заданного известковым модулем (2,0) соотношения известняка и нефелиновой пульпы на стадии совместного измельчения (в известняковых мельницах). Отпала необходимость перекачивания шихты в бассейнах и ее длительного перемешивания с помощью сжатого воздуха. Количество воздуха на тонну шихты сократилось с 55,8 м3/т а 1974 г. до 11 м3/т в 1988-92 у.

Проведенный в первые годы освоения схемы анализ шаровой загрузки мельниц показал, что догрузка мельниц одноразмерными крупными шарами диаметром 100 мм является нерациональной и в корне неправильной. Она привела в свое время к перегрузке мельниц крупными шарами и росту загрубления помола.

Догрузку мельниц в 1973 г. было рекомендовано производить рационирование следующим ассортиментом шаров:

рудные — 100 мм — 20%; 80 мм — 30%; 60 мм — 10%; 40 мм — 40%; известняковые — 100 мм — 10%; Ю мм - 20-30%; 60 мм — 10% и 40 мм — 50-60%.

Впоследствии эта рекомендация была откорректирована в соответствии с изменившимся гранулометрическим составом и прочностью нефелиновой руды. Важным условием эффективности измельчения является поддержание в мельнице достаточного количества мелких шаров в соответствии с гран.составом питания мельниц. Количество шаров диаметром 40-60 мм в рудных мельницах, работающих в замкнутом цикле, необходимо поддерживать на уровне 40-50%.

Увеличение доли мелких шаров в загрузке рудных и известняковых мельниц и постоянное поддержание массы шаров в мельницах на уровне 150 т является важным резервом улучшения технико-экономических показателей работы цеха, улучшения качества помола шихты, снижения расходов мелющих тел и футеровки, увеличения коэффициента использования оборудования, снижения удельного расхода энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны, сформулированы и подтверждены экспериментально в промышленных условиях основные закономерности совместного измельчения разнопрочных компонентов. На их основе созданы и освоены в промышленности новые прогрессивные технологии приготовления известняково-нефелиновой шихты в глиноземном производстве, обеспечивающие более высокие технологические и технико-экономические показатели как в шихтоподготовка, так и в последующих процессах спекания и гидрометаллургии. Предложенные решения дают возможность обоснованно разрабатывать сложные схемы приготовления шихты из компонентов разной прочности, добиваясь минимизации капитальных и эксплуатационных затрат в глиноземной и цементной промышленности. Тем самым решена научно-техническая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение.

Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Обоснован и экспериментально подтвержден ряд закономерностей совместного измельчения разнопрочных минеральных компонентов, на основании которых разработаны теоретические основы прогнозирования технологических показателей измельчения двухкомпонентных смесей, в частности — процесса приготовления известняково-нефелиновой шихты глиноземного производства.

2. Разработана новая методика исследований совместного измельчения разнопрочных компонентов, позволяющая определять параметры измельчения в промышленных мельницах на базе лабораторных исследований.

3. Разработаны теоретические принципы компоновки технологических схем, обеспечивающих йпережаю/щее измельчение твердого компонента при переработка минеральных систем, содержащих разнопрочные материалы.

4. Разработана и внедрена на Ачинском глиноземном комбинате и Волховском алюминиевом заводе новая технология приготовления гли-ноземсодержащей известняково-нефелиновой шихты из компонентов разной прочности, обеспечивающая высокие технологические показатели с минимальными энергозатратами. Повысилось качество шихты и извлечение глинозема из сырья. Экономический эффект от внедренных разработок превышает 10 млн. рублей в ценах 1989 года.

По результатам исследований получено 8 авторских свидетельств на изобретения, 5 Из которых внедрены в производство, а также 7 патентов в зарубежных странах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Разумов К.А., Перов В.А., Зверевич В.В., Биленко Л.Ф. Труды YIII Международного конгресса по обогащению полезных ископаемых. Том I, доклад А-1. Лен-д, 1968, стр. 13-21.

2. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах, — М.: Недра. 1984, 200с.

3. Перов В.А., Андреев Е.Е., Биленко Л.Ф. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учеб.пособие для ВУЗов. 4-е изд., перераб.и доп. — М.: Недра, 1990, 301с.

4. Биленко Л.Ф. Экспериментальная проверка параметров уравнения кинетики измельчения. — Обогащение руд, 1974, №2. с.¿3-25.

5. Биленко Л.Ф., Орлов Ю.И., Костин И.М. Промышленная проверка положения о независимом измельчении компонентов а шаровой мель-, нице. — Обогащение руд, 1974, №4, с.20-22.

6. Дашкевич Р.Я., Биленко Л.Ф., Костин И.М. Изучение закономерностей совместного измельчения компонентов сырьевой шихты глиноземного производства. — Обогащение руд, 1979, №4, с.21-25.

7. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Алексеев О.В., Орлов Ю.И. Рационированная догрузка трубных мельниц измельчающей средой. — Обогащение руд, 1974, №5, с.32-35.

8. Авторское свидетельство №541338 (СССР). Способ приготовления глиноземсодержащей шихты. / ВАМИ, Механобр. Авт. изобрет. В.М. Сизяков, Л.Ф. Биленко, Н.С. Шморгуненко, Л.И. Финкельштейн, Г.П. Ткаченко, О.В. Алексеев, В.Л. Аранзон, П.С. Владимиров, А.И. Алексеев, И.М. Костин. - Заявл. 10.04.75. №2122700/01.

9. Авторское свидетельство №684856 (СССР). Способ приготовления шихты, состоящей из глиноземсодержащего сырья, известняка и содового раствора / ВАМИ, Механобр. Авт.изобрет. Сизяков В.М., Биленко Л.Ф., Сичкар А.И., Владимиров П.С., Алексеев О.В., Дашкевич Р.Я., Киселев А.И., Алексеев А.И. — Заявл. 17.04.78 г. №2606318/22-02.

10. Авторское свидетельство N 1065017 (СССР). Разгрузочное устройство барабанной мельницы / Механобр. Авт.изобрет. Биленко Л.Ф., Дицель В.В., Киселев А.И., Пивнев А.И., Холин А.Н. - Заяв. 08.09.82, №3487847/29-33.

11. Авторское свидетельство №1131163 (СССР). Способ приготовления шихты для получения глинозема спеканием /Механобр, АГК, Авт.изобрет. Л.Ф. Биленко, Р.Я. Дашкевич, И.М. Костин, А.И. Пивнев, А.И. Сичкарь, П.С.Владимиров, А.И.Киселев, Г.П. Логачев, В.М. Сизяков, Н.Е. Балобанов - заявл. 08.04.83, №3580681/22-02.

12. Авторское свидетельство №1279113 (СССР). Футеровка для трубных шаровых мельниц. /СКБ, Механобр. Авт. изобрет. Дун И.Ф., Круппа П.И., Биленко Л.Ф., Соболев А.Л. - Заявл. 16.05.84, №3779717/29-33.

13. Авторское свидетельство №1148257 (СССР). Способ приготовления шихты из алюмосиликатного сырья и известняка /Механобр, АГК.Авт.изобрет.Л.Ф. Биленко, И.М. Костин. Р.Я. Дашкевич, А.И. Кисе-

лев, В.В. Красавин, А.И. Пивнев, В.М. Сизяков, А.И. Сичкарь, Ю.Г. Князев, В.В. Козиатко — заявл. 03.06.83, №3662788/22-02.

14. Авторское свидетельство №1512002 (СССР). Способ приготовления шихты глиноземного производства. /Механобр, АГК, авт. изобрет. Л.Ф. Биленко, Р.Я. Дашкевич, И.М. Костин, В.И. Кравцов, В.П. Логачев, А.И. Пивнев, А.И. Сичкарь, Н.В. Чуев, - заявл. 22.02.88, №4408128/23-02.

15. Биленко Л.Ф. Метод определения параметров уравнения кинетики измельчения в промышленной мельнице. — Обогащение руд, 1990, №4. с. 3-5.

16. Биленко Л.Ф., Ненарокомов Ю.Ф., Костин И.М. и др. Совершенствование технологии дробления и измельчение известняка и нефелиновой руды на Ачинском глиноземном комбинате. — Обогащение руд. 1973 №6, с.32-36.

17. Биленко Л.Ф., Сизяков В.М., Шморгуненко Н.С. Кинетика совместного измельчения минералов различной прочности. — Труды ВАМИ. №1, Л.. 1974. С.45-50.

18. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Алексеев О.В. и др. Освоение и совершенствование процессов дробления и измельчения известняка и нефелиновой руды на Ачинском глиноземном комбинате. — Труды ВАМИ, 1974, с. 15-20.

19. Биленко Л.Ф., Орлов Ю.И., Демин Г.П-, Миронов Е.И. Интенсификация процесса измельчения глиноземсодержащих спеков в стержневых мельницах. — Обогащение руд, 1975, №4, с. 19-21.

20. Биленко Л.Ф., Орлов Ю.И. Совместное измельчение материалов разной прочности. — Труды ин-та Механобр., вып. 140, 1975, с.61-67.

21. Разумов К.А., Перов В.А., Заеревич В.В., Биленко Л.Ф. Fundamental consepts of ball mill grinding. — "Minerals Processing", Febr., 1969, p.8-11.

22. Биленко Л.Ф., Сизяков В.М. и др. Промышленные испытания схемы трехстадийного помола руды совместно с известняком. — Труды ВАМИ, №3. 1975, с.158-166.

23. Биленко Л.Ф., Алексеев О.В. и др. Интенсификация работы мельниц 3.2X15 м. - Труды ВАМИ, №3, 1975. с.167-173.

24. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Костин И.М. Исследования применимости уравнения кинетики к оценке измельчаемости руд. — Труды ин-та Механобр, 1978, с.24-32.

25. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Костин И.М. и др. Подготовка шихты на Ачинском глиноземном комбинате. — Цветные металлы, №11, 1979, с.61-65.

26. Биленко Л.Ф., Костин И.М., Дашкевич Р.Я., Ильинич В.М. Проверка применимости уравнения кинетики К.А. Разумова к процессу измельчения материалов разной твердости и крупности. — Труды ин-та Механобр, Л: 1980, с.84-90.

27. Биленко Л.Ф., Костин И.М., Дашкевич Р.Я. Закономерности совместного измельчения разнопрочных компонентов в шаровых мельницах, Тезисы докладов конференции. Л: 1981, с. 12.

28. Билонко Л.Ф., Костин И.М., Киселев А.И. Совместное измельчение различных материалов в шаровых мельницах. Труды ин-та Ме-ханобр, Л: 1982, с. 16-22.

29. Патент США. №4.256.709 от 17.03.1981 г.

30. Патент Испании №48192 от 31.03.1980 г.

31. Патент ФРГ №Е 292375602 от 28.10.1982 Г.

32. Патент Канады №1.120.236 от 23.03.1982 г.

33. Патент Португалии №69759 от 23.10.1980 г.

34. Патент Великобритании №2051021 В от 14.06.1981 г.

35. Патент Венесуэлы №41051.

36. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Киселев А.И. О рациональном режиме измельчения компонентов а производстве глинозема по способу спекания. — Цветные металлы, 1985. №6, с.53-55.

37. Биленко Л.Ф., Скарин О.И., Яшин В.П. Влияние физико-химических особенностей бокситов и жидкой среды на их измельчаемость. — Обогащение руд, 1984, № с.7-10.

33. Зенькова H.A., Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я. и др. О кинетики измельчения нефелина и известняка в присутствии гуминозного бурого угля. — Цветные металлы, 1986, №5, с.46-47.

39. Авторское свидетельство №1314572 (СССР). Способ переработки глиноземсодержащего сырья./ВАМИ, Механобр, Авт. изобрет. Срибнер Н.Г., Биленко Л.Ф.. Костин И.М., Сатаев И.Ш. Заявл. 8.04.1985, №3879347.

40. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Логачев В.П. Оптимизация технологии измельчения руды. — Цветные металлы, 1991, №6, с.66-68.

41. Биленко Л.Ф.. Пивнев А.И., Логачев В.П., Дашкевич Р.Я. О возможностях классификации пульпы высокой плотности в схемах подготовки глиноземсодержащей шихты. — Обогащение руд, 1993, №4, С. 12-17.

42. оиленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И.. Логачев В.П. Особенности приготовления известняково-нефелиновой шихты глиноземного производства. — С-Петербург, 1993 г. 190 с,

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ....................3

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ .............................7

1. Литературный обзор по совместному измельчению разных компонентов..........................., ,7

2. Изучение кинетики измельчения сырьевых компонентов в лабораторных и промышленных мельницах.....9

3. Изучение закономерностей совместного измельчения компонентов сырьевой шихты глиноземного производства .................................18

3.1. Лабораторные исследования .................. 18

3.2. Распределение компонентов по классам

при совместном измельчении .............'.... 20

3.3. Полупромышленные испытания совместного

помола известняка и нефелиновой руды ......... 22

3.4. Промышленная проверка положения

о независимом измельчении компонентов в шаровой мельнице ........................ 24

4. Особенности выбора технологических схем при совместном измельчении материалов разной

прочности ..................................,. 2й

5. Промышленная проверка основных закономерностей совместного измельчения

материалов разной прочности ..................... 35

6. Технологические схемы подготовки известняково-нефелиновой шихты..................42

7. Опыт освоения проектной технологии дробления и измельчения сырья на Ачинском глиноземном комбинате....................................47

8. Разработка и внедрение технологии совместного измельчения компонентов известняково-нефелиновой шихты.......................................51

8.1. Освоение трехстадиальной схемы

измельчения нефелиновой руды ........*'.•......52

8.2. Освоение технологии четырехстадиального измельчения нефелиновой руды ...............53

8.3. Результаты освоения усовершенствованной технологии размола сырьевых компонентов...... . 56

8.4. Метод расчета крупности помола компонентов

в измельченной двухкомпонентной шихте ........60

9. Разработка и освоение технологии замкнутого

цикла измельчения нефелиновой руды ..............62

10. Показатели работы сырьевого цеха АГК по

этапам освоения ........................... .... б6

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ......................................73

ЛИТЕРАТУРА ............................. ........... 74

■ Л 68.т.100.96г.Механобр.