автореферат диссертации по металлургии, 05.16.03, диссертация на тему:Разработка и внедрение новой технологии приготовления глиноземсодержащей шихты при комплексной переработке нефелинов

л . 1 19 >

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Красноярский институт цветных металлов

На правах рукописи

Пивнев Александр Иосифович

Разработка и внедрение новой технологии приготовления глиноземсодержащей шихты при комплексной переработке нефелинов

(Специальность 05.16.03 — Металлургия цветных и редких металлов)

ДИССЕРТАЦИЯ

в форме научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск—1994

Работа выполнена на Ачинском глиноземном комбинате и в Красно-ягском институте диетных металлов.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор кандидат технических наук, доцент

Поляков П- В. Дашкевич Р. Я.

Абрамов В. Я. Титовский А. В.

Ведущее предприятие: АО «Волховский алюминиевый завод»

3 О

Защита состоится и » июня 1994 г. [. часов на заседании специализированного Совета

Д. 004- 03. 01 при Красноярском институте цветных металлов.

Адрес: 6()0025, г. Красноярск, проспект Красноярский рабочий, 95. Отзыв на диссертацию с заверенной подписью просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Красноярского института цветных металлов-

Диссертация разослана « » мая 1994 г. Ученый секретарь специализированного Совета нандидат технических наук, доцент Дергачев Н. М.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРНО ТИКА РАБОШ

Актуальность проблемы. Для промышленного производства глинозема до настоящего времени используются в основном бокситовые руды. В последние десятилетия в России вследствие отсутствия высококачественных бокситов в промышленном масштабе внедрена технология комплексной переработки щелочных алюмосиликатов (нефелиновых руд и концентратов) с получением глинозема, соды, поташа, сульфатов, хлоридов, редких металлов и строительных материалов (цемента и др.).

В технологической схеме комплексной переработки нефелинов важное место занимает процесс подготовки исходной сырьевой смеси из нефелина и известняка заданного химического и гранулометрического состава. Затраты на приготовление шихты занимают примерно 10-15$ в себестоимости глинозема без стоимости сырья. 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, материалов и увеличения извлечения ценных компонентов.

Особенностью процессов подготовки сырьевой шихты в глиноземной промышленности является не раскрытие сростков полезных минералов, а -раздельное и на определенной стадии совместное измельчение разнопроч-ных компонентов (нефелиновая руда или концентрат и известняк) с целью доизмельчения до требуемой крупности и гомогенизации вещественного состава с необходимостью получения заданного соотношения их в классах крупности.

Нефелиновая руда по своим физико-механическим свойствам существенно отличается от известняка. Так, она в 2-2,5 раза тверже,прочнее, чем известняк.

. При совместном помоле твердой нефелиновой руды и мягкого известняка, когда не учтена оптимальная исходная крупность их перед смешением, крупные классы шихты оказываются обогащенными более твердым компонентом, более мягкий концентрируется в мелких классах, что в последующих процессах переработки затрудняет прохождение твердофазных реакций, определяет избирательный пыяеунос 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.

Приготовление сырьевых смесей из разнопрочных компонентов характерно и для других отраслей промышленности (например, цементной). В настоящее^время. в технической литературе практически отсутствуют сведения по вопросам подготовки сырьевых смесей из разнопрочных компонентов в промышленных условиях.

Управление многостадийными технологическими схемами традиционно осуществляется с помощью локальных систем управления с использованием вторичных приборов и регуляторов, устанавливаемых на щитах КИПиА, что не обеспечивало качество получаемой глиноземсодержащей шихты по химическому составу.

В этой связи исследование и разработка оптимальной автоматизированной с помощью персональных компьютеров и микропроцессорных конт роллеров технологической схемы приготовления глиноземсодержащей спе-кательной шихты из нефелина и известняка является актуальной задаче!

Цель работы. Разработка технических решений и на их основе создание и внедрение усовершенствованной автоматизированной технологической схемы подготовки исходной сырьевой смеси (известшково-не$е-линовой шихты) оптимального гранулометрического состава с заданным распределением твердого и мягкого компонентов по классам крупности для получения максимального извлечения ценных компонентов в последу ющем процессе спекания.

Задачи исследования. I. Анализ существующих схем шихтоподго-товки сырьевой шихты, состоящей из нефелиновой руды или нефелинового концентрата и известняка, с целью определения возможности их усс вершенствования й повышения технико-экономических показателей.

2. Изучение закономерностей совместного измельчения разнопрочных компонентов с целью разработки усовершенствованной технологии приготовления шахты заданного гранулометрического состава.

3. Испытания и внедрение замкнутого цикла измельчения твердое компонента - нефелиновой руды, в схеме приготовления известняково-несуелиновой шихты в условиях жесткого ограничения влажности пульп по стадиям приготовления на оборотных содовых растворах с содержанием щелочил/ 80 г/дм3 и температурой л/ 60°С.

4. Исследование влияния гранулометрического состава нефелиновой шихты на показатели спекания и расход энергии на измельчение, сопоставление его с увеличением извлечения ценных компонентов в последующих переделах.

5. Разработка концепции и алгоритмов автоматизированного упрг ленкя процессом приготовления известняково-нефэлиновой шихты с

делью обеспечения заданного технологического регламента работы отельных стадий процесса и требуемого состава исходной сырьевой дихты.

Научна? новизна. Методологическую новизну работы определяет комплексный подход к проблеме получения глиноземсодержащей неаелино-известняковой шихты заданного гранулометрического состава с определением максимально возможного извлечения ценных компонентов и минимизации затрат энергии на измельчение.

В промышленном масштабе подтверждена важная закономерность процесса помола о независимости измельчения каждого компонента смеси.

Основные положения совместного измельчения разнопрочных компонентов с опережающим измельчением твердого компонента проверены в промышленных условиях и внедрены в практику приготовления известня-ково-нефелиновой шихты для получения глинозема методом спекания.

Впервые разработана и внедрена технология измельчения твердого компонента шихты - нефелина - в замкнутом цикле в условиях измельчения его на оборотных содовых растворах и жесткого требования к влажности шихты по стадиям приготовления.

Теоретически разработана концепция построения многостадийных аппаратурно-технологических схем приготовления сырьевых смесей, состоящих из нескольких компонентов, с возможностью получения при их реализации шихт заданного химического и гранулометрического состава.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований разработаны принципы построения схем шихтолодготавки при получении глинозема методом спекания из нефелиновых руд или нефелинового концентрата.

Разработана прогрессивная схема подготовки шихты из разнопрочных компонентов с опережающим измельчением твердого компонента в замкнутом цикле с гидроциклонама на I стадии и на Ачинском глиноземном комбинате внедрена усовершенствованная схема приготовления гли-ноземсодержащей шихты. Разработанные алгоритмы автоматизированного управления процессами шихтояодготовки реализованы в АСУТП, построенной по иерархическому принципу. В процессе создания АСУТП впервые в отрасли апробирован и используется в промышленном масштабе вариант бесприборного управления многостадийным технологическим процессом.

Новая автоматизированная схема шихтояодготовки позволила снизить расходы энергии и шаров, увеличить количество выпускаемой шихты, снизить крупность измельчения нефелина и шихты в целом, повысить качество шихты и опека, увеличить извлечение полезных компонентов из руды.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсувдались на межотраслевой научно-практической конференция в ШИ "Механобр", г.Ленинград, 1986 г., межотраслевом совещании "Микропрс цессорная техника в управлении технологическими процессами".г.Ачинс 1993 г., на научно-технических советах институтов "Мдханобр", ВАШ КИВД в 1988-1993 гг.

Публикации. Материалы работы опубликованы в двух книгах, учебном пособии, двух статьях и шести описаниях авторских свидетельств.

Состояние вопроса по литературным данным. 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 двухкальциевы силикат.

Важнейшим фактором, определяющим качество спека, следует счита уровень возможного извлечения оксидов \цеиных компонентов, так как с повышением извлечения уменьшаются расходные коэффициенты по сырью, основным и вспомогательным материала^ для получения одной тонны гл нозет. Основные физико-химические превращения происходят при спека нии тонкодисперсной шихты и завершаются при частичном оплавлении по лучаемого спека. Причем, определяющее значение для'получения качест венного спека имеет постоянная степень его оплавления. Размеры частиц исходных сырьевых компонентов существенно влияют на взаимодейст вие манду составляющими элементами шихты при спеканйи и в значитель ной мэре определяют уровень извлечения полезных компонентов.

-Проведенные до настоящего времени исследования;ставили своей целью определение оптимальной крупности составляющих нефелиновой ши ты с точки зрения получения качественного спека с максимальным извл чением ценных компонентов без оценки затрат на измельчение исходных сырьевых компонентов до требуемой величины.

Все авторы этих исследований рекомендуют оптимальную крупность нефелиновой составляющей не более 4,0$ кл.+0,08 мм, известняковой -с содержанием фракции более 0,08 мм 5-12$ в зависимости от структур ных особенностей известняка и степени его самодиспергирования при декарбонизации.

Кроме того, процесс измельчения рассматривался до сих пор как механический процесс, который не влияет на реакционную способность твердых веществ. Однако, за последнее десятилетие получено много новых данных о влиянии различного рода механических воздействий на

твердые котптадлячсоыав вещества с более глубокой перестройкой их структуры и изменением молекулярной массы [1

Применяемые в настоящее время на глиноземных заводах,перерабатывающих нефелины (Ачинский глинозелшый комбинат, Вэлховский алюминиевый завод и Пикалевское акционерное общество "Глинозем"), схемы приготовления шихты имеют ряд существенных недостатков.

Общим недостатком всех схем является переизмельчение известняковой составляющей и недоизмельчение нефелиновой, что ухудшает качество сдека, снижает производительность печей спекания. Это объясняется, в основном, тем, что яри компоновке схем не учтены физические свойства перерабатываемого сырья, а именно - различная его ез~ мельчаемэсть.

Существенным недостатком приведенных схем является также невозможность использования замкнутых циклов измельчения из-за низкой влажности пульп по стадиям приготовления шихты.

Еще одним недостатком схем подготовки сырья в глиноземной промышленности является использование трубных мельниц, которые в данном случае имеют низкую эффективность и удельную производительность,особенно при измельчении нефелиновой руды.

Удельная производительность мельниц Ачинского глиноземного комбината при измельчении нефелина по классу -0,08 мм равна 0,4-0,5т/м3ч. Удельные производительноета мельниц ^ 2,2x13 м при измельчении нефелинового концентрата на Волховском алюминиевом заводе и об^епинет™ "Глинозем!', также низки и составляют 0,3-0,4 т/м3 ч, что значительно ниже средних показателей, достигнутых в обогатительной промышленности.

Так как исходными компонентами глиноземсодержащей шихты при переработке нефелинов являются материалы, имеющие различные физико-химические свойства, в том числе и измельчаемость, то выбор рациональных схем и режимов измельчения имеет ряд особенностей.

Для возможности выбора рациональных схем и режимов измельчения руд, получения заданной характеристики крупности готового продукта и оптимального распределения компонентов до классам крупности очень важно знать'поведение в мельнице отдельных составляющих, различных по своим физическим и механическим свойствам.

Для получения заданного состава шихты по фракциям крупности с целью обеспечения наиболее- полного извлечения полезных компонентов и комплексного использования сырья, сырьевые составляющие должны смешиваться при определенной дисперсности каждого из компонентов.

Закономерности совместного помола изучены еще недостаточно глубоко. и полно. В частности, нет однозначного ответа на вопрос о том,

с какой крупности мояно смешивать разнопрочныэ компоненты,чтобы при дальнейшем совместном измельчении получить заданное их соотношение во всех классах шихты. Нет еще детальной проработки применения установленных закономерностей к расчету схем подготовки шихты из разно-прочных компонентов. Не решены и другие вопросы, связанные с закономерностями поведения разных материалов при их совместном измельченш

Ниже излагаются некоторые попытки решения указанных закономерностей применения их к промышленным процессам приготовления шихты в глиноземной промышленности на примере измельчения нефелиновой руды V. известняка, составляющих сырьевую базу Ачинского глиноземного комбината.

В настоящей работе с использованием теоретических основ прогнозирования конечных результатов совместного измельчения компонентов определяются принципы построения схем приготовления шихт из разно-прочных компонентов. Приводятся данные промышленных испытаний и последующего внедрения 'в производство различных технологических схем совместного измельчения нефелиновой руды и известняка с разработкой алгоритмов автоматизированного управления и внедрения на их основе микропроцессорной системы управления многостадийным технологическим процессом.

Материал и методика исследований. Работа проводилась в условиях предприятий: Ачинского глиноземного комбината, институтов "Механ: КИВД, ВАМЙ, в рамках научно-технического сотрудничества. В работе ж пользовались стандартные установки, оборудование и приборы.

Химический состав исходных сырьевых компонентов, шихт, спеков I яшамов определялся на квантометре вШи^Т!^ ) фазовый состав спеков и шламов на аппаратах ДРОН-2, ДРОН-3. Статистическая обработка полученных данных выполнялась на ЭВМ М-6000.

Промышленные испытанет проводились в отделении приготовления шихты сырьевого цеха Ачинского глиноземного комбината по специально разработанным программам с использованием стандартных методик опроб; вания процессов и обработки полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Теоретическое и экспериментальное обоснование и прошпшэнно« использование опере;2ающего измельчения рудного компонента шихты для спекания

1.1. Промышленные испытания совместного измельчения разнопроч-ных компонентов известняково-нефелиновой шихты.

На практике при измельчении руд приходится зачастую иметь дело

со смесью минералов, имеющих различные физико-химические свойства, в том числе и измельчаемость.

Ряд авторов (Холмс, Патчинг, Фюрстенау, Келсал, Перов В.А., Биленко Л.Ф. и др.) в лабораторных условиях установили ванную закономерность процесса измельчения: каждый минерал измельчался по одному и тому же закону, независимо от его содержания в измельчаемой смеси. Кинетика измельчения минерала описшается одним и тем же уравнением, независимо от количества минерала в смеси.

На основании ранее проведенных лабораторных и полупромышленных опытов совместного измельчения компонентов шихты, поступающих в сырьевой цех глиноземного предприятия, было предложено изменить схему подготовки снрья. Проектной схемой предусматривалось раздельное измельчение известняка и нефелиновой руды с последующими смешением и домолом шихты в домольных мельницах до необходимой крупности [23. I В предложенной схеме предполагалось увеличить производительность

I рудных мельниц размером 3,2x15 м с 35-40 тА до 80-100 т/ч. Затем I грубоизмельченная нефелиновая пульпа дозировалась в известняковые ! мельницы совместно с дробленым известняком крупностью 25-0 мм и оборотным раствором в соотношении, необходимом для выдерживания заданного химического состава шихты. Причем, в этом случае при смешении и дозировке материалов на входе в известняковые мельницы число управляемых потоков на единицу больше числа требований, предъявляемых к составу смеси (влажность и известняковый модуль), что обеспечило возможность* разработки автоматизированного управления химическим составом шихты.

Таким образом, нефелиновая руда по новой схеме проходит три стадии помола, а известняк совместно с рудой - .две стадии.

Испытания проведены при различных режимах работы рудных и из-* вестняковых мельниц.

По результатам проведенных- опробований рассчитаны удельные производительности всех мельниц по готовому продукту - классу -0,08 мм - при разных производительностях до общеь^у питанию.

• Зависимость удельной производительности мельниц по готовому продукту от общей производительности для всех трех стадий измельчения приведена на рис.1.

ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ мЕЛЫШЩ 3.2x15 ы ПО ГОТОШмУ КЛАССУ ÜT ОБЩ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

зависимость относительного содержания

•н&даиюши руда в классе крупнее о.оэ ш

шихты от вркмеш предварительного 1шш.ченш

О

о н

§ i ш

н со

« о

ti -

Й ° ГЦ

m m

¡s ¡r

S, к

Cí Ш

5

0.8. 0.7 0,6 0.5 0,4 0.3 0.2 0.1

■и к-

/ ГА

^ / ' У у

У у

А А& f ь г>

о / <

/ 7

20 40 60 80 100 120 2

a ,

w. -0

Производительность рудной мельницы по питанию, т/ч

О

40 80 120 160 200 220

Производительность известнякопой мельницы и мельницы домола по витанию, т/ч

1 - известняковая мельница

2 - рудная мельница

3 - мельндца домола

Рис.1.

о,

с

а> а:

0.5

1.0

Относительное содержание нефелина в классе крупнее 0,08 мм

Рис.2.

Из рис.1 можно сделать вывод о том, что наиболее рациональная, экономичная работа трубных мельниц 3,2x15 м достигается при следующей производительности: рудных - 90-110 т/ч; известняковых - 190-2; (известняк + нефелиновая пульпа); домольных - 190-210 т/ч (по пшхт( На этих производительностях по сравнению с проектной схемой № симально используется полезная энергия шаровой загрузки, мельницы имеют максимальную удельную производительность по готовому продукту наименьший расход шаров, наилучшую эффективность измельчения.- По результатам исследований рассчитаны удельные производительности мельниц отдельно .для нефелина и известняка при совместном измельчении и су тарная фактическая производительность.

Совпадение расчетных и фактических производительноетей подтве! ждает важную закономерность процесса измельчения смеси:- каждый компонент смеси измельчается независимо от присутствия других кошонеь

тов. „

■В результате внедрения и эксплуатации трехстадикной схемы измельчения нефелиновой руды средняя удельная производительность мел!

ниц сырьевого цеха по готовому классу возросла до 0,58 тЛ^.ч вместо 0,48 т/м^ч по проекту, улучшилось распределение нефелина и известняка по классам крупности. Так, содержание нефелина в классе +0,08мл снизилось до 48-52$ вместо 70-90$ при эксплуатации проектной схемы. . Новая схема позволила улучшить технико-экономические показатели работы цеха, достичь проектной выработки шихты, повысить ее качество, улучшить распределение компонентов по классам крупности. Снизился безвозвратный пылеунос известняка из печей спекания.

Внедрение совместного измельчения нефелиновой пульпы и дробленого известняка позволило практически реализовать задачу автоматизированного управления химическим составом шихты.

Однако, крупность нефелиновой составляющей шихты, подаваемой на спекание, продолжала оставаться высокой (10-12$ кл. +0,08 мм), что сникало качество -спека по извлечению ценных компонентов.

1.2. Расчет необходимой крупности исходных компонентов шихты перед смешиванием.

В схемах приготовления глиноземсодержащей шихты при.расчете необходимой крупности исходных компонентов перед смешиванием задача состоит в том, чтобы по лабораторной кинетике измельчения компонентов найти оптимальное -распределение объемов или мощностей мельниц для отдельного измельчения твердого компонента и измельчения смеси с целью получения каждого компонента в шихте с -заданным содержанием остатка на определенном сите. Зту задачу приходится решать в двух случаях:

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

2. На действующем предприятии рационально распределять 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, моино приравнять отношению соответствующих времен-для измельчения в промышленных мельницах.

" Для того, чтобы оба компонента в схеме приготовления шихты измельчались до заданной крупности (-например, 10$ остатка на сите 0,08мм), необходимо, чтобы общее время (отдельного и совместного измельчения), в течение которого измельчается компонент, бшю равно или Ь-2 соответственно .для твердого и мягкого компонента, то есть времени доведения каждого из компонентов до заданной крупности. Допустим, что после

■s.

измельчения до определенной степени твердого компонента к нему добав ляется не измельченный (а только дробленый) мягкий компонент и в дальнейшем они измельчаются совместно. В этом случае врещ измельчения смеси определяется временем доведения до заданной крупности мягкого компонента, то есть: i.cM = iz (I)

Твердый компонент в смеси измельчается то же самое количество времени ( Ьш). Время предварительного измельчения твердого компонента (tap) перед смешиванием определяется по разности: tnp= или с учетом (I): •fcfip-'fci-tz (2)

В итоге общее Еремя измельчения твердого компонента составит

и

, а мягкого

Уравнение (2) выражает основную зависимость 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 формуле (2) должно быть увеличено или ¡уменьшено. В этом случае в эту формулу необходимо ввести коэффициент опережающего--измельчения Х- . С учетом этого коэффициента уравнение перепишется следующим образом:

iap = ti-ltz (3)

Значение ' из этого уравнения равно: . -tap

/ ** Ь г (4)

Проанализируем это равенству. При А- =1 мы будем получать в продукте измельчения смеси равномерное соотношение компонентов в расчетных классах, равное соотношению их в общем составе шихты. ПриХ>1 время предварительного измельчения твердого компонента будет уменьшено и в расчетном классе смеси его содержание будет больше чем в среднем составе шихты. При I время предварительного измель чения твердого компонента будет увеличено и в крупном классе его содержание будет меньше, чем в среднем составе шихты, то есть твердый компонент будет измельчен более тонко по сравнен™ с мягким.

Следовательно, а зависимости от величины коэффициента Х- твердь компонент будет измельчен до крупности больше или меньше 10% расчетного класса, и содержание его в этом классе будет изменяться от какс го-то максимального значения до 0. При каком-то inp , когда Л-« I, в расчетном классе будет находиться только мягкий компонент.

Форьгула (3) дает то значение предварительного временя измельчения твердого компонента, в течение которого его необходимо измельчат

чтобы яри дальнейшем совместном измельчении с мягким получить заданное соотношение твердого и мягкого компонентов в классах крупности шихты. Величина коэффициента опережающего измельчения JL не зависит от соотношения твердого и мягкого компонентов в смеси, а зависят от временя предварительного измельчения твердого компонента я от времени измельчения смеси, а значит - от характера измельчаемых материалов,' от соотношения их измельчаемзстей. прочностных свойств и пр.

1.3. Промышленная проверка принципа опережающего измельчения твердого компонента. Разработка и внедрение новых технологических схем приготовления шихты.

Положение об опережающем измельчении твердого компонента можно проверить по результатам изучения кинетики измельчения известняка и нефелиновой руды в промышленных трубных мельницах 3,2x15 м[2}.

По уравнениям кинетики промышлеиного измельчения компонентов шихты определено 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. Время предварительного измельчения нефелиновой руды на I стадии перед совместным помолом с известняком до крупности 30$ остатка на сите 0,08 мм составило 20 мин. По форщле (4) определим коэффициент J, , который оказался равнымX =0,825. Видно, чтоХ<1. По результатам химического анализа конечной шихты и класса -Ю.08 мм за период отбора проб для определения кинетики измельчения определено, что содержание нефелина в классе -Ю.08 мм составляет 36,3$, а в среднем составе шихты - 42,4$, то есть нефелин в шихте измельчен тоньше, чем известняк.

Трудность определения "t-f atz в промышленных мельницах заключается во влиянии на процесс измельчения множества переменных факторов (плотность пульпы, количество и ассортимент мелющих тел в мельнице, крупность поступающего материала, производительность мельниц и т.п.). Кроме того, определение временя измельчения материала в промышленных мельницах весьма трудоемко. Поэтому .для промышленных мельниц удобнее пользоваться другим показателем, например, временем измельчения единицы веса материала^мин/т) в общей схеме его переработки или при измельчения на данной стадии.

Наш проведен анализ работы отделения приготовления шихты и проверены основные закономерности совместного измельчения разнопроз ных компонентов (нефелиновой руды и известняка) по времени измельчения, например, I т нефелиновой руды по стадиям приготовления шихты.Время измельчения I т нефелиновой руды определено за каждый месяц 1977, 1978 и 1979 гг.

■л

Из приведенных данных следует,■что время предварительного измельчения нефелиновой руды (до совместного измельчения с известняке в период 1976-1978 гг. (работа цеха по трехстадийной схеме) равняет 1,022 мин/т. С переходом на четырехстадийную схему, то есть с перез дом четырех мельниц на вторую стадию измельчения нефелиновой руды.: время увеличилось до 1,3-1.5 мин/т. С увеличением времени предварительного измельчения крупность нефелиновой пульпы по классу +0,08 1 поступающей в известняковые мельницы, снизилась с 27-30 до 13-14$, крупность измельчения конечной шихты снизилась с 10-12$ кл.+0,08 ьп до 6-8$ в 1979 году. Время же измельчения нефелиновой руды совмест! с известняком практически не изменялось при работе на обеих схемах Следовательно и Еремя измельчения известняка так-ке не изменялось. Степень измельчения известняка осталась практически неизменной.рас ное содержание класса +0,08 мм в конечной шихте .для него колеблете в пределах 8-9$. В данном случае на большом практическом материале еще раз подтверждается независимость совместного измельчения разли' ных по измельчаемое™ материалов.

С увеличением времени предварительного измельчения нефелина,щ практически неизменном времени совместного измельчения, содержание нефелина в классе +0,08 мм шихты снижается. То есть, на дромцшленн] данных наблюдается взаимосвязь между временем предварительного из г,« чения твердого компонента и количеством его в расчетном классе, ус новленная в лабораторных опытах совместного измельчения нефелшюЕО! руды и известняка.

На рис.2 приведена зависимость времени предварительного измел: чения нефелина от относительного его содержания в расчетном классе ( ^ ), которое равно отношению содержания нефелина в классе +0,08 ] к содержанию его в общей шихте.

Функциональная зависимость между рассматриваемыми величинами-выражается следующим уравнением: "Ьпр =-0,83\1 + 1,997 (5)

Таким образом, на промышленных данных показано, что при увели1 нии времени предварительного измельчения нефелиновой руды перед совместным измельчением с известняком содержание нефелина в классе +0,08 мм с-нижается и, при определенных условиях, становится меньше чем в среднем составе шихты.

Используя уравнение (5), можно оценивать эффективность измель' ния твердой составляющей в схеме приготовления глиноземной шихты, сравнивать различные варианты схем, повышать эффективность работы оборудования, улучшать качество конечной шихты и т.д.

В 1983-1985 гг. в сырьевом цехе освоена новая технология четы]

стадийного измельчения нефелиновой руды при совместном поколе с известняком на 3 я 4 стадиях С23, предусматривающая более тонкое измельчение нефелина в шихте по сравнению с известняком для улучшения качества спека и повышения извлечения полезных компонентов из руда. Общее время измельчения единицы веса нефелина в схеме приготовления шихты должно быть не меньше рассчитанного по уравнению:

Zh = X Ки х (1,334),33V) (6)

где: 'Гц - общее время измельчения единицы веса нефелина в схеме;

Ти - время измельчения единицы веса известняка до заданной крупности; '

К и - коэффициент измельчаешсти;

у - отношение содержания нефелина в классе -+0,08 мм готовой шихты к содержанию его в общей шихте 3 .

Испытания новой технологии подготовки шихты начаты в 1979 году постепенным переводом тлеющихся 12 рудных мельниц на двухстадийное измельчение. Увеличение отношения времени предварительного измельчения единицы веса нефелиновой руды к общему времени ее отработки с 0,38 по трехстадяйной схеме до 0,43 в 1979 году и до 0,46 в IS82 году достигалось постепенным перераспределением имеющегося парка мельниц между стадиями. С 1983 года внедрена схема со следующим распределением мельниц по стадиям: I стадия - 8 мельниц (J3 15-22); П стадия -4 мельницы (J5 11-14); Ш стация - 8 мельниц (JS 1-8) и 1У стадия -7 мельниц (й 9. 10. 23, 24. 25. 26 и 27).

Результаты испытаний и внедрения новой технологии подготовки шихты приведены в табл.1.3.1. Видно, что отношение времени предварительного измельчения единицы веса нефелина к общему времени его измельчения увеличилось с 0,33 до 0.46, что на 21% выше по сравнению с трехстадийной и количество нефелина в классе -Ю.08 мм шихты равно 0,84-0,87, то есть меньше единицы.

Промышленные испытания и результаты длительной практической работы показали, что по предложенной технологии нефелин измельчается более тонко (в шихте на спекание) по сравнению с известняком. Снижается также общая крупность помола шихты. Это способствует улучшению качества опека я повышению извлечения полезных компонентов из руды.

С повышением времени измельчения нефелина в схеме приготовления шихты снизилась крупность измельчения шихты с 9,1-9,3$ класса +0,08мл до 6,0-6,5% этого класса, а крупность измельчения нефелина в шихте уменьшилась с 11% до~5% класса -$,08 мм. Это позволило улучшить качество спека я повысить извлечение компонентов из сырья (табл.I.3.1)

2. Классификация пульп высокой плотности в схемах подготовки глиноземсодержащей шихты.

2.1. Обоснование возможности замыкания цикла на I стадии измел. чения нефелиновой руды С 43.

Известно, что основная доля расходов мелющих тел, электроэнергии, футеровочной стали в сырьевом цехе приходится на измельчение руды. Одним из путей интенсификации процесса шихтолодготоеки, повышения технико-экономических показателей работы сырьевого цеха, сниж ния эксплуатационных расходов является замыкание цикла измельчения нефелиновой руды на первой стадии, то есть установка классифицируют: аппаратов, например, гидроциклонов.

Известно, что замкнутые циклы измельчения имеют значительно сЗо-лее высокую производительность по сравнению с открытыми циклами.так по данным К.А.Разумова, увеличение циркулирующей нагрузки от 0 до К увеличивает производительность мельницы на 50%, а мельница, работающая в открытом цикле,дает 'только 50$ теоретически возможной производительности. В нашем случае в операции классификации измельченной 1-|ульпы требуется получать сливы высокой плотности из-за ограничений по влажности шихты. Классификация в гидроциклонах тонкоизмельченннх и очень плотных пульп (с содержанием твердого 70-75$, как в нашем случае) с получением слива высокой плотности довольно затруднительна и почти нигде не применяется, так как гидроциклоны такую пульпу по крупности не разделяют. Однако, присутствие соды в пульпе облегчает условия классификации, так как содовые растворы при высокой температуре (30-60°С)-способствуют снижению еязкости пульпы и улучшению ее текучести.

"Кроме того, с переходом сырьевого цеха на новую технологию измельчения дробленого известняка совместно с предварительно изыельче! ной нефелиновой рудой появилась возможность большее количество оборотного раствора подать в рудные мельницы, так как он затем приходи1: в известняковые мельницы-вместе с нефелиновой пульпой. Расчеты показали, что если весь раствор, необходимый для приготовления шихты,подавать на первую стадию измельчения руда, то влажность нефелиновой пульпы, подаваемой в известняковые мельницы, может быть увеличена дс 50%, что шжет обеспечить деление по крупности в гидроциклонах с достаточно высокой эффективностью.

2.2. Опытно-промышленные испытания схемы замкнутого цикла.

С целью выбора оптимальных технологических режимов гидроциклон! рования опытно-промышленные испытания замкнутого цикла измельчения

Показатели качества шихты, излученные при проведении промышленных испытаний и внедрении четырехстаципной схемы измельчения нефелина

Таллина 1.3.1

Год

Время измельчения I т нефелиновой руды, мин/т

предварительного

общего по

схема

Отношение времени измельчения нефелина предварительного к общему

Время из-■мельчения I т известняка в схеме, мин/т

Относительное содержание нефелина в классе

+0,08мм!$елина шихты

Теорети чески необходимое время I измель-1 )чения 1 |1 т не-

Содеряание класса +0,08 мм в шихте на спекание, %

общее

в схеме]

I мин/т

для | для нефе- ¡извест лина няка

Извлечение из спека при стандарт ном выщелачивании,

глинозема

щелочей

Трехстадшная схема

1978 1,044 2,736 0,381 1,3028 1,162 2,7745 9,1 10,6 8,0 83,38 82,02

Четырехстадийная схема „

197Э 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

1Э82 1,2879 2,829 0,456 I,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

сл I

руды проеодилось на установке е отделении приготовления шихты сыры вого цеха Ачинского глиноземного комбината, смонтированной на мельницах & 3,2x15 м .'в 21-22 с гидроциклонами 4 500 ш. Эти испытания показали принципиальную еозш:шость классификации плотной нефелиновой пульпы, приготовленной на содовом растворе, по классу 0,08 мы. Показано, что разделение по крупности в гидроциклоне и показатели замкнутого цикла оказываются удовлетворительными при влажности в питании не ниже 35,0%, то есть при условии подачи большей части обе ротного раствора в цикл измельчения руды С5]. При этом величина цщ кулирующей нагрузки раина 80-120%, эффективность классификации 10-I Увеличение удельной производительности по готовой продукту (класс? -0,08 мм) составляет 10-20%.

Причина довольно низкой эффективности классификации в глдроци! лонах заключается в необходимости поддержания влажности слива в пр< делах 48-50%. Этот предел обусловлен необходимостью, во-первых, по; держивать влажность конечной шихты не выше 30,5% и, во-вторых,л/ 5/ объема раствора подавать в известняковые мельницы (Ш стадии) .для обеспечения стабильной работы АСУТП приготовления шихты. Эти жестш условия по количеству раствора, подаваемого в рудный цикл, создают определенные трудности по регулировке и оптимизации технологически? параметров мельниц и гидроциклонов при работе замкнутого цикла..

Таким образом, в процессе проведения опытно-промышленных испытг ний показана принципиальная возможность разделения по крупности шк ной нефелиновой пульпы, приготовленной на содовом щелочном растворе

2.3. Внедрение технологии измельчения нефелиновой руды в замм том цикле.

По результатам опытно-промышленных испытаний внедрение технолс гии гидроцикло шарования на мельницах первой стадии осуществлялось поэтапно с учетом их попарного соединения С2, 43. После выполнение монтажных работ последовательно на каждой паре мельниц проводилась наладка схемы с подбором технологических режимов с целью получения оптимальных показателей измельчения.

В процессе наладки схемы замкнутого цикла испытаны следующие параметры гидроциклонов: размер питающего отверстия 80x155; 55x155 и 35x155 мм; диаметр сливного патрубка 110; 120; 130 мм; диаметр песковой насадки 70; 80; 90 ым. Испытания проведены при разных ооот ношениях размеров сливного и пескового отверстий при трех диапазон; производительности мельниц по исходной руде: около 75; 80-90 и 100

В процессе испытаний выявился повышенный износ трубопроводов, подающих пульпу в гидроциклоны, а также Песковых коробок и Песковых

насадок гидроциклонов. Песковые насадки, изготовленные из резины, имела срок службы 3-4 суток. Металлические насадки с наплавкой из твердых сплавов служат 20-25 суток, причем за этот период их диаметр увеличивается с 70 до 90 мм. Насадки, изготовленные прессованием из корундового порошка на специальном клее, служат 40 дней.

Сливные насадки диаметром 108 (110) и 120 мм выполнялись из обычных стальных труб. Срок их службы оказался небольшим,не более месяца. Поэтому в дальнейшем в качестве сливных патрубков стали устанавливать керамические изоляторы от высоковольтных установок с внутренним диаметром 130 мм, которые оказались довольно износостойкими (служат более двух лет).хотя по размеру'внутреннего диаметра они не являются оптимальными. Циркулирующая нагрузка во всех случаях оставалась невысокой и колебалась в пределах 56-70%. Эффективность классификации составила 30-36$. Установлено, что при высокой плотности пятайия гидроциклонов (62-64$ твердого) достичь более высоких пока- ; зателей процесса классификации в гидроциклонах не представляется i возможным. , _ '

Проведенными испытаниями показано, что подавляющее влияние на показатели разделения пульпы в гидроциклонах оказывает плотность литания, то есть количество раствора, подаваемого в питание гидроциклона (в разгрузку мельниц). Другие факторы (производительность по исходной руде, влажность разгрузки мельниц, количество возвращаемого слива) оказывают меньшее влияние. . /

Для повышения технико-экономических показателей гидроциклониро-ваняя использованы следующие приемы: ^

I. Подача оборотного раствора в мешалку после мельниц.

' 2. Возврат части слива в питание гидроциклонов [6].

Для разбавления питания оборотный раствор, подаваемый в цикл измельчения, перераспределяется между мельницей и мешалкой посте мельниц в соотношения 70$ : 30$.

Часть слива гидроциклонов отводится в мешалку после мельниц (для разбавления питания) с помощью трубопроводов от напорной линии наcoca, откачивающего слив из сборного бака 3x3 м. Регулирование количества возЕращаешго слива производится с помощью поршневого регулирующего органа.

Проведены специальные испытания по выбору оптимального в данных условиях количества слива, возвращаемого в питание гидроцяклонов.при различной производительности мельниц по исходной руде. Объем возвращаемого потока слива изменялся от 40 до 100 аР/ч, то есть от 20 до 50$ от общего объема слива гидроциклонов.

С увеличением количества возвращаемого слива с 60 до 100 м3 увеличивается эффективность классификации в гидроциклонах с 25-3 до 36-37$ при одинаковой производительности мельниц (85 т/ч, а с кание готового продукта в сливе возрастает с 70 до 77$. Удельная изЕодительность мельниц по готовому продукту увеличивается с 0,5 0,59 тД^.ч, то есть на 11$. При снижении производительности до 75 т/ч показатели замкнутого цикла еще более улучшаются: повышав содержание готового класса в сливе до 80-83$, эффективность клас фикации - до 44-47$, а удельная производительность мельниц - до 0,62 тЛ^.ч. Содержание твердого в сливе гидроциклонов составлял этом 57-60$. Это говорит о том, что при разбавлении питания гидр лонов до 55-57$ твердого вместо 63-65$ показатели классификации, отсюда и показатели в целом замкнутого цикла измельчения, сущест но улучшаются.

Таким образом, в результате наладки и освоения схемы язмель ния нефелиновой руды в замкнутом цикле с гидроциклонами в технол подготовки глиноземсодержащей шихты были рекомендованы следующие жимы работы оборудования:

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

- содержание твердого в разгрузке мельниц - 70-72$, то есть влажность рагруэки - 28-30$;

' - содержание твердого в питании гидроцяклонов - 58-60$, то влажность 40-42$, при этом содержание твердого в сливе гидроцикл< должно контролироваться плотномером и поддерживаться в пределах 52-55$; (

- количество возвращаемого слива в питание гидроциклонов - ; 100 на каждой паре мельниц.

Наилучшие размеры насадок, определенные по результатам испы' ний, составляют: сливной 110 мм, песковой 80 мм. При этих размер; насадок обеспечивается оптимальная циркулирующая нагрузка (80-1; и высокая эффективность классификации.

Сравнение показателей работа мельниц отделения приготовлена шихты за длительный период до и после перехода на замкнутый цикл мельчения приведено в табл.2.3.1. Таблица 2.:

Год ■ Производит, мельн. Т/Ч1бТ Содерж. кл.+0,08мм в разгр., П ст., $ Расход на I т шихты Содержание кл. -Ю ,08мм в шихте,$ Цикл

эл.эн. квт.ч шаров, кг. цильдеб са.кг

1982-86 1988-92 72,7 69,0 12,7 10,2 37,23 36,40 1,03 0,72 0,595 0,416 6,3 6.2 открьи замкщ

Таким образом, данная работа показывает возможность классификации в гидроциклонах плотных пульп е определенных условиях. Это имеет важное значение для схем приготовления глиноземсодержащей шихты из нефелинов и известняков, так как такая технология позволяет повысить технико-экономические показатели передела-, снизить эксплуатационные расхода, оптимизировать условия работы мельниц, улучшить качестао шихты я извлечение полезных компонентов из сырья.

3. Исследование влияния гранулометрического состава нефелиновой шихты на показатели спекания и расход энергии на измельчение.

Спекание - сложный физико-химический процесс, и на величину извлечения полезных компонентов из спека влияют дисперсность материалов шихты, химический и минералогический состав сырья, дозировка известняка и соды к нефелиновой руде, теплотехнический режим работы печей и др. Доля влияния на ^ачество спека перечисленных факторов до настоящего времени в достаточной степени не отражена в литературе^ а имеющиеся сведения часто противоречивы. I

Следует отметить, что проведенные!до настоящего времени исследования ставили сЕоей целью определение оптимальной крупности составляющих нефелиновой штаты с точки зрения получения максимального извлечения ценных компонентов из спека без оценки затрат на измельчение исходных сырьевых компонентов до требуемой величины, которые в себестоимости I т глинозема составляют около 15$. Однако, как показывают практика работы обогатительных фабрик и результаты наших исследований кинетики измельчения нефелиновой руды и известняка, измельчение материала до крупности менее 10% остатка на сите 0,08 мм требует значительных затрат энергии [.23. Так, время измельчения известняка Мазуль-ского месторождения в лабораторной мельнице до крупности 10% класса +0,08 мм составляет 22,5 мин., до крупности 5% этого же класса -41,0 мин., для измельчения нефелина Кия-Шалтырского месторождения до указанной крупности в той же мельнице оно равно соответственно 50,8 мин. и 92,5 мин. Видно, что время, а значит и расход энергии на измельчение Кия-Шалтырской нефелиновой руды до крупности Ъ% класса ч0,08 мм,в 1,82 раза выше, чем до" крупности 10% этого же класса. При измельчении указанных материалов до крупности менее 5% по классу +0,08 мм расход энергии и затраты на измельчение возрастают еще более резко.

Полученные зависимости характерны для процесса шарового измельчения. который до настоящего времени является доминирующим в технологии шихтоподготовки крупнотоннажных производств, к которым относится процесс получения глинозема методом спекания из нефелиновых руд.

Целью этого раздела явилось изучение влияния крупности нефел и известняка на процесс спекания и физико-химические свойства спе Делается попытка установить границы интервалов по измельчен™ исх составляющих шихты, изменение крупности внутри которых не ухудшае качества спека при различном температурном режиме нагрева шихт.

Для исследования использовали известняк Мазульского и- нефели руду Кия-Шалтырского месторождений. Составы исходных шихт аналоги промышленным шихтам АГО. Скорость нагрева выбрана 5 и 10 град/мин температура спекания в опытах 1260+5°С. Гранулометрический состав фелина для первой серии опытов по кл.+0,08 мм изменялся от 3,2 до 15,9%, для второй серия - от 1,3 до 11,8%, известняка - соответст: но от 2,0 до 19,4% и от 2,9 до 16,2%. Качество спеков характеризо] степенью извлечения из'них оксида алюминия и щелочей, а также вел! ной усадки брикетов шихты при спекания.

Для?исследования поведения шихт, приготовленных из нефелина i известняка различной крупности, при нагревании нами использован tí графический метод анализа, результаты которого приведены на рис.3. Видно, что крупность известняка в исследуемых пределах не оказывав существенного влияния (содержание кл.+0,08 мм от 2 до 19,4%) на пс дение нефелиновой шихты в процессе нагрева (см.термограммы I и 2). Однако, при использовании для шихтовки мелкого нефелина термически превращения в шихте протекают несколько энергичней, о чем свидетел вует сдвиг площадки начала спекообразования в область более низких температур с 1050-1080 до 8S0-890°C. /

С загрублендем помола нефелина от 3.2-5,5 до 15.9% кл.+о\о8 к увеличивается температурный интервал от окончания разложения извес няка до начала оплавления шихты (см: кривая 1,2 и 3-5). Поэтому для обеспечения постоянного качества спека и степени его оплавления с выиением крупности нефелина необходимо увеличить время выдержки ни при температуре спекания или в различных пределах повышать темпера ру спекания. Результаты опытов по влиянию крупности известняка и н фелина на качество спека показаны на рис.4, 5. Видно, что максимал: ное извлечение глинозема и щелочей из спеков (см.рис.4) наблюдаете; при крупности известняка и нефелина по классу +0,08 мм 4-10% незав; симо от скорости нагрева шихт в исслепуемых пределах 5-10 град/мин

Снижение извлечения ценных компонентов из спеков при уменьшен! крупности известняка и нефелина по содержанию класса +0,08 мм мене« 4% происходит из-за большей степени оплавления спеков и увеличения по этой причине количества закрытых пор, что подтверждается повыше! ной величиной усадки брикетов шихт при спекания (см.рис.5).

а) скорость нагрева .5 град/иш

38г

б) скорость нагрева 10 градЛшк

8?

Щ

со

ВС

Ос 82

—- Ыг1'

А- ¿Л, к л

£ ¿п™ "" 35? К 2> 8 к

•д

О

20

31

90

83-88 87

Температура,

„ „ шахт •

Рис. 3. Термогратя.нгна основе пефолина(А) п дзвестпл-ка(В) тэазличпон крупности по классу +0.08 ш

1 - А 15.0$ п В 19.4$,

2 - А 15.9$ и В 2.0$,

3 - А 5.5$ п В 2.0$,

4 - А 3.2$ и В 2.0$.

5 - А 5.5? п В 19.4$.

4 3 12 18

Содержание в известняке Фракции +0.03 №!, $

Рнс. 4. Завпскг.остп извлечения А1о0о(1,2,3,4) и Ио0(1,2,3,4) из нефелиновых спеков от крупностл известняка при крупности пе?:з-лша по классу +0.03 ш :

а) - 3.2$(1,1), 5.5$(2,2). 11.152(3.3 , 15.3$ 4.4); г

б) -1.^(1.1). 5.2* 2,2), 7.6$(3,3) 11.3$(4,4).

а) скорость нагрева 5 град/шш

>>б) скорость нагрева 10 град/шн

Содержание в известняке фракции +0.08 г.г.1, $

Рис. 5. Зависимость диаметралъноп усадки брикетов нефелиновых Споков от крупности известняка при кратности нефелина по ад. +3.иСм:. 3.Щ)). 5.5$(2) 11.1$(3), 15.Э$(4 , 1.35(5), 5.2$(С), 7.5$ 11.355(8),

По-еидию^', при крупности помола составляющих шихты по классу +0,08 ш менее возможно снижение температуры спекания. Однако, при этом, согласно кинетике измельчения, резко возрастает расход энергии и шароЕ на достижение указанной крупности. Следует отметить что в перспективе при достаточно широком внедрении в крупнотоннажны производства аппаратов сверхтонкого измельчения возможно достижение более тонкого помола материалов с меньшими затратами.

Снижение извлечения ценных компонентов с повышением крупности известняка и нефелина по содержанию класса -Ю,08 мм выше 10-11$ объясняется увеличением температуры начала протекания реакции спеко-образования, о чем отмечалось выше (см.рис.3), и, по-аидишлу,замедлением скорости реакции. Поэтому не исключено, что в этом случае несколько повысить извлечение ценных компонентов из спеков можно ув личением продолжительности и температуры спекания шихт. Однако, в настоящее время в связи с резким повышением цен на энергоносители это бурет, очевидно, не целесообразно.

Таким образом, проведенные'исследования показали принципиальную возможность загрубления помола нефелиновой и известняковой составляющих шихты до крупности 8-9$ кл.+0,08 мм без снижения качества спекг Это позволит снизить расход энергии и мелющих тел на измельчение, повысить производительность мельниц.

Однако, внедрение указанного загрубления помола известнякоЕо-нефелиновой шихты возможно после проведения длительных промышленных испытаний. |

4. Автоматизированное управление технологическим комплексом.

Технологическая схема приготовления шихты содержит несколько стадий обработки сырья и промежуточных материалов. Каждая стадия пол чения шихты выполняет свои локальные функции, однако их совокупность обеспечивает требуемый состав готовой шихты по химическому и грануло метрическому составу С 7, 8]. Регламент работы отдельных стадий процесса приготовления шихты приведен в табл.4.

Таблица 4.1

Наименова- Наименование показателей Обозна Раз- Допустимые

ние стадий чение мер- границы

измельчения ность нижняя верхняя

V/- I стадия Влажность нефелиновой пульпы \У нл % 28.5 35

У 2-стадия Содержание кл.+0,08 мм & нп % _ 18

3 стадия Известковый модуль М из в доли ед 1,98 2,02

V Влажность пульпы \х/ ■% 28,5 30

4 стадия Содержание кл.+0,08мм в шихте с£ 6,5

и Узел оборот Содержание общ.щелочи в р-ре V г/л 85 -

ного р-ра Щелочной модуль в шихте Мщ доли ед. 1,04 1,08

Таблица 4.1. показывает, что общая задача управления процессом риготовления шихты монет быть разделена на следующие подзадачи:

1. Стабилизация влажности нефелиновой пульпы дозированием нефе-иноеой руды и оборотного раствора в мельницы I стадии измельчения.

Цель - обеспечение возможности надежного транспорта нефелиновой ульпы и получение готовой шихты заданной влажности.

2. Стабилизация крупности нефелиновой пульпы оптимальной загруз-ой мельниц 2. стадия измельчения.

Содержание класса -ИЗ.08 mi в шихте после 4 стадии определяется реимущественно результатами измельчения нефелиновой руды - твердого щрьевого материала - на всех стадиях. Поэтому получение пульпы определенной крупности после 2 стадии является важным условием .для обе-¡печения требуемой крупности готовой шихты.

3. Стабилизация известкового модуля и влажности известнякоЕО-[ефелиноЕой.пульпы на 3 стадии измельчения дозированием известняка, 1ефелиноЕой пульпы и оборотного раствора в мельницы С ЮЛ.

4. Стабилизация крупности готоеой шихты на 4 стадии измельчения. |ель - обеспечить требуемое содержание в ней класса -Ю.08 км.

5. Стабилизация щелочного модуля шихты приготовлением'оборотного раствора с определенным содержанием в нем щелочи С 9J.

Алгоритмы управления процессом приготовления шихты, обеспечивающие названные цели, достроены по каскадноьту принципу (рис.6). Типовой алгоритм включает: .

- блок компенсации возиущеняй (ЕКВ) - вычислительный блок EBI;

- блок обратной связи (ЮС) -блоки коррекции БК1 и суммирования БС1;

- блок динамической связи (БДС), который состоит из блоков вычислений ЕВ2 и ЕВЗ, коррекции Ж2 и суммирования БС2.

В блоке EBI по математической модели материального баланса процесса смешения рассчитывают необходимую величину дозировки ^"смешиваемых материалов, то есть такую дозировку, которая должна обеспечить заданную величину показателя JW качества смеси (влажность и химический состав). •

В блоке обратной связи до результатам прямых измерений показателей состава смеси}1 формируют динамическую поправку к вычислительному начальному значению дозировки (блок Ш1) и находят новое значение дозировки ^ (блок БС1).

Это значение передается в качестве уставка регулятору расхода одного из дозируемых материалов.

Передача осуществляется через блок динамической связи (БДС). Dh выполняет следующие функции:

ТИПОВАЯ СТРУКТУРА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ иизсш

ОУ - объект' управления БФ - блок Фильтрации РП - регуляторы потока БИ - блок измерения БОС- блок обратной езязп БКВ- блок компенсации

возмуцешш БДС- блок дииагдческоп СВЯЗИ

БК - блок корпекцпи БВ - блок вычислении БС - блок суммирования ПСП- подсистема согласования производительности стадии

ß ~ управляемых! параметр

з - заданное зиачеиае п - измеренное значен <Ъ - йпльтрошнное

значение о - расчетное значена начальных дозпроЕ

СТРУКТУРА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ КРУПНОСТЬЮ ШХТЫ'НА II/.СТАДИИ ПЗШЕЬЧЫИЯ

Пульпа

-Эч

е.

м

Ы1.

БДС 4

Tg-0.5r.inn Т2-=8Ч

" г?;

Ог

к а!

'ИТ!

<ь\ А

' IV

_, Шихта

Иёгл—>

БР2

+ ТГ14 г ГгфгьХА'

8й;

ЕСЯ

БС1

Зй; I о — 1 йь

I

Го -ь-I

Б0С2

¡_ БОС 1_

Б - бак Н - молышци Ш - блок изменения БДС - блок дппагпчес-

- • кол связи БОС - блок обратиоп связи

БР - блок регулирования

- краткость ишхты тс - откорректированное '

значение з - заданное значение п - измеренное значение

0 - расчетные значения

начальных дозировок , ¡V- помер стадии . размола

1 - число параллельно

работав^- 1.юлыиц

- вычисляет фактическую дозировку на основе прямых измерений расходов смешиваемых материалов (блок ЕВ2):

- формирует динамическую поправкук величине дозировки ^ (блок Ш2) и определяет значение дозировки, которое должно быть выдержано в данный момент времени (блок БС2);

- вычисляет величину задания на ведомый расход смешиваемого материала (блок ЕВЗ), которая передается в качестве уставки регулятору И12.

Из рис.6 видно, что алгоритмы управления имеют иерархическую структуру.

Первый уровень реализует алгоритм стабилизации потоков смешиваемых материалов. Обычно это стандартные ПИД законы регулирования (аналоговые и цифровые).

Второй уровень реализует комбинированные алгоритмы управления с использованием математической модели процесса и формирует оптимальные значения уставок для регуляторов ни?шего уровня. Такой режим обеспечивает надежное и гибкое управление процессом.

Требуемая степень измельчения шихты окончательно формируется на последней 4 стадия пошла. Поэтому производительность этой стадии условно определяет общую производительность участка приготовления шихты. Иными словами, требуете качество измельчения шихты при определенных условиях задает максимальную предельную пропускную способность (производительность) участка.

Нагрузка каждой из мельниц 4 стадии устанавливается так, чтобы получить требуемое качество измельчения на сливе мельницы £6].

Основные возмущения, которые действуют на 4 стадии измельчения и влияют на крупность шихты, можно разделить на .две группы:

1. Высокочастотные возщущенш. связанные с процессом дозирования сырьевых материалов в мельничные агрегаты. При этом изменяется соотношение твердого (нефелиновая руда) я мягкого (известняк) материалов в пульпе. Такие возмущения проявляются на коротких промежутках времен я (часы) и одновременно на всех мельницах.

2. Низкочастотные возмущения, связанные с изменением состояния мельничного агрегата (например, износ брони, металлических шаров и т.п.). Влияние таких возмущений становится заметным на достаточно больших промежутках времени (более суток).

С учетом отмеченных особенностей система управления крупностью на 4 стадии (рис.7) включает три основных блока:

- блок обратной связи I (быстрый блок) БЭС1;

- блок обратной связи 2 (медленный блок) В0С2;

- блок динамической связи БДС.

Система действует следующим образом:

результаты измерений крупности шихты на выходе 4 стадии разлта с периодом I час поступают на вход блока ВЭС1 (быстрый блок),в коте

- находят отклонение <4 измеренного содержания частиц заданно: класса сС от задания »С ;

- вычисляют в соответствии с асС динамическую поправку c§Q.i к заданию 0 -г на расход пульпы в первую мельницу и находят новое задание 0* на расход пульпы в первую мельницу.

Задание 0 ¡, устанавливается мельником вручную.

В блок обратной связи ВЭС2 (медленный блок) с периодом 8 часо! поступают результаты измерения крупности на сливе каждой мельницы, основе которых формируются корректирующие добавки к расходам пульпь в мельничные агрегаты. Это осуществляется с помощью блоков регулирс вания ЕР2 и суммирования БС2. Блок ЕР2 определяет динамическую пощ ку £0.1 к найденному в блоке ВЭС1 заданию (уставке) .

В сумматоре БС2 вычисляют новое значение уставки на расход пул пы Оь с учетом найденной поправки . . ,

Величина уставкиСК через блок динамической связи передается е качестве задания регулятору расхода пульпы в мельницу.

Размолотая шихта проходит схему проточного усреднения и поступает в печи спекания на термическую обработку. Количество пыли, образующееся в печах, зависит от крупности помола шихты. Поэтому изме нение запаса пыли в бункерах цеха спекания может служитьинтегрально косвенной оценкой крупности получаемой 'шахты. На практике, в промыл ленных условиях на основе информации о запасе пыли в бункерах спека ния вносится поправка к заданию на суммарный расход нефелиновой пульпы в мельницы 4 стадии измельчения.

■ Заданный таким образом расход нефелиновой пульпы в мельницы 4 стадии измельчения поддерживается автоматической системой согласова ния производительности стадий размола.

Разработанные алгоритмы автоматизированного управления процессом шихтоподготовки реализованы в АСУТП, построенной по иерархическому принципу.

Нижний уровень управления составляют стабилизирующие контуры управления, обеспечивающие по результатам опроса датчиков воздействие на исполнительные механизмы, установленные на линиях перекачки и транспортировки руда, растворов и пульп.

Верхний уровень управления обеспечивает формирование по заданным алгоритмам уставок стабилизирующим контурам управления,использу. для этой цели вычислительные ресурсы комплекса технических средств управления.

Ддя реализации алгоритмов верхнего и нижнего уровней (от обработки результатов измерений до выдачи управляющих сигналов исполнительным механизмам) исцользоЕаны микропроцессорные контроллеры общепромышленного назначения типа "Ремиконт".

Вся информационная часть АСУТП реализована в персональном компьютере, на базе которого организовано автоматизированное рабочее место оператора технолога.

Микропроцессорные контроллеры передают в персональный компьютер необходимую информацию, поступающую от датчиков и исполнительных механизмов. На базе этой информации организована связь оператора-технолога с системой управления. Она обеспечивает оператору широкие воз-могшости в получении на мониторе компьютера информации о процессе управления в виде мнемосхем, трендов, диаграмм и'аварийных сообщений. Используя эту информацию, оператор может оценивать результаты управления, вводить необходимые команды смены режима управления,' оперативно менять уставки стабилизирующим контурам, выводить отчеты и рапорты. Использование персонального компьютера и микропроцессорных контроллеров позволило упразднить громоздкие щиты с вторичными приборами, традиционно используемые для отображения информации.

Таким образом, в процессе создания АСУТП, кроме решения задач автоматизированного управления на участке шихтоподготовки, впервые ' на А1К в промышленном масштабе реализована распределенная микропроцессорная система управления многостадийным технологическим процессом.

Изложенная концепция и алгоритмы управления процессом приготовления шихты нашли широкое применение на глиноземных заводах России я стран СНГ. Кроме Ачинского глиноземного комбината рассмотренное математическое обеспечение с некоторыми изменениями, которые учитывают особенности аппаратурно-технологической схемы и используемого сырья, было применено для автоматизированного управления приготовлением шихт на Пикалевском глиноземном комбинате (исходное сырье - нефелиновый концентрат) и Павлодарском алюминиевом заводе (исходное сырье -тургайские бокситы).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Комплексный подход к проблеме приготовления известняково-нефеляноЕой шихты на основе изучения закономерностей совместного измельчения разнопрочных компонентов и разработки принципа опережающего измельчения твердого компонента шихты - нефелина, обоснования и проверки возможности использования в жестких условиях по влажности шихты традиционного в обогатительной промышленности приема - замыкания цик-

ла для измельчения нефелиновой руды, разработки автоматизирована управления многостадийным технологическим процессом позеолил раз ботать оригинальную автоматизированную технологическую схему о = мокностью получать в процессе измельчения требуемый химический состав шихты с заданным распределением твердого и мягкого компон в классах крупности. Основные технические решения, разработанные данной работе, уже внедрены в производство с экономическим эффек 151,6 млн.руб.

2. При изучении закономерностей измельчения различных по те дости и измельчаеюсти компонентов проверены в промышленном масш теоретические основы опережающего измельчения твердого компонент Показана принципиальная еозмэеность получения заданного распреде. ния твердого и мягкого компонента по расчетному классу крупности.

3. С использованием закономерностей опережающего измельчена твердого кошонента (нефелиновой руды) разработана и внедрена в I делении приготовления шихты сырьевого цеха четырехстадшшая схем измельчения нефелина. При этом нефелин в шихте, подаваемой на сп ние, стал измельчаться до 4-5$ класса -Ю.08 мм (10-15$ этого же са по трехстадийной схеме).

4. Обоснована возможность использования эффективного приет замыкания цикла на I стадии измельчения нефелина-.

При проведении опытно-промышленных испытаний показана принц лиальная возможность разделения по крупности плотной нефелиновой пульпы, приготовленной на содовом'растворе, и выбраны основные т^ дологические режимы и конструктивные элементы гидроциклонов.

5. Впервые в технологии гидроциклонирования на таких плотны с высоким содержанием твердого, пульпах испытан и внедрен прием : врата части слива с разработкой оптимального его количества для повышения эффективности работы гидроциклонов.

6. В промышленном масштабе внедрена и успешно эксплуатирует! технология измельчения нефелиновой руды с замыканием цикла на I I

7. Показана принципиальная возможность затрубления помола н линовой составляющей шихты до содержания кл.ч0,08 мм 8-9$ без ух; ния качества спека, что позволит в перспективе при реализации зт положения упростить технологическую схему шихтоподготовки и сниз. расходы электроэнергии, мелющих тел и-повысить производительност. мельниц.

8. Создана и внедрена в производство автоматизированная сие управления процессом приготовления шихты в варианте бесприборног управления многостадийным технологическим процессом,отмеченная дз медалями ВДНХ.

Изложенная в настоящей работе концепция и алгоритмы управления процессом приготовления шихты с некоторыми изменениями, которые учитывают особенности аппаратурно-технологических схем и используемое сырье, были применены для автоматизированного управления процессом шихтоподготовки. на Пикалевском глиноземном комбинате (исходное сырье -нефелиновый концентрат) и Павлодарском алюминиевом заводе (исходное сырье - тургайские бокситы).

9. Результаты работы, внедренные в производство, позволили значительно улучшить технико-экономические показатели головного сырьевого передела глиноземного комбината и повысить извлечение полезных компонентов из руды.

10. Основные разработки защищены шестью авторскими свидетельствами на изобретения, которые внедрены в производство на Ачинском глиноземном комбинате.

Основные работы автора по теме

1. Алексеев А.И., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И. Известняки (Свойства .Применение). Учебное пособие, С.-П., Северо-Западный политехнический институт, 1993.

2. Биленко 1.Ф., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И., Логачев В.П. Особенности приготовления известняково-нефелиновой шихты глиноземного производства (институт "Ыеханобр". 1993. 210 стр.).

3. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И. и др. Способ приготовления шихты для получения глинозема спеканием, а.с. JS II3II63.I983.

4. Пивнев А.И., Логачев В.П., Биленко Л.Ф. и др. О возможностях классификации пульпы высокой плотности в схемах подготовки глинозем-содержащей шихты /) Обогащение руд. 1993, В 4, с.12-17.

5. Биленю Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И. и др. Способ приготовления шихты, а.с. Гг II48257. 1984.

6. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И. и др. Способ приготовления шихты глиноземного производства, а.с. & I5I2002, 1983.

7. Аронзон В.Л., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И., Чащин O.A. Разработка методов и алгоритмов приготовления шихты на Ачинском глиноземном комбинате И Совершенствование и интенсификация процессов глиноземного производства / Тр.ВАШ, Л., IS82, с.88-92.

8. Аронзон В.Л., Берх В.И., Пивнев А.И. и др. Система управления получением агломерата и известняково-нефелиновой шихты,

а.с. 15 9444II, IS82.

V - 4

9. Аронзон Б.Л., Пивнев А.И.. Чащин O.A. и др. Система автома тического регулирования щелочного модуля известняково-нефелиновой шихты, а.с. 1051849, 1981.

10. Аронзон Б.Л., Пивнев А.И., Чащин O.A. и др. Способ управл ния параллельно работающими мельницами и система для его осуществл ния, а.с. & 1262789.' 1985.

i

(

; I

I

/

\