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

^ .еа.4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

Красноярский институт цветных металлов

На правах ру йен

Пивнев Александр И оси»* лч

Разработка и внедрение I. ..ологии приготовления глинозеисодс шихты при комплексной переработке 'нов

(Специальность 05.16.03 — Металлу 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 Красноярском институте цветных металлов.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор 1.андидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Абрамов В. Я.

кандидат технических наук, доцент Тнтовский А. В.

Ведущее предприятие: АО «Волховский алюминиевый завод»

Защита состоится » ию^я 1994 г.

г. /¿^ часов на заседании специализированного Совета Д. 064- 03. 01 при Красноярском институте цветных металлов.

Адрес: 600025, г. Красноярск, проспект Красноярский рабочий, 95. Отзыв на диссертацию с заверенной подписью просим направлять по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться и библиотеке Красноярского институт;) цветных металлов-

Диссертация разослана « » мая 1994 г. Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат технических наук, доцен! '\ 'Дергачев Н. М.

Поляков И- В. Дашкевич Р. Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 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 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 ашоминийсодержащего сырья.

Приготовление сырьевых смесей из разнопрзчных компонентов хар терно и для других отраслей промышленности (например, цементной). В настоящее время в технической литературе практически отсутствуют сведения по вопросам подготовки сырьевых смесей из разнопрзчных ко понентов в промышленных условиях.

Управление многостадийными технологическими схемами традициор осуществляется с помощью локальных систем управления с использовав ем вторичных приборов и регуляторов, устанавливаемых на щитах КИШ что не обеспечивало качество получаемой глшюземсодерващей шихты I химическому составу.

В этой связи исследование и разработка оптимальной автоыатиз! рованной с помощью персональных компьютеров и микропроцессорных к< роллеров технологической схемы приготовления глиноземе оде ржащей С1 кательной шихты из нефелина и известняка является актуальной зада1

Цель работа. Разработка технических решений и на их основе : здание и внедрение усовершенствованной автоматизированной техноло: ческой схемы подготовки исходной сырьевой смеси (известняково-ней линовой шихты) оптимального гранулометрического состава с заданны распределением твердого и мягкого компонентов по классам крупност для получения максимального извлечения ценных компонентов в после ющем процессе спекания.

Задачи исследования. I. Анализ существующих схем шихтоподге товки сырьевой шихты, состоящей из нефелиновой руды или не$елино! го концентрата и известняка, с целью определения возможности их з вершенствования и повышения технико-экономических показателей.

2. Изучение закономерностей совместного измельчения разнопр; ных компонентов с целью разработки усовершенствованной технологи приготовления шихты заданного гранулометрического состава.

3. Испытания и внедрение замкнутого цикла измельчения тверд; компонента - нефелиновой руды, в схеме приготовления известняков нефелиновой шхты в условиях жесткого ограничения влажности пуль по стадиям приготовления на оборотных содовых растворах с содерк нием щелочи м 80 г/дм3 и температурой ^ 60°С.

4. Исследование влияния гранулометрического состава нефелин вой 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 уз леш-'-я процессом приготовления известняково-неаелиновой шихты с

целью обеспечения заданного технологического регламента работы отдельных стадий процесса и требуемого состава исходной сырьевой шахты.

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

В промышленном масштабе подтверждена ватная закономерность процесса помола о независимости измельчения каддого компонента смеси.

Основные положения совместного измельчения разнопрочных компонентов с опережающим измельчением твердого кошонента 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-технологическнх схем приготовления сырьевых смесей, состоящих из нескольких компонентов, с возможностью получения при их

реализации шихт заданного химического и гранулометрического состава.

I

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

Разработана прогрессивная схема подготовки шихты из разнопрочных компонентов с опережающим измельчением твердого кошонента в замкнутом цикле с пщюциклонаш на I стадии и на Ачинском глиноземном комбинате внедрена усовершенствованная схема приготовления гли-ноземсодерглщей шихты. Разработанные алгоритмы автоматизированного управления процессами шихтолодготовки 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 шихтоподготовки позволила снизить расходы энергии и шаров, увеличить количество выпускаемой шихты, снизить крупность измельчения нефелина и шихты в целом, повысить качество шихты и спека, увеличить извлечение полезных компонентов из руды.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсувдались на межотраслевой научно-практической конференции в МНТК "Механобр", г.Ленинград, 1986 г., ¡«»отраслевом совещании "Микропроцессорная техника в управлении технологическими процессами",г.Ачинс! 1993 г., на научно-технических советах институтов "Мдханобр", ВАШ I КИЩ 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 двухкальвдевы! силикат.

Важнейшим фактором, определяющим качество спека, следует счита' уровень возможного извлечения оксидов ценных компонентов, так как с повышением извлечения уменьшаются расходные коэффициенты по сырью, основным и вспомогательным материалам для получения одной тонны гл нозема. Основные физико-химические превращения происходят при спека нш 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 между составляющими элементами шихты при спекании и в значитель ной мере 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 крупност! нефелиновой составляющей не более 4,0$ кл.+0,08 мм, известняковой -с содержанием фракции более 0,08 мм 5-12$ в зависимости от структу! 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 кристаллические вещества с более глубокой перестройкой их структуры и изменением молекулярной массы [13.

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

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

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

Еще одним недостатком схе^ 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 нетелина по классу -0,08 мм равна 0,4-0,5т/м3ч. Удельные производительности мельниц # 2,2x13' и при измельчении нефелинового концентрата на Волховском алюминиевом заводе и объединении "Глинозем", такие низки и составляют 0,3-0,4} т/м3 ч, что значительно ниже средних показателей, достигнутых в обогатительной промышленности.

Так так исходными компонентами глиноземсо.держащей шихты при переработке нефелинов являются материалы, имеющие различные $изикэ-хи-■ мические 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 по 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 южно смешивать разнопрочные компоненты,чтобы при дальнейшем совместном измельчении получить заданное их соотношение во всех классах шихты. Нет еще детальной проработки применения уста новленных закономерностей к расчету схем подготовки шихты из разно-прочных компонентов. Не решены и другие вопросы, связанные с законо мерностями поведения разных материалов при их совместном измельчены

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

В настоящей работе с использованием теоретических основ прогно зирования 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 технологически} процессом.

Материал и методика исследований. Работа проводилась в услов! ях предприятий: Ачинского глиноземного комбината, институтов "Меха! КИЩ, ВАМЙ, в рамках научно-технического сотрудничества. В работе з пользовались стандартные установки, оборудование и приборы.

Химический состав исходных сырьевых компонентов, шихт, спеков шламов определялся на квантометре вшиЛТЩ > фазовый состав сп< ков и шламов на аппаратах ДРОН-2, ДРОН-3. Статистическая обработка полученных данных выполнялась на ЭВ1-Л М-6000.

Промышленные испытания проводились в отделении приготовления шихты сырьевого цеха Ачинского глиноземного комбината ло специальн разработанным программам с использованием стандартных методик опро вания процессов и обработки полученных результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Теоретическое и экспериментальное обоснование и промышленв использование эперззающего измельчения рудного компонента шихты для спекания

1.1. Промышленные испытания совместного измельчения разнопро^ ных компонентов известняково-нефелиновой пшхты.

На практике при измельчении руд приходится зачастую иметь де;

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

Ряд авторов (Холмс, Патчинг, Фюрстенау, Келсал, Перов В.А., Биленко Л.Ф. и др.) в лабораторных условиях установили важную закономерность процесса измельчения: каждый минерал измельчался по одному и тому же закону, независимо от его содержания в измельчаемой смеси. Кинетика измельчения минерала описывается 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 сырья. Проектной схемой предусматривалось раздельное измельчение известняка и нефелиновой руды с последующими смешением и домолом шихты в домольных мельницах до необходимой крупности [21.

В предложенной схеме предполагалось увеличить производительность рудных мельниц размером 3,2x15 м с 35-40 т/ч до 80-100 т/ч. Затем 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 известняковых мельниц.

По результатам проведенных- опробований рассчитаны удельные производительности всех мельниц по готовому продукту - классу . -0,08 мм - при разных дроизводительностях по общему питанию.

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

ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЫЛЬНИВД 3.2x15 м ПО ГОТОВОшУ КЛАССУ ОТ ОНШ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

злвисиюсть ОТНОСИТЕЛЬНОГО СОДЕРЖАНИЯ • НЫШШОШН руда В КЛАССЕ КРУПНЕЕ 0.08 ш ШИХТЫ ОТ ВРКШШ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ЛЗШШЧЕШИ

о -ч

О tt

ч §

ш

н CD

а о et •

о о

60 80 100 120

Производительность рудной мельницы по питанию, т/ч !

О 40 80 120 160 200 220

Производительность известняковой мельницы и мельницы домола по питанию, т/ч

1 - известняковая мельница

2 - рудная мельница

3 - мельниц а дошла

Рис.1.

SJ

8 О

аз

OJ

н

Е

<ч '

ш

О) О, С

Е н 5 s с,а F4 2

1.5' 1.4' 1.3 1.2 X.I. 1.0, 0.9

0.8

\

\ • • 1 • \ «

' • \ • \

• Ч * *

Y* .* \

• » ч • « • \

\

0.5

1.0

1.5

Относительное содержание нефелина в классе крупнее 0.08 мм

Рис.2.

I Из рис.1 можно сделать вывод о том, что наиболее рациональная (экономичная работа трубных мельниц 3,2x15 м достигается при следую щей производительности: рудных - 90-110 т/ч; известняковых - 190-2 (известняк + нефелиновая пульпа); домольных - 190-210 т/ч (по шихт На этих производительностях по сравнению с проектной схемой ь сишльно используется полезная энергия шаровой загрузки, мельницы имеют максимальную удельную производительность по готовому продукт наименьший расход шаров, наилучшую эффективность измельчения.

• По результатам исследований рассчитаны удельные производител] ностя мельниц отдельно .для нефелина и известняка при совместном и: мельченид и суммарная фактическая производительность.

Совпадение расчетных и фактических производительностей подтв< пдает гарную закономерность процесса измельчения смеси: каждый koi понент смеси измельчается независимо от присутствия других компот

tob . „ „

•В результате внедрения и эксплуатации трехстадиинои схемы измельчения нефелиновой руды средняя удельная производительность ме,

ниц сырьевого цеха по готовому классу возросла до 0,58 тУгл3.ч вместо 0,48 тУг.г3.ч по проекту, улучшилось распределение нефелина и известняка по классам крупности. Так, содер:зание нефелина в классе -Ю,08мм снизилось до 48-52$ вместо 70-90$ при эксплуатация 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. -Ю.08 мм), что сникало качество спека по извлечению ценных компонентов.

1.2. Расчет необходимой крупности исходных компонентов шихты перед смешиванием.

В схемах приготовления глиноземсодерпащей пихты 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 отданного измельчения твердого компонента и измельчения смеси с целью получения каждого компонента в шахте с заданным содержанием остатка на определенном сите. Эту задачу приходится решать-в двух случаях:

1. При ноеом проектировании, когда необходимо Еыбрать 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 независплюсти измельчения компонентов в смеси;

- из положения,"что отношение времени измельчения твердого компонента и смеси, полученное в лабораторных испытаниях, мопно 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, било равно Ь-1 или соответственно .для твердого и мягкого компонента, то есть времени доведения каядого из компонентов до заданной крупности. Допустим, что после

измельчения до определенной степени твердого компонента к нему добавляется не измельченный (а только дроблены!!) мягкий компонент и в дальнейшем они измельчаются совместно. Б этом случае вревд измельчения смеси определяется временем доведения до заданной крупности мягкого компонента, то есть: icw = t2 (I)

Твердый компонент е смеси измельчается то же саше количество времени ( £см). Время предварительного измельчения твердого компонента (i-лр) перед смешиванием определяется по разности: "¿лр= il-tcM или с учетом (I): -inp-i-i-tz (2)

В итоге общее Ерекя измельчения твердого компонента составит Ьа / а мягкого i-г..

Уравнение (2) Еыражает 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 уменьшеноL В этом случае в эту формулу необходимо ввести коэффициент олерепающего -измельчения Х- . С учетом этого коэффициента уравнение перепишется следующим образом:

iap-U'X.tg (3)

Значение ' из этого уравнения равно: , -jj -tap

X i 2 (4)

Проанализируем это равенство. При Л- мы будем получать в продукте измельчения смеси равномерное соотношение кошонентов в расчетных классах, равное соотношению их в общем составе шихты. ПриЛ>1 время предварительного измельчения твердого компонента будет уменьшено и в расчетном классе смеся его содержание будет больше чем в среднем составе пикты. При А-^ I время предварительного измель чения твердого компонента будет увеличено и в крупном классе его содержание будет меньше, чем в срепнем составе шихты, то есть твердый компонент будет измельчен более тонко по сравнению с мягким.

Следовательно, в зависимости от величины коэффициента Х- тверда 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 "top , когда Х-« I, в расчетном классе будет находиться только мягкий компонент.

Формула (3) дает то значение предварительного времени измельчения твердого компонента, в течение которого его необходимо измельчас

чтобы при дальнейшем совместном измельчении с мягким получить заданное соотношение твердого и мягкого компонентов в классах крупности шихты. Величина коэффициента опережающего измельченияне зависит от соотношения твердого и мягкого компонентов в смеси, а зависит от времени предварительного измельчения твердого компонента и от времени измельчения смеси, а значит - от характера измельчаемых материалов, от соотношения их измельчаешстей, прочностных свойств и пр.

1.3. Промышленная проверка принципа опередающего 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 и [2].

По уравнениям кинетики промышленного измельчения компонентов шихты определено время измельчения материалов до 10$ остатка на слте 0,08 мм, которое оказалось равным: .для известняка 17,5 глин, 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 формуле (4) определим коэффициент А • который оказался равнымX =0,825. Видно, чтоА< I. По результатам химического анализа конечной шихты и класса +0,08 мм за период отбора проб для определения кинетики измельчения определено, что содержание нефелина в классе +0,08 ш составляет 36.3$, а в среднем составе шихты - 42,4$. то есть нефелин в шихте измельчен тоньше, чем известняк.

Трудность определения я.'Ьг в промышленных мельницах заключается во влиянии на процесс измельчения множества переменных факторов (плотность лульпы, количество и ассортимент мелющих тел в мельнице, крупность поступающего материала, производительность мельниц и т.п.). Кроме того, определение времени измельчения материала в промышленных мельницах весьма трудоемко. Поэтому .для промышленных мельниц удобнее пользоваться другим показателем, например, временем измельчения единицы веса материала£,(мия7т) в общей схеме его переработки или при измельчении на данной стадии.

Ншли проведен анализ работы отделения приготовления шихты и проверены основные закономерности совместного измельчения разнопрсч них 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.

Из приведенных данных следует,:что время предварительного из мельчения нефелиновой руды (до совместного измельчения с известия в период 1976-1978 гг. (работа цеха по трехстадийной схеме) равня 1,022 та/т. С переходом на четырехстадийную схему, то есть с пер дом четырех мельниц на вторую стадию измельчения нефелиновой руды время увеличилось до 1.3-1,5 мин/т. С увеличением времени лредвар тельного измельчения крупность нефелиновой пульпы по классу +0.08 поступающей в известняковые мельницы, снизилась с 27-30 до 13-14$ крупность измельчения конечной шихты снизилась с 10-12$ кл.+0,08 до 6-8$ в 1979 году. Бреет яе измельчения нефелиновой руды совыес с известняком практически не изменялось при работе на обеих схема Следовательно и время измельчения известняка также не изменялось. Степень измельчения известняка осталась практически неизменной.ра ное содержание класса +0,08 мм в конечной шихте для него колеблет в пределах 8-9$. В данном случае на большом практическом материал еще раз подтверждается независимость совместного измельчения разл ньк по измельчаемости материалов.

I С увеличением времени предварительного измельчения нефелина, практически неизменном времени совместного измельчения, содержани нефелина в классе +0.08 мм шихты снижается. То есть, на промышлен данных наблюдается взаимосвязь между временем предварительного из. чения твердого компонента и количеством его в расчетном классе, у новленная в лабораторных опытах совместного измельчения нефелинов руды и известняка.

На рис.2 приведена зависимость времени предварительного изие. чения нефелина от относительного его содержания в расчетном класс ( ). которое равно отношению содержания нефелина в классе +0.08 к содержанию его в--общей шихте.

Функциональная зависимость между рассматриваемыми величинами выражается следующим уравнением: -¿пр =-0,83$ + 1,997 (5

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

Используя уравнение (5), можно оценивать эффективность измел 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 чет:

стадийного измельчения нефелиновой руды при совместном помоле с известняком на 3 и 4 стадиях [23, 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:

%н = Си X Ки X (1.33-0.331)) (6)

где: Т^н - общее время измельчения единицы веса нефелина в схеме;

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

Ки - коэффициент измельчаемости;

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 измельче-:ния единицы веса нефелиновой руды к общему времени ее отработки с 0,38 по трехстадийной схеме до 0,43 в 1979 году и до 0,46 в 1982 году достигалось постепенным перераспределением имеющегося парка мельниц между стадиями. С 1983 года внедрена схема со следующим распределением мельниц по стадиям: I стадия - 8 мельниц 15-22); П стадия -4 мельницы (J5 11-14); Ш стадия - 8 мельниц (J£ 1-8) и 17 стадия -7 мельниц (JS 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 +0,08 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 поюла шихты. Это способствует улучшению качества спека и 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 +0,08мм до 6,0-6,5$ этого класса, а крупность измельчения нефелина в шихте уменьшилась с 11$ до5$ класса +0.08 мм. Это позволило улучшить качество спека и повысить извлечение компонентов из сырья (табл.1.3.1).

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

2.1. Обоснование возможности замыкания цикла на I стации измед чения нефелиновой руды С4].

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

Известно, что замкнутые циклы измельчения имеют значительно бс лее высокую производительность по сравнению с открытыми циклами.так по данным К.А.Разумова, увеличение циркулирующей нагрузки от 0 до ] увеличивает производительность мельницы на 50$, а мельница, работах щая в открытом цикле.дает только 50% теоретически возможной пропзво дительности. В нашем случае в операции классификации измельченной пульпы требуется получать сливы высокой плотности из-за ограничений по влажности шихты. Классификация в гицроциклонах тонкоизмельченных и очень плотных пульп (с содержанием твердого 70-75$, как в нашем случае) с получением слива высокой плотности довольно затруднятельн 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 темпера туре (30-60°С) способствуют снижению вязкости пульпы и улучшению ее текучести.

Кроме того, с переходом сырьевого цеха на новую технологию измельчения дробленого известняка совместно с предварительно измельче ной нефелиновой рудой появилась возможность большее количество оборотного раствора подать в рудные мельницы, так как он затем приходи в известняковые мельшшьгвместе с нефелиновой пульпой. Расчеты пока зали, что если весь раствор, необходимый для приготовления шихты,по давать на первую стадию измельчения руды, то влажность нефелиновой пульпы, подаваемой в известняковые мельницы, может быть увеличена д 50%, что может обеспечить деление по крупности в гидроциклонзх с достаточно высокой эффективностью.

2.2. Опытно-промышленные испытания схемы замкнутого цикла.

'С целью выбора оптимальных технологических режимов гидроциклон роЕанпя опытно-промысленные испытания замкнутого цикла измельчения

Показатели качества шихты, полученные при проведении промышленных испытаний и внедрении четырехстацийной схемы измельчения нефелина

Таблица 1.3.1

Год Время измельчения I т нефелиновой руды, мин/т Отношение времени измельчения нефелина предварительного к общему Время измельчения ■I т известняка в схеме, мин/т Относительное содержание нефелина в классе +0,08мм шихты Теорети чески необходимое В ре ж измельчения I т нефелина в схеме мин/т Содержание класса +0,08 мм в шихте на спекание, % Извлечение из опека при стандарт ном выщелачивании.

предварительного общего по схеме общее для нефелина .для извест няка глинозема щелочей

Трехста.дийная 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 2,8505 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 1,2879 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

руда проводилось на установке в' отделении приготовления шихты скрз вого цеха Ачинского глиноземного комбината, смонтированной на мелз ницах ^ 3,2x15 м & 21-22 с гидроцлклонаш & 500 ш. Эти испытания показала принципиальную возможность классификации плотной нефелине вой пульпы, приготовленной на содовом растворе, по классу 0,08 ш Показано, что разделение по крупности в гидроциклоне и показатели замкнутого цикла оказываются удовлетворительными при влажности в питании не ниже 35,0$, то есть при условии подачи большей части 01 ротного раствора в цикл измельчения руды С5]. При этом величина ц] кулирующей нагрузки равна 80-120$, эффективность классификации Ю-Увеличение удельной производительности по готовому продукту (клас! -0,08 мм) составляет 10-20$.

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

Таким образом, в процессе проведения опытно-промышленных испы ний .показана принципиальная возможность разделения по крупности п ной нефелиновой пульпы, приготовленной на содовом щелочном ¿аство

2.3. Внедрение технологии измельчения нефелиновой руды^в зам том цикле.

По результатам опытно-промышленных испытаний внедрение техно гии гидроциклонирования на мельницах первой стадии осуществлялось поэтапно с учетом их попарного соединения С2, 43. После выполнен монтажных работ последовательно на каждой паре мельниц проводилас наладка схемы с подбором технологических режимов с целью получени оптимальных показателей измельчения.

В процессе наладки схемы замкнутого цикла испытаны следующие параметры гидроциклонов: размер питающего отверстия 80x155; 55x15 и 35x155 мм; диаметр сливного патрубка НО; 120; 130 мм; диаметр песковой насадки 70; 80; 90 ш. Испытания проведены при разных сс ношениях размеров сливного и пескового отверстий при трех диапазс производительности мельниц по исходной руде: около 75; 80-90 и 1С

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

насадок гидроциклонов. Песковые насадки, изготовленные из резины, имели 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 30 мм. Насадки, изготовленные прессованием из корундового порошка на специальном клее, служат 40 дней.

Сливные насадки диаметром 108 (НО) 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 питания гядроциклонов (62-64$ твердого) достичь более высоких показателей процесса классификации в гидроциклонах не представляется возможным.

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

Для повышения технико-экономических показателей гидроциклонщю-вания использованы следующие приемы:

1. Подача оборотного раствора в мешалку после мельниц.

2. Возврат части слива в питание ги.дроциклонов [6].

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

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

Проведены специальные испытания по выбору оптимального в данных условиях количества слива» возвращаемого в питание гидроциклонов.при различной производительности мельниц по исходной руде. Объем возвращаемого потока слива изменялся от 40 до 100 м3Уч, то есть от 20 до 50$ от общего объема слива гидроциклонов.

С увеличением количества возвращаемого слива с 60 до IOC м3/* увеличивается эффективность классификации в гинроциклонах с 25-30/ до 36-37$ при одинаковой производительности мельниц (85 т/ч, а сот жание готового продукта в сливе возрастает с 70 до 77%. Удельная i изнодительность мельниц по готовому продукту увеличивается с 0,53 0,59 т/м3^, то есть на 11%. При снижении производительности до 75 т/ч показатели замкнутого цикла еще более улучшаются: повышаете содержание готового класса в сливе до 80-83%, эффективность класс] фикации - до 44-47%. а удельная производительность мельниц - до 0,62 тЛ^.ч. Содержание твердого в слиЕе гидроциклонов составляло этом 57-60$. Это говорит о том, что при разбавлении питания гядро] лонов до 55-57% твердого вместо 63-65% показатели классификации. ; отсюда и показатели в целом замкнутого цикла измельчения, существ! но улучшаются.

Таким образом, в результате наладки и освоения схемы измельч ния нефелиновой руды в замкнутом цикле с гидроциклонами в техноло: , подготовки глиноземсодержащей шихты были рекомендованы следующие ; кимы работы оборудования: ,

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

- содержание твердого в разгрузке мельниц - 70-72%. то есть влажность рагрузки - 28-30%;

- содержание твердого в питании гидроциклонов - 58-60%, то е влажность 40-42%, при этом содержание твердого в сливе гияроцлкло должно контролироваться плотномером и поддерживаться в пределах 52-55%; ' *

- количество возвращаемого слива в питание гидроциклонов - д 100 м^ч на каждой паре мельниц.

Наилучшие размеры насадок, определенные по результатам испыт ний. составляют: сливной ПО мм. песковой 80 мм. При этих размера насадок обеспечивается оптимальная циркулирующая нагрузка (80-12 и высокая эффективность классификации.

Сравнение показателей работа мельниц отделения приготовления шихты за .длительный период до и после перехода на замкнутый цикл мельчения приведено в табл.2.3.1. Таблица 2.3

Год Про из-вбцит. мельн. Содерж. кл.io,08мм в разгрА П ст., % Расход на I т шихты Содержание кл. 40,08мм е шихте,% Цикл

эл.эн. квт. ч шаров. кг цильпеб 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 открыт замкну

Таким образом, данная работа показывает возможность классификация в гидроциклонах плотных пульп в 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 качество шихты и 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 качество спека перечисленных факторов до настоящего времени в достаточной степени не отражена в литературе, а имеющиеся сведения часто противоречивы.

Следует отметить, что проведенные до настоящего времени исследования ставили сЕоей целью определение оптимальной крупности составляющих нефелиновой шихты 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 Ц2]. Так, время измельчения известняка Мазуль-ского месторождения в лабораторной мельнице до крупности 10$ класса +0,08 мл 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 глин, и 92.5 мин. Видно, что время, а значит и расход энергии на измельчение Кия-Шалтырской нефелиновой ру.да до крупности 5$ класса +0,08 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 шйхтоподготоеки 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 измельчению исх составляющих шихты, изменение крупности внутри которых не ухудшае качества опека при различном температурном режиме нагрева шихт.

Для исследования использовали известняк Мазульского и нефеля руду Кия-Шалтырского месторождений. Составы исходных шихт аналоги промышленным шихтам АГК. Скорость нагрева Еыбрана 5 и 10 град/мяк температура спекания в опытах 1260+5°С. Гранулометрический соста! фелина .для первой серии опытов по кл.-Ю,08 мм изменялся от 3,2 до 15,9$, для второй серии - от 1,3.до 11,8$, известняка - соответса но от 2,0 до 19,4$ и от 2,9 до 16,2$. Качество спеков характеризс степенью извлечения из них оксида алюминия и щелочей, а также ве.1 ной усадки брикетов шихты при спекании.

Для исследования поведения пикт, приготовленных из нефелина известняка различной крупности, при нагревании наш использован ч графический метод анализа, результаты которого приведены на рис.3 Видно, что крупность известняка в исследуемых пределах не оказывг существенного влияния (содержание кл.-Ю,08 мм от 2 до 19,4$) на п дение нефелиновой шихты в процессе нагрева (см.термограммы I и 2) Однако, при использовании для шихтовки мелкого нефелина термическ превращения в шихте протекают несколько энергичней, о чем свидете вует сдвиг площадки начала спекообразования в область более низке температур с 1050-1080 до 880-890°С.

С загрублением помола нефелина от 3,2-5,5 до 15,9$ кл.-Ю,08 увеличивается температурный интервал от окончания разложения изве няка до начала оплавления шихты (см.криЕая 1.2 и 3-5). Поэтому да обеспечения постоянного качества опека и степени его оплавления с вышением крупности нефелина необходимо увеличить время выдержки и при температуре спекания или в различных пределах повышать темпе! ру спекания. Результаты опытов по влиянию крупности известняка и фелина на качество спека показаны на рис.4, 5. Видно, что максима ное извлечение глинозема и щелочей из спеков (см.рис.4) наблюдает при крупности известняка и нефелина по классу -Ю ,08 мм 4-10$ незг симо от скорости нагрева шихт в исслепуемых пределах 5-10 град/ш:

Снижение извлечения ценных компонентов из спеков при уменьше крупности известняка и нефелина по содержанию класса -Ю,08 мм мен 4$ происходит из-за большей степени оплавления спеков и увеличена по этой причине количества закрытых пор. что подтверждается повыл, ной величиной усадки брикетов шихт при спекании (см.рис.5).

а) скорость нагрева 5 град/глин за--т-у,-г——— 95

94

91 90

б) скорость нагрева 10 град/:аш

о

С\!

Р5

87

8С

03 82

£ -И' 8 '

А- о 4/ * а

Р о

п к

'л

0

20

91

90

89 88 87

Температура,

щхт

Рис. 3. Терпограмшг'на основе нсполина(А) и известняка (В) разлпчиод кругшостп по классу +0.08 ш 1 - А 15.9$ и В 19.4$, 2— А 15.9$ и В 2.0$,

3 - А 5.5$ и В 2.0$,

4 - А 3.2$ и В 2.0$.

5 - А 5.5$ и В 19.4?-.

0 12 18

Содержание в. известняке, фракции +0.03 ш, $

Рис. 4. Зависимости пзвлечеиия А1о0о(1,2,3,4) и Ко0(1,2,3,4) из нефелиновых спеков от кпуппости известняка при крупности исфа-лина по классу +0.03 ш : а) - 3.2$(1,1), 5,5$(2,2),

б) - 1.3$(1.1), 5.2;

П С.С1 / . о. )

ь$(3,

'), 11. §$(4,"4).

а) скорость нагрева 5 грпд/ш'Л1 14

I

К)

^б) скорость нагрева 10 град/шн йб

Содержание б известняка фракции +0.08 ми, $

Рис. 5. Зависимость диаметралыюп уса,щш брикетов негеллповпх Споков от крупности известия!« при нефелина по 1р..+3.1.""

крупностг

о 9с/ ' - 4

3.2$(1), 5.5$(2), 11.1$ 3,

15.3$ 4 , 1.3$(5), о.2$(С), 7.3$(7),

11.3$(8),

По-еядпмог.п/, при крупности помола составляющих шиты по клас +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 отмети что в перспективе при достаточно широком внедрении в крупнотоннаг производства аппаратов сверхтонкого измельчения возможно достинен более тонкого помола материалов с меньшими затратами.

Снижение извлечения ценных компонентов с повышением крупност известняка и нефелина по содержанию класса +0,08 мм выше 10-11$ объясняется увеличением температуры начала протекания реакции спе образования, о чем отмечалось выше (см.рис.3), и, по-видимому,зам лением скорости реакции. Поэтому не исключено, что в этом случае несколько повысить извлечение ценных компонентов из спеков можно личением продолжительности и температуры спекания шихт. Однако, в настоящее время в связи с резким повышением цен на энергоносители это будет, очевидно, не целесообразно. ■

Таким образом, проведенные исследования показали принципиаль возможность загрубления помола нефелиновой и известняковой состав, ющих шихты до крупности 8-Э% кл.-Ю.08 мл без снижения качества сп Это позволят снизить расход энергии и мелющих тел на измельчение, повысить производительность мельниц.

Однако, Енедроние указанного загрубления помола известняково-нефелиновой шихты возможно после проведения длительных прошиленн: испытаний. |

4. Автоматизированное управление технологическим комплексом.

Технологическая схема приготовления шихты содержит несколько стадий обработки сырья и промежуточных материалов. Каждая стадия I чения шихты выполняет свои локальные функции, однако их совокупно! обеспечивает требуемый состав готоеой шихты по химическому и гран] метрическому составу £7, 8]. Регламент работы отдельных стадий прс цесса приготовления шихты приведен в табл.4.1.

Таблица 4.1

Наименование стадий измельчения Наименование показателей Обозна чение Размерность Допустимые границы

нижняя верхь

I стадия Влажность нефелиновой пульпы Ы нп % 28.5 35

V 2 стадия Содержание кл.-Ю,08 мм & нп % _ 18

3 стащи Известковый модуль М из в доли ед 1,98 2.0

Влажность пульпы % 28.5 30

4 стадия Содержание кл.чО,08мм в шихте <£> - 6.5

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

ного р-ра Щелочной мопуль в шихте Мщ доли ед. 1.04 1.06

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

1. Стабилизация Елажности нефелиновой пульпы дозированием нефе-1НОЕОЙ руды и оборотного растЕора в мельницы I стадии измельчения.

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

2. Стабилизация крупности нефелиновой пульпы оптимальной загруз-эй мельниц 2 стадии измельчения.

Содержание класса +0,08 мм в шихте после 4 стадам определяется реимущественно результатами измельчения нефелиновой руды - твердого зрьевого материала - на всех стадиях. Поэтому получение пульпы опре-эленной крупности после 2 .стадии является важным условием .для обе-печения требуемой крупности готовой шихты.

3. Стабилизация известкового модуля и влажности известнякоЕО-зфелиновой пульпы на 3 стадии измельчения дозированием-известняка, эфалшюЕОй пулыш и оборотного раствора в мельницы С10Л.

4. Стабилизация крупности готовой шихты на 4 стации измельчения, ель - обеспечить требуемое содержание в ней класса +0,08 мм.

5. Стабилизация щелочного модуля шихты приготовлением оборотного аствора с определенным содержанием в нем щелочиЕ ЭЛ.

Алгоритмы управления процессом приготовления шихты, обеспечивание названные цели, построены по каскадному принципу (рис.6). Типовой лгоритм включает: • ,

- блок компенсации возмущений (ШВ) - вычислительный блок ЕВ1;

- блок обратной связи (ЮС)-блоки коррекции Ш1 и суммирования БС1;

- блок динамической связи (БДС), который состоит из блоков вы-ислений ЕВ2 и ЕВЗ, коррекции ЕК2 и суммирования БС2.

В блоке ЕВ1 по математической модели материального баланса про-есса смешения рассчитывают необходимую величину дозировки (^"смешивае-ах материалов, то есть такую дозировку, которая должна обеспечить аданную величину показателя ^ качества смеси (влажность и химичес-ай состав).

В блоке обратной связи по результатам прямых измерений показа-злей состава смеси/I формируют динамическую поправку к вычислитель-эму начальному значению дозировки у" (блок Ж1) и нахо.дят новое яачение дозировки ^ (блок БС1).

Это значение передается в качестве уставки регулятору расхода оного из дозируемых материалов.

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

ТИПОВАЯ СТРЛСТУГА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ЕШТЦ

Веду/цп: поток <2х

ПСП

Водогаш нотш; 0-1

ЧщО—^

07

1:[ихта - БИ -

Бй

Г

ЕВЗ

И

а;

а:

БВ2

'1 Г'

БВ1

БК1

БС2 БКП

г.

ТЕ

Я1

I т

_Б1Ш] ^ 141

БС1

БДС

БОС

ОУ - объект управления ^ -Б5 - блок фильтрации РП - регулятора потока з -БИ - блок измерения п -

БОС- блок обратной связи <Т) -ЕКВ- блок когдсисацпп

Еозмудсшш о -

БДС- блок дпнагдчоскоп

связи БК - блок коппекцш! БВ - блок вычислении БС - блок сути тир ованпп ПСП- подсистема согласования производительпостп стадии

управляемый параметр

заданное значение измеренное значение фильтрованное значите

расчетное значению начальных дозпповок

СТРЛСГУРА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ КРЖЮСТЫО ЮЛИ 11А IV . стдщ-ш ИЗЫЕЛЬЧИПИ

Пульпа

-Эп-

О.

а,

едс 4

л'

а,

ш^ч i-ii.iv н ей*

Тд-З.&пп

й;

Т^Зч

Гг.

Л

-- Шихта

Б IV ИЁПП->

БР2

N Р_ » I

И 2

Б0С2

Т.,-1ч

БР1>

Л

БСР '

ЕОС1

Б - бак 1-.1 - мелышци Ш - блок измерения БДО - блок дипашзчсс-

кол сглзн БОС - блок обратной сплзп

БР - бло:: регулирования

^ - крупность ¡:и:::тьт к - откорректированное

значение з - заданное значение и - измеренное значение о - расчетные значения

пачалыппс дозпрог-ок ¡V- номер стадии .

размола . I - число параллельно работагец;:: мслыыц

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

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 нижнего уровня.' Такой режим обеспечивает надежное и гибкое управление процессом.'

Требуемая степень измельчения шихты окончательно формируется на последней 4 стадии помола. Поэтому производительность этой стадии условно определяет общую производительность участка приготовления шихты. Иными словами, требуемое 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 С6]. ^

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

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

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

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

- блок обратной связи I (быстрый блок) ВЭС1;

- блок обратной связи 2 (медленный блок) ВЭС2;

- блок динамической связи БДС.

Система действует следующим образом:

результаты измерений крупности пикты на выходе 4 стации размол; с периодом I час поступают на вход блока ЮС1 (быстрый блок) ,в кото]

- находят отклонение 4измеренного содержания частиц заданное класса сС от задания <£• ;

- вычисляют в соответствии с дЛ динамическую поправку оУ0.1 к заданию О 1 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 часов поступают результаты измерения крупности на сливе каждой мельницы, 1 основе которых формируются корректирующие добавки к расходам пульпы в мельничные агрегаты. Это осуществляется с помощью блоков регулирования ЕР2 и суммирования БС2. Елок ЕР2 определяет динамическую попрг ку <£>(};, к найденному в блоке ВЭС1 заданию (уставке) О .

В сумматоре !БС2 вычисляют новое значение уставки на расход пул] пы Ох с учетом найденной поправки . \

Величина уставкиСК через блок динамической связи передается в качестве задания Ой 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 изменение запаса пыли в бункерах цеха спекания может служить интегрально: косвенной оценкой крупности получавши шихты. На практике, в промышленных условиях на основе информации о запасе пыли в бункерах спекания 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 согласования производительности стадий размола.

Разработанные алгоритмы автоматизированного управления процессом шихтоподготовки реализованы в АСУШ, 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 руды, 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.

Для реализации алгоритмов верхнего л низшего уровней (от обработки результатов измерений до выдачи управляющих сигналов исполнительным механизмам) использованы 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 возможности 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 отчеты1 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 АЕК 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 и стран СНГ. Кроме Ачинского глиноземного комбината рассмотренное математическое обеспечение с некоторыми изменениями, которые учитывают особенности аппаратурно-технологической схемы я используемого сырья, было применено для автоматизированного управления приготовлением шихт на Пикалевском глиноземном комбинате (исходное сырье - нефелиновый концентрат) и Павлодарском алюминиевом загоде (исходное сырье -тургайские бокситы).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАВЭТЫ

I. Комплексный подход к проблеме приготовления известняково-нефелиновой 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 позволил раз; ботать оригинальную автоматизированную технологическую схему с В1 мощностью получать в процессе измельчения требуемый химический состав шихты с заданным распределением твердого и мягкого комлон в классах крупности. Основные технические решения, разработанные данной работе, уже внедрены в производство с экономическим эффек 151,6 мин.руб.

2. При изучении закономерностей измельчения различных по тв дости и измельчаетсти компонентов проверены в промышленном мает теоретические основы опережающего измельчения твердого компонент, Показана принципиальная возможность получения заданного распреде, ния твердого и мягкого компонента по расчетному классу крупности

3. С использованием закономерностей опережающего измельчени твердого компонента (нефелиновой руды) разработана и внедрена в делении приготовления шихты сырьевого цэха четырехстадийная схем измельчения нефелина. При этом нефелин в шихте, подаваемой на сп ние, стал измельчаться до 4-5$ класса +0.08 мм (10-15$ этого же са по трехстадийной схеме).

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

При проведении опытно-промышленных испытаний показана принц пиальная возможность разделения по крупности плотной нефелиновой пульпы, приготовленной на содозом "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

7. Показана принципиальная возможность затрубления пошла н линоеой составляющей шихты до содержания кл.+0,08 мм 8-9$ без ух ния качества опека, что позволит в перспективе при реализации эт положения упростить технологическую схему шихтоподготовки и сниз расходы электроэнергии, мелющих тел и повысить произЕО.дительност мельниц.

8. Создана и внедрена в производство автоматизированная снс управления процессом приготовления шихты в варианте бесприборног управления многостадийным технологическим процессом,отмеченная д 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 пшхтоподготоеки 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 перепела глиноземного комбината и повысить извлечение полезных компонентов из руны.

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., Дашкегич Р.Я., ПиЕнев А.И. Известняки (Свойст-ва.Применение). Учебное пособие, С.-П.. Северо-Западный политехнический институт, 1993.

2. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я.. Пивнев А.И.. Логачев В.П. Особенности приготовления известняково-нефелиновой пихты глиноземного производства (институт "Ыеханобр". I9S3, 210 стр.).

3. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., ПиЕнев А.И. и др. Способ приготовления шихты для получения глинозема спеканием, а.с. J5 II3II63.I983.

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

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

6. Биленко Л.Ф., Дашкевич Р.Я., Пивнев А.И. и др. Способ приготовления шихты глиноземного производства, а.с. .Щ 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 I/ 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. В 9444II, I9S2.

9. Аронзон В.Л., Пивнев А.И., Чащин O.A. и др. Система автоматического регулирования щелочного модуля известняково-нефелиновой шихты, а.с. JS I05I849, 1981.

10. Аронзон B.JL, Пивнев А.И.. Чащин O.A. и др. Способ управле ния параллельно работающими мельницами и система для его осуществле ндя. а.с. гё 1262789, 1985.