Лекция 15. Схемы рудоподготовки, принципы их расчета

Технология дробления. На отечественных и зарубежных обогатительных фабриках получили применение три основных способа подготовки руд к обо­гащению:

1) стадиальное дробление и измельчение шарами и стержнями;

2) стадиальное дробление и рудно-галечное измельче­ние;

3) одностадиальное крупное дробление и самоизмельчение (полусамоизмельчение) до конечной или промежуточной круп­ности с дополнением рудно-галечным или шаровым измельчением.

Каждый способ характеризуется определенными технологиче­скими схемами и соответствующей техникой. Наблюдается тенденция к снижению крупности руды, добы­ваемой открытым способом, и применению в первой стадии дро­бления конусных дробилок меньших типоразмеров. Дробилки первой стадии располагаются в непосредственной близости к карьеру или в самом карьере. Транспортирование дробленой руды осуществляется ленточными конвейерами. При примене­нии первых двух способов подготовки руд к обогащению на­блюдается тенденция к применению замкнутых циклов в по­следней стадии дробления для получения руды крупностью до 16-19 мм, поступающей в стержневые мельницы, и до 10-16 мм – в шаровые.

Все более широко используются схемы дробления с раздель­ными операциями предварительного и поверочного грохочения в последней стадии с установкой грохотов непосредственно под дробилками КСД и КМД, что дает значительное сокращение циркулирующего продукта.

Для осуществления замкнутого цикла дробления гро­хоты устанавливают как перед дробилками КМД, так и после них. Стоимость измельчения в несколько раз выше стоимости дробления, она может быть снижена в результате уменьшения крупности дробленого материала, поступающего на измель­чение.

Выбор схемы дробления производится с учетом физических свойств и особенностей исходной руды (крепости, трещиноватости, наличия готового по крупности продукта, влажности, наличия глины). Схема дробления представляет собой стадиальный процесс сокращения крупности руды от начального до конечного значения, оптимального для последующего измельчения. В соответствии с нормами проектирования обогатительных фабрик конечная крупность дробленого продукта, поступающего на измельчение, не должна превышать:

1) для мельниц рудного само- и полусамоизмельчения – 300-350 мм;

2) для стержневых мельниц – 15-20 мм;

3) для шаровых мельниц – 10-13 мм.

Конечные продукты дробления данной крупности получают при работе обычных дробилок КМД:

1) в открытом цикле – 16-25 мм;

2) в замкнутом цикле с грохотом – 10-15 мм.

Возможно также применение дробилок типа КИД или центробежных дробилок самодробления типа ДС «Титан», позволяющих получать дробленый продукт крупностью менее 12 мм в открытом цикле.

На рисунке 1 приведены наиболее часто встречающиеся схемы дробления (на схемах (е) и (ж) показана нумерация продуктов).

При выборе рациональной схемы дробления необходимо опре­делить число стадий дробления и целесообразность операций предварительного и поверочного грохочения в отдельных ста­диях дробления.

Число стадий дробления определяется необходимой сте­пенью дробления S_ОБЩ = D_MAX/d_Н. Максимальная крупность D кусков в исходной руде определяется технологией горных работ. Мак­симальная крупность дробленого продукта определяется необ­ходимостью обеспечения оптимальной крупности питания мель­ниц, а также технологическими показателями применяемых в последней стадии дробления дробилок и грохотов. На практике чаще всего применяют двухстадиальные и трехстадиальные схемы дробления (рисунок 1).

а – двухстадиальная схема с предварительным грохочением;

б – трехстадиальная схема с предварительным грохочением;

в – двухстадиальная схема с поверочным грохочением в последней стадии;

г – трехстадиальная схема с поверочным грохочением в последней стадии;

д – четырехстадиальная;

е и ж – нумерация продуктов на схеме дробления.

Рисунок 1 – Схемы дробления, применяемые на практике

Для расчета схемы дробления необходимо иметь следующие данные:

1) производственную мощность фабрики по исходной руде;

2) характеристику крупности исходной руды и продуктов дробления в отдельных стадиях;

3) заданную максимальную круп­ность дробленого продукта;

4) показатели эффективности грохоче­ния в отдельных стадиях.

Характеристики крупности исходной руды и продуктов дро­бления принимаются по практическим данным обогатительных фабрик, перерабатывающих аналогичные руды. При отсутствии опытных данных можно произвести ориентировочный расчет, используя уравнения баланса или типовые характеристики крупности, принимая прямолинейной характеристику крупности исходной руды.

Режим работы корпуса крупного дробления определяется режимом подачи руды на фабрику согласно проекту горной части. Режим работы корпуса среднего и мелкого дробления устанавливается с учетом се­мидневной рабочей недели и режима работы корпуса круп­ного дробления. Расчетный ре­жим работы корпуса обогаще­ния принимают по режиму ра­боты отделения измельчения. Расчетный фонд машинного времени за год:

Ф_МВ = 365 * 24* К_В;

где: К_В – коэффициент использования оборудования по времени, представляющий отношение машинного вре­мени к годовому календар­ному. Машинное время – рас­четное время работы оборудо­вания при полной загрузке. Оно принимается согласно действующим нормам проектирования. Часовая производительность цеха дробления рассчитывается по формуле (1):

Q₀ = Q_Г / (N * m * n * K_B), т/ч; (1)

где: Q₀ – часовая производительность цеха, т/ч;

Q_Г – годовая производительность фабрики, т/г;

N – число рабочих дней в году;

m – число рабочих смен в сутки;

n - число рабочих часов в смену;

K_B – коэффициент использования оборудования.

Номинальная крупность дробленого продукта определяется типом мельницы, установленной в первой стадии измельчения. Номинальная крупность дробленого продукта d_N по стадиям дробления определяется ве­личиной разгрузочного отверстия дробилки (i_N) и величиной коэффициента Z_N и рассчитывается по формуле (2):

d_N = i_N * Z_N, мм; (2)

где: d_N – номинальная крупность дробленого продукта, мм;

i_N – разгрузочное отверстие дробилки, мм;

Z_N – относительная максимальная крупность;

N – номер стадии дробления.

Расчет характеристик крупности производится при отсутствии практических данных. Расчету подлежат характеристики крупности продуктов 4, 8 и 12 для открытых циклов дробления и, при необходимости, 8С для замкнутого цикла (смотри рисунок 1, схемы (е) и (ж)).

Принцип расчета заключается в сложении выходов классов одинако­вой крупности из характеристик крупности исходного питания стадий и разгрузки дробилок соответствующей стадии (приращение при дробле­нии). При расчете характеристик крупности допускается, что зерна руды меньше размера разгрузочного отверстия в процессе дробления не меняют своей крупности и приращение мелких классов при дроблении происходит за счет дробления классов крупнее величины разгрузочного отверстия. При таком допущении расчет характеристик крупности дробленых про­дуктов для схем (а) и (б) на рисунке 1 одинаков. Содержание классов для продукта 4 рассчитывается для d меньше i_I по формуле (3) и для d больше i_I по формуле (4):

β₄^–d = β₀^–d + B₀^+I * β₃^–d, %; (3)

β₄^–d = β₀^–d + B₀^+d * β₃^–d, %. (4)

Для продуктов 8 и 12 расчет аналогичен, меняются лишь индексы продуктов. Например:

β ₈^–d = β₄^–d + B₄^+I * β₇^–d, %; (5)

β ₈^–d = β₄^–d + B₄^+d * β₇^–d, %. (6)

Выхода продуктов или их содержание определяется по соответствующей характеристике крупности. Для определения содержания классов в продуктах 3, 7 и 11 используются типовые характеристики крупности, приведенные на рисунке 6, 1 доп. [25].

В формулах (3)-(6) β^±d, B^+I и B^+d – выхода продуктов.

Нагрузку на дробилку, работающую в замкнутом цикле с грохотом, при отсутствии практических данных рассчитывают по формулам:

Q_8C = Q₈ * (1/E_III + β₈^+a/β₈^–a), т/ч; (7)

Q₁₀ = Q_8C – Q₁₂ = Q_8C – Q₀, т/ч. (8)

где: E_III – эффективность грохочения в III стадии, д.е.

Подробнее «Принципы расчета схем дробления» смотри 1 доп. [12-26].

Выбор оборудования и расчет производительности дробилок. При выборе оборудования для дробления должны соблюдаться следую­щие условия:

1) размер загрузочного отверстия дробилки должен быть в 1,1-1,15 раза больше максимального куска руды. Обычно принимают следующее соотношение:

В = D_МАХ / 0,85, мм; (9)

2) выбранная дробилка должна обеспечивать необходимую произво­дительность при запроектированной крупности дробленого продукта;

3) выбранный (рассчитанный) размер разгрузочного отверстия дол­жен находиться в интервале, допускаемом для данного типоразмера дро­билки.

Дробилки крупного дробления. При выборе дробилок крупного дробления следует учитывать, что нормами технологического проектирования обогатительных фабрик в первой стадии дробления в большинстве случаев предполагается установка только одной дробилки – щековой или конусной. Поэтому в расчете производится сопоставление этих дробилок. Расчет производительности дро­билок производится по данным каталогов заводов-изготовителей или справочным данным. Расчетная производительность дробилки рассчитывается по формуле (10) с учетом формулы (11):

Q_P = K_F * K_K * K_W * Q_П * δ_H, т/ч; (10)

Q_П = q_MIN + (q_MAX – q_MIN) * (i_P – i_MIN) / (i_MAX – i_MIN), м³/ч; (11)

где: K_F, K_K, K_W – поправочные коэффициенты;

i_MAX, i_MIN – максимальное и минимальное разгрузочное отверстие, мм;

q_MAX, q_MIN – максимальная и минимальная паспортная производительность, м³/ч;

i_P – запроектированное разгрузочное отверстие, мм.

Производительность дробилок среднего дробления определяется по формуле (12):

Q_P = K_F * K_K * Q_П * δ_H, т/ч; (12)

Q_П – рассчитывается по формуле (11).

Производительность дробилок мелкого дробления, работающих в открытом цикле, рассчитывается по формуле (12); для замкнутого цикла вводится дополнительный коэффициент «замкнутого цикла» К_Ц, определяемый по таблицам.

Подробнее «Расчеты дробления» смотри 1 доп. [8-65].

Технология измельчения. Схемы измельчения. Измельчение применяется:

1) получения зерен определенной крупности или их распределения;

2) получения заданной удельной поверхно­сти измельченного продукта;

3) раскрытия рудных и нерудных минералов;

4) физического или химического изменения материала.

Технологию измельчения выбирают с учетом требований после­дующей технологии переработки полезного ископаемого. На обогатительных фабриках измельчение руд и других по­лезных ископаемых в барабанных мельницах производится по одно- (рисунок 2), двух- (рисунок 3) или трехстадиальным схемам. Трехстадиальные схемы ввиду их слож­ности применяются редко.

Барабанные шаровые, стержневые и рудногалечные мель­ницы работают в замкнутом цикле и реже в открытом или ча­стично открытом циклах. При открытом цикле (см. рисунок 2, а) измельченный материал проходит через мельницу один раз, и го­товый продукт измельчения получается непосредственно из мельницы. Измельчение в открытом цикле применяется:

1) для стержневых мельниц – при сухом и мокром измельчении;

2) для шаровых мельниц – только при сухом измельчении.

Мельницы шаровые, самоизмельчения и рудногалечные мок­рого измельчения в подавляющем большинстве случаев рабо­тают в замкнутом цикле (см. рисунки 2, 3).

При стадиальном измельчении могут применяться предварительная, поверочная и контрольная классификации. Предвари­тельная классификация предназначена для отделения готового по крупности продукта перед данной стадией измельчения, чтобы не измельчать ничего лишнего. Поверочная классифика­ция применяется для выделения готового по крупности продукта после данной стадии измельчения (со слива мельницы). Предвари­тельная и поверочная классификации часто совмещаются в од­ном классифицирующем аппарате. Контрольную классифика­цию применяют тогда, когда необходимо получить более тонкий продукт измельчения в сравнении с продуктом, получаемым при поверочной классификации.

При работе в замкнутом цикле мельница компонуется со спиральным классификатором, гидроциклоном или грохотом в один агрегат (см. рис. 2, схемы «б»-«д»). Схема «б» применя­ется при крупности исходного материала более 6-10 мм и не­большом содержании готового продукта. Схема «в» – при исход­ном материале мельче 10 мм, содержащем более 15 % готового продукта. Схема «г» отличается от схемы «в» тем, что предвари­тельная и поверочная классификации производятся раз-дельно. В схеме «д» применяется контрольная классификация.

Двухстадиальные схемы измельчения применя­ются при более тонком (до 150 мкм) измельчении руды на фаб­риках средней и большой производственной мощности.

Двухстадиальные схемы различаются по способу передачи материала из первой стадии во вторую: через слив или пески. В первом случае (рисунок 3, б) мельницы первой и второй стадий работают в полностью замкнутом цикле, во втором (рисунок 3, а, г, д) – мельницы первой стадии работают в открытом или ча­стично замкнутом цикле, а второй стадии – в замкнутом цикле. Мельницы I и II стадий устанавливают последовательно.

Схема «а» при­меняется на фабриках большой производственной мощности;

схема «б» находит широкое применение на обогатительных фаб­риках;

схема «в» применяется при измельчении руд, содержащих тяжелые легкоизмельчаемые минералы.

Кроме рассмотренных имеются двухстадиальные схемы, в которых предварительную и поверочную классификации произ­водят раздельно, а также схемы с контрольной классифика­цией.

Многостадиальные схемы измельчения рекомендуются при обогащении тонковкрапленных и весьма тонковкрапленных руд.

Рисунок 2 – Одностадиальные схемы измельчения

Рисунок 3 – Двухстадиальные схемы измельчения

Расчеты схем измельчения включает расчет количественных и расчет водно-шламовой схемы.

В расчете количественной схемы определяют выхода всех продуктов схемы. Основной метод расчета – составление уравнений баланса по расчетному классу в операциях классификации. Содержание расчетного класса в продуктах измельчения и классификации принимается по практическим и справочным данным (за исключением продуктов смешения). В расчетах приняты следующие буквенные обозначения:

Q₀ – часовая производительность цеха измельчения, т/ч;

γ₀ – выход исходной руды (γ₀ = 100 %);

Q_П – масса продукта измельчения, т/ч;

γ_П – выход продукта измельчения, %;

β₀^–74 – содержание расчетного класса в исходном дробленом продукте, %;

β_П^–74 – содержание расчетного класса в продуктах измельчения, %;

β_Н^–74 – содержание расчетного класса в начальном продукте стадии измельчения, %;

β_К^–74 – содержание расчетного класса в конечном продукте стадии измельчения, %.

Расчет схемы измельчения выполняется в относительных или абсолютных показателях. Пересчет в абсолютные показатели производится по соотношению:

Q_П = γ_П * Q₀ / 100, %. (13)

Расчет схемы измельчения «б» на рисунке 2 выполняется следующим образом.

Исходные данные: γ₀ = 100 %; β₀^–74; β₂^–74; β₃^–74; β₄^–74.

При установившемся процессе имеем: γ₀ = γ₃ = 100 %; γ₁ = γ₂ = γ₀ + γ₄.

Уравнения баланса по операциям классификации:

по твердому 1) γ₂ = γ₃ + γ₄; (14)

по расчетному классу 2) γ₂ β₂^–74 = γ₃ β₃^–74 + γ₄ β₄^–74. (15)

Решая систему уравнений относительно γ₄, найдем:

γ₄ = γ₀ * (β₃^–74 – β₂^–74) / (β₂^–74 – β₄^–74), %. (16)

Расчет количественных схем других вариантов схем измельчения смотри 1 доп. [68-76, 83-99].

Расчет водно-шламовой схемы измельчения проводится путем составления уравнений баланса по жидкому в каждой операции схемы измельчения. Для расчета используются следующие основные соотношения:

R_П = W_П / Q_П, д.е.; (17)

W_П = Q_П * (100 – %_ТВ) / %_ТВ, м³/ч; (18)

%_ТВ = 100 * Q_П / (W_П + Q_П), %; (19)

где: R_П – отношение жидкого к твердому (Ж:Т) по массе в продукте или операции, д.е.;

W_П – масса воды в продукте или операции, м³/ч;

L_П – масса воды, добавляемой в операцию, м³/ч.

В расчете водно-шламовой схемы устанавливают три группы показателей: I группа – регулируемые показатели. Для схем измельчения ими являются содержание твердого в сливе мельниц, содержание твердого в исходном питании, сливе классификатора или гидроциклона;

II группа – нерегулируемые показатели. Содержание твердого в песках классификаторов или гидроциклонов;

III группа – нормы расхода воды на одну тонну руды или продукта измельчения или классификации. В схемах измельчения нормируется расход надситовой и подситовой воды при установке в цикле измельчения отсадочных машин.

С учетом вышеизложенного уравнения баланса по жидкому для схемы «б» на рисунке 2 будут выглядеть следующим образом

ОПЕРАЦИЯ I – измельчение – W₀ + W₄ + L_I = W₂, откуда L_I = W₂ – W₀ – W₄.

ОПЕРАЦИЯ II – классификация – W₂ + L_II = W₃ + W₄, откуда L_II = W₃ + W₄ – W₂.

Расчетные цифры проставляются у каждого продукта схемы.

Более подробно: «Расчет вводно-шламовых схем измельчения» смотри 1 доп. [99-111], «Подбор оборудования дробления и измельчения» смотри 1 доп. [32-62, 111-116, 125-130].

Лит.: 1 доп. [8-65, 99-116, 125-130].

Контрольные вопросы:

1) крупность исходного питания стержневых и шаровых мельниц и мельниц самоизмельчения;

2) какой показатель определяет число стадий дробления?;

3) что такое коэффициент использования оборудования?;

4) какие условия необходимо соблюдать при выборе дробильного оборудования?;

5) что влияет на выбор схемы измельчения?;

6) какие циклы измельчения Вы знаете?

Дата добавления: 2017-01-13