Здрібнюванні і збагаченні залізних руд
Основними факторами, що впливають на технологічні процеси дроблення, здрібнювання і магнітного збагачення, що визначають фактичні питомі витрати електроенергії і води на виробництво готової продукції по переділах, є зміни типу руди за подрібнюванням і вкрапленості, старіння устаткування (знос куль, футерівки), особливості технологічних схем і устаткування.
Дані збурювання в основному виявляються в зміні статичних і динамічних властивостей процесів, а саме, коефіцієнтів підсилення, постійних часу і часу запізнювання, що, по-перше, веде до неоптимального по динамічних параметрах керування процесами, гак і до втрати стійкості локальних систем регулювання, що утворять нижній рівень існуючих АСКТП дроблення і збагачення.
Неоптимальність керування і втрати стійкості локальних САР викликають коливання технологічних режимних параметрів переділів, що веде до підвищення вмісту корисного компонента в хвостах магнітного збагачення, зниженню виходу і витягу, а також найчастіше приводить до аварійних перевантажень технологічного устаткування, супроводжуваних видачею некондиційного по якості готового продукту.
Оптимізація енергоспоживання при одночасній технологічній оптимізації може бути досягнута шляхом впровадження технологічно оптимальних багатозв'язаних систем адаптивного керування процесами по переділах інваріантних до зміни типу руди і складу устаткування, що задовольняють критерію продуктивності по знову утвореному розрахунковому готовому продукту. Такі системи повинні в процесі нормального функціонування парирувати параметричні й непараметричні збурювання на основі безпошукової перешкодозахищеної ідентифікації статистичних і динамічних властивостей об'єктів регулювання і здійснення корекції заданих значень основних керуючих впливів не за регламентом, а по оціненому (розпізнаному) істинному стані об'єкта, шляхом віднесення його до сфери нормальних, аномальних чи аварійних режимів з видачею відповідного керуючого впливу. В аварійних режимах дані САР повинні здійснювати оптимальний вихід процесу в область нормальних режимів.
Важливим напрямком інтенсифікації технологічних процесів збагачення є розробка і впровадження засобів оперативного контролю параметрів сировини, що переробляється, а саме автоматичних залізомірів, датчиків питомої ваги і гранулометрів, що дозволяють організували оптимальне керування технологічною лінією в цілому, і групою паралельно працюючих технологічних ліній.
Реалізація даних основних напрямків у підвищенні ефективності технологічних процесів збагачення по переділах і по лінії в цілому дозволяє знизити питомі витрати електроенергії при одночасній стабілізації кількості і якості виробленої готової продукції й обмеженні до мінімуму втрат корисного компонента в хвостах сепарації за рахунок зниження втрат і непродуктивних витрат усіх видів матеріально-технічних ресурсів, у тому числі й енергії, за рахунок зниження холостих ходів і простоїв устаткування. Дані організаційно-технічні заходи можуть бути виконані в основному за рахунок засобів капітального ремонту або фонду розвитку підприємства, і частково - за рахунок централізованих капітальних вкладень [63, 65, 69].
Енергозбереження в процесах дроблення
Оптимізація технологічного процесу дроблення по параметрах енергоспоживання може бути здійснена шляхом впровадження способу керування завантаженням дробарки по параметрах потужності приводного двигуна дробарки І рівня завантаження, оцінюваного по величині вібрації дробарки, що здійснює регулювання подачі вихідного постачання по величині різниці обмірюваного і заданого значення потужності, регулювання частоти обертання рухливого конуса по величині різниці між обмірюваним і заданим рівнем вібрацій, і корекції заданого значення потужності по величині перевищення рівня вібрації над припустимим значенням і по величині частоти обертання рухливого конуса.
Даний спосіб здійснюється системою керування, що здійснює виявлення і попередження аварійних ситуацій, технологічно оптимальне керування процесом дроблення, ідентифікацію й адаптивне формування керуючих впливів [86,87].
Для зниження енерговитрат у процесах дроблення і здрібнювання руд перспективною видається концепція перерозподілу трудомісткості й енерговитрат між циклами дроблення і здрібнювання в напрямку збільшенняпитомої ваги циклів дроблення в загальному процесі дезинтеграції руд. Перспективною науковою стратегією в цьому напрямку уявляється зниження крупності дробленого продукту з 25-30 мм до 10-0 мм, тому що кожен міліметр зниження номінальної крупності циклів дроблення дозволяє на 1-1,5% знизити енергоємність і на стільки ж підвищити продуктивність циклів здрібнювання.
Таку крупність дробленого продукту можна отримати в апаратах нового покоління, найбільш перспективними з яких є дробарки інерційного типу (КІД) і дезінтегратори відцентрового типу (ЦД), що реалізують принципи руйнування матеріалу вільним ударом у полі відцентрованих сил. Дробарки нового покоління можуть застосовуватися як на знову споруджуваних підприємствах, так і для модернізації існуючих дробильних фабрик [75, 76].
Як відомо, у більшості традиційних апаратів при дезинтеграцї (дробленні йздрібнюванні) мінеральної сировини руйнування матеріалу відбувається в результаті його роздавлювання і стирання.
Перспективним способом дезинтеграцї твердихматеріалів є руйнування його вільним ударом у полі відцентрових сил, що дозволяє істотно зменшити питомі витрати електроенергії і забезпечує селективне розкриття корисного компонента. Спосіб руйнування матеріалу в полі відцентрових сил реалізується в апаратах відцентрового типу - відцентрових дезінтеграторах [121].
Загальний вид такого апарата показаний на рис. 5.1. Принцип роботи відцентрового дезінтегратора наступний. Вихідний матеріал подається в завантажувальний пристрій 1 і далі направляється на розгінний ротор 2, що приводиться в обертання від приводного двигуна через вал ротора 5. Матеріал, що потрапив на ротор, захоплюється розгінними ребрами 11, розганяється, викидається з ротора і вдаряється об відбійні плити 10. В результаті удару матеріал руйнується до необхідної крупності, при цьому крупність здрібненого продукту може регулюватися швидкістю вильоту матеріалу, що визначається частотою обертання розгінногоротора.
Технологічними дослідженнями встановлені основні технологічні показники роботи дезінтегратора та їх залежність від швидкісного режиму його роботи (рис. 5.2).
Як видно із встановлених залежностей при дроблені ' залізної руди у відцентровому дезінтеграторі крупність дробленого продукту зменшується зі збільшенням обертів ротора і досягає 95% класу мінус 10 мм і 80% класу мінус 5 мм при 1100 обертах за хвилину. При цьому середня крупність становить 4 мм (а в дробарках КМДТ—25 мм), що дозволить при дальшому подрібненні руди в млинах підвищити їх продуктивність на 20-30% і на стільки ж зменшити витрати електроенергії.
Рис. 5.І – Особливості конструкції та принцип роботи
дезінтегратора відцентрового типу:
1 - завантажувальний пристрій, 2 розгінний ротор, 3 відбійні плити, 4- підвіска, 5 - вал ротора, 6 - муфта, 7 - розвантажувальна течія, 8 - шків приводу ротора,
9 - обичайка, 10 - відбійні плити кутової форми, 11 -розгінні ребра,
12 - зносостійка пластина
Для встановлення впливу нового способу дроблення в полі відцентрових сил на інші процеси збагачення були проведені порівняльні дослідження на подрібнюваність та збагачуваність продуктів дроблення в дробарках КМД-2200 та ЦД-50. Встановлено, що при однаковій крупності вихідної руди 100-0 мм у продуктах дроблення ЦД-50 масової частки класів мінус 10, 5. 1 та 0,074 мм на 30%. 42%, 32% і 13.5% відповідно більше, ніж у продуктах дроблення КМД-2200. Подрібнюваність руди після ЦД-50 вища на 10%, а збагачувальність вища на 3,3% ніж після КМД-2200 за рахунок кращого розкриття корисних компонентів (рис. 5.3 криві а і б відповідно).
Таким чином результатами досліджень у виробничих умовах переконливо доведена висока ефективність застосування відцентрового дезінтегратора в стадіях дрібного дроблення [121, 75, 76].
Рис. 5.2 – Залежність технологічних показників від
режиму роботи дезінтегратора:
а- масової частки готових класів (криві 1, 2, 3 – класи мінус 10 мм. 5 мм,
1 мм відповідно); б - ступені дроблення (1) та середньої крупності (2)
Рис. 5.3 – Вплив способу дроблення на технологічні
показники збагачення:
1 - дроблення в дезінтеграторі відцентрового тину;
2 - дроблення в конусній дробарці КМД-2200 (а - масова частка класу - 0,074 мм в продуктах подрібнення, б - масова частка-заліза в концентраті)
Були проведені детальні дослідження і встановлені закономірності енергоспоживання відцентрових дезінтеграторів і залежності їх енергетичних характеристик від режимів роботи апарата. На основі результатів проведених досліджень побудовані графіки залежностей енергетичних параметрів відцентрового дезінтегратора від режиму його роботи (рис. 5.4)
Як випливає з встановленої залежності максимальна потужність холостого ходу дезінтегратора складає близько 40 кВт. а під навантаженням - 100 кВт. Питомі витрати електроенергії складають 1,2-1,4 кВт.год/т, що з урахуванням ступеня скорочення-матеріалу (більш 10) істотно нижче, ніж у традиційних дробильно-подрібнювальних апаратах.
Рис. 5.4 – Залежність енергетичних параметрів від режиму роботи дезінтегратора: 1 - потужність, споживана приводом при холостому холі; 2 - потужність, споживана під навантаженням; 3 - питомі витрати електроенергії
Таким чином, застосування дезінтеграторів відцентрового типу в стадіях дрібного дроблення замість традиційних конусних і молоткових дробарок дозволить істотно знизити питомі витрати електроенергії на дрібне дроблення. Крім цього, зниження крупності дроблення продукту з 25 мм до 10 мм, як вказувалося вище, дозволить знизити витрати електроенергії на здрібнювання не менш, ніж на 1% на кожен міліметр зниження крупності дробленого продукту, що надходить до млина.
В остаточному підсумку, запропонований підхід до керування витратами електроенергії в процесах дезинтеграції руд дозволить істотно зменшити витрати електроенергії [75, 76, 121].
Удосконалення циклу здрібнювання і збагачення
Оптимізація процесу замкнутого циклу здрібнювання 1 стадії може бути здійснена шляхом впровадження способу технологічно оптимального керування процесом, що включає в нормальних режимах стабілізацію витрат вихідної руди, співвідношення Т:К, щільності пульпи й зливі класифікатора, з корекцією заданого значення витрат руди по величині витрат води в зливі класифікатора і корекції заданих значень витрат руди і води в млин і щільності пульпи в зливі класифікатора по параметру «вихід скрапу» - по ваговому виході некондиційного по крупності продукту через розвантажувальну горловину млина, що також використаний для виявлення і запобігання аномальних і аварійних ситуацій.
Даний спосіб здійснюється самонастроювальною системою керування здрібнювальним відділенням збагачувальної фабрики, здійснює технологічно оптимальне адаптивне регулювання процесу здрібнювання, контроль і діагностику стану здрібнюваного агрегату. Даний спосіб і система можуть бути доповнені контуром стабілізації оптимальної траєкторії внутрішнього завантаження шляхом зміни швидкості обертання барабана млина [87, 88,89], а також контуром корекції по параметру щільності твердої фази в зливі класифікатора, або вмістом корисного компонента. Докладно дані питання викладені в [89, 91].
Оптимізація процесу магнітної сепарації може бути здійснена шляхом впровадження способу і системи оптимального адаптивного регулювання щільності вихідної пульпи, що дозволить підвищити вихід і витягти корисний компонент в промпродукт, і здійснювати керування інваріантне типу руди, що переробляється, [87,91 ].
Оптимізація процесу замкнутого циклу здрібнювання з класифікацією в гідроциклонах може бути здійснена шляхом впровадження способів і систем автоматичної оптимізації процесу за технологічним критерієм якості в сполученні зі способом і системою, що забезпечує оптимальне споживання електроенергії. Основною умовою впровадження способу, що забезпечує мінімальне споживання електроенергії, є наявність регульованого приводу насосних агрегатів. У цьому випадку з'явиться можливість без зміни ККД насосної установки домагатися оптимального в змісті обраного технологічного критерію якості процесу. Шляхом регулювання інших змінних, наприклад щільності живильної пульпи, рівня в зумпфі й перетину піскової насадки, змінюють положення робочої характеристики трубопроводів, домагаючись максимального значення ККД насосної установки.