Общие принципы расчета схем дробления

РАСЧЕТЫ СХЕМ РУДОПОДГОТОВКИ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ, ГРОХОЧЕ-НИЯ, ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ

Утверждено Научно-методическим советом университета в качестве учебного пособия

Алматы 2005

ББК 33.1я73

С12

УДК 622.73/74(075.8)

СОСТАВИТЕЛИ Сажин Ю.Г. Расчеты схем рудоподготовки и выбор оборудования для дробления, грохочения, измельчения и классификации. Учебное пособие для руководителей курсового и дипломного проектирования и студентов специальности 2404 «Обогащение полезных ископаемых» – Алматы: КазНТУ, 2005, с. 1–179.

ISBN 9965-487-32-4

Учебное пособие составлено в соответствии с требованиями квалификационной характеристики специалиста и Государственных стандартов. В учебном пособии учтены требования последних нормативных документов, регламентирующих выполнение учебной студенческой документации. Изложены подход и выполнение курсового проекта по рудоподготовке, содержание пояснительной записки и графической части и требования к их оформлению. Учебное пособие позволяет студентам самостоятельно решать вопросы расчета количественных и водно-шламовых схем, выбирать и рассчитывать производительность и количество оборудования для дробления, грохочения, измельчения и классификации.

Пособие предназначено для студентов специальности 2404 «Обогащение полезных ископаемых». Может быть полезно для студентов специальности 2402 «Металлургия цветных металлов».

Ил. 27, табл. 49, библ. 15 назв.

ББК 33.1я73

Рецензент Ж.У. Досумов, канд. техн. наук, проф.

Печатается по плану Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2000 год.

Утверждено НМС университета в качестве учебного пособия (протокол №1 НМС от 01.11.1999 г.).

C © КазНТУ, 2005

00(05) – 99

ISBN 9965-487-32-4

ВВЕДЕНИЕ

Современные производственные объекты, в том числе переделы рудоподготовки обогатительных фабрик, представляют собой различной сложности цеха, агрегаты, инженерные сооружения и системы, проектирование которых связано с выполнением комплекса инженерных расчетов и проектных решений технического, организационного и экономического плана. Поэтому курсовое проектирование является творческой работой студентов и требует самостоятельного, внимательного и глубокого изучения технологии процессов рудоподготовки.

Передел рудоподготовки на обогатительных фабриках является наиболее дорогим и энергоемким. В стоимостном выражении переделы измельчения и классификации могут составлять 50–70 % всех капитальных затрат обогатительной фабрики. Поэтому в курсовом и дипломном проектировании студентам необходимо внимательно разобраться в особенностях расчетов оборудования дробления, измельчения, грохочения и классификации.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 Цель выполнения курсового проекта – приобретение студентами знаний и навыков в технологии рудоподготовки, расчета количественных схем дробления и измельчения, выбора дробильно-измельчительного оборудования, приобретение практических навыков в области творческого применения нормативных материалов, методик расчетов, технологических инструкций, стандартов и других нормативных материалов, в том числе и определенных расчетов с применением ЭВМ.

1.2 Состав курсового проекта – пояснительная записка объемом 35-40 страниц рукописного текста, чертеж технологической схемы рудоподготовки с результатами расчетов количественной и водно-шламовой схемы, схема цепи аппаратов с указанием всего принятого оборудования, компоновочные чертежи цехов крупного дробления, среднего и мелкого дробления, переделов измельчения и самоизмельчения.

1.3 Сроки защиты проекта – за 10 дней до начала экзаменационной сессии.

1.4 Защита проекта принимается кафедральной комиссией. Доклад 8-10 минут с объяснением рассмотренных вариантов рудоподготовки, обоснованием принятого варианта, компоновочных решений проекта заданного цеха, передела.

1.5 Защита дифференцированная (с оценкой).

1.6 Задание на выполнение курсового проекта выдается каждому студенту индивидуально и содержит:

1) годовую производительность фабрики по руде;

2) тип руды;

3) перечень основных рудных и нерудных минералов, содержащихся в руде;

4) характер и размер вкрапленности;

5) крепость руды по М. Протодьяконову;

6) номер характеристики крупности, данные для которой принимаются из таблицы А.16 приложения А.

1.7 Пояснительная записка к курсовому проекту составляется в соответствии с СТП 164-08-98 и содержит:

1) титульный лист;

2) задание на проектирование;

3) содержание;

4) введение;

5) основную часть (расчет вариантов);

6) сводную таблицу энергозатрат по вариантам;

7) заключение;

8) список литературы;

9) приложения.

Записка пишется на одной странице формата А4 (210х297 мм) синими или фиолетовыми чернилами с оставлением полей в соответствии с СТП 164-08-98.

1.8 В пояснительной записке во введении дается краткая характеристика применяемых в настоящее время способов и схем рудоподготовки. Дается их анализ и делается выбор наиболее оптимальных схем дробления и измельчения с обоснованием крупности руды, получаемой в дробильном и измельчительном переделах.

1.9 В основной части пояснительной записки приводится расчет двух обязательных вариантов дробления руды:

1) двухстадиальной или трехстадиальной схемы дробления с замкнутым циклом в последней стадии;

2) двух- или трехстадиальной схемы дробления с открытыми циклами дробления во всех стадиях с обязательной установкой дробилки типа КИД в последней стадии.

1.10 В разделе измельчения руды приводятся расчеты количественной и водно-шламовой схемы и выбор оборудования для измельчения и классификации с учетом особенностей первого и второго вариантов дробления.

1.11 Расчеты вариантов заканчиваются составлением сводной таблицы устанавливаемого оборудования по вариантам и определением удельного расхода электроэнергии для каждого варианта.

1.12 В заключении обосновывается целесообразность принятия того или иного варианта рудоподготовки.

1.13 Чертежи к курсовому проекту выполняются на стандартных листах бумаги формата А1 (594х841 мм) по ГОСТ 2.301-68. Количество чертежей 2–3 листа. Допускается размещение на одном листе технологической схемы рудоподготовки и схемы цепи аппаратов.

1.13.1 Технологическая схема рудоподготовки образуется при объединении количественной схемы принятого варианта дробления и количественной и водно-шламовой схемы измельчения с нанесенными расчетными данными. Обязательно указываются номинальные крупности по стадиям дробления и процентное содержание расчетного класса в продуктах измельчения.

Все надписи выполняются чертежным шрифтом по ГОСТ 2.304-81. Размеры шрифта:

– основные операции – высота букв 7 или 10 мм;

– вспомогательные операции и продукты – высота букв 5 мм.

1.13.2 Схема цепи аппаратов с указанием всего оборудования рудоподготовки, рассчитанного и выбранного в процессе расчетов, а также обязательное аккумулирующее, транспортное и подъемно-транспортное оборудование (бункера, воронки, питатели, ленточные транспортеры, насосы).

Основное и вспомогательное оборудование на схеме цепи аппаратов показывается условно (контуры аппаратов). Их взаимосвязь и направление движения продуктов показывают сплошной линией, воду – линией с разрывами и значками (окружности, крестики, треугольники и т.д.).

1.13.3 Сборочный чертеж представляется проектом корпуса крупного дробления, корпусом среднего и мелкого дробления, переделами шарового измельчения или самоизмельчения, выполняемого в виде плана и разреза в масштабе 1:100 или 1:200.

Корпус крупного дробления включает рудоприемные и транспортирующие устройства и аппараты (бункер, воронка, питатели, транспортеры), установку дробилок и, если необходимо, грохоты, а также транспортировку дробленого продукта и подъемно-транспортные средства. На этом же чертеже показываются основные элементы несущих и ограждающих строительных конструкций (колонны и балки, фермы и перекрытия, стены и полы, проемы и ограждения, кровля и фонари, фундаменты и лестницы). На чертеже в плане указываются установочные размеры основного оборудования, нумерация оборудования и колонн. Нумерация оборудования в плане должна совпадать с нумерацией на схеме цепи аппаратов. На разрезе указывается длина пролетов здания, расстояние между колоннами, высоты обслуживающих площадок, главного оборудования, подкрановых путей, ферм и т.д.

Среднее и мелкое дробление компонуется в одном здании по схемам с совмещенными (СОГ) или раздельными (РОГ) операциями грохочения в третьей стадии. На чертеже также приводится, кроме основного оборудования, всё необходимое вспомогательное (подъемное, транспортное, промежуточные бункеры, воронки и т.д.) оборудование, а также отмеченные выше конструктивные элементы здания и установочные размеры. Аналогичные требования предъявляются к компоновке измельчительных переделов.

1.14 Исходные данные для расчета должны содержать:

1) годовую производительность фабрики по руде, млн. т в год;

2) тип руды;

3) максимальный диаметр куска руды, мм;

4) ситовую характеристику руды, график ситовой характеристики и уравнение характеристики крупности, построенной в логарифмических координатах;

5) минералогическую характеристику руды с определением её плотности и насыпной плотности;

6) категорию крепости и коэффициент крепости руды;

7) число смен и их продолжительность;

8) коэффициент использования оборудования в дробильном и измельчительном переделах;

9) относительную максимальную крупность (Z_щ, Z_к);

10) содержание влаги в руде, %;

11) обогатительную фабрику, принятую за эталон;

12) фабричную схему измельчения;

13) тип мельницы в первой и последующих стадиях измельчения;

14) содержание расчетного класса (–74 мкм) по операциям фабричной схемы;

15) удельную производительность или эффективность измельчения по стадиям для фабричных мельниц;

16) намечаемую крупность конечного продукта дробления в курсовом проекте, мм;

17) часовую производительность цехов дробления и измельчения;

18) варианты схем дробления.

ДРОБЛЕНИЕ

Общие положения

Операции дробления применяются для подготовки руды к измельчению в мельницах или подготовки непосредственно к обогащению, что имеет место при предварительном обогащении руд гравитационными методами обогащения.

Кроме основного процесса – дробления руды – в схемах цехов дробления широко применяется грохочение – предварительное или поверочное. Их принято относить к той стадии дробления, куда поступает надрешетный продукт.

Совместно грохочение и дробление образуют стадию дробления, а совокупность стадий дробления – схему дробления.

В расчетах цехов дробления определяют:

1) производительность цеха дробления;

2) число смен и продолжительность работы цеха;

3) степени дробления – общую и частную по стадиям;

4) число стадий дробления;

5) необходимость применения грохочения – предварительного или поверочного;

6) массу материала по стадиям и операциям схемы дробления;

7) производительность оборудования дробления и его количество;

8) варианты схем дробления и выбор оптимальной схемы.

2.1.1 Применяемые обозначения

Q_г– годовая производительность, млн. тонн;

Q₀– часовая производительность цеха дробления, т/ч;

Q_n– масса продукта, т/ч;

β_n^+d – содержание в продукте n класса +d, % или д.е.;

β_n^–d – содержание в продукте n класса –d, % или д.е.;

γ_n– выход продукта, % или д.е.;

i_n– размер разгрузочного отверстия дробилки, мм;

B – ширина загрузочного отверстия дробилки, мм;

D_max– размер максимального куска руды в питании, мм;

Z_n – относительная максимальная крупность по стадиям дробления, равная отношению размера ячейки номинального сита к величине разгрузочного отверстия дробилки;

D_Н – номинальная крупность дробленого продукта, определяемая размером ячейки номинального сита, мм;

a_n– размер отверстия сетки грохота, мм;

E_n– эффективность грохочения по стадиям дробления, % или д.е.;

S_общ– общая степень дробления;

S_ср.– средняя степень дробления;

S_n– частная степень дробления;

δ_т – плотность руды, т/м³;

δ_н – насыпная плотность руды, т/м³;

b_n⁺ⁱ, b_n^+d – выход продуктов, подлежащих дроблению, д.е.;

K₀– произведение поправочных коэффициентов;

K_f – коэффициент, учитывающий крепость руды по М. Протодьяконову;

K_к – коэффициент, учитывающий крупность питания;

K_ω – коэффициент, учитывающий влажность руды;

K_ц – коэффициент замкнутого цикла дробления;

q_min– производительность дробилки при минимальной величине разгрузочного отверстия, м³/ч;

q_max– производительность дробилки при максимальной величине разгрузочного отверстия, м³/ч;

F – рабочая площадь сита, м²;

q₀ – удельная производительность грохотов, м³/(м² * ч);

K, L, M, N, O, P – поправочные коэффициенты при расчете производительности грохотов;

n – число смен;

m – продолжительность одной смены, ч;

η – коэффициент неравномерности;

K_в – коэффициент использования оборудования.

2.1.2 Стадии дробления

Стадии дробления имеют следующую разновидность:

А – дробление руды без грохочения;

Б – дробление руды с включением предварительного грохочения;

В – дробление руды с включением поверочного грохочения;

Г – дробление руды с включением совмещенных операций предварительного и поверочного грохочения;

Д – дробление руды с включением раздельно предварительного и поверочного грохочения.

Тип «А»

Руда

дробление

дробленный

продукт

Тип «Б»

Руда

предварительное

грохочение

– +

дробление

дробленный

продукт

Тип «В»

Руда

дробление

поверочное

грохочение

– +

дробленный

продукт

Рисунок 1 – Разновидности схем дробления

Тип «Г»

Руда

предварит. + повер.

грохочение

– +

дробление

дробл.

прод.

Тип «Д»

Руда

предварительное

грохочение

– +

дробление

поверочн.

грохочение

дробленный

продукт

Продолжение рисунка 1 – Разновидности схем дробления

2.1.3 Схемы дробления

Схемы дробления различаются числом стадий дробления, которых может быть от одной до четырех. Схемы дробления руды представляют собой стадиальный процесс сокращения крупности руды от начального размера до конечного, оптимального для последующего измельчения или предварительного обогащения (например, в тяжелых суспензиях), размера.

Максимальная крупность дробленого продукта, поступающего в измельчение, не должна превышать:

для шаровых мельниц – 10-13 мм;

для стержневых мельниц – 15-20 мм;

для мельниц рудного само- и полусамоизмельчения – 300-350 мм.

При использовании стержневых и шаровых мельниц в первой стадии измельчения и открытого цикла дробления в последней стадии дробления крупность дробленого продукта может быть повышена при переработке трещиноватых, легкоразрушающихся в начальной стадии измельчения, а также глинистых, сильно каолинизированных и влажных руд. Конечные продукты дробления необходимой крупности получают при работе обычных конусных дробилок мелкого дробления (КМД) в замкнутых циклах с грохотами или в открытом цикле при условии применения в дробилках КМД футеровок специальной конструкции (продукт –20 мм) и инерционных дробилок типа КИД (продукт 10-12 мм).

На обогатительных фабриках, перерабатывающих руды цветных металлов, в зависимости от способа добычи руды и процесса (способа) рудоподготовки – рудного самоизмельчения или измельчения мелкодробленой руды стальной средой, а также производительности фабрики – схема может иметь одну, две или три стадии дробления.

Одностадиальную схему дробления (крупное дробление) часто без предварительного грохочения используют при последующем самоизмельчении или полусамоизмельчении (с добавками 4–8 % шаров) руды («Кобар», «Комото», «Мангула», «Эртсберг», «Нептун», «Блэк» и др.). В остальных случаях на действующих фабриках обычно используют двух- и трехстадиальные схемы дробления с открытым (рисунок 2 а, в, г) и замкнутым (рисунок 2 б, д) циклами в последней стадии («Колон», «Сью Эл», «Эрденет», «Маммут», «Бугенвиль» и др.). Предварительное грохочение перед первой стадией при наличии достаточного запаса в производительности дробилки, выбираемой по размеру максимального куска руды, необязательно.

а б

Руда Руда

Дробление Дробление

Грохочение

Дробление

в г

Руда Руда

Крупное дробление Крупное дробление

Грохочение Грохочение

Среднее дробление Среднее дробление

Грохочение

Грохочение Мелкое

дробление

Мелкое дробление

Рисунок 2 – Двухстадиальные (а, б) и трехстадиальные (в, г, д) схемы дробления

Руда

Крупное дробление

Грохочение

Среднее дробление

Грохочение

Мелкое дробление

Продолжение рисунка 2 – Двухстадиальные (а, б) и трехстадиальные (в, г, д) схемы дробления

Разработка и освоение высокоэффективных, работающих в тяжелых условиях грохотов привело к развитию схем с выделением первичной мелочи в начале процесса и замкнутым циклом в последней стадии дробления для получения продукта крупностью 16–19 мм, поступающего в стержневые, и 10–13 мм – в шаровые мельницы. При этом все более широкое использование получают схемы дробления с раздельными операциями предварительного и поверочного грохочения в последней стадии, с установкой грохотов непосредственно под конусными дробилками среднего и мелкого дробления («Гибралтар», «Колон», «Бугенвиль», «Сиерита» и др.). Для грохочения применяют высокопроизводительные грохота площадью 12–24 м² с удельной производительностью по готовому продукту (просеву) не более 15–20 т/(м³ * ч). Такие схемы применяют на вновь проектируемых фабриках (рисунок 3).

а Руда б Руда

Грохочение Грохочение

Крупное дробление Крупное дробление

Складирование Складирование

Грохочение Грохочение

Среднее дробление Среднее дробление

Грохочение

Бункерование

Грохочение Бункерование

Мелкое Мелкое

дробление дробление

Грохочение

В самостоятель-

ную обработку

в самостоятельную обработку

в Руда

Грохочение

Крупное дробление

Грохочение

Складирование

Среднее дробление

По схеме «а» или «б»

В самостоятельную переработку

Рисунок 3 – Рекомендуемые трехстадиальные схемы дробления

Схема, показанная на рисунке 3а, целесообразна при дроблении глинистых руд с повышенной влажностью, требующих большого фронта грохочения. Ее применяют, например, в рудоподготовительном комплексе фабрики «Бугенвиль».

Схему, показанную на рисунке 3б, используют при дроблении относительно сухих неглинистых руд, не требующих большого фронта грохочения.

Для дробления руд с повышенной влажностью и глинистостью и в неблагоприятных климатических условиях рекомендуется схема с выделением готового продукта в специальном корпусе перед складированием крупнодробленой руды, показанная на рисунке 3в.

Выделение перед II стадией первичной мелочи (готового по крупности продукта, который может быть влажным и липким или сухим и пылящим) и вывод ее кратчайшим путем из процесса дробления позволяет нормализовать работу всего последующего тракта дробления, грохочения и конвейерного транспорта, избежать «запрессовки» дробилок мелкого дробления, улучшить условия труда и сократить число обслуживающего персонала. При этом первичную мелочь, удаляемую из основного потока руды при наличии в ней шламистого материала и растворимых солей, ухудшающих результаты обогащения, можно направлять в самостоятельный цикл обработки.

Достаточная вместимость склада крупнодробленой руды, в свою очередь, обеспечивает непрерывную в рациональном режиме работу оборудования II и III стадии дробления с максимальной равномерной производительностью, регулируемой автоматически. Для транспортировки крупнодробленой руды (до 250–350 мм) от установок крупного дробления, обычно расположенных у борта карьера, до следующих стадий дробления или главных корпусов фабрик все шире используются ленточные конвейеры.

В ряде случаев требуется применение особых схем дробления. Так, при дроблении влажной, глинистой и заснеженной руды открытой добычи применяют схемы с подсушкой части рудного потока («Пайн Пойнт», «Рутен») (рисунок 4а). Подсушка руды благоприятно сказывается на прохождение руды по дробильному тракту и гарантирует надежную работу фабрик при весьма низких энергозатратах, составляющих в зимние месяцы не более 0.43 кВт*ч/т.

Схема, показанная на рисунке 4б – пример схемы дробления с выделением гали для рудно-галечного измельчения, а в схему на рисунке 4в включена промывка крупнодробленой руды. Предварительную промывку используют при переработке свинцовых, цинковых, медно-цинковых, золотосодержащих и других типов руд.

а Руда б Руда