Лекция 4. Механическое оборудование предприятий цветной

Металлургии.

Современное предприятие цветной металлургии представляет собой более или менее большой сложный комплекс технологического оборудования и оборудования общего применения: машин и механизмов для транспортирования материалов, теплоэнергетического и электротехнического, металлорежущего, кузнечно-прессового оборудования и др. При современной технологии обогащения рудного сырья и громадном объеме производства стало рентабельным добывать и перерабатывать сравнительно бедные руды с низким содержанием в них металлов. Содержание в руде меди, никеля и свинца составляет в среднем около 1%, а олова, вольфрама и молибдена десятые и даже сотые доли процента. Поэтому производство цветных металлов связано с большими затратами труда и средств. Если для получения 1 т чугуна требуется переработать 3-4 т руды, то для получения 1 т меди надо переработать на обогатительной фабрике 120-150 т руды, а для выплавки 1 т олова или вольфрама - 1700-2500 т руды. Для экономичной, эффективной металлургической обработки требуется подать на медный металлургический завод кон­центрат, содержащий 20-40% металла, а на свинцово-цинковые заводы - 50% и более.

На обогатительную фабрику руда поступает в виде кусков различной формы и размеров: наибольшие размеры кусков, поступающих от рудников подземной добычи, достигают 300-600 мм, а от рудников открытой добычи, где применяются мощные экскаваторы с ковшами емкостью от 4,6 до 12 м³, достигают 1,5 м.

Чтобы получить металл, эти огромные куски подвергают многократному раздрабливанию и измельчению до мельчайших зернышек (пылинок) размерами 74 мкм (микронов) и менее. Только таким способом пока можно вскрыть тонковкрапленные минералы, отделить их от пустой породы и получить необходимые концентраты, пригодные, для металлургической переработки.

Руды цветных металлов содержат обычно два и более металлов, а также серу. При обогащении таких руд получают, как правило, несколько концентратов: свинцовый, цинковый, медный, никелевый и пиритный. Совершенствование процесса обогащения и обогатительного оборудования дает возможность экономично перерабатывать эти сложные по составу и бедные по содержанию металла руды.

Отечественная цветная металлургия располагает многими крупными обогатительными фабриками мощностью 30-60 тыс. т руды в сутки. Современная обогатительная фабрика представляет собой высокомеханизированное предприятие с большим числом параллельно действующих машин и механизмов. Все технологические процессы на фабрике, начиная от крупного дробления и кончая выдачей конечной продукции - концентрата, связаны конвейерами и гидротранспортом в единую механизированную систему. Комплекс технологического оборудования и транспортирующих машин и механизмов, связанных технологической цепью, должен обеспечить длительную устойчивость и непрерывность процесса. Иначе невозможна нормальная работа обогатительной фабрики, так как остановки оборудования нарушают технологический процесс, приводят к снижению степени извлечения металла из руды и тем самым увеличению потерь его отходами производства (с хвостами, песками).

Процессы обогащения руды осуществляются в водной среде (мокрые процессы). Расход воды составляет 4-5 м³ на 1 т перерабатываемой руды. Поэтому обогатительную фабрику располагают в местности, богатой водными ресурсами, и по возможности рядом с рудником. Такое расположение позволяет проводить первичное крупное дробление под землей и направлять на фабрику дробленую руду а отходы - хвосты направлять на рудник для закладки выработанного пространства. При рельефе местности с уклоном 10-25° фабрику размещают на склоне. В этом случае оборудование устанавливают ступенями (каскадно) в соответствии с последовательностью технологического процесса, что позволяет использовать самотечное (наиболее экономичное) перемещение материалов: руды, пульпы концентратов Особенно упрощается в этом случае насосное хозяйство фабрики (на крупных фабриках число насосов составляет 400-500).

Цветная металлургия - сложная, многоотраслевая промышленность. Большое число технологических процессов, т.е. для каждого получаемого металла применяется практически своя технология, что обусловливает многообразие технологического оборудования. В настоящее время в цветной металлургии насчитывается свыше 500 видов технологического оборудования, включающих несколько тысяч типоразмеров (от современных высокопроизводительных агрегатов до оборудования выпуска довоенных лет) и различное конструктивное исполнение.

Машины и аппараты обогатительных фабрик - преимущественно типовые, стандартизированные (дробилки, мельницы, классификаторы и др.), такие же как и на фабриках других отраслей промышленности: черной металлургии, горнохимической промышленности и др. Различаются машины, в которых осуществляются процессы обогащения: флотационные агрегаты, сепараторы, концентрационные столы, отсадочные машины и др.

Большое разнообразие технологических процессов на предприятиях цветной металлургии обусловливает транспортировку твердых и жидких материалов с различными физическими свойствами: дробленную руду, рудные концентраты, шихтовые материалы для металлургических переделов (известняк, кварц, кокс и др.), продукты металлургических процессов (огарок, агломерат, жидкие металлы и штейны и пр.), различные суспензии - пульпы (жидкости, содержащие твердые частицы) и растворы металлов в кислотной среде.

Технологические переделы (крупное, среднее и мелкое дробление руды) связаны между собой транспортирующими машинами непрерывного действия, наиболее рациональными при перемещении больших масс руды, достигающих 3-6 тыс. т в час. Кроме ленточных конвейеров, к машинам непрерывного транспорта относятся пластинчатые, скребковые, винтовые и вибрационные конвейеры, а также элеваторы и гидро- и пневмотранспорт.

Дробилки

Дроблением называют технологический процесс разделения твердых материалов на части. В процессе дробления под действием дробящей силы преодолеваются внутренние силы сцепления частиц и образуются новые поверхности в дробленном материале.

В зависимости от принципа действия и конструкции дробильные машины делятся следующим образом:

1) щековые дробилки, в которых материал дробится в рабочем пространстве, между двумя наклонно расположенными плитами (щеками); в этом случае раздавливание сочетается с раскалыванием и изгибом;

2) конусные дробилки, в которых дробление материала происходит в дробящем пространстве между двумя усеченными конусами в результате раздавливания, раскалывания и излома кусков с частичным истиранием дробимого материала;

3) валковые дробилки, в которых материал дробится в рабочем пространстве между двумя вращающимися валками; дробление происходит раздавливанием с частичным «истиранием (гладкие валки) и раскалыванием (зубчатые валки);

4) дробилки ударного действия, в которых материал дробится под ударами быстро вращающихся рабочих частей по свободно падающим кускам материал;

5) мельницы, в которых происходит мелкое дробление - измельчение дробящими металлическими телами или кусками горной породы внутри рабочего пространства.

Грохоты

Грохочение - технологический процесс разделения твердых частиц по классам крупности, а также отделения твердой фазы от жидкой просеиванием через подвижную или неподвижную просеивающую поверхность. Машины и устройства, служащие для грохочения (просеивания), называют грохотами.

При грохочении полезных ископаемых применяют грохоты различных конструкции, которые можно классифицировать следующим образом: неподвижные и подвижные; по форме просеивающей поверхности грохоты - плоские, дуговые, цилиндрические и конические. Наибольшее применение в цветной металлургии нашли плоские грохоты, которые бывают горизонтальными и наклонными, неподвижными и подвижными.

Классификаторы

Процесс классификации представляет собой разделение мелкозернистых материалов крупностью не более 8-10 мм на две фракции: тонкую (слив) и крупную (пески). Классификация осуществляется в восходящей струе водяной среды. Наиболее широкое распространение классификация получила на обогатительных фабриках для отделения готового продукта, вышедшего из мельницы, от недоизмельченного материала. Машины и аппараты, в которых происходит классификация материалов, называются классификаторами.

Классификаторы в зависимости от конструкции рабочего органа делятся на реечные, чашевые и спиральные.

Мельницы

Измельчением материалов завершается подготовка руды для флотационного и гравитационного обогащения.

К основным типам мельниц относятся: барабанные, вибрационные, струйные, кольцевые, бегуны и др.

В качестве измельчающих тел (среды) служат металлические шары, стержни, окатаная галька или крупные куски измельчаемого материала (руды). В зависимости от этого мельницы разделяют на шаровые, стержневые, рудно-галечные и самоизмельчения.

По форме барабана мельницы бывают цилиндрические, цилиндро- конические и конические. Цилиндрические мельницы в свою очередь разделяются на короткие и длинные или трубные.

Мельницы, измельчающие руду на обогатительных фабриках, работают исключительно в условиях мокрого измельчения, вместе с рудой поступает в барабан и вода, примерно 25-60% от массы измельчаемой руды.

Машины для обогащения руд

Процесс обогащения руд основан на использовании различий физических, минералогических и физико-химических свойств минералов (крупности, плотности, формы, коэффициентов трения, смачиваемости, магнитной проницаемости, электропроводности и др.).

Применяют несколько методов обогащения руд: ручное или рудоразборка, по крупности и по форме минералов, гравитационные способы, флотацию, а также магнитные и электрические методы обогащения. При выборе рационального способа обогащения первостепенное значение имеет характер вкрапленности минералов в рудной массе. Очень крупные включения минералов (размером свыше 20 мм) хорошо отделяются от пустых пород рудоразборкой, промывкой или магнитным обогащением. Включения минералов размером 2-20 мм отделяют методами гравитации и магнитной сепарации. Руды с включениями минералов крупностью от 0,2 до 2 мм обогащают обычно методами гравитации, магнитной и электрической сепарации. Руды с тонким включением минералов (размером 74-200 мкм) обогащаются методом флотации.

Сгустители

Сгущением называют технологический процесс отделения твердых частиц от жидкости, широко применяемый в различных отраслях промышленности. Сгущению подвергают все концентраты обогатительных фабрик. Процесс сгущения является первой стадией обезвоживания концентратов, поступающих из передела обогащения.

По расположению приводного механизма сгустители могут быть с центральным приводом и боковым (периферийным) приводом.

Сгустители изготавливаются с внутренними диаметрами от 6 до 70 м, высота от 2,2 до 7 м.

Сгуститель имеет чан деревянной конструкции, рассчитанной на работу в условиях агрессивных пульп. Перегребное устройство закреплено жестко на вертикальном валу и состоит из четырех граблин, несущих четыре гребка криволинейной формы. Граблины установлены под углом 5-12° к горизонту, их регулируют в небольших пределах растяжками.

Приводной механизм состоит из зубчатой конической передачи, редуктора и электродвигателя, расположенного на стальной раме с отдельно стоящими колоннами.

Сгуститель загружается пульпой через загрузочную воронку, внутри которой имеется решетка, предохраняющая аппарат от попадания в него случайных предметов (щепы, тряпок и др.). На гидрометаллургических заводах для этой цели устанавливают перед сгустителями специальные резервуары-шпицкастены емкостью 4-5 м³.

Осевший сгущенный материал непрерывно перегребается и перемещается гребками к разгрузочной воронке, из которой сгущенный материал подается насосами или поступает самотеком на вторую стадию обезвоживания в фильтровальную установку (концентраты влажностью примерно 50%), а кеки гидрометаллургического производства - на первую стадию фильтрации.

Фильтры

Фильтрованием называется технологический процесс, в результат которого происходит разделение суспензий (пульп) при помощи пористой поверхности (перегородки) на твердую и жидкую фракции. Твердые частицы пульпы задерживаются на перегородке, образуя осадок - кек, а жидкость проникает через поры перегородки и удаляется. Обезвоживания концентратов предназначено для снижения влажности поступающих из сгустителей концентратов примерно с 30-60% до 10-12%. Такая степень влажности позволяет складировать, погружать и транспортировать концентраты на метал­лургические заводы. При необходимости большего снижения влажности концентраты подвергают сушке, преимущественно в сушильных барабанах.

Литература:6 осн.[35-145], 7 осн.[120-140]

Контрольные вопросы:

1. Какие оборудования используются для обогащения руд?

2. Какие виды дробилок используются для дробления руд?

3. Для чего применяются спиральные классификаторы?

4. Какие виды мельниц применяются для измельчения руд?

5. Для чего применяются флотационные машины?

6. Какие бывают фильтры для обезвоживания пульпы?