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

Грохочение

Дробление

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

д

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

Грохочение Грохочение

Крупное дробление Крупное дробление

Складирование

Грохочение

Грохочение (колосниковый грохот)

Среднее дробление Грохочение

Рудная галя

Среднее дробление

Оттаивание

и подсушка

Грохочение

Бункерование

Мелкое дробление

Грохочение

Мелкое дробление

в Руда

Грохочение

Крупное дробление

Свежая вода

Грохочение (с промывкой)

Классификация Среднее дробление

(в механическом

классификаторе)