Требования к процессам рудоподготовки

РАСЧЕТЫ РУДОПОДГОТОВКИ ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Утверждено министерством науки и образования Республики Казахстан

в качестве учебника

Алматы 2000

УДК 622.73/74(075.8)

Сажин Ю.Г. Расчеты рудоподготовки обогатительных фабрик. Учебник. – Ал­маты: КазНТУ, 2000, 179 с.

Рассмотрены принципы расчетов схем рудоподготовки обогатительных фабрик. Изложены методики расчетов схем дробления и измельчения, производительности дробильно-размольного и классифицирующего оборудования.

Особое внимание уделено методикам расчета количественных и вод-но-шламовых схем измельчения. Приведены примеры расчетов и необходимые справочные данные.

Учебник предназначен для студентов специальности «Обогащение полезных ископаемых». Может быть полезен инженерно-техническим работникам обогатительных фабрик и проектных организаций.

Рисунков – 27. Таблиц – 49. Библиография – 15 названий.

Рецензенты: Ж.У. Досумов, канд. техн. наук, проф.

Н.А. Усенов, канд. техн. наук, президент АО «Иналмаззолото»

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

Утверждено НМС университета в качестве учебника (протокол №__ НМС от __.__.2000 г.).

Казахский национальный технический университет, 2000

ВВЕДЕНИЕ

Разрушение горных пород, слагающих земную кору, всегда было и остается одним из основных видов деятельности человека. Первичная переработка полезных ископаемых – замыкающее звено в общей технологии получения минерального сырья. Без нее большинство полезных ископаемых в настоящее время не может быть превращено в товарный продукт, соответствующий кондициям на сырье для химико-металлургической переработки или для непосредственного использования в качестве готового материала, а, следовательно, не может быть вовлечено в сферу общественного производства.

Динамика изменения качества добываемых руд цветных и черных металлов, горно-химического сырья, угля и других твердых полезных ископаемых показывает, что содержание в них полезных компонентов систематически снижается. Эта тенденция естественна в связи с невосполнимостью запасов полезных ископаемых в недрах земной коры и прогрессирующими темпами потребления материалов и металлов, получаемых из минерального сырья. Тенденция снижения содержания ценных металлов в добываемых рудах полностью относится и к месторождениям Казахстана. Например, снижение содержания таких металлов, как свинец, цинк и медь за период с 1975 по 1990 годы составило: свинца на 40 %, цинка на 25 % и меди на 15 %. Количество извлекаемой из недр горной массы для удовлетворения всевозрастающей потребности в минеральном сырье из бедных руд удваивается в мировой практике каждые 25 лет, а для стран бывшего СССР этот период составлял 10 лет. В этих условиях одновременно возрастает роль и трудности развития обогащения полезных ископаемых как совокупности современных процессов первичной обработки руд.

Обогащению подвергают сейчас практически всю руду цветных металлов, до 90 % добываемой железной руды, весь коксующийся и почти половину энергетических углей, все фосфорное и калийное сырье для производства удобрений и значительную часть сырья для производства строительных материалов. Процессы дробления и измельчения применяются для доведения минерального сырья и других материалов до необходимой крупности, требуемого гранулометрического состава или заданной степени раскрытия минералов.

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. Доля капитальных, эксплуатационных и энергетических затрат на дробление и измельчение большинства использующих эти процессы предприятий составляет более 50 % их экономического баланса. В этой связи задачи правильного выбора дробильно-измельчительных процессов и соответствующего оборудования становятся все более актуальными.

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЦЕССАМ РУДОПОДГОТОВКИ

Эффективность процесса обогащения зависит от того, насколько полно при рудоподготовке удалось обеспечить отделение (раскрытие) извлекаемых минералов и преимущественное распределение их зерен по тем классам крупности, извлечение из которых гравитационными, флотационными и другими методами происходит наиболее полно.

Как известно, в последние годы вводятся в эксплуатацию месторождения с большими запасами бедных и труднообогатимых руд цветных металлов, требующих более тонкого измельчения для вскрытия ценных минералов и улучшения технологических показателей. В этой связи наметились следующие направления развития процессов дробления и измельчения:

1) значительное увеличение удельной мощности дробилок и мельниц;

2) внедрение машин, обеспечивающих на основе лучшего использования физико-механических характеристик руды совмещение нескольких операций в одном аппарате с одновременным снижением расхода стальных мелющих тел;

3) усовершенствование схем дробления и измельчения и их автоматизация;

4) изучение и усовершенствование действующих и новых видов процессов и аппаратов рудоподготовки.

Применительно к основному методу обогащения руд цветных металлов (флотации) процессы рудоподготовки должны обеспечить крупность измельчения руды или продуктов обогащения двум основным требованиям. Во-первых, необходимо, чтобы размеры зерен флотируемого минерала не превышали верхнего предела и были не меньше нижнего предела крупности, за пределами которых невозможны флотация и эффективное их закрепление на пузырьках воздуха. Во-вторых, необходимо, чтобы основная масса флотируемых зерен находилась в свободном виде, т.е. была освобождена от сростков пустой породы (перед коллективной флотацией) и сростков друг с другом (перед селективной флотацией).

В большинстве случаев не удается достигнуть полного раскрытия всех сростков, представленных обычно сростками зерен соизмерительных размеров, пленками одного минерала на поверхности зерен другого, эмульсионными включениями или прожилками одного минерала в другом и другими, более сложными формами срастания минералов. Для полного раскрытия всех сростков требуется слишком тонкое измельчение всей руды со значительным переизмельчением минералов, что экономически и технологически не целесообразно. Поэтому каждая руда имеет свою экономически выгодную степень измельчения и в условиях постоянного снижения содержания металлов в рудах и необходимости их тонкого измельчения роль экономических факторов при рудоподготовке резко возрастает. При этом обязательными требованиями к процессам, оборудованию и схемам рудоподготовки являются:

1) тщательный учет особенностей вещественного состава руды с целью выбора наиболее эффективного оборудования и предотвращения переизмельчения материала;

2) осуществление нескольких технологических операций в одном аппарате высокой производительности при высокой степени сокращения крупности материала;

3) обеспечение минимальных энерго- и материалозатрат;

4) высокая надежность и износоустойчивость оборудования;

5) возможность автоматизации, улучшения условий труда и охраны окружающей среды.

Учитывая решающее влияние на снижение капитальных затрат, эксплуатационных расходов и повышение производительности труда, увеличение размеров и мощности дробильно-измельчительного оборудования, к настоящему времени освоен ряд новых машин и аппаратов, характеризующихся большей удельной производительностью и высокими технологическими показателями. Среди них:

1) конусные эксцентриковые дробилки для крупного дробления с диаметром основания дробящего конуса 2900 мм (ККД-1500/270-ГРЩ);

2) высокопроизводительные стандартные и короткоконусные дробилки с диа-метром 3000 мм для среднего (КСД-3000) и мелкого (КМД-3000) дробления с производительностью до 10-12 млн. т/год по исходной руде и до 5-6 млн. т/г по исходной руде на одну дробилку соответственно;

3) дробилки типа «жиродиск» для получения крупности дробленого продукта менее 10 мм;

4) инерционные дробилки (КИД-1750 и КИД-2200), обеспечивающие дробление материала от 90-100 мм до 10-12 мм в открытом цикле;

5) высокопроизводительные грохота с просеивающей поверхностью 15 м² (ГСТ-72М) и 24 м² (ГСТ-81Р);

6) шаровые мельницы диаметром 6 м (МШР-60х80 с объемом 190 м³) и 5.5 м (МШР-55х65 с объемом 140 м³);

7) мельницы для мокрого само- и полусамоизмельчения диаметром 10.5 м (ММС-105х38 с объемом 300 м³ и ММС-105х50 с объемом 350-400 м³);

8) разработаны конструкции шаровых мельниц с центральной разгрузкой МШЦ-60х85 (объем – 220 м³) и МШЦ-70х90 (объем – 320 м³) диаметром 6 и 7 м соответственно.

Основной тенденцией в ближайшем будущем в области рудоподготовки остается дальнейшее совершенствование действующего оборудования, повышение его удельной мощности и износоустойчивости. Исключением в этом отношении являются гидроциклоны. Для достижения более высокой эффективности классификации в цикле измельчения используются аппараты диаметром 500 и 710 мм, а в цикле доизмельчения концентратов и промпродуктов – гидроциклоны диаметром менее 360 мм.

Наилучние показатели по производительности имеют крупные конусные (эксцентриковые) и роторные дробилки (до 3000 т/ч руды); барабанные (стержневые, шаровые, самоизмельчения) мельницы, обеспечивающие переработку одним агрегатом около 300 т/ч руды. Агрегаты взрывно-струйного измельчения имеют производительность до 50 т/ч, струйные мельницы – до 5 т/ч. Для тонкого помола руд благородных металлов получают широкое распространение башенные мельницы. Преимуществами башенных мельниц являются сравнительно низкие капитальные затраты на установку, пониженный уровень шума, снижение в два раза расхода электроэнергии по сравнению с шаровой мельницей. Установка башенной мельницы с электроприводом мощностью 148 кВт при измельчении руды до 90 % класса –44 мкм имела производительность 11.7 т/ч. Барабанная мельница для аналогичного измельчения должна иметь электропривод мощностью 240 кВт. Перспективным является использование башенных мельниц для тонкого измельчения концентратов или флотационных хвостов, содержащих тонковкрапленное золото, перед стадией выщелачивания.

Валковые дробилки используют при переработке липких руд, ударные – для дробления абразивных пород.

Производительность дробилок и мельниц при снижении крупности дробленого или измельченного продукта уменьшается, а для барабанных мельниц снижение крупности исходного питания приводит к возрастанию производительности.

При стадиальном дроблении и измельчении стальной средой энергозатраты минимальны. С уменьшением крупности дробленой руды производительность шаровых мельниц растет, и стоимость измельчения уменьшается, но затраты на дробление возрастают. При определенной (оптимальной) крупности дробленой руды суммарные расходы на дробление и измельчение будут минимальными. Наивыгоднейшая в экономическом отношении крупность продуктов сухого дробления для измельчения его в шаровых мельницах зависит от производительности фабрики и составляет:

Производительность фабрики, тыс. т/сутки 0.5 2.5 10 40

Крупность дробленого продукта, мм 10-15 6-12 5-10 4-8

Переход на самоизмельчение сопровождается повышением энергозатрат на 10-15 %, однако, применение мельниц самоизмельчения позволяет заменить две стадии дробления и одну-две стадии измельчения стальной средой и за счет этого снизить эксплуатационные и капитальные затраты на 8-10 %. Степень сокращения крупности материала составляет от 300 (400) мм до 0.3 мм и превышает 1000, тогда как при измельчении в шаровых и рудногалечных мельницах степень сокращения составляет около 100, а при дроблении в роторных и инерционных дробилках (КИД) – 18-20. Однако, процесс самоизмельчения для руд с определенным может быть использован для руд с определенными физико-механическими свойствами.

Выбор схемы рудоподготовки произзводится с учетом физических свойств и особенностей исходной руды (крепости, трещиноватости, наличия готового по крупности продукта, влажности и наличия глины). Схема рудоподготовки представляет собой стадиальный процесс сокращения ее крупности от начального до конечного, оптимального для последующего обогащения, размера.

Максимальная крупность кусков конечного дробленого продукта, поступающего в 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 необходимой крупности получают при работе обычных конусных дробилок (КМД) в замкнутом цикле с грохотами или в открытом цикле при условии применения в дробилках КМД футеровок специальной конструкции (продукт –20 мм) и инерционных дробилок (продукт – 10-12 мм).

Выбор схемы измельчения, наиболее рациональной для данной руды, определяется:

1) конечной (и промежуточной) крупностью измельчения руды, позволяющей получить при оптимальных условиях флотации отвальные хвосты и черновой (коллективный или монометаллический) концентрат;

2) вещественным составом и физическими свойствами руды, крепостью и измельчаемостью, а также наличием первичных шламов и склонностью к переизмельчению;

3) наличием в руде благородных металлов;

4) производительностью фабрики;

5) стоимостью электроэнергии и измельчающей среды.

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