Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние производства полевошпатовых и кварц полевошпатовых материалов 7
1.1. Современное состояние производства кварц-полевошпатовых смесей. Актуальность темы исследования 7
1.2. Методы обогащения кварц-полевошпатовых пород 11
1.3. Предварительная оценка Адуйского гранитного массива как месторождения кварц-полевошпатового сырья 16
1.3.1. Общая характеристика месторождения 16
1.3.2. Предварительное исследование на обогатимость 18
1.4. Цель и задачи исследования 26
2. Оценка возможности сухого обогащения по традиционной технологии 28
2.1. Практика сухого обогащения пегматитовых руд 31
2.2. Общие положения селективной дезинтеграции руды 31
2.3. Оценка возможности селективной дезинтеграции руды Адуйского месторождения по традиционной технологии дробления 35
2.4. Магнитная сепарация без предварительной подготовки продуктов дробления 39
Выводы по главе 2 43
3. Определение рациональных условий сухого обогащения руды 44
3.1. Требования, предъявляемые к продуктам сухого обогащения 44
3.2. Дезинтеграция руды в центробежно-ударной дробилке 46
3.2.1. Общая характеристика центробежно-ударного дробления 46
3.2.2. Характеристика пробы 48
3.3. Классификация дробленой руды 51
3.4. Дезинтеграция и классификация на грохоте типа Kroosher 56
3.4.1. Особенности классификации на вибрационном грохоте типа Kroosher 56
3.4.2. Классификация руды на грохоте 59
3.5. Магнитная сепарация 60
3.6. Компоновка продуктов технологического исследования. Баланс продуктов сухого обогащения 66
3.7. Сушка исходной руды 69
4. Технико-экономическая оценка эффективности сухого обогащения пегматитовой руды 72
4.1. Технические показатели обогащения 72
4.2. Схема цепи аппаратов 78
4.3. Обоснование мощности и количества оборудования 79
4.4. Экономические показатели обогащения 84
4.4.1. Состав экономических расчетов 84
4.4.2. Расчет затрат на переработку руды в товарную продукцию 85
4.4.3. Расчет затрат на добычу и доставку руды 89
4.4.4 . Экономическая эффективность получения концентратов 91
Выводы по главе 4 92
Заключение 94
Список использованной литературы 96
Приложения 100
- Предварительное исследование на обогатимость
- Классификация дробленой руды
- Обоснование мощности и количества оборудования
- . Экономическая эффективность получения концентратов
Введение к работе
Актуальность темы. Полевошпатовое, кварц-полевошпатовое сырье широко используется в стекольной, керамической, фарфоро-фаянсовой, электротехнической отраслях промышленности, при производстве абразивов, красок, мастик, в качестве наполнителей буровых растворов. Рост объемов строительства и ремонтных работ, ввод новых мощностей, производство новых видов товаров обусловливают увеличение потребности в таких видах продукции, как керамическая плитка, керамогранит, керамокирпич, стекло различного назначения.
Флотационное (мокрое) обогащение кварц-полевошпатовых руд имеет ряд существенных недостатков, а именно: низкое извлечение полезного продукта, высокая себестоимость, необходимость строительства и содержания хвостохранилищ, использование в технологическом процессе кислот и других реагентов, что крайне негативно влияет на экологию. В настоящее время разрабатываются технологии сухого обогащения полевошпатовых, кварц-полевошпатовых руд на уровне лабораторных и полупромышленных испытаний. И хотя в последние годы разработаны и утверждены новые ГОСТы на различную кварц-полевошпатовую продукцию (КПШК, КПШС), только недавно была разработана и опробована технология сухого обогащения, превосходящая по всем показателям технологию существующего мокрого обогащения. В связи с тем что около 30 % полевошпатовой продукции импортируется в Россию, возникает необходимость увеличения сырьевой базы и обеспечения производства полевошпатовой, кварц-полевошпатовой продукцией. Обоснование параметров сухого обогащения кварц-полевошпатовой руды является актуальной задачей исследования.
Объект исследования – технологические схемы обогащения неметалло- рудных материалов.
Предмет исследования – технология сухого обогащения пегматоидных гранитов.
Идея работы – использование современного оборудования дробления, гравитационно-воздушной классификации, высокочастотного грохочения и очистки путем магнитной сепарации.
Цель исследования – определение и обоснование параметров технологии сухого обогащения пегматитов и пегматоидных гранитов Адуйского поля.
Основные задачи исследования
1. Анализ современного состояния производства полевошпатовых и кварц-полевошпатовых материалов. Оценка возможности сухого обогащения по традиционной технологии.
2. Определение рациональных условий сухого обогащения руды. Разработка технологической схемы и схемы цепи аппаратов.
3. Технико-экономическое обоснование эффективности сухого обогащения пегматитовой руды.
Методы исследований. Обогащение и анализ технологии сухого обогащения, производство опытных работ в лабораторных условиях с определением рациональных параметров по дроблению и напряженности магнитного поля, химический и минералогический анализ продуктов обогащения, испытания полученной продукции в промышленных условиях, анализ результатов испытаний.
Защищаемые научные положения
1. Традиционная схема получения полевошпатовых, кварц–полевошпатовых концентратов методом флотации из пегматитов и пегматоидных гранитов не обеспечивает необходимое количественное извлечение полезного продукта с минимальным содержанием вредных примесей.
2. Сухое обогащение руд способом дезинтеграции в центробежно-ударной дробилке, воздушно-гравитационной и высокочастотной классификации, с последующей очисткой концентратов от оксидов железа и слюды магнитной сепарацией, повышает выход и качество готовой продукции, исключает необходимость дополнительных затрат на строительство и содержание шламохранилищ, использование различных реагентов, снижает себестоимость продукции.
Научная новизна результатов работы
1. Установлено, что выветрелые пегматоидные граниты Адуйского массива, используемые для производства строительных материалов, на 90 % представлены кварц-полевошпатовым материалом, который при сухом обогащении является широко востребованным сырьем для керамогранитной, абразивной, стекольной промышленности.
2. Для эффективности дезинтеграции кварц-полевошпатового материала наиболее соответствующей является комбинация центробежно-ударного дробления и грохота типа Kroosher.
3. Впервые в России разработан технологический регламент сухого обогащения широко распространенных кварц-полевошпатовых руд (пегматоидных гранитов) с использованием оборудования селективной дезинтеграции и воздушной классификации.
Технология сухого обогащения защищена патентом РФ.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждается значительным объемом экспериментальных работ в лабораторных условиях, а также испытанием схемы сухого обогащения в промышленных условиях.
Практическая значимость работы заключается в разработке регламента сухого обогащения кварц-полевошпатового сырья для получения кварц-полевошпатового концентрата с содержанием железа менее 0,25 %.
Научное значение заключается в разработке технологической схемы сухого обогащения пегматоидных гранитов, определении рациональных параметров обогащения и выборе необходимого оборудования.
Личный вклад автора заключается в организации и проведении всего комплекса исследований по оценке выветрелых гранитов как кварц-полевошпатового сырья, исследовании пегматоидных гранитов на обогатимость и составлении технологической схемы, схемы цепи аппаратов, технологического регламента сухого обогащения и технико-экономической оценке результатов обогащения.
Реализация результатов работы:
- составлен технологический регламент сухого обогащения кварц-полевошпатовой руды для получения кварц-полевошпатового концентрата с содержанием железа менее 0,25 %;
- составлен «бизнес-план» на добычу выветрелых пегматоидных гранитов «Адуйского поля» и переработку их в товарный концентрат.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной конференции «Уральская горнопромышленная декада» 2010, 2011 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, в т. ч. получен патент Российской Федерации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 9 приложений, перечня литературы из 41 наименования, изложена на 105 страницах текста, содержит 26 рисунков и 39 таблиц.
Предварительное исследование на обогатимость
Предварительное исследование на обогатимость включало следуюшие работы [3]:
- подготовка пробы к исследованию;
- изучение вещественного состава пробы (ситовой анализ, химический анализ, минералогический анализ);
- выбор схемы обогащения и контрольные опыты по схеме.
Исходная крупность руды в пробе -500+0,0 мм характеризуется повышенным содержанием мелочи (класс -20+0,0 мм до 60 %), наблюдается присутствие глинистой и окисленной составляющих (рис. 1.3).
По данным опробования (табл. 1.4), руда разделяется в основном различным соотношением полевых шпатов калиевой и натриево-кальциевой разновидностей и вкрапленностью. Калиевый модуль исходной руды составляет 1,72 (соотношение окислов щелочных металлов Na20 : К20 по массе. Содержание калиево-натриево-полевошпатовой составляющей - 30-32 %, плагиоклазов - 27 %. Таким образом, соотношение калиевых шпатов к натриевым составляет примерно 1:1. Химический состав пробы руды представлен в табл. 1.4.
Количественный минеральный состав руды, рассчитанный по данным химического, рентгеноструктурного и минералогического анализов, приведен в табл. 1.5.
По величине калиевого модуля (табл. 1.4) руду можно использовать в качестве кварц-полевошпатового материала после удаления избыточного железа и слюды.
Основные свойства минералов, которые могут быть использованы в качестве разделительных признаков, представлены в табл. 1.6 [1].
Возможность и особенности распределения минералов при магнитной и электрической сепарации оценивались по магнитной восприимчивости и диэлектрической проницаемости (рис. 1.4, 1.5).
Анализ результатов магнитной и электрической сепарации показал возможность обогащения кварц-полевошпатовой руды Адуйского месторождения сухим способом. С целью составления технологической схемы обогащения проведено исследование влияния на процесс обогащения основных определяющих факторов магнитной и электрической сепарации (напряженности магнитного поля, влажности окружающей среды, температуры нагрева материала, напряжения на электроде, положения отсекателей при трибоэлектри-ческой сепарации).
По результатам исследования предложены две технологические схемы обогащения кварц-полевошпатовой руды (рис. 1.7, 1.8):
- с раздельным обогащением окисленной и неокисленной составляющих частей руды, с предварительной сушкой только окисленной части (класс -40+0,0 мм);
- совместное обогащение окисленной и неокисленной составляющих с предварительной сушкой всей руды.
При предъявлении к концентратам повышенного требования по содержанию железа в схемах предусматривается четыре операции магнитной сепарации.
Ожидаемые результаты:
- КПШ 1 - 30ъ35 % (содержание свободного кварца 8+12 %, алюминия - 15+18 %, суммы кальция и магния 0,3-0,7 %);
- КПШ 2 - 40+45 % (содержание свободного кварца 15+30 %, алюминия - 12ъ15 %, суммы кальция и магния 0,8+1,2 %);
-слюда 3+4%; -хвосты 15+20%.
Концентраты КПШ 3 и КПШ 4 сопоставимы с концентратами КПШ 1 и КПШ 2 соответственно.
По результатам исследования установлено:
- качественное разделение материала при трибоэлектрической сепарации производится при предварительном нагреве до 128-170 С; - эффективное разделение руды на составляющие в трибоэлектрической сепарации при напряжении подаваемом на электрод - 30-г35 кВ;
- оптимальной влажностью для трибоэлектрической сепарации является влажность среды не более 60 %;
- большая напряженность магнитного поля ведет к потере полезных магнитных компонентов в магнитном продукте, предпочтительна установка магнитной сепарации в перечистные операции;
- регулировка углов наклона отсекателей продуктов, для каждой операции индивидуальна: хвосты от -10 до 15, концентрат от 10 до 20.
Классификация дробленой руды
Классификация дробленой руды проводилась на гравитационно-воздушном классификаторе КГ-1-3, предварительно разделив пробу на три части квартованием. Характеристика гравитационно-воздушного классификатора приведена в Приложении (табл. П.5).
Гравитационно-воздушный классификатор (ГВК) осуществляет разделение сухого материала по крупности, по морфологии частиц и по плотности. Исходный продукт поступает в загрузочный бункер классификатора и подается в шахту (рис. 3.3), где в восходящем воздушном потоке происходит его первичная классификация: отделение крупных (тяжелых) частиц, которые осаждаются и выгружаются через затвор в нижней части шахты. Более мелкие фракции поднимаются и перетекают в шахту II, где также происходит процесс разделения частиц по заданным диапазонам крупности (плотности): средний продукт опускается вниз шахты II и разгружается через затвор, мелкий продукт выносится через верхний патрубок классификатора вместе с воздухом в систему осаждения и аспирации.
Существует возможность регулирования выхода шламового продукта и загрублеиия мелкой и крупной фракций:
- регулировка осуществляется положением шибера в нижней части сепаратора, находящегося на рукаве вывода мелкой фракции - чем шире открыт шибер, тем сильнее происходит загрубление мелкой фракции;
- регулировка осуществляется изменением конфигурации пути, который проходит шламовый продукт перед выводом его из сепаратора: «прямой» путь - рукав вывода шламового продукта исполнен без изгибов, трение материала о стенки сепаратора практически отсутствует, что способствует за-грублению мелкой фракции; «кривой» путь - рукав вывода шламового продукта исполнен с несколькими изгибами, трение материала о стенки сепаратора становится сильнее, что препятствует загрублению мелкой фракции.
Классификация исходной пробы на гравитационно-воздушном классификаторе происходила в следующих режимах: «кривой» путь, нижний шибер закрыт; «кривой» путь, нижний шибер открыт на 1 см; «прямой» путь, нижний шибер открыт на 1 см; «прямой» путь, нижний шибер открыт на 2 см. При всех режимах работы гравитационно-воздушного классификатора частота вращения шнекового питателя 40 об/мин и производительность гравитационно-воздушном классификатора 80 кг/час оставались неизменными. Полученные крупные фракции были объединены и перечищены на ГВК, также были объединены и перечищены мелкие фракции (табл. 3.8).
Расшифровка аббревиатур (принятых сокращений) названий продуктов после классификации на гравитационно-воздушном классификаторе. ПКФ -прпечистка крупных фракций, ПМФ - перечистка мелких фракций, ПКК -крупная фракция после перечистки суммы крупных фракций, ПМК - крупная фракция после перечистки суммы мелких фракций, ПММ - мелкая фракция после перечистки суммы мелких фракций.
По результатам воздушной классификации можно сделать выводы:
- наименьшее содержание железа - 0,37 % в крупной фракции после перечистки суммы мелких фракций (ПМК);
- наибольшее содержание железа - 1,03 % в мелкой фракции после перечистки суммы крупных фракций (ПМФ);
- шламы перечистной классификации ГВК представляют собой продукт каолинит-серицит-хлоритового состава с повышенным содержанием железа (1,26 %) и могут быть использованы при производстве сухих строительных смесей.
Крупная фракция после перечистки суммы крупных фракций, мелкая и крупная фракции после перечистки суммы мелких фракций на гравитационно-воздушном классификаторе поступили на дезинтеграцию на грохот Kroosher, каждая фракция в отдельном цикле.
Обоснование мощности и количества оборудования
Выбор колосникового грохота
Колосниковый грохот служит для предотвращения попадания негабаритных кусков руды в последующее оборудование. Загрузочная щель центробежно-ударной дробилки 40 мм, целесообразно установить размер щели (а) колосникового грохота, равной 50 мм (Ь = 50 мм).
Расчет приемного бункера
Приемный бункер должен вмещать объем руды согласно ПТЭ для непрерывной работы фабрики в течение 1 часа, т. е. 25 м3/час.
Выбор сушильного и охладительного оборудования рассмотрен нами в и. 3.7; производительность - до 30,0 т/час; материал - песчаные или песчано-гравийные фракции от о до 20 мм; вид топлива - природный газ или дизельное топливо. Температура материала на выходе из сушилки - 100 -110 С. Удельный расход газа (дизельного топлива) при сушке материала исходной влажности 5 % - до 7,0 (6,5) м /ти (кг/тн). Зепловая мощиосзь - 2,2 МВт. Исходная влажность материала - до 15,0 %. Установленная мощность электропривода - 21,0 кВт.
В состав агрегата входят:
- блок циклонов для чистки отходящих газов (тип СНЦ-40);
- вентилятор вытяжной (тип ВР-132);
- виброохладитель (производительность до 30 т/час);
- блок циклонов (тип СНЦ-40) для чистки отходящих газов из охладителя;
- вентилятор (тип ВР-132) для вытяжки газов из охладителя.
Выбор центробежно-ударной дробилки (см. также разделы 2.2, э.2)
На центробежно-ударное дробление (дезинтеграцию) поступает 25 т/час исходной руды и 1 т/час циркуляционной нагрузки (класс крупности -10+5 мм), крупность материала -10+0 мм, негабаритные куски крупностью +50 мм убраны на колосниковом грохоте, влажность материала 0,5 %.
По производительности и по крупности материала целесообразно установить центробежно-ударную дробилку ДЦ-1,0 производства ЗАО «Урал-Омега» (г. Магнитогорск): производительность - 50-80 т/час, крупность питания - 40 мм, установленная мощность - 75-110 кВт. Выбор гравитационно-воздушного классификатора (см. также раздел 3.3)
На гравитационно-воздушный классификатор поступает 26 т/час, крупность материала -5+0 мм, влажность материала 0,5 %.
По производительности и по крупности материала целесообразно установить гравитационно-воздушный классификатор КГ 30-3 производства ЗАО «Урал-Омега» (г. Магнитогорск): производительность до 30 т/час, крупность питания до 5 (10) мм, установленная мощность 45 кВт.
Расчет складов для хранения крупной и мелкой фракций гравитационно-воздушного классификатора
Склады для хранения крупной и мелкой фракций гравитационно-воздушного классификатора должны вмещать объем руды для обеспечения непрерывной работы фабрики в течение 1 недели. На склад крупной фабрики поступает 12 т/час, необходимая вместительность склада (Vc)
Принимаем объем склада для хранения мелкой фракции гравитационно-воздушного классификатора (Vc) равен 1000 м3.
Выбор инерционных грохотов для грохочения крупной и мелкой фракций гравитационно-воздушного классификатора
Для грохочения по классам 5 и 1 мм целесообразно применитъ самобалансные инерционные грохота. На грохочение по классам 5 и 1 мм крупной фракции гравитационно-воздушного классификатора поступает 12 т/час. Устанавливаем 1 двудечный самобалансный инерционный грохот ГИС-32.
На грохочение по классу 1 мм мелкой фракции гравитационно-воздушного классификатора поступает 8 т/час. Устанавливаем 1 однодечный самобалансный инерционный грохот ГИС-31 (Приложение, табл. П.8).
Выбор высокочастотных грохотов Kroosher для грохочения (дезинтеграции) класса -1+0,1 мм грохочения крупной и мелкой фракций гравитационно-воздушного классификатора (см. также раздел 3.4)
Для тонкого грохочения крупной фракции по классу 0,6 мм устанавливаем один грохот ULS-2,0xl,0/Ь с размером ячейки сита 0,3 мм, по классу 0,25 мм также устанавливаем один грохот ULS-2,0x1,0/1 с размером ячейки сита 0,3 мм.
Для тонкого грохочения мелкой фракции по классу 0,5 мм устанавливаем 2 грохота ULS-2,0x1,0/1 с размером ячейки сита 0,6 мм, по классу 0,25 мм - 3 грохота ULS-2,0x1,0/1 с размером ячейки сита 0,3 мм.
Использование сит с размером ячеек 0,6 и 0,3 мм для грохочения по классам 0,5 и 0,25 мм объясняется повышенной производительностью грохотов на данных операциях. Крупность подрешетного продукта регулируется углом наклона сита и составляет -0,5 и -0,25 мм в зависимости от требований технологического процесса. Таким образом, использование сит с размером ячеек 0,6 и 0,3 мм способствует повышению производительности грохотов при требуемом гранулометрическом составе продуктов грохочения. Техническая характеристика высокочастотных грохотов приводится в табл. 3.9.
Выбор магнитных сепараторов для получения коллективного кварц-полевошпатового концентрата (см. также раздел 3.3)
Для сухой магнитной сепарации выветренных пегматитовых (полевошпатовых) руд различной крупности принимается сухой роликовый двухза-ходный магнитный сепаратор СМРС 12/150-РР-07.010 (табл. П.5). Производительность данного сепаратора для каждого продукта определялась в ходе полупромышленных испытаний и зависела от крупности продукта и от качества получаемого кварц-полевошпатового концентрата. Влажность материала, поступающего на сухую магнитную сепарацию, 0,5 %.
На основную магнитную сепарацию крупной фракции класса крупности -5+1 мм поступает 5,19 т/час. Для получения КПШС необходимого качества требуется установка 2 сепараторов СМРС 12/150-РР-07.010, установка 2 сепараторов обусловлена также требованием непрерывной работы фабрики в случае планового производственного ремонта одного из сепараторов. Производительность каждого сепаратора должна быть равна 2,595 т/час. Количество получаемых продуктов - 2.
На основную магнитную сепарацию крупной фракции класса крупности -1+0,5 мм поступает 3,00 т/час. Для получения КПШС необходимого качества требуется установка 2 сепараторов СМРС 12/150-РР-07.010, установка 2 сепараторов обусловлена также требованием непрерывной работы фабрики в случае планового производственного ремонта одного из сепараторов. Производительность каждого сепаратора должна быть равна 1,50 т/час. Количество получаемых продуктов - 2.
На основную магнитную сепарацию класса крупности -0,5+0,25 мм поступает 7,17 т/час. Для достижения качества коллективного кварц-полевошпатового концентрата после разделения необходимо проводить сухую магнитную сепарацию с более низкой производительностью, чем на крупных классах, - необходимо установить на данную операцию 3 магнитных сепаратора СМРС 12/150-РР-07.010. Производительность каждого сепа-ратора должна быть равна 2,39 т/час. Количество получаемых продуктов - 2.
На основную магнитную сепарацию класса крупности -0,25+0,1 мм поступает 3,23 т/час. На сепарацию поступает тонкий материал, поэтому разделение необходимо проводить при более низкой производительности для достижения максимального качества коллективного кварц-полевошпатового концентрата. На данную операцию необходимо установить 4 магнитных се 84 паратора СМРС 12/150-РР-07.010. Производительность каждого сепаратора должна быть равна 0,81 т/час. Количество получаемых продуктов - 2.
. Экономическая эффективность получения концентратов
Согласно имеющемуся аналитическому обзору, по полевым шпатам, цена реализации КПШК составляет 2000-2500 руб./тонну, за слюдяной концентрат - 5000 руб./тонну, за кварцевый концентрат от 6 до 28 тыс. руб./тонну, а за флотационные полевошпатовые концентраты от 1500 до 2000 руб./тонну. Необогащенную кварц-полевошпатовую смесь продают от 1100 до 1300 руб./тонну.
1. Средняя расчетная производительность по обогащению руды 200000 т/год (25 т/ч).
Средняя производительность по готовой продукции - 128 тыс. т/год:
- коллективный кварц-полевошпатовый концентрат - 15,34 т/ч;
- мусковит (флогопит) - 1,32 т/ч; -хвосты-2,12 т/ч;
- шламы - 6,22 т/ч.
2. Затраты на 1 тонну руды:
- на приобретение и монтаж горного оборудования - 1,45 руб.;
- на приобретение и монтаж обогатительного оборудования - 11,41 руб.
3. Суммарная выручка за КПШК и слюдяной концентрат, получаемые из 1 тонны руды-1897 руб.
4. Себестоимость 1 тонны товарной продукции - 812,6 руб.
5. Прибыль на 1 тонну руды - 1084,4 руб.
Похожие диссертации на Технология сухого обогащения пегматитов и пегматоидных гранитов для получения кварц-полевошпатовых и слюдяных концентратов
