Энергоемкость и энергонапряженность в процессах дезинтеграции руды Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Работа выполнена в рамках ФЦП ««Научные и на- (ГК № П 1344). учно-педагогические кадры инновационной России»

Библиографический список

1. Schmidt F.K.., Levkovsckii Yu. S // React. Kinet. Catal. Lett. ТАН, 1999. С. 229.

1974. V. 7, № 4. С. 445 - 451. 4. Shmidt F.K., Nindakova L.D., Shainyan B.A., Saraev V.V.,

2. Шмидт Ф.К., Левковский Ю.С., Рютина Н.М. // Кинетика и Chipanina N.N., Umanez V.A. // J. Mol. Catal: A. Chem. 2005. V. катализ. 1982. Т. 23. С. 360 - 365. 235. P. 161 -172.

3. Калечиц И.В. Моделирование ожижения угля. М.: ИВ-

УДК 622.73:621.926

ЭНЕРГОЕМКОСТЬ И ЭНЕРГОНАПРЯЖЕННОСТЬ В ПРОЦЕССАХ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ РУДЫ

К.В.Федотов1, В.И.Дмитриев2

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Сопоставлены сравнительные характеристики дробильно-измельчительных машин в процессах дезинтеграции, приведен вариант их классификации. Графо-аналитическим методом (способом) показано, что стадиальное изменение размеров руды по мере уменьшения энергоемкости обуславливает увеличение энергонапряженности в измельчителях/аппаратах. По оценке относительного параметра - энергонапряженности возможен выбор оптимального способа получения продуктов меньшей стоимости с минимальным содержанием внутренних фрагментов износа измельчителя. Ил. 3. Табл. 1. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: энергоемкость; энергонапряженность; дезинтеграция; классификация; производительность.

ENERGY CAPACITY AND POWER INTENSITY IN ORE DESINTEGRATION PROCESSES K.V. Fedotov, V.I. Dmitriev

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The authors correlate the comparative characteristics of crushing and grinding machines in disintegration processes, and present an option for their classification. Graph-analytic method shows that stage ore size change with the decrease of energy capacity causes the increase of power intensity in chippers / devices. According to the assessment of the relative parameter - power intensity-it is possible to choose an optimal method to obtain products of lower value with the minimum content of internal fragments of chipper's wear and tear. 3 figures. 1 table. 5 sources.

Key words: energy capacity; power intensity; disintegration; classification; efficiency.

Мировые объемы перерабатываемых горных материалов достигают сотен миллионов тонн ежегодно, это обусловлено не только совершенствованием технологических процессов переработки, но и конструктивными параметрами горно-обогатительного оборудования.

Специфическая особенность горно-обогатительных процессов характеризуется не линейной, а экспоненциальной зависимостью роста объемов добычи и переработки горного сырья с увеличением потребности в нем, ибо рост добычи его сопровождается ухудшением качества как по содержанию ценных компонентов, так и по их обогатимости.

Динамика изменения качества природных ископаемых показала, что содержание полезных компонентов систематически снижается, ухудшаются и их технологические характеристики. Эта тенденция естественна, т.к. связана с невосполнимостью запасов

земной коры и ростом потребления материалов, получаемых из минерального сырья. Усложнился состав и уменьшился размер вскрапленности ценных минералов в перерабатываемой руде, технологическая необходимая крупность дезинтеграции достигает 74 мкм [4].

Руды черных и цветных металлов, вязких горных пород типа базальта, цементного сырья и клинкера, многих нерудных ископаемых, различных абразивных материалов отличаются высокой прочностью и абра-зивностью. Их разрушение осуществляется в несколько стадий и связано с большими затратами энергии. Вовлечение в переработку бедных тонковкрапленных руд обусловило создание технологий тонкого измельчения при значительном увеличении объемов переработки. Были разработаны различные конструкции дробильно-измельчительных машин, способных дробить и измельчать в потоке скальные породы с коэф-

1Федотов Константин Вадимович, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952)405686, e-mail: fedotov@istu.edu Fedotov Konstantin Vadimovich, professor, Doctor of Technical Sciences, tel.: (3952) 405686, e-mail: fedotov@istu.edu

2Дмитриев Владимир Иннокентьевич, аспирант. Dmitriev Vladimir Innokentievich, a postgraduate student.

фициентом крепости 16-18 по шкале М.М.Прото-дьяконова до крупности 10 мкм (рис.1) [2,4].

б,яяал

10е-Щековые дробилки

-Конусные дробилки-

ния, а мельницы - для грубого, тонкого и сверхтонкого измельчения, но такое деление является весьма ус-

10Б

10*

103

юг --

10-

г-Валки-

50

-Роторные дробилки -

раневые мель ницы.

Шаровые мельницы"

500

г^Голме

-Самоизмельчение-

-Дисковые мельницы-

Tapei ьчатые истиратели_

.Молотковые мельницы

-Уль тр ар отор -

Кольцевые валки-

Вибрационные мельницы

Пальцевые

Струй I-мельницы

V

Í

дезинтеграторы

Гидравлические мельницы

Коллоидные " мельницы

J_L

_

/

20 Базальт

18 Порфир

16 Диабаз

12,5 12 Кварц

10

9

Апатит

Кальцит Гипс

2

Тальк

Циркон ОБЫЙ концентрат

Полевой шпат

Плавиковый шпат

0,3

Гли чистые материалы

Рис.1. Сравнительные характеристики дробильно-измельчительных машин по предельной прочности ^ разрушаемых в них руд, диапазону крупности в исходного и конечного продуктов, степени сокращения К

Подготовка твердого энергетического топлива, горного-химического сырья, каменных материалов в дорожном строительстве и инертных заполнителей в строительстве ведется с использованием аналогичной техники. Наряду с дробилками и мельницами, работающими по принципу раздавливания, используются машины ударного действия и различного рода истиратели. Конструктивные образцы этого оборудования и организация технологии более примитивны, чем в горнорудной отрасли и остаются неизменными в течение десятков лет. Переработка трудноразрушаемых твердых материалов имеет особые затруднения. При дроблении абразивных материалов число последовательных стадий процесса увеличивается до 8, износ металла на 1т перерабатываемого материала достигает 20 кг, а удельный расход электроэнергии более чем в 10 раз превышает обычные затраты при переработке руд. Продолжительность измельчения для приготовления керамических масс достигает 8 часов [4].

Машины для измельчения (дробления и размола) подразделяются на дробилки и мельницы. Дробилки применяют для крупного, среднего и мелкого дробле-

ловным. Процессы разрушения можно представить в варианте классификации машин для измельчения по конструктивным особенностям и видам разрушения (рис.2) [3,4,5].

Приведенный вариант классификации имеет условный характер, т.к., например, струйная мельница широко применяется для тонкого и сверхтонкого измельчения различных материалов [1].

В процессе создания этих машин в качестве основного способа разрушения использовано раздавливание, т.е. сжатие кусков материала, захваченного между рабочими органами машины (щеки, конус и корпус, стержни, шары). Несомненно, характер деформации нагружения более сложен, и в реальном цикле разрушения происходят также раскалывание, удар, истирание, но доминирующим остается раздавливание. Этим путем конструктивно, наиболее просто удалось создать в рабочем пространстве машин необходимую энергонапряженность Э (таблица, рис.3) и энергоемкость We (из расчета индекса чистой работы по Ф.Бонду WБ, рис.3) [1,4]. Как показано на рис. 3, все дробильно-измельчительные машины разделились на три основные группы по энергоэффективности, т.е. по

удельному расходу энергии на образование единицы поверхности. Самыми высокоэнергоемкими (около 30) оказались щековые и конусные дробилки, бегуны, мельницы шаровые с низкой энергонапряженностью.

В и д ы Т и п ы м а ш и н

Рис. 2. Классификация машин по конструктивным особенностям и видам разрушения

Динамика энергонапряженности дробильно-

Из графика (рис. 3) можно определить, что на каждой стадии дезинтеграции руды по мере уменьшения энергоемкости увеличивается эффективность диспергирования, обусловленная повышением скорости разрушения частиц и энергонапряженности в измельчителях (аппаратах).

Переработка и обогащение полезных ископаемых характеризуются повышенной энергоемкостью, традиционное помольное оборудование отличается высо-

кой металлоемкостью и требует для установки массивных фундаментов значительных капитальных и эксплутационных расходов, затрат металла и рабочей силы (труда).

Рис. 3. График энергоемкости We и энергонапряженности Э различных типов дробильно-измельчительного оборудования

В процессе дезинтеграции этих материалов, к которым относят горные породы, фазы полностью не раскрываются и одновременно происходит их переизмельчение. Под действием мелющих тел куски материалов превращаются в тонкодисперсный порошок с высокой свободной поверхностной энергией. Избыток энергии возникает в результате трибоэлектризации как следствие трения размалываемого материала о мелющие тела, броневые плиты и между собой, разрыва электровалентных связей внутри кристаллов и повышения температуры в мельнице от превращения механической энергии в тепловую. Увеличение свободной поверхностной энергии в дисперсностной системе в процессе измельчения приводит к агрегированию, образованию пластинок в размолотом продукте и налипанию на мелющие тела и броневые плиты. В тонкодисперсной системе свободная поверхностная энергия может быть понижена уменьшением удельной поверхности или снижением поверхностного натяжения, а это ведет к недоизмельчению и затрудняет раскрытие тонковкрапленных, так называемых трудно-обогатимых руд.

Технологические процессы при разработке и сжигании твердого топлива в производстве разных материалов и синтетических продуктов имеют невысокий химический КПД (коэффициент полезного действия), а применяемое технологическое оборудование характеризуется весьма низким механическим и термическим КПД. По расчетам разных специалистов (как зарубежных, так и отечественных) КПД, например, мельниц шаровых, перерабатывающих минеральное сырье, составляет 0,06-0,1%. Различные виды станочного и другого оборудования для механической обработки материалов имеют аналогичные показатели. Для объективной оценки достоинств разного вида оборудования, определения области рационального применения главным относительным параметром является отно-

измельчительного оборудования

Наименование Энергонапряженность,

оборудования квт/т

Бегуны 0,62... 1,54

Дробилки:

Щековые 1,8...2,84

Конические 2,1.3,32

Валковые 2,08.4,14

Роторные (молотковые) 9.16

Мельницы:

Барабанные 3.6

Дезинтеграторы 20.24

Виброкавитационные 65

Струйные 120

шение потребляемой мощности к весу машины или, как говорят, ее энергонапряженность (кВт/т): Э=Р/ G.

Многие машины, аппараты, разного вида оборудование, использующиеся в технологических процессах, имеют низкую энергонапряженность, например, измельчители твердых и абразивных материалов имеют Э=1-6 квт/т (таблица, рис. 3) [1]. ^голь низкая Э обусловлена громоздкостью оборудования и необходимостью использовать дешевые конструкционные материалы, т.к. в противном случае значительные капитальные затраты делают машину не экономичной.

Библиографический список

Проведенная В.И. Акуновым классификация эмпирически оптимизированных измельчителей по Э образует нормальный ряд, позволяет констатировать, что оптимальный метод дезинтеграции имеет меньшую стоимость получения данного продукта, а соответствующие измельчители характеризуются большими удельными энергонапряженностями, удельными производительностями и возможностью получения измельченного продукта с минимальным содержанием внутренных фрагментов износа [1].

1. Акунов В.И. Струйные мельницы // Элементы теории и расчета. 2-е изд. М.: Машиностроение, 1967. 263 с.

2. Горобец В.И., Горобец Л.Ж. Новое направление работ по измельчению. М.: Недра, 1977. 183 с.

3. Кармазин В.И., Денисенко А.И., Серго Е.Е. Бесшаровое измельчение руд. М.: Недра, 1968. 184 с.

4. Ревнивцев В.И., Гапонов Г.В., Загоратский Л.П. и др. Селективное разрушение минералов. М.: Недра, 1988. 286 с.

5. Яшин В.П., Бортников А.В. Теория и практика самоизмельчения. М.: Недра, 1978. 229 с.