Руды и рудные концентраты. Рудное сырье черных и цветных металлов. Неметаллические руды
Теоретический вопрос № 16. Руды и рудные концентраты. Рудное сырье черных и цветных металлов. Неметаллические руды.
Рудные грузы предъявляются к перевозке в виде сырой руды (сортированной, рядовой и мелочи), рудных концентратов, агломерата (горячего и охлажденного) и металлических окатышей.
Деление на бедные и богатые руды производится по концентрации основного компонента. Для всех видов руды устанавливаются нижние пределы содержания полезных минералов, которые определяют технологическую возможность и экономическую целесообразность добычи и переработки рудного сырья. Например, содержание меди должно быть не менее 0,5 – 1,5%, цинка – 1%, олова – 0,1%. По составу полезных элементов руды подразделяют на металлические, полиметаллические, содержащие несколько металлов, и не металлические.
Основные физико – химические свойства рудных грузов, влияющие на условия транспортирования и хранения: объемная масса, влажность, гранулометрический состав, пористость, абразивность, корродирующие и другие специфические особенности.
Объемная масса рудных грузов колеблется в широких пределах и зависит от содержания основного минерала, вредных и полезных примесей, пустой породы, влажности, пористости и других факторов. В свою очередь объемная масса влияет на степень использования грузоподъемности подвижного состава и погрузочно – разгрузочного оборудования.
Влажность является одним из качественных показателей рудного сырья, определяет технологию использования и степень смерзаемости в зимних условиях и липкость в теплое время года. Пределы безопасной влажности и способы профилактики против смерзания устанавливаются для каждого вида руды отдельно.
Пористость – важнейший качественный показатель рудного сырья – улучшает условия доменного процесса, обеспечивая свободный проход газов между и внутри кусков шихты. В зависимости от пористости, составляющей 10 – 45%, руды делятся на плотные, малопористые и рыхлые.
Гранулометрический состав определяет выбор способов обогащения рудного сырья, подготовки его к использованию, а так же влияет на условия транспортировки и перегрузок. Размеры отдельных кусков руды могут меняться в широких пределах – от пылевидных (менее 0,05 мм) до особо крупных (более 320 мм). Однако в процессе добычи и обогащения есть возможность получения оптимального гранулометрического состава. Управляющими факторами при этом являются технологические условия обогащения рудного сырья и восстановление металлов, а также оптимальное использование вместимости (грузоподъемности) подвижного состава, снижение ударных перегрузок при погрузке, а так же рациональное использование погрузочно – разгрузочных машин.
Гранулометрический состав, смерзаемость и липкость могут явится причиной возникновения сводов над выпускными отверстиями бункеров, воронок и люков подвижного состава. Явление сводообразования препятствует свободному истечению груза и требует принятия специальных мер для нормализации перегрузочных процессов. Поэтому размеры выпускных отверстий бункеров должны соответствовать размерам типичных кусков горной породы, а максимально допустимые размеры отдельных кусков – принятому оборудованию.
Абразивность - способность к истиранию стенок бункеров, затворов, питателей и других поверхностей, контактирующей с грузом, - одно из отрицательных свойств некоторых рудных грузов. Пылевидные частицы рудных грузов, обладающих абразивными свойствами, оказывают вредное влияние на организм человека, находящегося в зоне пыления, и особенно на дыхательные пути.
Обогащение рудных грузов заключается в дроблении, грохочении, промывке водой, флотации, магнитной сепарации, агломерации и окомковании. Цель обогащения – повышение содержания основного компонента, удаление вредных примесей и пустой породы, улучшение гранулометрического состава.
К сортированным относятся руды, у которых отношение размеров (например, диаметров) наибольшего и наименьшего кусков не превышает 2,5. У несортированных руд аналогичное отношение составляет более 2,5. Рудная мелочь (аглоруда) содержит 92% фракций с размерами частиц менее 10мм и только 8% частиц с размерами 10 – 20 мм.
Промывка водой представляет собой простейший способ обогащения, который основан на вымывании пустой породы, глинистых и других примесей потоком воды. В результате получается так называемая мытая руда, отличающаяся повышенной влажностью.
Флотация – основана на способности минералов прилипать к воздушным пузырькам, проходящим через специально подготовленную пульпу (смесь воды с измельченной рудой), и переходить вместе с ними в пенный слой, а других оставаться в воде. Используя различные реагенты, добавляемые в процессе флотации, можно влиять на гидрофобные свойства минералов, что позволяет разделять полиметаллические руды и получать медный, свинцовый и цинковый концентраты.
Рудное сырье черных металлов. Основными видами сырья для производства черных металлов являются железосодержащие руды, продукты переработки серного колчедана, железорудные концентраты, агломераты и окатыши.
Железосодержащие руды в зависимости от образующего руду минерала делятся на гематитовые, магнетитовые, гетитовые и сидеритовые.
Гематитовые руды (красный железняк) имеют наибольшее процентное содержание железа (50-70%, а в отдельных случаях 75-90%); отличаются сравнительной химической чистотой, малым содержанием вредных примесей. Магнетитовые руды (50-60% железа) характеризуются трудной восстановимостью, магнитными свойствами, широкими пределами влажности, плотности и вредных примесей. Бурые железняки (гетины) содержат 25 – 55% железа и в большинстве случаев представляют собой очень пористые аморфные соединения, пористость которых 16 – 44%. Это дает возможность непосредственного их использования в доменном процессе. У седеритов (шпатовых железняков) наиболее низкое содержание железа 30 – 40%, плотная структура, относительно небольшая влажность. Шпатовым железнякам часто сопутствуют сернистые соединения железа и цинка.
Все руды черных металлов – смерзающиеся грузы, перевозятся навалом в открытом подвижном составе; хранятся на открытых площадках предварительно спланированных и забетонированных. Высота штабеля может достигать 6-8 м. При хранении не рекомендуется смещение сортов и засорение пылеобразующими материалами и посторонними предметами.
Руды серного колчедана представляют собой сернистые соединения железа желтоватого или зеленовато – серого цвета с металлическим блеском. Различают следующие сернистые соединения железа: серный колчедан (пирит), магнитный колчедан (пирротин) и медный колчедан (халькопиррит). В природе серный колчедан в чистом виде встречается редко, обычно он вырабатывается промышленностью при обогащении медных и полиметаллических руд. Полезной составной частью серного колчедана является двухсернистое железо, которое в чистом виде содержит 53,5% серы и 46,5% железа.
В зависимости от предварительной обработки и обогащения к перевозкам по железным дорогам предъявляют рядовой, сортированный, гранулированный и флотационный сернистый колчедан. Гранулированный серный колчедан получается измельчением рядового, он содержит 35 – 50% серы, обладает значительной твердостью и абразивностью, оказывает сильное истирающее действие на металлы. Влажность гранулированного колчедана сохраняется почти без изменений при длительном хранении и транспортировании и составляет 2-4%. Флотационный серный колчедан вырабатывается при обогащении медных полиметаллических руд. По химическому составу флотационный колчедан аналогичен рядовому и отличается только размерами фракций. У основной массы частиц (15-80%) размеры менее 0,1мм. Влажность флотационного колчедана не более 4,5%. При влажности менее 0,5% (сухой колчедан) частицы груза имеют повышенную подвижность, что приводит к пылению. Увеличение влажности до 2-3% уменьшает подвижность частиц, приводит к слеживаемости при длительном хранении.
Хранятся серные колчеданы на чистых бетонированных площадках строго по классам и маркам. Штабеля с колчеданом разных марок и классов должны быть разделены барьерами, не допускающими смешения. Гранулированный серный колчедан обладает способностью измельчаться и распыляться при производстве погрузочно – разгрузочных работ, поэтому число перегрузочных работ должно быть минимальным. При хранении серные колчеданы представляют собой пожарную опасность из-за большего содержания серы. Температура внутри штабеля не должна превышать 60 градусов.
Перевозят серные
колчеданы навалом в
Железорудные концентраты являются продуктами глубокого обогащения железосодержащих руд на горно – обогатительных комбинатах. Особая ценность этого вида рудного сырья заключается в большом содержании железа, которое в отдельных случаях достигает 90%. По гранулометрическому составу концентраты представляют собой тонкоизмельченную порошкообразную массу с размерами отдельных частиц 0,6-0,025 мм, причем основную массу концентратов (75%) составляют частицы 0,05мм и менее. Влажность концентратов составляет 1-1,5%. Гранулометрический состав и влажность существенно влияют на объемную массу, а так же на условия перевозки и хранения. При небольшой влажности концентраты обладают свойствами сыпучих тел, легко просачиваются в неплотности и щели кузова вагона, выдуваются встречными потоками воздуха. При увеличении влажности концентраты в теплое время года прилипают к стенкам и днищу вагонов, а в холодное сильно смерзаются. Силы адгезии начинают проявляться при влажности 7% и достигают максимума при 14%. Допускаемая влажность концентратов должна составлять зимой 1-2%, летом -6-10%. Перевозка осуществляется в специальных приспособленных вагонах.
Железорудные концентраты хранят на открытых площадках. Атмосферная влага в период продолжительных дождей проникает только на глубину 20-30 см и не изменяет заводской влажности концентрата. Воздействие минусовых температур на штабель носит так же поверхностный характер: промерзает слой в 40-60 см, а на глубине 1м от поверхности сохраняется плюсовая температура (1-2гр).
Агломират и окатыши – продукты специальной термической обработки мелкого рудного сырья и концентратов. Широко распространены два способа получения рудного сырья нужного гранулометрического и химического составов: процесс агломирации (спекания рудной мелочи и концентратов в куски) и процесс производства из железорудного концентрата в окатышей – шариков определенного диаметра.
Процесс агломерации
является непрерывным процессом. В
начале технологической линии на
агломерационную ленту
Наиболее ценным металлургическим сырьем являются – окатыши. Процесс получения окатышей имеет две основные фазы: получение сырых шариков определенного диаметра (2-30мм) и химического состава на специальных устройствах – окомкователях и последующий высокотемпературный обжиг. Для повышения прочности сырых окатышей в подготовленную к окомкованию шихту добавляют связующие присадки. Если в шихту добавить коксовую мелочь при последующем обжиге часть железа восстановиться до металла и готовые окатыши могут содержать до 40% металла, что значительно повышает ценность этого вида сырья.
Окатыши имеют значительно большую холодную прочность и пониженную в сравнении с агломератом истираемость. Свойства окатышей как физические, так и химические достаточно стабильны и незначительно меняются в процессе длительного хранения, при перегрузочных и транспортных операциях.
Руды цветных металлов. Руды и концентраты руд цветных металлов широко применяются как в цветной так и в черной металлургии, а так же в других различных областях народного хозяйства. Особенности хранения, перегрузок и транспортирования зависят от конкретных горных пород.
Марганцевые руды по содержанию железа и марганца делятся на марганцевые (45-52% марганца), ферромарганцевые (20-30% марганца и столько же железа) и марганцовистые (5-15% марганца). В зависимости от назначения марганцевые руды делятся на металлургические и химические (пироксидные). Основным потребителем марганцевой руды является черная металлургия, где ее используют в качестве добавки к шихте доменных печей с целью облегчения процесса восстановления железа и удаления вредных примесей, а так же для получения ферромарганца, который затем перерабатывают в специальные марганцевые стали.
Марганцевые руды (металлургические) подразделяются на четыре сорта в зависимости от предварительной подготовки и обогащения. Их хранят на бетонированных чистых площадках раздельно по сортам, не допуская смешения, и на достаточном удалении от пылеобразующих грузов: угля, серы, серного колчедана и др. При хранении ферромарганца высота штабеля должна быть не более 3,5 м.
Ферромарганец – негорючее вещество, но под действием влаги может распадаться, нагреваться и выделять горючие газы и ядовитый фтористый водород. Марганцевые руды перевозят навалом на открытом подвижном составе и относят к замерзающим грузам.
Хромитовые руды отличаются разнообразным составом основных компонентов: 13-61% - хрома, 4-25% алюминия, 7-24% железа, 10-32% магния, 0-25% кремнезема. Наиболее распространенным минералом, входящим в состав хромитовых руд, является хромистый железняк черного цвета с металлическим блеском. Минерал устойчив к выветриванию, плотнозернистого строения, высокой огнестойкости до температуры 2200 градусов при почти отсутствующем тепловом расширении.
К перевозке по железной дороге предъявляют сортированные и рядовые (с размерами частиц 0-120 мм) хромитовые руды, а также концентраты. При хранении нельзя допускать смешение различных марок руды и засорения случайными предметами. Во избежание измельчения кусковой руды необходимо обеспечить минимум перевозок, а руды отдельных марок (Дх-1 и Дх-5) не следует сбрасывать с высоты боле 1 м.
Хромитовые руды перевозят навалом на открытом подвижном составе, относят к смерзающимся грузам.
Медно –никелевые руды относятся к комплексным, полиметаллическим рудам, имеют ряд специфических свойств, существенно влияющих на выбор условий перевозки, перегрузки и хранения.
Под действием воздушной среды медно – никелевые руды интенсивно окисляются и самовозгораются, что может явиться причиной пожаров при хранении на складах. Площадку для хранения сульфидных медно – никелевых руд следует располагать на расстоянии более 25 м от производственных и жилых зданий. Основание площадки должно иметь дренаж. Руду следует укладывать плотно, не допуская образования воздушных пустот, которые часто служат причиной возникновения пожаров. Наиболее интенсивное окисление и самовозгорание происходят на наветренной стороне штабеля, на гребнях. В местах скопления крупных кусков руды, где образуются воздушные потоки.
Концентраты цветных руд являются продуктами обогащения цветных и полиметаллических руд. В зависимости от специфических свойств и ценности концентраты цветных руд можно перевозить навалом и в таре. Навалом в крытых вагонах перевозят концентраты цветных металлов марганца, меди, алюминия, свинца. Концентраты олова, никеля, цинка и других металлов перевозятся в таре.
Неметаллические руды. Апатитовая руда (апатиты) представляет собой горную породу вулканического происхождения, характеризуется высокой хрупкостью, возрастающей с увеличением содержания фосфора и влаги. Пыль апатитов обладает абразивными свойствами.
Апатитовую руду перевозят навалом на открытом подвижном составе, хранят на открытых, специально подготовленных площадках. При производстве грузовых операций вследствие хрупкости руду нельзя сбрасывать с высоты более 1,5-2 м.
Бокситные руды – это в основном осадочные горные породы, по своей структуре могут быть плотными, пористыми и рыхлыми. Пыль бокситовых руд обладает абразивными свойствами. Бокситы перевозят навалом на открытом подвижном составе (думпкарах и полувагонах). Хранение на открытых площадках не допускается, так как в период дождей боксит превращается в подвижную кашеобразную массу. Бокситы – смерзающиеся грузы, особое внимание нужно уделять их перевозкам в зимнее время.
Глинозем – продукт переработки бокситов – порошок белого цвета, имеет повышенную сыпучесть, очень пылящий, абразивный, огне и взрывоопасный. Перевозят в крытых вагонах, хранят в закрытых помещениях. Люди, находящиеся в зоне пыления глинозема, должны иметь спецодежду, защитные очки и респираторы.
Серные руды характеризуются содержанием основного компонента – серы – и делятся на богатые (10-25% серы и более) и бедные (менее 10% серы). Наиболее важными транспортными характеристиками серы и серных руд являются пожаро-, взрывоопасность и токсичность. К перевозкам по железным дорогам предъявляют серу следующих видов: тонкоизмельченный порошок, крупнозернистый порошок и комовую серу. Тонкоизмельченный порошок транспортируют в таре (ящиках, мешках, металлических барабанах). Крупнозернистый порошок и комовую серу можно перевозить в таре, но допускается перевозка навалом; после такой перевозки вагоны должны быть промыты. При погрузочно – разгрузочных работах с серной рудой необходимо одевать спецодежду и пользоваться респиратором. Хранить комовую серу разрешается на открытых платформах со специально подготовленным основанием и ограждающими штабеля барьерами.
ЗАДАЧА 1
Определить массу нефтеналивного груза на станциях налива и слива и величину потерь груза при перевозке с учетом естественной убыли груза.
Исходные данные:
Наименование груза – бензин;
Плотность бензина при +20º С по данным паспорта – 0,74 кг/дм3;
Температура груза при наливе - 11ºС;
Температура груза при сливе - 40ºС;
Высота груза при наливе – 230 см;
Высота груза при сливе – 237 см;
Калибровочный тип цистерны – 71.
РЕШЕНИЕ:
По таблицам калибровки железнодорожных цистерн для калибровочного типа 71 определяется объём нефтеналивного груза в зависимости от высоты налива.
При высоте налива 230 см объём дизельного топлива в цистерне составит 122894 дм3.
При высоте налива 237 см объём груза составит 126945 дм3.
Далее определяем разность между +20º С и средней температурой груза при наливе и сливе. При наливе разность температур составит 20º – 11º = 9º С, при сливе 40º – 20º = 20º С.
По таблице средних температурных поправок плотности нефтепродуктов определяем температурную поправку на 1º С для плотности 0,74 кг/дм3, которая составляет 0,000844.
Температурная поправка плотности умножается на разность температур. При наливе температурная поправка составит 9 * 0,000844 = 0,007596, или округлено 0,0075. При сливе – 20 * 0,000844 = 0,01688, округлено 0,0168.
Полученная температурная поправка при наливе прибавляется к значению плотности при +20º С, так как средняя температура груза в цистерне ниже +20º С.
Плотность нефтепродукта при +11ºС составит 0,74 + 0,0075 = 0,7475 кг/дм3.
При сливе температурная поправка вычитается из значения плотности, так как средняя температура выше +20º С.
Плотность груза при +40ºС составит 0,74 – 0,0168 = 0,7232 кг/дм3.
Масса груза определяется путем умножения объёма груза на его плотность.
При наливе масса груза составит 122894 * 0,7475 = 91863 кг.
При сливе масса груза составит 126945 * 0,7232 = 91806 кг.
Норма естественной убыли для бензина установлена 0,03 от массы груза и составит 91863 * 0,0003 = 27 кг.
Потери дизельного
топлива при перевозке с
ЗАДАЧА 2
Выбрать
для заданного груза
Исходные данные:
Наименование груза – детские игрушки ;
Станция отправления – Ванино (из таблицы 3 МУ - №4);
Станция назначения – Курган (из таблицы 3 МУ - №7);
Масса грузового места – 28 кг;
Масса тары – 2 кг;
Номер грузового места – 60;
Общее число мест – 250;
Номер по книге приёма – 194.
РЕШЕНИЕ:
1. Выбор транспортной тары.
Транспортная тара образует самостоятельную транспортную единицу или часть укрупненной транспортной единицы. Она применяется для упаковывания товаров и изделий, предварительно уложенных в потребительскую тару или без первичной упаковки. Транспортная тара предназначена для защиты изделий и внутренней упаковки от воздействия внешних факторов во время перевозки и для обеспечения удобства погрузочно-разгрузочных работ, транспортирования, складирования, крепления в транспортных средствах. К транспортной таре относятся: ящики, бочки, канистры, барабаны, баллоны, фляги, мешки и др.
В качестве транспортной тары для данного груза используем ящики дощатые из древесных листовых материалов или фанерные. Дощатые и фанерные ящики и обрешетки с игрушками должны быть обтянуты стальной упаковочной лентой, скрепленной в замок или проволокой, закрученной возле каждого гвоздя. В транспортной таре груз размещается в картонных коробках (потребительская тара).
На грузовые места, согласно ГОСТа 26663 - 85, наносится транспортная маркировка, которая содержит манипуляционные знаки, основные, дополнительные и информационные надписи.
В данном случае транспортная маркировка наносится на боковой стороне ящика.
Манипуляционные знаки – это изображения, указывающие на способы обращения с грузом. Указываем: «Беречь от влаги», «Хрупкое. Осторожно», «Верх»
Основные надписи должны содержать:
- полное или
условное, зарегистрированное в
установленном порядке,
- полное наименование станции назначения и сокращенное наименование дороги назначения;
- число грузовых мест в партии и порядковый номер места внутри партии (указывается дробью: в числителе – порядковый номер места в партии, в знаменателе – число мест в партии).
Дополнительные надписи должны содержать:
- полное или
условное наименование
- полное наименование
станции отправления и
- надписи транспортных
организаций (указывается
Информационные надписи должны содержать:
- массу брутто и нетто грузового места (кг);
- габаритные размеры грузового места (см) – длина, ширина и высота или диаметр и высота;
- объем грузового места (м3).
Объем и габаритные размеры указываются только тогда, когда хотя бы один из размеров превышает 1 м.
ЗАДАЧА 3
Выбрать способ размещения и произвести расчет крепления груза на открытом подвижном составе.
Исходные данные:
К перевозке предъявлено железобетонное изделие со следующими параметрами:
- масса – 1130 кг;
- длина – 3200 мм;
- ширина – 2340 мм;
- высота – 2010 мм;
- высота ЦТгр – 1005 мм (2010/2);
- количество единиц груза – 3шт;
- масса одного грузового места – 1130 кг;
Заданная расчетная скорость движения – 90 км/ч.
Определить способ размещения и крепления груза в вагоне.
Решение:
Выбор типа подвижного состава:
Для перевозки
груза целесообразно использова
При определении
способа размещения и крепления
груза учитываем следующие
- продольные
горизонтальные инерционные
- ветровая нагрузка;
- сила трения;
- вес груза.
Точкой приложения продольных, поперечных и вертикальных сил является центр тяжести груза (ЦТгр). Точкой приложения равнодействующей ветровой нагрузки – центр тяжести наветренной поверхности груза, подверженной действию ветра.
Подготовка груза к перевозке:
1. Груз подготавливается
к перевозке таким образом,
чтобы обеспечивалась его
2. Грузоотправитель
перед предъявлением груза к
перевозке закрывает двери,
3. Грузоотправитель
несет ответственность за
Крепление груза:
1. Перед погрузкой
пол вагона, опорные поверхности
груза, упорных брусков, а
2. Железобетонные изделия размещается на платформе, таким образом, чтоб ЦТ был размещен на пересечении с продольной плоскостью симметрии платформы, со смещением относительно поперечной плоскости на 330 мм (влево). Плиту установить на три подкладки поз.4 сечением 50х150 мм длиной 2770 мм, каждую подкладку прибить к деревянной части пола 10-ю гвоздями Ø 5х100 мм. Железобетонную плиту от продольного и поперечного смещения закрепить 2-мя обвязками из проволоки Ø 6 мм в четыре нити каждая поз.1. От продольного смещения вплотную, с обеих сторон уложить по 1-му упорному поперечному брусу сечением 150х150мм длиной 2770 мм поз.2, каждый брус прибить к полу платформы 34-мя гвоздями Ø 6х200 мм. Вдоль каждого бруса поз.2 установить по 2-а упорных продольных бруса поз.3 сечением 100х100 мм длиной 810 мм, каждый брус прибить к полу платформы 16-ю гвоздями Ø 6х150 мм. При размещении груза на платформе с деревометаллическим настилом пола (в случае возвышения металлической полосы над деревянным настилом пола), допускается выполнять выборку в средней части бруса поз.2 и подкладок поз.4 по размерам выступающей части настила.
