Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению

Министерство образования науки РФ

«ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Горный институт

Кафедра ОПИ и ВС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная  записка

по курсовому проекту  по дисциплине:

«Дробление, измельчение  и подготовка сырья к обогащению»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Чита 2011

 

Содержание

 

 

 

 

Введение

 

Процессы дробления, измельчения  и грохочения широко применяются в производственной деятельности человека, в народном хозяйстве. В настоящее время во всем мире ежегодно дробится и измельчается более двух миллиардов тонн полезных ископаемых.

Процессы дробления, измельчения  и грохочения обязательно включаются в технологические схемы обогатительных фабрик. Этими процессами полезное ископаемое подготавливается к последующей собственно обогатительной обработке.

Из всех операций, осуществляемых на обогатительных фабриках, дробление и измельчение наиболее дорогие. При строительстве обогатительных фабрик до половины капитальных затрат приходится на долю цехов дробления и измельчения. При эксплуатации обогатительных фабрик расходуется много металла и около половины всей энергии затрачивается на дробление и измельчение. Удельный расход электроэнергии на дробление и измельчение при обогащении руд колеблется от 7 до 20 кВт·ч на тонну руды. Удельный расход стали в подготовительных операциях – от 1 до 3 кг на тонну измельченной руды. При современном масштабе переработки полезных ископаемых в мире ежегодно безвозвратно теряется около одного миллиона тонн стали.

В целях снижения затрат на дробление и измельчение проводятся исследования этих процессов и работы по созданию новых, более совершенных и производительных дробилок и мельниц. При проектировании цехов дробления и измельчения особое значение имеет выбор рациональных схем и правильный их расчет.

 

1 Обоснование выбранной схемы

Схемы рудоподготовки, включающие операции дробления, грохочения намечаются исходя из состава руды, на основе результатов исследования на обогатимость, технологических характеристик оборудования, которое можно установить в цехе дробления. Операции дробления применяются для подготовки полезного ископаемого к измельчению в мельницах. Схемы дробления включают операции грохочения предварительного и поверочного.

Число стадий дробления  определяется начальной и конечной крупностью дробильного материала. Рациональная схема дробления в курсовом проекте выбирается на основе опыта действующих фабрик и литературных данных. В зависимости от общей степени дробления и производительности фабрики принимается двух-, трех- и четырехстадиальная схемы дробления. При отсутствии практических данных по переработке данного сырья схема дробления может быть выбрана по таблице 1.

Таблица 1 - Основные варианты схем дробления в зависимости от степени дробления и крупности дробимого и дробленого продукта

Обозначения схемы	Общая степень дробления	Наибольшая крупность  исходной руды, мм
		1200	300
		Крупность конечного  продукта, мм
ББ	12-25	50-60	25-30
БА	20-40	Не применяется	7-15
БББ	25-50	25-30	15-20
ББА	50-200	6-15	6-10

 

При руде крупностью до 1500 мм и большой производительности в последнее время применяются четырехстадийные схемы дробления (ГБББ, ГББА).

 

2 Расчетно-текстовая часть

На рис. 1 показана схема ББА, все продукты нумеруются арабскими цифрами, а операции – римскими цифрами.

Данные для расчёта схемы:

– производительность обогатительной фабрики по сырью 3800 т/с;

– руда относится  к категории средней твёрдости руд;

– максимальная крупность исходной руды Д=400 мм;

– максимальная крупность дроблёного продукта d=15 мм;

– эффективность грохочения:

а) для колосниковых грохотов Е_I=61,5 %;

б) для колосниковых грохотов Е_II=80 %.

в) насыпной вес  руды 1,6 т/м³;

г) чистое время работы цеха в сутки – 15 часов.

                    1

    Предварительное

         грохочение          ------------------- I            I  стадия,

  2                                                 3                                 разновидность Б

                                             Дробление II

                                           4

                    5

   Предварительное 

        грохочение         -------------------- III          II  стадия

  6                                                 7                                 разновидность Б

                                              Дробление IV

                                           8

                    9

   Предварительное

      и поверочное                                                 III  стадия

       грохочение         ---------------------V           разновидность А

11                                             12

   

                                          Дробление VI

                               13

Рисунок 1 - К расчёту схемы дробления ББА

Схема дробления  рассчитывается в следующем порядке:

1. Определяется часовая производительность оборудования Q, т/ч по формуле

Qч=k∙Qс / t,

(1)

где Q_ч – часовая производительность, т/ч;

Q_с – суточная производительность цеха, т/с;

К – поправочный коэффициент, учитывающий неравномерность свойств сырья, влияющий на производительность оборудования данного цеха. Принимается для рудных фабрик К=1÷1,1, для углеобогатительных – 1,15;

t – расчётное время работы цеха, принимаем 15 часов (по заданию).

Q_ч = 1∙ 1935 / 24 = 88,7  т/ч

2. Определяется  общая степень дробления S_общ, по формуле

,

(2)

где Д_max – максимальная крупность исходной руды, мм;

                 d_max – максимальная крупность дробленой руды, мм.

3. Устанавливается  степень дробления на отдельных  стадиях

,

(3)

где S_ср – средняя степень дробления для одной стадии.

Общая степень  дробления равна произведению степеней дробления в отдельных стадиях. Дробилки крупного, среднего и мелкого дробления позволяют получить за один прием следующие степени дробления:

– дробилки крупного дробления – до 5;

– конусные дробилки для среднего приема дробления при работе без поверочного грохочения – до 6;

– те же дробилки при работе в замкнутом цикле с поверочным грохочением – до 8-10;

– конусные дробилки мелкого дробления при работе без поверочного грохочения – до 3-5;

   – те же дробилки при работе в замкнутом цикле – до 8.

Поэтому для  первой стадии принимаем S₁=2,8, для второй стадии дробления S₂=3 и для третьей стадии

4. Определяется условная максимальная крупность дроблёных продуктов после отдельных стадий дробления (Д₅, Д₉, Д₁₁) по следующим формулам:

Для первой стадии дробления , (4)

Для второй стадии дробления ,  (5)

Для третьей  стадии дробления ,  (6)

где Д₁, Д₅, Д₉, Д₁₁- максимальная крупность исходной руды и максимальная крупность руды после первой, второй и третьей стадии дробления, соответственно, мм;

S₁, S₂, S₃ – степени дробления.

Д₅ = 500 / 2,8 = 180 мм;

Д₉ = 500 / 2,8 · 3 = 60 мм;

Д₁₁ = 450 / 2,8 · 3 ∙ 2,4 = 25 мм.

5. Подсчитывается  для каждой стадии дробления  ширину разгрузочной щели дробилки по формуле

,

(7)

где Z_p – относительная крупность дробленых продуктов, определяется по табл.3;

Д – наибольший размер куска руды после дробления, мм.

 

Таблица 2 - Значения относительной крупности дробленых продуктов Z_p для различных условий дробления

Категория твёрдости  руд	Дробилки для  крупного дробления		Дробилки для  среднего и мелкого дробления
	Конусные	Щековые	Нормальные	Короткоконусные
Мягкие	1,1	1,3	1,3 – 1,5	1,7 – 2,0
Средней твердости	1,4	1,4	1,8 – 2,0	2,2 – 2,5
Твердые	1,6	1,7	2,4 – 2,6	2,7 – 3,0

 

Для каждой стадии дробления рассчитывается ширина разгрузочного отверстия i:

i_II = Д₅ / z₁ = 180/ 1,7 = 105 мм;

i_IV = Д₉ / z_1V = 60 / 2,4 = 25 мм;

i_II = Д₁₁ / z_V1 = 25 /2,8 = 9 мм.

6. Подсчитывается  ширина загрузочной щели дробилки В по формуле

,

(8)

где Д – максимальный размер куска руды перед дроблением, мм.

Для первой стадии дробления 

В_II=1,1ּ500 =550 мм.

Для второй стадии дробления 

В_IV=1,1ּ180=198 мм.

Для третьей  стадии дробления

В_VI = 1,1ּ60= 66 мм

7. Выбираются  размеры отверстий грохотов для  первой, второй и третьей стадии  дробления.

В операциях предварительного грохочения размеры отверстий сита грохотов «а» принимают в пределах Д≥a≥i (где Д – условная максимальная крупность дробленого продукта), в операциях поверочного грохочения и совмещённых операциях предварительного и поверочного грохочения размеры отверстий сита принимают немного меньшими условной максимальной крупности дробленого продукта. Практические значения «а» и «i» приведены в табл. 13 [1].

Для рассчитываемой схемы принимаем:

iVI ≤ aV ≤ Д11; 9≤25≤25; aIII=25 мм.

Соотношение между  размерами отверстий грохотов и шириной выпускных щелей дробилок по практическим данным примерно равно: при крупном дроблении а=i; при среднем дроблении а=1,2-1,5 i; при мелком дроблении а=2,5-3 i.

8. Проверяется  соответствие выбранной схемы  дробления и степеней дробления выпускаемому оборудованию:

а) определяются приближенные значения весов продуктов первой стадии дробления

 

                    Q₁

    Предварительное

         грохочение          - I           

Q₂                                                   Q₃                             

                                             Дробление II

                                               Q₄

                      Q₅

 

Рисунок 2. Схема I стадии дробления

 

Вес нижнего  продукта Q₂ определяется по формуле

Q2 = Q1 ∙ β1-а ∙ Е –а,

(9)

где β₁^-а – определяется по характеристике крупности исходного сырья , дол.ед.;

Е ^–а – эффективность грохочения для класса «а», дол.ед.

Q₂=253,33 × 0,23 ×0,651=37,93 т/ч.

Для рассчитываемой схемы принимается прямолинейная характеристика крупности исходной руды (прил. А).

Определяется  вес верхнего продукта Q₃ (Q₄) из соотношения

Q₃ = Q₄ = Q₁ - Q₂;

Q₃ = Q₄ = 253,33- 37,93=215,4 т/ч;

Q₁ = Q₅ = 253,33 т/ч.

б) определяются приближенные значения весов продуктов  второй стадии дробления

 

                                Q₅

   Предварительное 

        грохочение         -------------------- III         

Q₆                                                   Q₇                                

                                              Дробление IV

                                             Q₈

                      Q₉ 

 

Рисунок 3. Схема II стадии дробления

Определяется  вес нижнего продукта Q₆, по формуле

Q₆ = Q₅ּβ₅^-aּΕ₂ֿª;

Q₆ = 253,33 ×ּ0, 15 ּ 0,8=30,4 т/ч;

Определяется вес продукта Q₇, Q₈, по формуле

Q₇ = Q₈ = Q₅-Q₆;

Q₇ = Q₈ = 253,33 - 30,4=222,93 т/ч;

Q₁ = Q₅ = Q₉;

в) определяются приближённые значения весов продуктов третьей стадии дробления.

                                Q₉

                      Q₁₀

 

   Предварительное

      и поверочное                                               

       грохочение         ---------------------V          

Q₁₁                                              Q₁₂

   

                                          Дробление VI

                                         Q₁₃

Рисунок 4. Схема III стадии дробления

 

Вес продукта 10 может быть определён по формуле

Qn = Q1 ∙ γn,

(10)

где Q_n – вес продукта операции, т/ч;

Q₁ – вес исходной руды, т/ч;

γ_n - выход продукта в долях единицы, который может быть рассчитан или взят по табл. 16 [1].

Для рассчитываемой схемы 

Q₁₀ = Q₁ּγ₁₀;

Q₁₀ = 253,33 ×ּ1,6 = 405,33 т/ч;

Q₁ = Q₅ = Q₉ = Q_11.

Определяется  вес продуктов Q₁₂, Q₁₃ т/ч по формуле

Q₁₂ = Q₁₃ = Q₁₀ - Q₁₁;

Q₁₂ =Q₁₃ = 405,33 - 253,33 = 152 т/ч;

г) выбираются дробилки:

рассчитывается  объемная производительность дробилок по формуле

Qo = Q / δн

(11)

где Q – производительность, т/ч;

δ_н – насыпной вес руды, т/м³.

Для первой стадии

Q_o = 215,4 / 1,6 = 134,63 м³/ч.

Для второй стадии

Q_o = 222,93 / 1,6 = 139,33м³/ч.

Для третьей  стадии

Q_o = 152 / 1,6 = 95 м³/ч.

Требования, которым  должны удовлетворять дробилки, согласно результатам предварительного расчёта схемы дробления, сводим в таблице 3.

 

 

 

 

Таблица 3 - Требования, которым должны удовлетворять дробилки

Показатели	Стадии дробления
	I	II	III
Крупность куска, мм Размер загрузочной  щели, мм Ширина разгрузочной щели, мм Требуемая производительность, т/ч Объёмная производительность, м³/ч	400 440 100 215,4 134,63	160 176 25 237,12 148,2	64 70 5 152 95

Выбранные дробилки и принятые степени дробления  должны удовлетворять следующим  требованиям:

– ширина пасти дробилки должна быть на 10-15 % больше размера поступающих в неё кусков руды;

– дробилка должна обеспечить требуемую производительность;

– запроектированная ширина разгрузочной щели должна находиться в пределах, допустимых для данного типа дробилки;

– коэффициенты загрузки дробилок должны быть близкими и находиться в пределах 0,5-0,8.

Исходя из предварительных  расчетов, выбираются по каталогам (Прил. 5 – 15 [8], Прил. 12 – 18 [6], табл. 1.1 – 1.12 [10], табл. [9] ) соответствующие типы дробилок. Применительно к рассчитываемой схеме к установке принимаются следующие дробилки:

– для первой стадии ККД – 500/ 75;

– для второй стадии КСД – 1750Т;

– для третьей стадии КМД – 1200Гр.

Выбранные дробилки и принятые степени дробления  должны удовлетворять следующим  требованиям: ширина пасти дробилки должна быть на 15-20 % больше размера поступающих в неё кусков руды; дробилка должна обеспечить требуемую производительность; запроектированная ширина разгрузочной щели должна находиться в пределах, допустимых для данного типа дробилки; коэффициенты загрузки дробилок должны быть близкими. Технические характеристики выбранных дробилок сводятся в таблице 4.

 

Таблица 4 - Технологические характеристики выбранных дробилок

Показатели	ККД-500/75	КСД-1750Т	КМД-1750Т
Диаметр основания  дробящего конуса, мм		1750	1750
Ширина приёмного  отверстия, мм	500	200	80
Ширина разгрузочной щели, мм	75-100	15-30	5-15
Наибольший  размер кусков в питании, мм	400	160	70
Производительность, м3/ч	170-220	100-190	85-120
Габариты, мм: длина ширина высота	4500 4600 5100	4400 3400 4400	4400 3400 4400
Мощность электродвигателя, кВт	110	160	160
Масса дробилки, т	40,6	47	47

Подсчитываются  коэффициенты загрузки дробилки для каждой стадии дробления K по формуле

,

(12)

где   Q_расч – требуемая производительность дробилок по предварительному расчёту;

Q_табл – производительность по технической характеристике оборудования.

Для первой стадии

К = 134,63 / 200= 0,67;

Для второй стадии

К = 139,33/ 190 = 0,73;

Для третьей  стадии

К = 95 / 120 = 0,79.

Если обнаружится, что перечисленные требования к  дробилкам при запроектированной  схеме дробления невыполнимы (коэффициенты загрузки дробилок сильно разнятся и не находятся в пределах значений 0,5-0,8), то следует изменить назначенные степени дробления в отдельных стадиях дробления.

9. Производим  расчёт схемы дробления и проверку правильности выбора оборудования:

а) на основании  предварительного расчёта выбираются разгрузочные щели дробилок по техническим характеристикам:

i_II = 100 мм;

i_IV = 25 мм;

i_VI = 5 мм.

б) определяются размеры максимальных кусков руды после  дробления по стадиям Д₅, Д₉, Д₁₁, мм по формуле

Д = i × z,

(13)

Тогда

Д₅=100ּ1,6 = 160 мм;

Д₉=25 ּ2,4= 60 мм;

Д₁₁=5ּ3=15 мм;

в) окончательно выбираются степени дробления по стадиям S₁, S₂, S₃:

S_{1 =} Д₁ / Д₅;

S_{1 =} Д₅ / Д₉;

S_{1 =} Д₉ / Д₁₁.

Тогда

S_{1 =} 400/160=2,5;

S_{1 =} 160/60=2,67;

S_{1 =} 60/15=4;

S_общ = S₁∙ S₂ ∙S₃ = 2,5∙2,67∙4=26,7;

г) выбираются размеры  отверстий сит грохотов

д) проверяются  веса продуктов.

Расчёт первой стадии дробления

Определяются  веса продуктов 2, 3 и 4:

Вес продукта 2 рассчитывается по формуле (9):

Q₂ = 253,33 × 0,23 × 0,651 = 37,93 т/ч;

Веса продуктов 3 и 4 рассчитываются из уравнения баланса

Q₃ = Q₄ = Q₁ - Q₂;

Q₃=Q₄=253,33 – 37,93 = 215,4 т/ч;

Q₅ = Q₁;

е) определяется характеристика крупности продукта 5.

При определении  характеристики крупности продукта 5 следует различать два случая:

1) d < i;

2) d > i.

При d < i значение β₅^{- d} определяется по формуле

β₅^{- d} = β₁^{- d} + β₁⁺ⁱ  · b_II^-d,    (14)

где β₁^{- d} – содержание расчетного класса (d–0 мм) в исходной руде, дол.ед.

 β₁⁺ⁱ – содержание класса +i мм в исходной руде, дол.ед.

b_II^-d – содержание расчётного класса в разгрузке дробилки при питании ее классом крупнее.

При d > i значение β₅^{- d} определяется по формуле

β₅^{- d} = β₁^{- d} + β₁^{+ d}  · b_II^-d                              (15)

При отсутствии испытаний дробимости значения b^-d определяется из типовых характеристик крупности (Приложение Б).

Предварительно вычисляется безразмерная крупность класса z, равная отношению размера зёрен к ширине разгрузочной щели дробилки: z= d : i.

Для рассчитываемой схемы дробления определяется характеристика крупности продукта 5 для классов 160, 140, 120, 100, 80, 60, 40, 20, 10, 5.

Для классов крупности 170, 140, 110 мм β₅ рассчитывается по формуле (15), т.к. d>i, для остальных классов  крупности по формуле (14), т. к. d<i.

β^{- d} находится из характеристики крупности исходной руды (приложение А):

β₁^-160 = 41 %;

β₁^-140 = 36 %;

β₁^-120 = 31 %;

β₁^-100 =26  %;

β₁^-80 = 20 %;

β₁^-60 = 15 %;

β₁^-40 = 11 %;

β₁^-20 = 6 %;

β₁^-10 = 3 %;

β₁^-5 = 1 %;

Для нахождения b_II рассчитывается z для каждого класса по формуле

                                    Z = d/i                                                        (16)

Значения b_II^-d находятся по типовым характеристикам крупности дробленых продуктов (прил. Б):

b_II^-160 = 95 %;      

b_II^-140 = 89 %;

b_II^-120 = 81 %;

b_II^-100 = 68 %;

b_II^-80 = 56 %;

b_II^-60 = 41 %;

b_II^-40 = 28 %;

b_II^-20 = 10%;

b_II^-10 = 5 %;

b_II^-5 = 2 %;

По формулам (14) и (15) рассчитываются β₅^{- d}:

β₅^-160 = 0,41 + 0,59 ∙ 0,95 = 0,97;

β₅^-140 = 0,36 + 0,64 ∙ 0,89 = 0,93;

β₅^-120 = 0,31 + 0,69 ∙ 0,81 = 0,87;

β₅^-100 = 0,26 + 0,71 ∙ 0,68 = 0,74;

β₅^-80 = 0,20 + 0,71 ∙ 0,56 = 0,6;

β₅^-60 = 0,15 + 0,71 ∙ 0,41 = 0,44;

β₅^-40 = 0,11 + 0,71 ∙ 0,28 = 0,31;

β₅^-20 = 0,06 + 0,71 ∙ 0,1 = 0,13;

β₅^-10 = 0,03 + 0, 71 ∙ 0,05 = 0,07;

β₅^-5 = 0,01 + 0,71 ∙ 0,02 = 0,02.