Технология калийных удобрений

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Дробление,  измельчение, грохочение и классификация калийных руд

1.1 Дробление,  измельчение. Степень измельчения

Руда, добываемая из месторождения и поступающая  на обогатительную фабрику, состоит  из кусков различной крупности. Ценные компоненты в таком куске обычно находятся в тесном прорастании  между собой и нерудными минералами. Поэтому перед обогащением полезного ископаемого необходимо провести ряд подготовительных операций, к которым относятся дробление, измельчение, грохочение и классификация, оттирка и обесшламливание и т.д. Задачей таких операций является доведение калийного сырья до крупности, необходимой для последующих процессов его переработки. Достигается это максимально полным раскрытием минералов в результате разрушения природных сростков полезных минералов с пустой породой или сростков одних полезных минералов с другими при наименьшем шламообразовании. В результате образуется механическая смесь частиц разного минералогического состава. Применение твердых материалов, раздробленных на мелкие куски (путем дробления) или измельченных в порошок (путем размола), позволяет значительно ускорить растворение (галургический метод), обжиг, химическое взаимодействие и т.д., т.е. различные процессы, протекающие тем быстрее, чем больше поверхность участвующего в них твердого вещества.

 Степень раскрытия руды определяется природными структурно-текстурными особенностями и минералогическим составом пород, а также схемой и режимом измельчения. При измельчении калийных руд следует соблюдать принцип – «не дробить нечего лишнего», т.е. выводить из операции измельчения раскрытый минерал путем предварительного его отсева. Переизмельчение руды приводит к образованию значительного количества тонких солевых и глинистых частиц, снижающих селективность флотационного процесса, качество минеральных удобрений и степень извлечения полезных минералов вследствие увеличения потерь при обесшламливании (тонкие частицы ценного компонента вместе с солевыми и глинистыми частицами (крупность 0,045 – 0,074мм) в результате обесшламливания образуют шламовый продукт).  

Дробление и измельчение – процессы уменьшения размеров кусков (зерен) полезных ископаемых путем разрушения их действием внешних сил, преодолевающих внутренние силы сцепления, связывающие между собой частицы твердого вещества. В результате измельчения значительно увеличивается поверхность обрабатываемого материала.

Крупность руды и продуктов  дробления и измельчения характеризуется  гранулометрическим составом, который  для сильвинитовой руды, добытой  в горных выработках, колеблется в  широких пределах: от 150мм до 0,75мм. При  буро-взрывных работах можно встретить куски размером 300 – 400мм. Введение комбайной добычи руды привело к практически полному отсутствию кусков более 300мм. Требуемая для технологического процесса величина кусков зависит от способа ее переработки.

В зависимости от начального D и конечного d размера наибольших кусков условно различают следующие стадии уменьшения крупности [3]:

1. крупное дробление: D = 1500 ÷ 150мм, d = 250 ÷ 40мм;
2. среднее дробление: D = 250 ÷ 40мм, d = 40 ÷ 6мм;
3. мелкое дробление: D = 25 ÷ 3мм, d = 6 ÷ 1мм;
4. тонкое измельчение: D = 10 ÷ 1мм, d = 1 ÷ 75·10^-3мм;

5. сверхтонкое измельчение: D = 12 ÷ 0,1мм, d = 75·10^-3 ÷ 1·10^-4мм.

Крупное и среднее  дробление производятся, как правило, сухим способом, а мелкое дробление, тонкое и сверхтонкое измельчение  – сухим или мокрым способом. При мокром способе уменьшается пылеобразование и частицы получаемого продукта имеют более равномерные размеры, кроме того, облегчается выгрузка продукта.

Результат измельчения характеризуется  степенью измельчения, равной отношению  среднего характерного размера D куска материала до измельчения к среднему характерному размеру d куска после измельчения (крупность кусков определяют размером отверстий сит, через которые просеивают сыпучий материал, т.е. с помощью ситового анализа):

i = D/d

Общая степень  дробления равна произведению степеней дробления в отдельных стадиях. Число стадий дробления зависит от начальной и конечной крупности дробимого материала.

Дробление и  измельчение руд до частиц желаемого  размера осуществляется раздавливанием (тело деформируется по всему объему), раскалыванием (тело разрушается в местах концентрации наибольших нагрузок), размалыванием (разрушение идет под действием изгибающих сил), резанием, распиливанием, истиранием (действуют сжимающие, растягивающие и срезающие силы), ударом (под действием динамических нагрузок) и различными комбинациями этих способов.

Из перечисленных  способов в работе большинства измельчителей  использованы способы раскалывания, раздавливания, удара и истирания, а также их комбинации (рис.1).

Рисунок1 – Основные способы измельчения материалов:

а – раздавливание; б – истирание; в – раскалывание; г – удар

 

При выборе метода измельчения необходимо учитывать  свойства материала, например, его склонность к комкованию, влажность, твердость, крупность и др. Способность горных пород противостоять разрушению зависит также от наличия трещин в кусках и способа воздействия на них разрушающего усилия. Трещиноватость уменьшает сопротивление кусков разрушению.

По устройству и принципу действия машины, применяемые для уменьшения крупности, подразделяются на группы:

• щековые дробилки, в которых дробление осуществляется периодическим раздавливанием в сочетании с раскалыванием и изгибом между подвижной и неподвижной щеками кусков руды – крупное дробление;
• конусные дробилки, в которых дробление руд осуществляется раздавливанием между подвижным и неподвижным конусами путем движения внутреннего конуса по окружности с помощью эксцентрикового вала – крупное и среднее дробление;
• валковые дробилки, в которых дробление осуществляется раздавливанием и истиранием между вращающими валами – среднее и мелкое дробление;
• молотковые дробилки, в которых дробление осуществляется ударом вращающимися молотками (закрепленных неподвижно или шарнирно) – мелкое дробление и тонкое измельчение;
• роторно-бильные (отражательные) дробилки – отличаются от молотковых жестким креплением рабочих деталей – бил;
• барабанные мельницы, в которых измельчение осуществляется раздавливанием, истиранием и ударом между мелющими телами (стержнями, шарами) – тонкое измельчение;
• струйновибрационные мельницы.

Существенным  отличием дробилок от мельниц является то, что у дробилок нет непосредственного  соприкосновения между рабочими (дробящими) органами. Между ними всегда имеется зазор, заполняемый при  работе дробимым материалом. Дробящие детали мельниц имеют непосредственное соприкосновение между собой при холостом ходе. При работе под нагрузкой они разделяются слоем материала или частично могут соприкасаться друг с другом.

При обогащении сильвинитовых руд измельчение происходит до размеров вкрапленности ценного компонента (от 0,5 до 3,0 мм). Проводится в две стадии:

1. дробление до размеров кусков 10 – 5 мм с применение дробилок для мелкого дробления (валковые и молотковые дробилки);
2. измельчение до вкрапленности ценного компонента с применением барабанных мельниц (тонкое измельчение).

При галургическом  способе обогащения производят только дробление руды.

1.1.1 Валковая дробилка

В валковых дробилках  материал дробится двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Исходный материал поступает в дробилку, затягивается парой вращающихся навстречу друг другу цилиндрических валков в пространство между ними и дробится в основном путем раздавливания. Дробленый продукт выпадает из дробилки под действием силы тяжести.

Рисунок 2 – Схема валковой дробилки

 

Валки размещены  на подшипниках в корпусе, причем один из валков вращается в неподвижно установленных подшипниках, а второй – скользящих подшипниках, которые  удерживаются в заданном положении (в зависимости от требуемой ширины зазора) с помощью пружины. Регулирование натяжения пружин осуществляется шайбой и гайкой на натяжном болту. При попадании в дробилку постороннего предмета чрезмерной твердости подвижный валок отодит от неподвижного и предмет выпадает из дробилки (при этом устраняется возможность ее поломки).

Валки обычно изготавливают  из чугуна и футеруются по внешней  поверхности бандажами из углеродистой или износостойкой марганцовистой стали. Валковые дробилки бывают с гладкими, рифлеными и с зубчатыми валками.

Степень дробления на валковых дробилках для материалов хрупких и средней твердости достигает i = 10 ÷ 15, а размер кусков продукта дробления колеблется от 10 до 5 мм (предельно до 2 – 3 мм). Для твердых материалов степень дробления значительно ниже (i = 3 ÷ 4).

Достоинства валковых дробилок:

• простота и компактность;
• надежность в работе;
• непрерывность в работе;
• легкость обслуживания;
• высокая производительность;
• вследствие однократного сжатия материал не переизмельчается и содержит мало мелочи;
• валки закрыты корпусом, в результате чего образующаяся пыль не попадает в атмосферу цеха, а отсасывается с помощью вентилятора и улавливается в циклонах;
• благодаря установке пружин и натяжных болтов возможна регулировка ширины выпускной щели;
• исключаются поломки дробилки и искривление валов при попадании крупных кусков.

Недостатки  валковых дробилок:

• неравномерный по крупности дробленный продукт;
• выпуск плоских кусков (лещадок) измельченного материала (при гладких валках);
• малая пригодность для дробления материалов высокой твердости.

1.1.2 Молотковая  дробилка

Молотковая  дробилка относится к дробилкам  ударно-центробежным, в которых дробимый материал разрушается ударом за счет кинетической энергии движущихся тел.

Рисунок 3 – Молотковая дробилка:

1 – плита; 2 –  корпус; 3 – молотки; 4 – ротор; 5 – колосниковая решетка

 

В молотковых дробилках  материал дробится главным образом  на лету ударом молотков, которые шарнирно подвешены к ротору, быстро вращающемуся (окружная скорость составляет 30 – 55 м/с) в рабочем пространстве дробилки, ограниченном корпусом, футерованным броневыми плитами.

Дробимый материал поступает в рабочее пространство дробилки через загрузочное отверстие  и попадает в зону действия вращающихся  молотков, которые ударяют по кускам и с силой отбрасывают их к  стенкам корпуса на плиты. Разрушение кусков, таким образом, вызывается ударом молотков, ударом кусков о плиты и раздавливанием и истиранием кусков молотками на колосниковой решетке. Измельченный материал выпадает через щели решетки.

Молотковая  дробилка состоит из корпуса, внутри которого располагается ротор, закрепленный на валу. Ротор представляет собой вал, на котором жестко закрепляется диск, а на диске подвижно или неподвижно укрепляются молотки. Молотковые дробилки делают с вращением ротора в одном направлении и реверсивными. Возможность изменения вращения ротора в реверсивных дробилках позволяет двустороннее использование молотков без разборки дробилки для их поворота.

Молотковые  дробилки выпускаются с колосниковыми  решетками и без них. Дробилки с колосниковыми решетками предназначены для получения продукта с определенной крупностью максимального куска, их применяют главным образом для мелкого дробления, когда процент содержания в дробленом продукте кусков размером выше заданного ограничивается или когда материал, подвергаемый дроблению, имеет большую влажность, в связи с чем эффект дробления ударом получается минимальный. Молотковые дробилки без колосниковых решеток выдают продукт нужной крупности вследствие повышенной частоты вращения ротора, при которой куски дробимого материала подвергаются многократному ударному воздействию молотков за время прохождения через дробилку. Дробилки для дробления влажных глинистых материалов имеют подвижную отбойную плиту, представляющую собой тяжелый пластинчатый конвейер, встроенный в дробилку. Подачей вязкого материала к ротору исключается забивание дробилки.

Конструкция решеток  должна позволять менять их положение  относительно ротора для настройки  дробилки на ту или иную крупность  дробленого продукта, а также для  компенсации износа молотков и колосников. В связи с этим решетки делают поворотными или подъемными, но в некоторых конструкциях дробилок они выполняются неподвижными, что является существенным недостатком таких дробилок.