Технология калийных удобрений

Цель поверочной классификации – контроль крупности измельченного продукта. Поверочная классификация осуществляется на дуговых ситах СД-2 (с радиусом изгиба сита 1500мм и с шириной щели между шпальтами 2мм) по фракции 1,25мм при количестве дуговых сит на секцию – 3 рабочих и 3 резервных. Надрешетный продукт поверочной классификации возвращается самотеком в мельницу на доизмельчение и представляет собой циркуляционную нагрузку. Подрешетный продукт поверочной классификации  объединяется  с  подрешетным   продуктом  предварительной классификации и является питанием 1 стадии обесшламливания.

 

Рисунок 11 – Схема измельчения с предварительной и поверочной классификацией

 

Приведенная схема  является схемой с замкнутым циклом: измельченный в стержневой мельнице материал поступает в классифицирующий аппарат, подрешетный продукт которого является готовым, а надрешетный возвращается в мельницу на доизмельчение. При этом достигается минимальное переизмельчение и шламообразование в результате непрерывного удаления измельченного материала через классификатор. В качестве последнего применяют дуговые грохоты и гидроциклоны.

1.5 Классификация  калийных руд

Процесс разделения материала в жидкости или воздухе на отдельные классы по скорости падения частиц называется классификацией. Разделение в воздухе принято называть пневматической классификацией, а в воде – гидравлической.

Пневматическая  классификация применяется при  струйном измельчении и сухом  самоизмельчении.

Широкое распространение получила гидравлическая классификация.

Цель гидравлической классификации – получение классов  с определенным диапазоном крупности. Разделение может происходить как  под действием силы тяжести, так  и под действием центробежной силы.

Продукты, представляющие крупный класс, принято называть песками, а мелкие – сливом.

1.5.1 Дуговое сито

Для проведения предварительной и поверочной классификации на сильвинитовой обогатительной фабрике ОАО «Беларуськалий» принимаем дуговые сита СД-2 (рис.12), которые применяются для гидравлической классификации материала.

Рисунок 12 – Дуговое сито СД-2

 

Дуговое сито –  дугообразная решетка 2 с поперечным расположением колосников (из проволоки клиновидного сечения) относительно потока суспензии. Щелевое сито (решетка) располагается в корпусе 1. Суспензия поступает на решетку через питающий патрубок 5 по касательной к дуге, образованной ситом со скоростью 1,5 – 5 м/с. Для обеспечения необходимой скорости движения исходной пульпы сечение питающего патрубка регулируется прижимными винтом 3 и щитом 4. Возникающая при таком движении центробежная сила способствует эффективному выделению жидкой фазы и частиц размером в 1,5 – 2,0 раза меньше размеров щелей сита в виде подрешетного продукта, удаляемого через воронку 6. Более крупные частицы отводятся в виде надрешетного продукта и напрвляюстя на измельчение (доизмельчение).

Преимущества дуговых сит:

• компактность и отсутствие движущихся частей;
• простота конструкции и, следовательно, легкость обслуживания;
• возможностью регулирования процессом разделения.

Недостатки:

• низкая эффективность классификации (50 – 70%);
• быстрый износ просеивающей поверхности.

1.5.2 Гидроциклоны

Гидроциклоны  относятся к классифицирующим аппаратам, принцип работы которых основан  на использовании центробежных сил, действующих на частицы минералов при их вращении по спиралеобразной траектории внутри аппарата. При этом центробежная сила может во много раз превосходить гравитационную силу, действующую на частицу. Поэтому классификация в гидроциклонах значительно интенсифицируется по сравнению с аппаратами, разделение материала в которых основано на чисто гравитационном принципе.

Гидроциклон (рис.13) представляет собой аппарат, состоящий из цилиндрической 4 и конической 7 частей. Внутренняя поверхность аппарата защищена от истирания абразивными частицами футеровкой 6 из каменного (диабазового) литья, полиуретана или резины. Цилиндрическая часть закрыта сверху крышкой 2, имеющей центральное отверстие, к фланцам которого болтами крепится сливной патрубок 3. Снизу к конической части гидроциклона также болтами крепится песковая коническая насадка 8. Цилиндрическая часть гидроциклона имеет патрубок 5, по которому под давлением подается исходный материал. Давленне пульпы на входе в гидроциклон контролируется манометром 1.

Гидроциклоны имеют большую производительность и достаточно высокую эффективность классификации.

Рисунок 13 – Гидроциклон

Работает гидроциклон  следующим образом. Через питающий патрубок пульпа с большой скоростью  подается тангенциально к внутренней поверхности цилиндра. В результате касательного расположения патрубка она вращается по спирали, ось которой совпадает с осью гидроциклона. Наиболее тяжелые и крупные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся вниз к разгрузочной насадке для песков. Мелкие же частицы вместе с водой образуют внутренний поток, который поднимается вверх и выносится через сливной патрубок.

При установившемся движении в гидроциклоне различают три зоны (рис.14):

1) внешний винтообразный поток суспензии, в котором концентрируются крупные (тяжелые) частицы, отставшие при радиальном перемещении к оси от мелких (легких), под действием центробежной силы инерции. Двигаясь вдоль образующей конуса, крупные частицы разгружаются через песковую насадку;

2) внутренний  винтообразный поток, несущий мелкие частицы, в результате реакции стенок корпуса изменяет направление осевого движения и разгружается через сливной патрубок;

3) вблизи оси  гидроциклона в связи с нарастанием  центробежной силы и уменьшением давления происходит разрыв жидкости и образование воздушного  столба  по  всей  высоте  аппарата.  В   эту   зону   пониженного

давления устремляется воздух из окружающего пространства. При перегрузках песковой насадки  подсос воздуха прекращается и нормальная работа аппарата нарушается. Диаметр его составляет 0,6-0,7 диаметра сливного патрубка.

Рисунок 14 – Упрощенное изображение движения пульпы в гидроциклоне

 

Преимущества  гидроциклонов:

• простота конструкции, отсутствие движущихся частей;
• малые габаритные размеры;
• возможность создания компактных технологических схем и автоматизация классификации;
• имеют большую производительность;
• достаточно высокая эффективность классификации (70 – 75%).

Недостатки  гидроциклонов:  

• повышенный износ внутренних поверхностей корпуса и насадок;
• склонность к забиванию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Графическое  изображение процесса отделения KCl от маточного щелока

В реальных технологических  процессах кристаллизации КС1 операцию выпарки дополняют операциями выделения кристаллов путем отстаивания, фильтрации или центрифугирования, промывки кристаллизата и его сушки. Ход этих процессов также может быть рассмотрен на фазовой диаграмме.

На рисунке 15 показан процесс разделения суспензии b₁ на кристаллы KCl  и маточный раствор m₁. Состав слива по мере выделения KCl из b₁ перемещается вдоль луча кристаллизации в сторону равновесного маточного раствора m₁ и проходит  путь b₁ b₂ b₂ m₁. Если в результате разделения слив представляет собой чистый маточный раствор, то он изображается m₁.

Если после кристаллизации не удается выделить чистый маточный щелок (что возможно, например, при наличии мелких кристаллов при использовании фильтрующей центрифуги), то жидкофазный продукт изображается не точкой m₁, а смещенными в направлении точки В точками b₁, b₂, b₃. Кроме того, ни один из существующих способов не обеспечивает выделения из суспензии сухих кристаллов солей, в том числе и КС1. Линии постоянного количества воды в системе представляют собой прямые, параллельные гипотенузе АВ треугольника. Они показаны на рис. 4.8 штриховыми линиями. Фигуративная точка влажных кристаллов представляет собой точку пересечения луча кристаллизации m₁B с линией постоянного содержания воды, например точку В₁, В₂ или В₃ в зависимости от степени обезвоживания кристаллов. Количество удерживаемой остатком жидкой фазы (измеряемое влажностью остатка) определяется многими условиями, например, вязкостью маточного раствора, крупностью кристаллов осадка, способом кристаллизации, способом разделения раствора и кристаллов и т.д. Наличие маточного раствора m₁, содержащего NaCl, в составе влажных кристаллов КС1 приводит к загрязнению конечного продукта хлористым натрием, если влажные кристаллы подвергнуть сушке. Состав высушенного продукта представлен точками С₁, С₂, С₃, расположенными на пересечении лучей НВ₁, НВ₂ и НВ₃ с гипотенузой АВ.

Основной источник примесей в кристаллах солей –  маточный раствор. Чтобы получить более чистый конечный продукт (например, С₃), необходимо оставлять меньше маточного раствора во влажных кристаллах. Уменьшения  содержания растворимых примесей можно достичь также с помощью промывки водой. Воду добавляют к влажным кристаллам В₂ до содержания жидкой фазы около 20%, после чего осуществляют обезвоживание тем же способом, что и при выделении кристаллического продукта В₂ (например, путем фильтрации до остаточной влажности 10%), и получают влажные отмытые кристаллы В₂’. При сушке последних образуется продукт С₂^’, совпадающий с продуктом С₃ (содержащий меньше NaCl, чем продукт, который можно получить при сушке непромытого остатка). Точка m₂ показывает состав насыщенного раствора после отмывки кристаллов, а точка m₁^’ — состав жидкой фазы сразу после смешения неотмытых кристаллов В₂ с водой.

 

Рисунок 15 – Графическое изображение процессов отделения кристаллического КС1 от маточного щелока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Практические  задачи

3.1 Сухое  измельчение – классификация  калийных руд

Исходные данные к задаче:

• содержание расчетного мелкого класса в исходной руде α₀ = 25,0% (масс. доля);
• производительность грохота по надрешетному продукту S = 23,0 т/ч;
• содержание расчетного мелкого класса в надрешетном продукте δ₀ = 20,0% (масс. доля);
• выход подрешетного продукта γ = 30,4%.

 

Необходимо  рассчитать:

1. производительность по исходной руде Q, т/ч;
2. содержание расчетного мелкого класса в подрешеточном продукте β₀, масс. доля, %;
3. производительность грохота по подрешеточному продукту P, т/ч;
4. эффективность грохочения Е, %;
5. извлечение в подрешеточный продукт расчетного мелкого класса ε_(-), %;
6. извлечение в подрешеточный продукт расчетного крупного класса ε₍₊₎, %.

 

На рисунку 16 приведена схема двухстадийного дробления калийной руды с замкнутым циклом во второй стадии.

Рисунок 16 – Схема сухого измельчения – классификации

 

Решение:

1. Рассчитаем содержание расчетного мелкого класса в подрешеточном продукте:

Откуда:

2. Выразим производительность грохота по подрешетному продукту:

Откуда:

3. Материальный  баланс по расчетному мелкому классу:

4. Подставив  в данное у равнение выражения  для определения производительности  грохота по подрешетному продукту, рассчитаем производительность  по исходной руде:

Откуда:

5. Определим  производительность грохота по  подрешетному продукту:

Q = S + P.

Откуда:

P = Q – S = 33,05 – 23,0 =10,05т/ч

6. Рассчитаем  извлечение в подрешетный продукт  расчетного мелкого класса:

7. Рассчитаем  извлечение в подрешетный продукт  расчетного крупного класса:

8. Рассчитаем  эффективность грохочения:

Е = ε_(-) – ε₍₊₎ = 44,34 – 25,77 = 18,57%

Полученные  результаты являются решением задачи.

Рассчитанные  показатели процесса классификации (результаты решения задачи):

	Q, т/ч	α0, %	β0, %	S, т/ч	δ0, %	E, %	γ, %	ε(-), %	ε(+), %	P, т/ч
Задано	?	25,0	?	23,0	20,0	?	30,4	?	?	?
Найдено	33,05	25,0	36,45	23,0	20,0	18,57	30,4	44,34	25,77	10,05