Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня для карьеров Северо-Запада

ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Разработка технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня для карьеров Северо-Запада"

На правах рукописи

АЛИКИН Александр Валерьевич

лм

ТЕХНОЛОГИЯ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

И МОДИФИЦИРОВАНИЯ ОТСЕВОВ ГРАНИТНОГО ЩЕБНЯ ДЛЯ КАРЬЕРОВ СЕВЕРО-ЗАПАДА

Специальность 25.00.13 — Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

' 9 ИЮН 2011

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2011

4849019

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - ОАО «ГИПРОНЕРУД».

Защита диссертации состоится 22 июня 2011 г. в 16 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 3316.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 20 мая 2011 г.

Вайсберг Леонид Абрамович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Баранов Виктор Федотович,

кандидат технических наук

Скарин Олег Иванович

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ диссертационного совета д-р техн. наук

В.Н.БРИЧКИН

Актуальность проблемы. В строительной промышленности Российской Федерации складируется около 90 млн. м3 отсевов гранитного щебня в год, из которых используются не более 9-12 %. При 3000 дробильно-сортировочных заводов уже накоплены сотни миллионов кубометров отходов, занимающих плодородные земли. А попытки полностью избавиться от образования отсевов привели лишь к минимизации их выхода. Так на современном уровне горнопроходческого и дробильно-сортировочного оборудования для стационарных дробильно-сортировочных заводов минимальный выход отсевов составляет 25 %, а для передвижных комплексов, распространённых за рубежом - 20 %.

Известны технологии утилизации отсевов, базирующиеся на их фракционировании по узким классам крупности с последующим комбинированием этих фракций для получения искусственного песка. Однако, искусственный песок, полученный таким путем, дороже природного, а непосредственная замена природного песка, добываемого в объёме 50 млн. тонн в год, необработанным отсевом гранитного щебня с лещадностью свыше 15 % при производстве бетонов нерентабельна, так как вызывает повышенный расход дорогого цемента.

Задачей повышения эффективности утилизации отсевов гранитного щебня занимались д.т.н., проф. Л.А. Вайсберг, д.т.н., проф., Ю.М. Баженов, д.т.н., проф. В.И. Корнеев, к.т.н. А.Д. Шулояков, д.т.н., В.А. Дубов, к.т.н. О.Н. Харо.

Тем не менее, влияние параметров технологической схемы на качество искусственного песка, получаемого из отсевов гранитного щебня, остаётся недостаточно изученным. По этой причине в настоящее время затруднительно создать безотходную технологию переработай отсевов гранитного щебня, применимую в промышленных масштабах.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности утилизации отсевов гранитного щебня.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные вопросы:

1. модифицирование и кондиционирование отсевов гранитного щебня с получением кубовидного искусственного песка, применимого в качестве наполнителя для мелкозернистых бетонов;

2. обеспечение высокоэффективного грохочения для выделения классов крупности, как готовых фракций искусственного песка, используемых в различных отраслях промышленности;

3. получение эмпирической зависимости для прогноза грансостава материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке;

4. разработка рекомендаций к внедрению технологии кондиционирования и модифицирования на примере дробильно-сортировочного завода при Каменогорском месторождении.

Научная новизна работы:

- установлены зависимости гранулометрического состава и формы зёрен отсевов гранитного щебня от частоты качаний подвижного конуса конусной инерционной дробилки, на основании которых предложена технология с получением кубовидного щебня с лещадностью не более 5-6 %, отвечающего требованиям ГОСТа 8736-93 «Песок для строительных работ» в качестве наполнителя для мелкозернистого бетона;

- выведена эмпирическая зависимость суммарного выхода по плюсу дробленого материала от крупности, применимая при постоянной твёрдости материала по шкале Протодъяконова, а также постоянном абсолютном потоке материала из крупной фракции в расчётную фракцию и позволяющая прогнозировать гранулометрический состав материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке.

Защищаемые научные положения

1. Для получения механоактивированного искусственного песка с лещадностью не более 5-6 %, гранулометрический состав которого удовлетворяет требованиям ГОСТа 8736-93 «Песок для строительных работ» как наполнитель для мелкозернистого бетона, следует использовать конусную инерционную дробилку с регулированием частоты качаний подвижного конуса, совместно с предварительным и поверочным грохочением, а также с точным кондиционированием перерабатываемого материала по фракциям.

2. Для дополнительного контроля результатов работы конусной инерционной дробилки в технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня следует найти

точное решение прогнозирующего гранулопрочностного уравнения кинетики дробления и измельчения материала. Это возможно, если принять постоянными величинами твёрдость материала по шкале Протодъяконова и поток материала из крупной фракции в расчётную фракцию.

3. Аналитическое решение прогнозирующего гранулопрочностного уравнения кинетики дробления и измельчения материала, полученное при двух идеальных условиях для вибрационной дробилки КИД, необходимо аппроксимировать эмпирической зависимостью Розина-Раммлера, описывающей физически подобный процесс для мельниц самоизмельчения и применимой для конусных инерционных дробилок любого типоразмера.

Метод исследования - комплексный, включающий анализ и обобщение исследований по совершенствованию технологий переработки гранитного щебня, экспериментальные стендовые испытания по определению последовательности

рудоподготовительных операций для переработки отсевов гранитного щебня, теоретические исследования уравнений для прогнозирования грансостава после дезинтеграции материала в аппаратах различного типа.

Обоснованность и достоверность подтверждается лабораторными исследованиями на стенде, удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с данными эксперимента, а также применением современных средств измерений и использованием стандартных методик.

Практическая значимость работы:

- разработана технологическая линия, позволяющая получить кубовидный щебень, с лещадностью не более 5-6 %, пригодный по гранулометрическому составу в качестве наполнителя для мелкозернистых бетонов, отличающихся повышенной прочностью;

- обосновано использование технологии инерционного грохочения для отсевов гранитного щебня с получением искусственного песка различной крупности, применимого как:

наполнитель для ячеистых бетонов (класс крупности -5+2,5 мм), фильтрующий материал (-2,5+0,63 мм), материал для покрытия рубероида (-0,63+0,16 мм), механоактивированная добавка к цементу (-0,16 мм);

- разработана методика решения гранулопрочностного уравнения кинетики дробления материала для конусной инерционной дробилки любого типоразмера с учётом двух идеальных условий, позволяющая по работе лабораторной дробилки КИД прогнозировать работу промышленной дробилки КИД.

Связь темы диссертации с научно-техническими программами

Работа выполнена в рамках научной школы «Энергоэффективные технологии дезинтеграции и концентрации минерального и техногенного сырья», финансируемой по гранту президента РФ по государственной поддержке ведущих научных школ № 02.120.11.8260-НШ от 28.06.2010.

Реализация результатов работы. Результаты исследований могут быть использованы в НПК «Механобр-техника» при проектировании технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня для внедрения на Каменогорском месторождении.

Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на конференции молодых учёных «Полезные ископаемые и их освоение» (СПГТИ (ТУ), 2008), на международной конференцию «Неделя горняка» (МГГУ, 2009).

Личный вклад автора. Установлена зависимость грансостава и формы зёрен отсевов гранитного щебня от частоты качаний подвижного конуса на примере дробилки КИД-300, установлена эмпирическая зависимость для прогнозирования гранулометрического состава материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке.

Публикации. Всего опубликовано 9 научных работ. По тематике диссертации 4 печатных работы, все в изданиях, рекомендованных ВАК

Минобрнауки России. Подана заявка на изобретение «Конусная инерционная дробилка» (приоритетная справка №2010148361).

Объём и структура работы: диссертационная работа общим объёмом 105 страниц состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 72 источников, включает 34 рисунка и 26 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даётся общая характеристика работы.

В главе 1 представлен обзор и анализ недостатков существующих технологий по переработке гранитного щебня, предложена их классификация по критерию безотходности.

В главе 2 представлены экспериментальные стендовые исследования, нацеленные на обоснование принципиальных технологических линий по переработке отсевов гранитного щебня.

В главе 3 произведён обзор существующих эмпирических зависимостей, статистических распределений и уравнений для прогноза грансостава материала после дезинтеграции. В результате в качестве основного уравнения выбрано гранулопрочностное уравнение кинетики дробления и измельчения материала, предложенное в теории сепарационных процессов. Приведено точное аналитическое решение этого уравнения и обоснована его аппроксимация эмпирической зависимостью Розина-Раммлера.

В главе 4 проанализированы недостатки существующей технологии на Каменногорском месторождении, не позволяющие утилизовать отсевы гранитного щебня, предложены рекомендации по устранению этих недостатков.

В заключении приводятся основные выводы и результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Для получения механоактивированного

искусственного песка с лещадпостыо не более 5-6 %, гранулометрический состав которого удовлетворяет

требованиям ГОСТа 8736-93 «Песок для строительных работ» как наполнитель для мелкозернистого бетона, следует использовать конусную инерционную дробилку с регулированием частоты качаний подвижного конуса, совместно с предварительным и поверочным грохочением, а также с точным кондиционированием перерабатываемого материала по фракциям.

Известно, что из отсевов гранитного щебня получается искусственный песок, который превосходит природный песок по прочностным показателям в 3-4 раза.

Предварительное грохочение рационально применить для выделения класса -0,16 мм, ведь он не может служить наполнителем для мелкозернистого бетона (ГОСТ 8736-93).

ГОСТ 8736-93 регламентирует допустимые пределы изменения гранулометрического состава наполнителей для мелкозернистого бетона (рис.1).

Рис. 1. Характеристика крупности песков по ГОСТ 8537-93 на строительные пески

По существующей методике был определён средний исходный гранулометрический состав отсевов гранитного щебня на примере Каменогорского месторождения. Была определена

8

крупность материала (-5+2,5 мм), при которой нарушаются требования ГОСТа 8736-93 (рис. 2).

Второй операцией будет поверочное грохочение с выделением двух классов крупности -5+2,5 мм и -2,5+0,16 мм. А третьей операцией будет дробление верхнего продукта (-5+2,5 мм).

Крупность, мм

Рис. 2. Средний исходный гранулометрический состав отсевов гранитного щебня Каменогорского месторождения

Додрабливание проходило при трёх частотах качания подвижного конуса 35, 50, 60 Гц конусной инерционной дробилки КИД-300. Конечный грансостав был сравнён с требованиями ГОСТа 8736-93 на строительные пески, и было установлено, что оптимальная частота дробления составляет 50 Гц (рис. 3).

Крупность, мм

Рис. 3. Сравнение гранулометрического состава после додрабливания и смешивания с требованиями ГОСТа 8736-93

Остаётся оценить изменение формы зёрен при различных частотах качания подвижного конуса КИД-300 (рис. 4) и с течением времени, моделируя процесс естественного уплотнения с помощью вибровстряхивателя (рис. 5). Оптимальной частотой дробления была принята частота в 50 Гц.

1,62

2 о

0

01 В) >5 О х с

и л> X

1,58

1,56

35 40 45 50 55 Крупность, мм

60

Рис. 4. Зависимость среднего насыпного веса 100 проб от частоты качаний подвижного конуса КИД-300

%

Исходный Смешанный 35 Гц Смешанный 50 Гц Смешанный 60 Гц

0 10 20 30 40 50 60 Крупность, мм

Рис. 5. Зависимость среднего насыпного веса 100 проб от времени утряски

По существующей методике была измерена лещадность, которая составила 5-6 %.

На рис. 6. приведена технологическая схема, полученная на основе анализа найденных зависимостей.

Отсев гранитного щебня (-5+0 мм)

,Определение гранулометрического состаса

Предварительное грохочение

"1

-0,16 мм

-2,5+0,16мм

-5+0,16мм

Поверочное грохочение

Додр абли ван

кпд {)

Кондиционирование

-5+2,5 мм

.J

Измерение лещадности^

_Искусственный песок_

Рис. б. Технологическая схема кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня

Конструктивной особенностью конусных инерционных дробилок является разрушение в слое, поэтому кроме деформаций сжатия зёрна материала подвергаются сдвиговым деформациям. В результате происходит обкалывание зёрен материала по плоскостям спайности, вызывающее не только механическое разрушение, но и разрыв химических связей. Получается механоактивированный искусственный песок, при использовании которого в качестве наполнителя для мелкозернистого бетона в 1,5 раза увеличивается скорость приготовления бетонной смеси, что подтверждают

исследования ЗАО НПК Механобр-Техника и ОАО НПО Гипронеруд.

2. Для дополнительного контроля результатов работы конусной инерционной дробилки в технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня следует найти точное решение прогнозирующего гранулопрочностного уравнения кинетики дробления и измельчения материала. Это возможно, если принять постоянными величинами твёрдость материала по шкале Протодъяконова и поток материала из крупной фракции в расчётную фракцию.

В предлагаемой технологии переработки отсевов гранитного щебня конусная инерционная дробилка является основным средством для получения требуемого грансостава и формы зёрен конечного материала.

Доктор технических наук, профессор Тихонов О.Н. предложил гранулопрочностное уравнение кинетики разрушения полиминерального сырья, учитывающее общий механизм разрушения при дроблении или измельчении материала.

дуОф0 = |^ (Я,К, -йЯ-йК- '\ ]Чотн (/,£) • у • ¿г • (1)

где Я - начальная крупность кусков, мм; / - крупность кусков в любой момент времени Г, К - начальная твёрдость сростков минералов по Протодъяконову, £ твёрдость сростков минералов по Протодъяконову в любой момент времени V, У - дифференциальное распределение по крупности I, мм в момент в момент времени с;

- относительный поток материалы из крупной фракции Я, мм в текущую фракцию /, мм; дотн (Л,1) - относительный поток материалы из расчётной фракции /, мм в мелкую фракцию г, мм. Размерность а - т/

г Чотн. /ч . мм

Физический смысл уравнения (1) состоит в том, что скорость изменения доли узкого класса равна разности притока в него из более крупных классов и оттока из него в более мелкие классы.

Уравнение (1) можно существенно упростить.

Первое допущение заключается в том, что твёрдость материала по шкале Протодьяконова примерно одинакова. Например, Каменногорское месторождение представлено гранитными породами однородными по минералогическому составу и строению.

Следовательно, для некоторых типов руд первое допущение имеет смысл. Математически оно имеет вид:

£ = const (2)

Тогда в уравнении (1) остаётся одна переменная интегрирования - крупность 1 и оно принимает вид:

]qomi.(R,l)-r-dR-]qomJ,r)-r-dr (3)

I о

Второе допущение относится к дробилке КИД и заключается в том, что абсолютный поток материала при дезинтеграции, а следовательно и конечный грансостав зависит лишь показателей аппарата и не зависит от начальной крупности R и конечной крупности г. Безусловно, это идеализация, но на практике это допущение означает, что, варьируя параметры аппарата (дробилки, мельницы, дезинтегратора) можно регулировать конечный грансостав в широких пределах.

На рис. 7. представлены пределы варьирования гранулометрического состава дробленого материала на примере КИД-300. При изменении лишь частоты качаний подвижного конуса и центробежной силы, развиваемой дебалансом дробилки можно изменять гранулометрический состав в широких пределах, поэтому второе допущение имеет смысл.

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Кротость, мм Рис. 7. Пределы варьирования гранулометрического состава дробленого продукта в конусных инерционных дробилках на примере КИД-300

Переводя на математический язык, второе допущение получаем:

= ¡д отн.(1,г)-с1г = (4)

где 0 - абсолютный поток материала, т/ч.

Применив оба допущения, проинтегрировав уравнение (3) по / от 0 до / и переходя к суммарному выходу по плюсу У , %

подстановкой У = 1 - можно получить следующее уравнение для прогноза:

дУ+

■=-е-г (5)

Данное дифференциальное уравнение имеет точное аналитическое решение:

прогнозирующего

(6)

гранулопрочностного уравнения кинетики дробления и измельчения материала, полученное при двух идеальных условиях для вибрационной дробилки КИД, необходимо аппроксимировать эмпирической зависимостью Розина-Раммлера, описывающей физически подобный процесс для мельниц самоизмельчения и применимой для конусных инерционных дробилок любого типоразмера.

Уравнение Розина-Раммлера изначально описывает процесс измельчения, в том числе процесс самоизмельчения, который по ряду признаков близок к процессу разрушения материала в КИД:

- материал испытывает нагрузку, изменяющуюся с определённой периодичностью и высокой частотой;

- дезинтеграция в обоих случаях происходит в слое материала и носит комплексный характер, то есть сочетаются два вида деформации (истирание и удар для мельницы, сжатие и сдвиг для

Поэтому можно говорить о физическом подобии обоих процессов дезинтеграции. Опираясь на этот факт и исследования Загустина А.И. по измельчению кварца с учётом уравнения (6) получаем:

где и - показатель степени, характеризующий неоднородность исходного материала по грансоставу; а -коэффициент пропорциональности, Ь - постоянная, характеризующая степень измельчения.

В результате получаем эмпирическую зависимость Розина-Раммлера, определяем её коэффициенты, оцениваем сходимость прогноза с экспериментом (рис.8).

КИД).

(7)

Г = 100-ехр(-6-Г) У+ =100ехр(-2.41-/113)

Для оценки границ применимости полученной эмпирической зависимости было проведено сравнение приведённых гранулометрических характеристик конусных инерционных дробилок разного типоразмера и установлено, что дезинтеграция в них происходит одинаково несмотря некоторые различия в режиме работы (рис. 9).

100

3* 2 с

С

О

С §

X

3 а >х 3 х а га 5

2 >»

О

80

60

40

20

♦ Эксперимент -Прогноз

V

—

0,5 1 1,5

Крупность, мм

2,5

Рис. 8. Сходимость экспериментального грансостава отсевов гранитного щебня с грансоставом, полученным по эмпирическому уравнению

-1п((]/с1тах)

Рис. 9. Сравнение приведённых гранулометрических характеристик для дробилок КИД-300, КИД-1200, КИД-1500

Заключение

Представленная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основе выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований содержится решение актуальной задачи повышения эффективности утилизации отсевов гранитного щебня путём выбора рациональной технологической схемы и её параметров.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следующие основные научные результаты и выводы: - исследовано влияние частоты качаний подвижного конуса конусной инерционной дробилки на форму зёрен и гранулометрический состав дроблёного материала;

предложена технологическая схема модифицирования и кондиционирования, позволяющая переработать весь объём отсевов

гранитного щебня с получением механоактивированного искусственного песка с лещадностью не более 5-6 %; - обоснована рациональность применения данного продукта как наполнителя для мелкозернистого бетона, являющегося строительным материалом повышенной прочности и надёжности; -обоснована рациональность применения технологической схемы высокоэффективного инерционного грохочения для получения нескольких фракций искусственного песка;

-предложена методика решения гранулопрочностного уравнения кинетики разрушения конкретно для конусной инерционной дробилки с получением точного аналитического решения, выражаемого экспоненциальной функцией;

-установлено, что аналитическое решение гранулопрочностного уравнения кинетики разрушения аппроксимируется эмпирической зависимостью Розина-Раммлера;

-установлено, что эмпирическая зависимость Розина-Раммлера, при принятых ограничениях, применима для конусных инерционных дробилок любого типоразмера, что позволяет прогнозировать работу промышленной дробилки, основываясь на работе лабораторной дробилки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аликин A.B. Сравнение методик расчёта барабанных мельниц // Записки Горного института, 2009. Т. 181. С. 102104.

2. Аликин A.B. Использование отсевов гранитного щебня в производстве бетона / A.B. Аликин, Т.Ф. Пыжик // Обогащение руд, 2009. №6. С. 32-34.

3. Аликин A.B. Модифицирование и кондиционирование отсевов гранитного щебня // Записки Горного института, 2011. Т. 189. С. 274-276.

4. Аликин A.B. Применение теории сепарационных процессов для прогнозирования грансостава после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке // Записки Горного института, 2011. Том. 189. С. 277-279.

РИЦ СПГГУ. 17.05.2011.3.272 Т. 100 экз. 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Аликин, Александр Валерьевич

Введение.

Глава 1. Обзор и анализ литературы по технологиям переработки отсевов гранитного щебня

1.1. Актуальность переработки отсевов гранитного щебня.

1.2. Технологии, использующие отсевы гранитного щебня.

1.3. Технологии, нацеленные на минимизацию выхода отсевов гранитного щебня.

1.4. Технологии, перерабатывающие щебень с получением определенных фракций крупности и не использующие отсев по определённым причинам.

1.5. Постановка цели и задач исследований.

Глава 2. Стендовые испытания технологической схемы для переработки отсевов гранитного щебня

2.1. Технологическая линия кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня.

2.2. Дополнительная технологическая линия по переработке отсевов гранитного щебня.

Глава 3. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение эмпирической зависимости для прогноза гранулометрического состава материала после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке

3.1. Актуальность применения математического моделирования для прогнозирования грансостава после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке.

3.2. Общий вид кривой распределения частиц по крупности после дезинтеграции.

3.3.Характер распределения частиц по крупности после дезинтеграции.

3.4. Теория сепарационных процессов в прогнозировании грансостава материала после дробления.

3.5. Влияние параметров конусной инерционной дробилки на грансостав материала после дезинтеграции.

3.6. Упрощенное гранулопрочностное уравнение кинетики разрушения для конусной инерционной дробилки.

3.7. Выбор эмпирической зависимости, описывающей процесс, физически подобный дезинтеграции материала в конусной инерционной дробилке.

3.8. Определение численных параметров эмпирической зависимости Розина-Раммлера.

Глава 4. Разработка рекомендаций к внедрению технологии переработки отсевов гранитного щебня на примере каменногорского месторождения.

4.1. Анализ геолого-минералогического строения Каменногорского месторождения.

4.2. Оценка возможностей утилизовать отсевы гранитного щебня непосредственно при открытой разработке Каменногорского месторождения.

4.3. Анализ существующей технологии для переработки щебня на Каменногорском месторождении.

4.4. Пути совершенствования технологии переработки щебня на примере Каменногорского месторождения.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня для карьеров Северо-Запада"

Безотходная деятельность человека нереальна. Однако стремление к сокращению отходов диктуется жесткими экологическими ограничениями и экономическими интересами общества и народного хозяйства. Один из парадоксов современности состоит в том, что с ростом благосостояния людей, несмотря на достижения технического прогресса, количество отходов в расчете на одного человека неуклонно возрастает.

Одной из основных современных тенденций развития мировой промышленности является стремление к максимальному использованию отходов в любой отрасли промышленности. Горно-обогатительная отрасль промышленности, в общем, а также добыча и переработка гранитного щебня в частности, не является исключением.

Основным отходом при добыче и переработке гранитного щебня является отсев (класс крупности -5+0 мм). Его складирование в течение десятилетий привело к образованию огромных техногенных месторождений, загрязняющих почву, источники пресной воды и воздух.

До настоящего времени,-отсев гранитного щебня использовался в основном в декоративных целях, так и не получив широкого промышленного применения, в основном по причине его низкой стоимости.

Однако рентабельность переработки отсевов гранитного щебня можно значительно повысить. В нескольких отраслях строительной промышленности отсев гранитного щебня может успешно заменить речной песок, который давно берегут во всём мире, как материал с лучшими эксплутационными свойствами.

Отсевы гранитного щебня - материал, который найдёт широкое применение в будущем, при условии тщательной разработки и научного обоснования технологий его переработки.

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Аликин, Александр Валерьевич

Заключение

В данной работе предложена технология переработки отсевов гранитного щебня, удовлетворяющая современным требованиям к безотходным и малоотходным технологиям.

На примере Каменногорского месторождения было показано, что из отсевов гранитного щебня можно получить несколько фракций искусственного песка, необходимых для строительной промышленности, что, по сути, реализует комплексный подход к переработке сырья.

Линия модифицирования и кондиционирования состоит из дезинтеграции в вибрационной дробилке типа КИД, совмещённой предварительным и поверочным грохочением. Её задача - получение наполнителя для мелкозернистого бетона из фракции отсевов -5+0,16 мм, соответствующего требованиям ГОСТа 8736-93 «Песок для строительных работ», как наполнитель для мелкозернистого бетона. Эта задача была решена несколькими операциями. Посредством анализа гранулометрического состава исходного материала и учётом требований ГОСТа, высокоэффективного грохочения была определена фракция -5+2,5 мм, которую необходимо додробить. За счёт дезинтеграции материала в вибрационных дробилках типа КИД в слое по принципу «сжатие+сдвиг», когда зёрна материала обкалываются по плоскостям спайности, был не только получен кубовидный продукт с лещадностью не более 5-6 %, но и произошла механоактивация материала. И наконец, точное смешивание отсеянной фракции -2,5+0,16 мм и -5+2,5 мм окончательно стабилизировало гранулометрический состав механоактивированного материала в качестве наполнителя для мелкозернистого бетона, который рационально сразу подавать в цех приготовления мелкозернистого бетона.

Значение дезинтеграции в конусной инерционной дробилке в данной технологии очень велико, поскольку это основное средство изменения гранулометрического состава таким образом, чтобы преобразовать исходный отсев гранитного щебня в качественный искусственный песок. Поэтому важно было рассмотреть теоретические методы прогнозирования гранулометрического состава после дезинтеграции в конусной инерционной дробилке на примере КИД-300. Было выбрано гранулопрочностное уравнение кинетики разрушения материала, предложенное профессором Тихоновым О.Н., поскольку оно учитывает общие процессы массопереноса зерен материала при любом способе дезинтеграции в любой дробилке. Это уравнение не имеет точного аналитического решения в общем случае, но в рамках данной работы оно было сведено к частному случаю с помощью двух идеализаций. Первое допущение крепость материала по Протодъяконову была принята постоянной, а второе заключалось в том, что на конечный гранулометрический состав конечного продукта влияют лишь два параметра дробилки КИД - частота качаний дробящего конуса и центробежную силу вращения дебаланса дробилки. В данном частном случае уравнение было получено аналитическое решение, сводящееся уравнением Розина-Раммлера. По результатам сравнения приведённых гранулометрических характеристик конусных инерционных дробилок различных типоразмеров, основываясь на теории подобия, было установлено, что предложенное аналитическое решение подходит для любой КИД при принятых идеализациях. То есть, установив аналитическое решение гранулопрочностного уравнения, и определив его численные параметры для лабораторной конусной инерционной дробилки, можно будет прогнозировать работу промышленной КИД при переработке гранита.

Линия грохочения состоит из нескольких операций грохочения. Её задача - получить несколько фракций искусственного песка. За счёт грохочения с эффективностью 85-87 % были получены чистые (кондиционные) фракции, применимые в различных отраслях строительной промышленности, а именно: -5+2,5 мм - наполнитель для ячеистого бетона, -2,5+0,63 мм - материал для строительства водоочистных сооружений, -0,63+0,16 мм — материал для покрытия рубероида, -0,16 мм - механоактивированная добавка в цемент. Эта технологическая линия дополняет линию модифицирования и кондиционирования, позволяет учитывать всех потенциальных потребителей искусственного песка при изменяющейся конъектуре рынка и, тем самым, увеличивает конкурентоспособность всей технологии.

Однако главным преимуществом предложенной технологии кондиционирования и модифицирования отсевов гранитного щебня является то, что область её применения не ограничивается Каменногорским месторождением. Данная последовательность рудоподготовительных и контрольных операций в совокупности с теоретическим методом прогноза гранулометрического состава конечного материала применима для любых отсевов гранитного щебня, что крайне важно для Северо-запада РФ. Ведь известно, что наибольшая концентрация месторождений гранита имеет место именно в Северо-Западном регионе, и за десятилетия активной разработки открытым способом накопились огромные техногенные месторождения отсевов гранитного щебня, загрязняющие воздух, почву, наземные и подземные источники пресной воды, поэтому технология имеет огромный потенциал применения и развития в будущем.

99

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Аликин, Александр Валерьевич, Санкт-Петербург

1. Вайсберг JI.A. Оптимизация производства гранитного щебня / JI. А. Вайсберг, Л.Ф. Биленко, Ю.И. Змеяк. // СПб: Строительные материалы, № 5, 1988, с. 3336.

2. Вайсберг JI.A. Рациональные технологические схемы производства гранитного щебня / Л.А. Вайсберг, Л.Ф. Биленко, Ю.И. Змеяк. // СПб: Строительные материалы, № 5, 1988, с.37-40.

3. Сайт компании-производителя щебня pluton-invest.ru.

4. Юмашев В.М. Производство щебня. Технология и оборудование для производства щебня узких фракций кубовидной формы / В.М. Юмашев, Ф.В. Панфилов. // Строительная техника и технологии. 2002, №4, с.21-23.

5. Харо O.E. Номенклатура нерудных строительных материалов и перспективы ее расширения / O.E. Харо, Н.С. Левкова, Г.Р. Буткевич. // Строительные материалы. 2005, №12, с.18-20.

6. Харо O.E. Использование отходов переработки горных пород при производстве нерудных строительных материалов / O.E. Харо, Н.С. Левкова, Г.Р. Буткевич. // Строительные материалы. 2003, №9, с.25-27.

7. Официальный сайт проектно-строительной компании «Трансстрой» http://www.transstroy.ru

8. Официальный сайт ЗАО «Новые технологии» http://www.drobilka.ru

9. Воронин K.M. Возможности получения высококачественного щебня / K.M. Воронин, М.С. Гаркави, С.С. Шайдуллина, В.А. Артамонов, А.Ю. Козин, В.Н. Кушка. // Опубликовано на сайте http://www.nsp.su

10. Дубов В.А. Технология производства высокомарочного мелкого щебня / В.А. Дубов, В.Ф. Ларина, И.П. Левченко // Строит, материалы. 1984. №3, с. 1518.

11. Козлов Ю.С. Повышение качества щебня на нерудных предприятиях Уральского региона / Ю. С. Козлов, В.И. Аржанов, Ю.А. Муйземнек // Строительные материалы. 1997. № 2, с. 22-24.

12. Арсентьев В.А. Производство кубовидного щебня и строительного песка с использованием вибрационных дробилок / В.А. Арсентьев, Л. А. В айсберг, Л.П. Зарогатский, А.Д. Шолуяков // СПб, ВСЕГЕИ,2008,110 с.

13. Вайсберг JT.A. Вибрационные дробилки / Л.А. Вайсберг, Л.П. Зарогатский, В .Я. Туркин. СПб, ВСЕГЕИ, 2004, 306 с.

14. Вайсберг Л.А. Основные тенденции развития процессов дезинтеграции руд в XXI веке./ Л.А. Вайсберг, В.Ф. Баранов, П.И. Круппа // Обогащение руд. 2002. №3, с.8-10.

15. Официальный сайт группы компаний МКМ по производству кровельных материалов http://www.mkmgr.ru/catalog/9/2054.

16. Андреев Е.Е. Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению / Е.Е. Андреев, О.Н. Тихонов // Изд-во СПБГГИ(ТУ), 2007, 439 с.

17. Козин В.З. Опробование и контроль технологических процессов обогащения // М.: Изд-во Недра, 2006, 294 с.

18. Козин В.З. Исследование руд на обогатимость. // Е.: Изд-во УГГУ, 2009, 380 с.

19. Вайсберг Л. А. Новое поколение щековых и конусных дробилок. / JI. А. Вайсберг, JL П. Зарогатский // Строительные и дорожные машины. 2000. № 7. с. 16-21.

20. Рыков В. Ф. Установка с дробилкой КИД-1200М для производства щебня из гравия в ООО «Промстройинвест» / В. Ф. Рыков, П. А. Спиридонов // Строительные материалы. 2006. № 6, с. 21-23.

21. Дубов В.А. Получение щебня с правильной формой зерна при переработке абразивных руд / В.А. Дубов, B.C. Кобец. // Нерудные строительные материалы. Сб. трудов ВНИИнеруд, вып. 26, Тольятти, 1969, с. 9-12.

22. Гущин А.И. Реальность производства щебня I группы по форме зерна / А. И. Гущин, Г. А. Косян, В. А. Артамонов и др. // Строительные материалы. 2002. № 2, с. 4-5.

23. Ицкович С. М. Технология заполнителей бетона. / С.М. Ицкович, Л.Д Чумаков, Ю. М. Баженов // М.: Высшая школа, 1991, с. 17-21.

24. Вайсберг Л.А. Технологические возможности конусных инерционных дробилок при производстве кубовидного щебня / JI.A. Вайсберг, А.Д. Шулояков // Строительные материалы. 2000. №1, с. 14-16.

25. Баженов Ю.М. Влияние заполнителей на свойства бетона // М., Стройиздат, 1979,211 с.

26. Баженов Ю.М. Модифицированные высококачественные бетоны. / Ю. М. Баженов, В. С. Демьянова, В. И. Калашников. // М.: Изд-во Ассоц. строит, вузов. 2006. - 368 с.

27. Баженов Ю.М. Структура и свойства тяжёлых бетонов на различных заполнителях // М., Стройиздат, 1979, 195 с.

28. Вайсберг JI.A. Вибрационное грохочение сыпучих материалов. Моделирование процесса и технологический расчет грохотов. / Л.А. Вайсберг Д.Г. Рубисов // М., Недра, 1994. 47 с.

29. Вайсберг JI.A. Перспективы применения операций тонкого грохочения в схемах обогащения руд. / JI.A. Вайсберг, Ю.Г. Гусаров // Тез. докл. научн. -техн. конф. Средазнипроцветмет. Ташкент, 1990, с.31-33.

30. Вайсберг JI.A. К технологическому расчету вибрационных грохотов. / JI.A. Вайсберг, Д.Г. Рубисов // Обогащение руд. 1991. №5, с. 13-15.

31. Вопросы ресурсосбережения в промышленности строительных материалов: // Сб. тр. Моск. инж.-строит. ин-т им. В. В. Куйбышева, 2008, 102 с.

32. Бшенко Л.Ф. О предварительном разупрочнении руд и принципах селективного раскрытия минералов / Обогащение руд. 1997. №5, с. 23-26.

33. Карпачева Л.П. Учет, калькуляция и анализ издержек в горнообогатительном производстве / Автореферат кандидатской диссертации. Белгород, 2004, 20 с.38. http://www.metll.ru Обогащение и металлургия.

34. Чантурия В.А. Современные проблемы обогащения минерального сырья в России. // М: Институт проблем комплексного освоения недр РАН, 75 с.

35. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике. // М: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003, 163 с.

36. Самарский A.A. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. / A.A. Самарский, А.П. Михайлов // М.: Физматлит, 2001, 229 с.

37. Резниченко С.С. Математические методы и моделирование в горной промышленности. Учебное пособие. / С.С. Резниченко, A.A. Ашихмин // М.: Физматлит, 2008, 30 с.

38. Любарский Г.Я. Математическое моделирование и эксперимент. / Г.Я. Любарский, Р.П. Слабочинский // Киев: Наукова думка. 1997, 40 с.

39. Самсонов В.Т. О законах распределения размеров частиц пыли / М.: Изд-во ВЦСПС ПРОФИЗДАТ, 1964 год, 16 с.

40. Ромашов Г.И. Основные принципы и методы определения дисперсного состава промышленных пылей. / JL, ЛИОТ, 1938, 45 с.

41. Тихонов О.Н. Теория разделения минералов. / Изд-во СПБГГИ, 2008 год, 389 с.

42. Nagel R., Staub. / R. Nagel, R. Ibing // Chemie-Ingenieur-Technik 1961, 21, N1, c. 17-20.

43. Фейгин JI.A. О дисперсном составе строительных материалов после виброизмельчения. / Л.А. Фейгин, Л.И Эдельман, И.П.Мазин / В кн.: Сборник трудов ВНИИНСМ, вып. 1, 1959, с. 35-38.

44. Фукс H.A. Механика аэрозолей. / М., изд-во АН СССР, 1955, 95 с.

45. Андреев С.Е. Закономерности измельчения и исчисления характеристик гранулометрического состава. /М., Металлургиздат, 1959, 86 с.

46. Gebelein Н. Chemie-Ingenieur-Technik. / Н. Gebelein / 1956, 28, № 12, с. 11-14.

47. Batel W. Chemie-Ingenieur-Technik. // Chemie-Ingenieur-Technik, 1954, 26, №2, с. 6-9.

48. Rosin P. / Kolloid Zeitschrift. / P. Rosin, E. Rammler, 1934, 67, № 1, с. 4-8.

49. Колмогоров A.H. Доклады АН СССР. / Т. XXXI, № 2, 1941, с.18-25.

50. Колмогоров А.Н. Введение в теорию вероятностей. / А.Н. Колмогоров, И.Г. Журбенко, A.B. Прохоров // М.: Наука, 1982, 160 с.

51. Тихонов О.Н. Теория и практика комплексной переработки полезных ископаемых в странах Азии, Африки и Латинской Америки. / О.Н. Тихонов, Ю.П. Назаров. //М.: Изд-во «Недра», 1989 год, 300 с.

52. Тихонов О.Н. Закономерности эффективного разделения минералов в процессах обогащения полезных ископаемых. // М.: Изд-во «Недра» ,1984 год, 247 с.

53. Линч А. Цикл дробления и измельчения: моделирование, оптимизация, проектирование. // М.: Недра, 1981, 456 с.

54. Вохменцев А.Я. Рукотворное месторождение Каменногорска // Минерал. 1999. №2, с. 20-23.

55. Официальный сайт ЗАО НПК «Механобр-Техника» http://www.mtspb.com/.

56. Ревнивцев В.И. Селективное разрушение материалов. / В.И. Ревнивцев, Л.П. Зарогатский / М.: Изд-во «Недра» , 1988 год, 154 с.

57. Официальный сайт ЗАО «Каменногорский комбинат нерудных материалов» http://kknrn.narod.ru/#pred

58. Интерактивный каталог крупнейших месторождений гранита Северо-запада http://www.asphalt.ru/factories/94/

59. Маслякова Н.С. Каменногорский карьер. Опубликовано на сайте http://www.russika.ru/ef.php?s=3991.2010.

60. Опрышко Д.С. Современные подходы к горно-технической рекультивации. / Д.С. Опрышко, А.Ю. Облицов // Изд-во СПБГТИ (ТУ), 2011, 25 с.

61. Официальный сайт ОАО «Гипронеруд» gipronerud@peterlink.spb.ru

62. Официальный русскоязычный сайт компании Metso Minerals http://www.metsominerals.ru/

63. Арсентьев В.А. Инновационные технологии переработки твёрдых отходов. / В.А. Арсентьев, В.Д.Устинов // Индустрия, №1, 2011, с.14-16.

64. Баженов Ю.М. Технология бетона. // Изд-во «Высшая школа», 1987, 270 с.

65. Мухин А.А. Влияние характеристик песка на свойства бетона. // Опубликовано на сайте www.teohim.ru, 2010.

66. Липилин А.Б. Цемент. Ударная активация. / А.Б. Липилин, М.В. Векслер, Н.В. Коренюгина / Опубликовано на сайте www.tpribor.ru1. Оф.13. ЗЛ

67. Прокопец В.В. Влияние механоактивационного воздействия на активность вяжущих веществ // Строительные материалы. №9, 2003, с. 27-30.