Теоретическое введение

Лабораторная работа № 1

Подготовка железных руд. Дробление, измельчение и грохочение.

Цель работы: Изучить основные принципы дробления и измельчения рудных материалов, конструкцию и принцип работы основных измельчающих агрегатов. Изучить технологический процесс подготовки руды к плавке. Ознакомиться с оборудованием для измельчения и классификации рудных материалов.

Теоретическое введение

Железные руды - горные породы, из которых при данном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать железо. Железо обладает сравнительно большим сродством с кислородом и в силу этого в земной коре не обнаруживается в чистом виде, а находится главным образом в соединениях с кислородом и двуокись углерода.

На практике приходится иметь дело с магнитной окисью железа Fe2O4(70%Fe) и водой смесь железа Fe2O3×mH2O с различным количеством адсорбированной воды (52,3-62,9%Fe). Соединения железа с двуокись углерода - карбонат железа FeCCb (48.3%Fe).

Способы добычи железной руды:

- открытая разработка (добывается 70% руды). Себестоимость 1 т. руды в 5 раз ниже, чем при подземной разработке. В США и Канаде, практически, вся железная руда добывалась открытым способом. Открытая добыча сырья связана со значительными потерями сельскохозяйственных земель (угодий) не только за счет площади самого "разреза" (рудника), но и за счет образования отвалов различных пород и "хвостохранилища". Кроме того, ухудшается экология региона за счет неправильного (неэнергоэкономного) расходования воды из водоемов.

- подземная (шахтная) разработка (добывается около 29% руды) в меньшей степени наносит экологический урон региону, тем более что подземные выработки, остающиеся после добычи и извлечения полезного ископаемого, приходится засыпать отходами основного производства (пустой породой), чтобы не обрушивалась поверхность земли со строениями, либо под землей периодически оставлять гак называемые, "целики", т.е. специально не разрабатывать участки месторождения (иногда, объем "целиков" доходит до половины запаса месторождения). Себестоимость шахтного угля не намного выше руды (угля) открытой разработки.

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. Принципиально процессы дробления и измельчения не различаются между собой. Условно считают, что при дроблении получают продукты преимущественно крупнее, а при измельчении мельче 5 мм. Для дробления применяют дробилки, а для измельчения — мельницы.

Эти операции являются начальными в сложном, многоступенчатом процессе обогащения руды — повышение концентрации ведущего химического элемента полезного ископаемого (в нашем случае металлического железа) за счет использования различных технологических операций и процессов.

Современная черная металлургия уже длительное время использует только подготовленную к доменной плавке железную руду, несмотря на то, что эта подготовка удорожает шихтовый материал на 50% в сравнении с сырой рудой, добытой из недр земли. Среднее содержание железа в отечественных рудах не превышает 36,3% и поэтому более 81% добываемой железной руды обогащается.

Размер кусков дробленой руды определяется как способом ее дальнейшей переработки, так и требованиями этого технологического процесса.

Например, фракционный состав доменной руды должен быть в пределах (40.. 100) мм, для агломерации (раздел 4.1 учебника) - (5... 10) мм, а для производства окисленных железорудных окатышей на ОЭМК - до 97% фракции 0,045 мм (45 мкм), тогда как размеры кусков взорванной руды на рудниках достигают (1,0... 1,2) м.

Дробление руды может быть основной или подготовительной операцией подготовки ее плавке. Основной операцией оно является в тех случаях, когда дробленая руда направляется непосредственно в плавку без обогащения или окускования (в доменном, ферросплавном или сталеплавильном процессах).

В качестве подготовительной операции дробление применяют для всех обогащаемых руд. В этом случае его главной целью является разрушение кусков или зерен руды до такой величины, при которой рудные минералы можно отделить в процессе обогащения от пустой породы. Конечная крупность раздробленного материала определяется вкрапленностью рудных минералов и требованиями к качеству концентратов. Чем тоньше измельчена руда, тем полнее рудные зерна могут быть отделены от пустой породы, а следовательно, тем богаче может быть получен концентрат.

Применяемые в настоящее время дробильные устройства позволяют получать продукт крупностью до 6—15 мм. Однако только некоторые руды с крупными вкраплениями железосодержащих минералов и, относительно, богатые руды могут быть существенно обогащены при такой крупности конечного продукта процесса дробления. В большинстве случаев руда такой крупности поддается лишь предварительному обогащению, а глубокое обогащение ее может быть достигнуто лишь после доведения крупности помола руды до размеров менее 1 мм, а иногда до 0,1 мм и менее. В таких случаях дробление дополняется измельчением.

Дробление и измельчение руды энергоемкий и дорогостоящий процесс. На обогатительных фабриках стоимость процесса дробления и измельчения руды составляет от 3 5 до 70 % от расходов на весь цикл обогащения, а стоимость дробильных устройств достигает 60 % от стоимости оборудования фабрики обогащения руды. Поэтому, желательно, соблюдать принцип «не дробить ничего лишнего», т. е. дробить руду только до нужных размеров и в необходимом количестве. Для соблюдения этого принципа процесс дробления руды разделяют на несколько стадий и перед каждой из них проводят классификацию с целью выделения таких размеров жусков и мелочи, чтобы не подвергать их повторному дроблению. Многостадийное дробление с грохочением (классификацией) обеспечивает экономию энергии, уменьшение износа оборудования, увеличение производительности установок.

Количество стадий дробления определяется максимальной крупностью исходной руды, заданной крупностью дробленого продукта, совокупностью физических свойств руды и, прежде всего, их твердостью.

Различают следующие стадии дробления: крупное дробление - из кусков размером 1200мм получают куски размером 100—350 мм; среднее дробление - от 100 - 350 до 40-60мм; мелкое дробление - от 40—60 до 6-25 мм; измельчение - от 6 - 25 до 1 мм; тонкое измельчение -менее 1 мм ("помол" железорудного концентрата).

Так как железные руды - это зерна окислов металла, сросшиеся с зернами пустой породы (чаще, с кварцитом - SiCb), то в дробилках механически разрушаются природные связи этих зерен для последующего отделения от них пустой породы теми или иными из описанных ниже способов.

Крупное, среднее и мелкое дробление осуществляют в установках, называемых дробилками, а измельчение - в мельницах.

Как правило, первичное дробление крупнокусковой добытой руды производят на горнорудных предприятиях (карьерах и рудниках).

Дробление можно выполнять следующими методами: раздавливанием, истиранием, раскалыванием, ударом и сочетанием перечисленных выше способов. Сущность этих способов схематически иллюстрируется рис. 1.