Для производства строительных сухих смесей с размерами частиц меньше 4 мм разработка горных пород должны проводиться соответствующим качеством буровзрывных работ [Vorbrechanlage und Wasserbausteinaufbereitungsanlage im Sauerland. AT Mineral Processing 05/2015].

Грубая взорванная горная масса с размером скальных блоков около 0/1500 мм поступает в первичное предварительное дробление (Рис. 1), многоступенчатое дробление и классификацию. Для производства сухих смесей с размером частиц 0/2 мм (0/4 мм) фракция 0/22,4 мм после многоступечатого дробления и классификации в последующей технологической цепочке на заводе сухих строительных смесей (Рис. 2) дополнительно измельчается, полученный измельчённый материал разделяется на фракции, который затем в зависимости от требований к качеству сухих смесей определяется и контролируется по гранулометрической кривой рассева. Для реализации технологического процесса «измельчение» и «классификация» имеется широкий спектр машин и оборудования различных производителей. Для правильного выбора дробильной техники и классификации должен приниматься во внимание ряд критериев.

Во-первых, свойства горных пород, подлежащих дроблению и классификации (например, минералогический и химический состав, размеры частиц в загружаемом материале, абразивность, прочностные свойства и твёрдость, объёмный вес, насыпная плотность и поверхностная влажность и т. д.).

Во-вторых, гранулометрические показатели, такие как, например, диапазон размеров частиц, а также количество необходимых фракций. Форма частиц не играет никакой роли при размере частиц <4мм с точки зрения качества продукции. Тем не менее, колебание формы частиц могут влиять на качество и количество продукции при тонкой и ультратонкой классификации.

В-третьих, требования и условия разделения на фракции, машино-технические возможности реализации для проектирования и выбора рабочих инструментов (например, размер, форма дробления и рабочие параметры классификации; степень нагрузки и ускорения и т. д.).

Для определения оптимальной технологической схемы взаимного расположения оборудования для производства сухих смесей требуется большой объём экспериментов с измельчением и классификацией.

div style="text-align: justify;">Производство сухих смесей

Для производства строительных сухих смесей с размерами частиц меньше 4 мм разработка горных пород должны проводиться соответствующим качеством буровзрывных работ [Vorbrechanlage und Wasserbausteinaufbereitungsanlage im Sauerland. AT Mineral Processing 05/2015].

Грубая взорванная горная масса с размером скальных блоков около 0/1500 мм поступает в первичное предварительное дробление (Рис. 1), многоступенчатое дробление и классификацию. Для производства сухих смесей с размером частиц 0/2 мм (0/4 мм) фракция 0/22,4 мм после многоступечатого дробления и классификации в последующей технологической цепочке на заводе сухих строительных смесей (Рис. 2) дополнительно измельчается, полученный измельчённый материал разделяется на фракции, который затем в зависимости от требований к качеству сухих смесей определяется и контролируется по гранулометрической кривой рассева. Для реализации технологического процесса «измельчение» и «классификация» имеется широкий спектр машин и оборудования различных производителей. Для правильного выбора дробильной техники и классификации должен приниматься во внимание ряд критериев.

Во-первых, свойства горных пород, подлежащих дроблению и классификации (например, минералогический и химический состав, размеры частиц в загружаемом материале, абразивность, прочностные свойства и твёрдость, объёмный вес, насыпная плотность и поверхностная влажность и т. д.).

Во-вторых, гранулометрические показатели, такие как, например, диапазон размеров частиц, а также количество необходимых фракций. Форма частиц не играет никакой роли при размере частиц <4мм с точки зрения качества продукции. Тем не менее, колебание формы частиц могут влиять на качество и количество продукции при тонкой и ультратонкой классификации.

В-третьих, требования и условия разделения на фракции, машино-технические возможности реализации для проектирования и выбора рабочих инструментов (например, размер, форма дробления и рабочие параметры классификации; степень нагрузки и ускорения и т. д.).

Для определения оптимальной технологической схемы взаимного расположения оборудования для производства сухих смесей требуется большой объём экспериментов с измельчением и классификацией.

Сырьё для производства сухих смесей требуют применения соответствующего оборудования для дробления по средней твёрдости (шкале Мооса твёрдость 2...5). Для этого предпочтительно применять машины ударного действия и ударными нагрузками, такие как, например, ударные и молотковые мельницы. [Hoffl; K.: Zerkleinerungs- und Klassiermaschinen, Leipzig: VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, (1986)] Были протестированы следующие системы измельчения:

— ударная роторная дробилка с вертикальным приводным валом

— двухроторная молотковая мельница с дробящей плитой и 4 мм колосниками, валковый пресс высокого давления для измельчения сжатием.

Для изучения технических процессов дробления исследовался просеянный известняк класса 0/22 мм (ударная дробилка) и 0,7/10 мм (молотковая мельница и валковый пресс высокого давления). При измельчении в двух типах мельниц изучалось влияние изменения круговой скорости ротора, была исследована тонкая фракция полученных продуктов измельчения. При исследовании дробления сжатием давление пресса достигало диапазона от 100 МПа до 200 МПа. После отбора проб и их деления, гранулометрический состав определяли с помощью ситового анализа с HAVER&BOECKER тип EML-200-T. [HAVER & BOECKER Analysensiebmaschine http://www.haver-partikelanalyse.com/siebanalyse/] Из гранулометрического состава определялась доля продукта запрашиваемых производителями сухих смесей 0,15/0,5 мм, 0,5/0,71mm были 0,71/1.2mm и 1.2mm/0 (Табл. 1). Кроме того, определено содержание мелкой фракции 0/0,075 мм, влияющей на качество сухих смесей. Результаты опытов измельчения сжатием указывают на высокое содержание минерального порошка, однако потребности в ней для данной смеси нет. Поэтому этот способ дробления дальше (для указанных материалов) не будет рассматриваться (известняк). Из большого числа полученных данных по гранулометрическому составу в результате ударного воздействия и измельчения ударом, которые показаны кривыми продукции на Рис. 3 , предусматривается позже использовать для планирования оборудования. Использование кривых дробления для проектирования заводов предпологает не только формирование предварительных экспериментов на установленных машинах с производственными параметрами, но исходят из допущения, что разрабатываются в значительной степени однородные месторождения сопоставимые по минералого-петрографическому составу. [Meltke, K.; Lieberwirth, H.; Schreiber, S.: Zerkleinerung von Kalkstein in einer Hochdruckstem-pelpresse. Unveroffentlichter Testbericht des Institutes fur Aufbereitungs-maschinen der TU Bergakademie Freiberg (2015)]

Выбор грохота и определение конструктивных особенностей зависит от многих факторов, обеспечивающих высокую производительность и высокое качество продукции.

При больших объёмах пропускной способности, большее открытие ситовой поверхности даёт преимущество. Для классификации с острой границей разделения необходимы ячейки ситовой поверхности близкие к граничному зерну, чтобы доля «ошибочного» зерна была в заданных пределах в надрешётном и подрешётном продукте. Через подбор такой ситовой поверхности можно уменьшить ошибочное зерно верхнего надрешётного продукта в просеяном материале или полностью исключить, однако доля ошибочного зерна подрешётного продукта в надрешётном может возрасти до недопустимых значений. Тем самым существенно снизится выход тонких частиц. Для области тонкой и сверхтонкой классификации при производстве сухих смесей завод HAVER NIAGARA предлагает ряд грохотов типа FINE-LINE (Табл. 2 и 4)

Для заводов сухих смесей с небольшой производительностью могут быть использованы в качестве альтернативы грохота типа M-Class (многодечный грохот). Для определения допустимых параметров просеивания необходимы экспериментальные тесты. Для проведения тестовых проб из ряда машин HAVER NIAGARA GmbH FINE-LINE использовали тип грохота HE 500*1250.[ Technische Unterlagen der HAVER NIAGARA GmbH, Munster; HAVER NIAGARA: http://www.haverniagara.com/; Zlatev, M.; Fennenkotter, K.: Feinstkornklassierung von Quarzsand mit der HAVER FINE-LINE Siebmaschine. AT Mineral Processing 04/2016 (Volume 57), S. 66-79] Последующие рабочие параметры оставались постоянными в течение эксперимента:

— число оборотов дебалансного привода nu=3600 мин-1;

— амплитуда колебаний a=0,5 мм;

— размеры ситовой поверхности: ширина B=500 мм, длина L=1250 мм, площадь ситовой поверхности AF=0,635 м²;

— наклон ситовой поверхности B=33°.

Программа испытаний включала изменения и вариации следующих параметров:

— специфическая граница разделения различных размеров ячеек сит и форм;

— характерная производительность в [т/(ч*м²)];

— продолжительность просеивания Тс в [с].

Просеивалась смесь известняка на FINE-LINE-грохоте с 1 мм квадратной ячейкой. с пропускной способностью материала на выше описаном грохоте FINE-LINE с специфической границей ВВ просеивания и формой ячейки, с изменением характерной производительности грохота. Результаты испытаний приведены в Табл. 3. [Fine Line: http://www.finescreening.com/]

На основе первого этапа результатов классификации без разгрузки на заводе сухих смесей определены следующие технические параметры просеивания:

— граница разделения w=0,71 мм: установлена и рекомендована специфическая производительность от 8,9 т/(ч*м²).

— граница разделения w=0,5 мм: специфическая производительность не должна превышать 10,2т/(ч*м²).

— граница разделения w=0,2 мм: для этой границы разделения подходит установочный тест с специфической производительностью от 3,2 т/(ч*м²).

На втром этапе классификации предусматривается разгрузка материала размером частиц <0,5 мм. Далее выбрана граница разделения w=0,3 мм. Для этой границы разделения достигнут хороший результат от 4,0 т/(ч*м²).

После проведённой разгрузки пробным просеиванием с границей разделения w=0,2 мм и w=0,1 мм предлагаются следующие параметры:

— граница разделения w=0,2 мм: достигнут хороший результат просеивания от 2,4 т/(ч*м²). При увеличении специфической производительности >2,5т/(ч*м²) происходит легкое пересыпание на ситовой поверхности;

— граница разделения w=0,15 мм: эта специфическая граница разделения может быть реализована только по требованию заказчика. Можно достигнуть хороших результатов классификации с производительностью от 1,2 т/(ч*м²). При повышении специфической производительности до 1,4 т/(ч*м²) заметно увеличение переполнения ситовой поверхности.

Принимаются во внимание ситовые поверхности для использования на FINE-LINE грохотах (Рис. 4), которые соответствуют достижению качественной границы разделения и специфической производительности. Для первой ступени классификации выбраны четыре грохота размером 1800*3750 мм (площадь ситовой поверхности 6,25 м²). Для второй ступени предусматриваются грохоты размером 1800*5000 мм (площадь ситовой поверхности 9,0 м²).

Производство сухих строительных смесей происходит, как правило, на стационарных дробильно-сортировочных заводах. В качестве сырья применяется мягкие и средние по твёрдости горные породы, которые, как правило, могут быть раздроблены с относительно низким потреблением энергии и износом оборудования. Для механического измельчения сухих смесей применяются в основном дробилки ударного и молоткового действия (например, ударно-отражательная и молотковая мельница). [Hoffl; K.: Zerkleinerungs- und Klassiermaschinen, Leipzig: VEB Deutscher Verlag fur Grundstoffindustrie, (1986)] При выборе системы дробления необходимо учитывать преимущества и недостатки по следующим параметрам:

— выход ценного продукта;

— производство материала избыточной крупности;

— специфическая потребность в рабочей силе;

— относительный износ оборудования;

— обеспечение стабильной производительности.

Поэтому для определения подходящих технологических схем расположения обрудования в заводе проводятся обширные испытания по дроблению и классификации, по полученным результатам испытаний даются соответствующие рекомендации для планирования завода сухих смесей (Табл. 1 и 3).

Цель испытаний дроблением состоит, в частности, в определении подходящих рабочих параметров исследуемой системы дробления, с помощью которых может быть реализована очень высокая доля получения ценных частиц исследуемого известняка с экономным потреблением энергии и минимальным износом оборудования. В заключении измельчённый продукт просеивается грохотами на более или менее узкие классы и раздельно перегружается в отдельные бункеры. Возникающий материал избыточной крупности подаётся обратно в замкнутом цикле в дробильную машину и там вместе с новым загружаемым сырьем измельчается. Из накопленного продукта, смешанного вместе следуют требуемые кривые линии размеров просеянных частиц для определения надлежащего применения в производстве данных сухих смесей. Количество повторно измельчаемого материала имеет решающее значение для производительности всей технической системы завода. Чем меньше в круговом цикле измельчённого материала, тем выше пропускная способность завода. Для технологического проектирования завода дроблёного песка HAVER&BOECKER разработал моделированный процесс программного обеспечения «NIAflow», в котором рассчитываются массы потоков с учётом специфических производственных параметров машин, выбранного метода механического измельчения и расчёта гранулометрии продукции сухих смесей.ВВ 

Существует базовый вариант (Рис. 5), где применяется измельчающий агрегат ударно-отражательной мельницы с вертикальным приводным валом. Измельчённый материал загружается на первую ступень, которая оснащается грохотом FINE-LINE размерами 1800*3750 мм. Здесь измельчённый материал разделяется на фракции 0,71/1,2 мм, 1,2/2,4 мм и 2,4/5 мм. Классификация частиц 0/0,71 мм происходит на второй ступени на грохоте FINE-LINE с размерами 1800*5000 мм и по желанию заказчика рассеивается на классы 0/0,2 мм, 0,2/0,5 мм и 0,5/0,71 мм. Материал избыточной крупности 0,71/1,2 мм и 1,2/2,4 мм после первой ступени просеивания в небольших количествах загружается в бункер для дальнейшего применения. Значительная часть материала этих двух фракций в сочетании с размером частиц 2,4/5 мм загружается вместе, и как материал избыточной крупности 0,71/5 мм, с помощью ковшового элеватора загружается в ударно-отражательную мельницу и снова измельчается вместе с новым материалом.

Ввиду того, что для понимания планирования оборудования завода недостаточно ис-черпывающей минералого-петрографической оценки месторождения, должен проводиться постоянный химический анализ при добыче на месторождениях известняка. Например, по результатам проведённых заказчиком исследований химического состава горных пород на этапе планирования соответствовали слегка повышенные значения SiO₂, что подтвердило обычный состав известняка. Дальнейший анализ, который проводился позднее, указал на значительные отклонения, прежде всего в отношении компонентов SiO₂, Al₂O₃, CaO und MgO. Поэтому предпологалось, что разрабатываемый участок месторождения известняка непригоден для добычи, на что указывают отклонения в отношениии минералого-петрографического состава. Очевидно, что участки таких осадочных месторождений «известняка» под воздействием метаморфизма, связанного с высоким давлением и температурой, подвергались преобразовательным процессам, в результате чего была изменена первоначальная кристаллическая структура и минералогический состав. Такие процессы вторичных изменений могут привести к образованию метаморфических компонентов горных пород и связанных с этим процессом минералов (например, кварц, полевой шпат). В ответ на изменившиеся условия в месторождении следует рассчитывать на селективный эффект дробления, с увеличением и повышением концентрации замкнутого цикла с твёрдыми, абразивными компонентами горных пород.

ВВ 

Таким бразом для раздельного измельчения твёрдого обогащенного материала избыточной крупности 0,71/5 мм включены в технологическую схему две вторичные установки дробления (молотковые мельницы с дробящей плитой и 4 мм колосниковой решёткой). Соответственно число первичных дробилок может быть сокращено до трёх (Рис. 6).

При использовании новой технологической схемы существенно снижается количество подаваемого дробленого материала в технологический цикл, а выработка продукции с гранулометрическими показателями 0,2/0,5 мм и 0,5/0,71 мм возрастает. Кроме этого на заводе по производству сухих смесей снижается износ машин и лучше использует технико-технологические характеристики оборудования.

Распределение гранулометрического состава частиц по фракциям сухих смесей расчитано программным обеспечением NIAflow, которое показало, что нет проблем в получении классификации с разгрузочной границей разделения w=0,3 мм. Однако прямая классификация при границе разделения w=0,2 мм после разделения по w=0,5 мм не рекомендуется, т. к. требуемая специфическая производительность может привести к пересыпанию и заштыбовке грохота. Если производителю сухих смесей требуется дополнительная граница разделения при w=0,15 мм, то принятая за основу кривая дробления предполагаемой ударно-отражательной мельницы, согласно Рис. 3, указывает на необходимость увеличения площади ситовой поверхности. Альтернативно можно достигнуть необходимых показателей при расчете рецептуры стандартного качества сухой смеси. Необходимым условием для этого является, что процесс классификации имеет последовательный результат разделения.

Изготовление сухих смесей требует эффективного подбора технологической схемы, оборудования с сответствующей технологией дробления и классификации. При этом экспериментальные исследования в полупромышленных или промышленных масштабах, безусловно, необходимы. Большое значение для определения конфигурации оборудования имеет принятие во внимание влияния минералого-петрографических свойств горных пород месторождений минерального сырья с целью разработки гибкой концепции завода для длительного периода готовности оборудования к эксплуатации.®