Выбор и обоснование схемы, принятой к проектированию

Своеобразие технологических схем обогащения апатит-нефелиновых руд обусловлено особенностями их вещественного состава, не­обходимостью комплексного использования сырья и извлечения в соответствующие продукты обогащения, кроме апатита и нефелина, других данных компонентов (титаномагнетита, сфена, эгирина, и др.), возможностями последующей переработки получае­мых концентратов.

По технологической схеме флотации на бывшей действующей обогатительной фабрике АНОФ-1 видно, что флотацию руды на двух потоках проводили при содержании 52-55% класса крупности -0,074 мм без последующего доизмельчения концентрата. На третьем потоке (35% общего объема) при более грубом помоле – 43-46% класса -0,074 мм, но с доизмельчением концентрата в соответствии с требованиями ГОСТ 5.1188-72, когда добываемые руды характеризовались высокой вкрапленностью апатита – это позволило увеличить объемы производства на существующих площадях без ухудшения технологических показателей. Но в дальнейшем практика работы показала, что при флотации грубоизмельченных руд имеет место снижение извлечения P₂ O₅ за счет повышенных потерь апатита с крупными фракциями хвостов, преимущественно в виде сростков с другими минералами. Это вызвано уменьшением размера вкрапленности полезного минерала – апатита в бедных апатито-нефелиновых рудах вовлекаемых в переработку с новых участков и месторождений. В результате снижения вкрапленности требуется тонкое измельчение руды для полного раскрытия зерен.

При дальнейшем понижении качества руды и особенно ухудшении ее технологических свойств участился выпуск некондиционного по качеству концентрата и снизилось технологическое извлечение. Вследствие этого была скомпонована технологическая схема, включающая три перечистки чернового концентрата, основную, контрольную флотации.

В виду низкого содержания полезного компонента в руде, высокой кондиции на концентрат, хорошей флотируемости полезного минерала, в частности апатита, к проектированию принимаем схему флотации с тремя перечистками чернового концентрата и контрольной флотацией хвостов. Концентрат контрольной флотации можно возвратить только в основную флотацию. Если концентрат контрольной и основной флотаций объединить и направить в первую перечистку, то вместо двух перечиток получится одна – со временем флотации, равным суммарному времени для основной и контрольной флотаций. Таким образом, мы потеряем контрольную флотацию, а время основной флотации увеличится, что плохо скажется на флотационном процессе. Так же для получения апатитового концентрата двух видов “Стандарт” (слив) и “Супер” (пески) концентрат третьей перечистки подвергаем классификации в гидроциклонах.

Принимаем к проектированию шаровые мельницы с центральной разгрузкой-МШЦ.

По сравнению с мельницами с разгрузкой через решетку, меньшая сложность в конструкции и, поэтому, более низкая стоимость на единицу массы и полезного объема. Эксплуатация данного типа мельниц более проста и дешевле, так как в разгрузке мельниц МШЦ меньше самых крупных классов по сравнению с мельницами МШР. Поэтому износ насосов и гидроциклонов, работающих в замкнутом цикле с мельницами, уменьшается.

Ввиду того, что концентрат третьей перечистки будет подвергаться дальнейшей обработки, для получения более качественных продуктов передела классификации, его качество должно быть не менее 39,3% по Р₂О₅.

Данная схема хорошо зарекомендовала себя на действующих фабриках ОАО“Апатит”и позволит получить необходимое содержание фосфорного ангидрида и его извлечение. Проектируемая схема флотации изображена на рисунке 1.

 

1

I--------------------------------- Измельчение

 

 

 

II--------------------------------- Классификация

 

4 5

 

 

 

III-------------------------------Основная флотация

 

7 п.п. 9 к.п.

 

IV--------------------------- I перечистка Контр. флотация-------V

 

10 п.п. 11 к.п. 12 п.п. 13

 

 

15 17 14 хвосты

 

II перечистка--------------------VI

 

п.п. к.п.

 

III перечистка ---------------------------------------------------VII

п.пр. к.пр.

 

 

 

классификация-----------------VIII

 

20 пески слив 21

 

«Супер» «Стандарт»

 

Рисунок 1. Технологическая схема, принятая к проектированию

2.2. Расчет качественно-количественной схемы для получения концентратов «Супер» и «Стандарт»

Имея качественную характеристику сырья и используя рисунок 1, задаемся следующими показателями и начинаем расчет качественно-количественной схемы:

по извлечению: e₁₁ = 22,00%, e₁₂ = 14,00%, e₁₇ = 18,00%, e₁₉ = 11,00%, e₂₀ = 34,00%,

e₂₁ = 60,00%

по содержанию: b₁₁ = 11,40%_, b₁₂ = 13,20%_, b₁₇ = 26,00%_, b₁₉ = 36,00%_, b₂₀ = 40,00%_,

b₂₁ = 39,00%

 

1. Определяем число исходных показателей:

N = C * (n_p - a_p + 1) - 1 = 2 * (12 – 6 + 1) – 1 =13 (1.1) [1]

n_p = 7,9,10,11,12,13,16,17,18,19,20,21 = 12 шт.

a_p = 6 операций

N - число исходных показателей

С = 1 + e = 2, e = 1

С - число расчётных показателей

е - число металлов,на которые рассчитывается схема

n_p - число продуктов разделения

a_p – число операций разделения

 

2. Определяем число исходных показателей, относящихся к продуктам разделения:

 

Np = C * (n_p - a_p) = 2 * (12 - 6) = 12 (1.2) [1]

 

3. Определяем максимально возможное число показателей извлечения:

 

N = n_p - a_p =12 – 6 = 6 (1.3) [1]

 

4. Задаемся показателями по извлечению и по содержанию:

 

по извлечению: e₁₁ = 22,00%, e₁₂ = 14,00%, e₁₇ = 18,00%, e₁₉ = 11,00%, e₂₀ = 34,00%, e₂₁= 60,00%

 

по содержанию: b₁₁ = 11,40%_, b₁₂ = 13,20%_, b₁₇ = 26,00%_, b₁₉ = 36,00%_, b₂₀ = 40,00%_,

 

b₂₁ = 39,00%

 

5. Рассчитываем по уравнениям баланса недостающие расчеты по извлечению:

 

Принимаем циркулирующую нагрузку:

 

ε₂ = ε₅ + ε₁ = 300 + 100 = 400%, ε₁ = ε₂ = 100%

ε₁₈ = ε₂₀ + ε₂₁ = 34 + 60 = 94%

ε₆ = ε₁₄ - ε₄ = 36 + 100 = 136%

ε₁₄ = ε₁₁ + ε₁₂ = 22 + 14 = 36%

ε₁₅ = ε₁₆ + ε₁₇ = 105 + 18 = 123%

ε₁₆ = ε₁₈ + ε₁₉ = 94 + 11 = 105%

ε₁₀ = ε₁₅ - ε₁₉ = 123 - 11 = 112%

ε₈ = ε₁₀ + ε₁₁ = 112 + 22 = 134%

ε₇ = ε₈ – ε₁₇ = 134 – 18 = 116%

ε₉ = ε₆ – ε₇ = 136 – 116 = 20%

ε₁₃ = 100% -(ε₂₁+ ε₂₀) = 100-(60+34) = 6%

 

Проверка:

 

6. Рассчитываем выхода продуктов, для которых имеются содержание по формуле

: (1.4) [1]

Принимаем циркулирующую нагрузку:

 

 

Остальные выхода рассчитываем по уравнениям баланса:

 

 

Проверка:

 

100,00%=100,00%

 

 

7. Рассчитываем недостающие показатели содержания:

(1.5) [1]

 

 

8. Рассчитываем абсолютные массы производств по формуле

 

(1.6) [1]

 

Q_ч = Q_г/n * η * τ, где

 

 

n – запланированное календарное число дней работы обогатительной фабрики в год;

η – коэффициент использования оборудования фабрики по времени – отношение чистого

времени работы фабрики к запланированному календарному времени;

τ – количество рабочих часов в сутки.

n = 358

η = 0,92 – 0,95

n * η = 330 – 340

τ = 24 часа

Q_ч = 10000000/340*24 = 1225,00 т/час

 

Q₁₀ = 1225,00 * 39,58/100 = 484,85 т/час

Q₁₁ = 1225,00 * 23,86/100 = 292,28 т/час

Q₁₂ = Q₁₄ – Q₁₁ = 458,51 – 292,28 = 166,23 т/час

Q₁₃ = 1225,00 * 69,42/100 = 850,40 т/час

Q₁₄ = 1225,00 * 37,43/100 = 458,51 т/час

Q₁₅ = 1225,00 * 44,58/100 = 546,10 т/час

Q₁₆ = 1225,00 * 35,58/100 = 435,85 т/час

Q₁₇ = 1225,00 * 9,00/100 = 110,25 т/час

Q₁₈ = 1225,00 * 30,58/100 = 374,60 т/час

Q₁₉ = 1225,00 * 5,00/100 = 61,25 т/час

Q₂₀ = 1225,00 * 10,88/100 = 133,28 т/час

Q₂₁ = 1225,00 * 19,70/100 = 241,32 т/час

Q₉ = Q₁₂ + Q₁₃ = 166,23 + 850,40 = 1016,63 т/час

Q₈ = Q₁₀ + Q₁₁ = 484,85 + 292,28 = 777,13 т/час

Q₇ = Q₈ - Q₁₇ = 777,13 – 110,25 = 666,88 т/час

Q₆ = Q₇ + Q₉ = 666,88 + 1016,63 = 1683,51 т/час

 

Проверка: Q₂₁ + Q₂₀ + Q₁₃ = Q₁

 

241,32 + 133,28 + 850,40 = 1225,50 т/час

 

1225,00 = 1225,00

 

Находим Q₂, Q₃, Q₅ для этого задаёмся циркулирующей нагрузкой С = 300%

 

Q₂ = Q₃ = Q₁ * C = 1225,00*3 = 3675,00 т/час, Q₄ = Q₁

Q₅ = Q₃ – Q₄ = 3675,00 – 1225,00 = 2450,00 т/час

 

9. Результаты расчетов записываем в таблицу 5.

 

 

Таблица 5. - Результаты расчета качественно-количественной схемы

 

N п/п	Наименование операций и продуктов	Q, т/ч	,%	,%		,%
I	Измельчение
	Поступает:
	исх.руда	1225,00	100,00	12,80	1280,00
	пески классификации	2450,00	300,00	12,80	3840,00
	Итого	3675,00	400,00	12,80	5120,00
	Выходит:
	питание измельчения	3675,00	400,00	12,80	5120,00
	Итого	3675,00	400,00	12,80	5120,00
II	Классификация
	Поступает:
	питание измельчения	3675,00	400,00	12,80	5120,00
	Итого	3675,00	400,00	12,80	5120,00
	Выходит:
	слив классификации	1225,00	100,00	12,80	1280,00
	пески классификации	2450,00	300,00	12,80	3840,00
	Итого	3675,00	400,00	12,80	5120,00
III	Осн.флотация
	Поступает:
	слив классификации	1225,00	100,00	12,80	1280,00
	объединённыйпродукт	458,51	38,27	12,04	460,00
	Итого	1683,51	138,27	12,60	1740,00
	Выходит:
	пен.продукт	666,88	55,28	26,86	1484,00
	кам.продукт	1016,63	82,99	3,08	256,00
	Итого	1683,51	138,27	12,60	1740,00
IV	I перечистка
	Поступает:
	пен.продукт	666,88	55,28	26,86	1484,00
	кам.продукт	110,25	9,00	26,00	230,00
	Итого	777,13	64,28	26,68	1714,00
	Выходит:
	пен.продукт	484,85	39,58	36,22	1433,00
	кам.продукт	292,28	24,70	11,40	281,00
	Итого	777,13	64,28	26,68	1714,00
V	Контрольная флотация
	Поступает:
	кам.продукт основ.флот.	1016,63	82,99	3,08	256,00
	Итого	1016,63	82,99	3,08	256,00
	Выходит:
	пен.продукт	166,23	13,57	13,20	179,60
	хвосты контр.флот.	850,40	69,42	1,10	76,40
	Итого	1016,63	82,99	3,08	256,00
VI	II перечистка
	Поступает:
	пен.продукт	484,85	39,58	36,22	1433,00
	кам.продукт	61,25	4,00	36,00	141,00
	Итого	546,10	43,58	36,12	1574,00
	Выходит:
	пен.продукт	435,85	34,58	28,86	1344,00
	кам.продукт	110,25	9,00	26,00	230,00
	Итого	546,10	43,58	36,12	1574,00
VII	III перечистка
	Поступает:
	пен.продукт	435,85	34,58	28,86	1344,00
	Итого	435,85	34,58	28,86	1344,00
	Выходит:
	пен.продукт	374,60	30,58	38,34	1203,00
	кам.продукт	61,25	4,00	36,00	141,00
	Итого	435,85	34,58	28,86	1344,00
VIII	Классификация
	Поступает:
	пен.продукт	374,60	30,58	38,34	1203,00
	Итого	374,60	30,58	38,34	1203,00
	Выходит:
	пески	133,28	10,88	40,00	435,00
	слив	241,32	19,70	39,00	768,00
	Итого	374,60	30,58	38,34	1203,00

 

 

1

2 Измельчение-----I

Классификация----------II

4 5

 

Основная флотация---------------------III

 

7 9

IV ----------------------------- I перечистка Контр. флотация -----V

 

11 12

13

15 14 хвосты II перечистка-------------------------------------------------------VI

16

 

 

III перечистка ------------------------------------------------------VII

 

 

Классификация--------------------------VIII

20 21

 

«Стандарт» «Супер»

Рисунок 2. Водно-шламовая схема мельнично-флотационного цеха для получения концентратов «Супер» и «Стандарт»

2.3. Расчет водно-шламовой схемы для получения концентратов «Супер»

и «Стандарт»

Используя рис.2:

 

1. Зададимся разжижениями продуктов для расчета водно-шламовой схемы процесса измельчения по таблице ориентировочного содержания твердого в некоторых операциях и продуктах:

R₁ = 0,03 (1.7) [1]

R₄ = 1,50

R₅ = 0,25

R_3(I) = 0,54

 

2. Исходные показатели для процесса флотации:

 

Оптимальные значения R	Нерегулируемые значения R	Норма расхода
RIII = 1,90 RIV = 1,80 RVI = 2,30 RVII = 2,30	R7 = 1,40 R18 = 1,40 R20 = 2,50, R21 = 0,63 R10 = 1,38 R16 = 2,10	l12 = 1,50 м3/т L12 = l12*Q12 =1,50 * 166,23 = 249,34 м3/ч

 

 

3. Рассчитываем количества воды, добавляемые в отдельные операции:

— для операции измельчения:

W_I = L_I + W₁ +W₅

W₁ = R₁ * Q₁ = 0,03 * 1225,00 = 36,75 м³/ч

W₅ = R₅ * Q₅= 0,25 * 2450,00 = 612,50 м³/ч

W_I = R_I * (Q₁ + Q₅) = 0,54 * (1225,00 + 2450,00) = 1984,50 м³/ч

L_I = W_I – W₁ - W₅ = 1984,50 – 36,75 – 612,50 = 1335,25 м³/ч

 

— для операции классификации:

L_II=W₄ +W₅-W₃ W₃=W_I

W₄ = R₄ * Q₄ = 1,50 * 1225,00 = 1837,50 м³/ч

L_II = 1837,50 + 612,25 – 1984,50 = 465,25 м³/ч

W_II = W₄ +W₅ = 1837,50 + 612,50 = 2450,00 м³/ч

 

 

— для операции I перечистки:

W_IV = R_IV * (Q₁₀ + Q₁₁) = 1,80 * (484,85 + 292,28) = 1398,83 м³/ч

W₁₀ = R₁₀ * Q₁₀ = 1,38 * 484,85 = 669,33 м³/ч

W₁₁ = W_IV - W₁₀ = 1398,83 – 669,33 = 729,50 м³/ч

L_IV = W_IV – W₇ - W₁₇ = 1398,83 – 933,63 – 340,75 = 124,45 м³/ч

 

— для операции основной флотации:

W_III= W₄+ W₁₂ +W₁₁ +L₁₂

W₇ = R₇ * Q₇ = 1,40 * 666,88 = 933,63 м³/ч

L₁₂ = l₁₂ * Q₁₂ = 249,34 м³/ч

W₁₂ = W_III – W₄ - W₁₁ - L₁₂

W_III = R_III * (Q₄ + Q₁₁ + Q₁₂) = 1,90 * (1225,00 + 292,28 + 166,23) = 3198,67 м³/ч

W₁₂ = 3198,67 – 1837,50 – 729,50 – 249,34 = 382,33 м³/ч

W₉ = W_III - W₇ = 3198,67 – 933,63 = 2265,04 м³/ч

 

— для операции классификации:

W₂₀ = R₂₀ * Q₂₀ = 2,50 * 133,28 = 333,20 м³/ч

W₂₁= W₁₈ - W₂₀ = 486,98 – 333,20 = 153,78 м³/ч

W₁₈ = R₁₈ * Q₁₈ = 1,40 * 374,60 = 486,98 м³/ч

R₂₁ = W₂₁ / Q₂₁ = 153,78 / 241,32 = 0,63

— для операции контрольной флотации:

W₁₃= W₉ – W₁₂ = 2265,04 – 382,33 = 1882,71 м³/ч

 

— для операции III перечистки:

W₁₆ = R₁₆ * Q₁₆= 2,10 * 435,85 = 915,28 м³/ч

W_VII= R_VII*(Q₁₈+ Q₁₉) = 2,30*(374,60 + 61,25) = 1002,45 м³/ч

W₁₉ = W_VII - W₁₈ = 1002,45 – 486,98 = 515,47 м³/ч

L_VII = W_VII - W₁₆

L_VII = 1002,45 – 915,28 = 87,17 м³/ч

 

— для операции II перечистки:

W_VI = W₁₆ + W₁₇

W_VI = R_VI * (Q₁₆ + Q₁₇) = 2,30 * (435,85 + 110,25) = 1256,03 м³/ч

W₁₇ = W_VI - W₁₆ =1256,03 – 915,28 = 340,75 м³/ч

L_VI = W_VI - W₁₀ - W₁₉ = 1256,03 – 669,33 – 515,47 = 71,23 м³/ч

4. Рассчитываем значения R_n:

R_n = W_n / Q_n (1.8) [1]

 

R_II = W_II / Q₃ = 2450,00 / 3675,00 = 0,66

R₁₁ = W₁₁ / Q₁₁ = 729,50 / 292,28 = 2,50

R₉ = (W_III – W₇) / Q₉ = (3198,67 – 933,63) / 1016,63 = 2,22

R₁₇ = (W_IV – W₇ - L_IV) / Q₁₇ = (1398,83 – 933,63 – 124,45) / 110,25 = 3,09

R₁₉ = (W_VI – W₁₀ - L_VI) / Q₁₉ = (1256,03 – 669,33 – 71,23) / 61,25 = 4,00

R_VII = (W₁₈ + W₁₉) / Q₁₆ = (486,98 + 515,47) / 435,85 = 2,30

R₁₃ = W₁₃ / Q₁₃ = 1882,71 / 850,40 = 2,21

5. Результаты расчетов записываем в таблицу 6.

Таблица 6. - Результаты расчета водно-шламовой схемы

N п/п	Наименование операций и продуктов	Q,т/ч	Rn	Wn,м3/ч	Vn,м3/ч
I	Измельчение
	Поступает:
	исх.руда	1225,00	0,03	36,75	419,56
	пески классификации	2450,00	0,25	612,50	1378,12
LI	свежая вода	-	-	1335,25	1335,25
	Итого	3675,00	0,54	1984,50	3132,93
	Выходит:
	питание измельчения	3675,00	0,54	1984,50	3132,93
	Итого	3675,00	0,54	1984,50	3132,93
II	Классификация
	Поступает:
	пит.измельчения	3675,00	0,54	1984,50	3132,93
LII	свежая вода	-	-	465,50	465,50
	Итого	3675,00	0,66	2450,00	3598,43
	Выходит:
	слив классификации	1225,00	1,50	1837,50	2220,31
	пески классификации	2450,00	0,25	612,50	1378,12
	Итого	3675,00	0,66	2450,00	3598,43
III	Основная флотация
	Поступает:
	слив классификации	1225,00	1,50	1837,50	2220,31
	кам.продукт I перечистки	292,28	2,50	729,50	822,00
	пен.продукт	166,23	2,30	382,33	434,00
L12	свежая вода	-	-	249,34	249,34
	Итого	1683,51	1,90	3198,67	3725,65
	Выходит:
	пен.продукт	666,88	1,40	933,63	1142,03
	кам.продукт	1016,63	2,22	2265,04	2583,62
	Итого	1683,51	1,90	3198,67	3725,65
IV	I перечистка
	Поступает:
	пен.продукт	666,88	1,40	933,63	1142,03
	кам.продукт	110,25	3,09	340,75	375,20
LIV	свежая вода	-	-	124,45	124,45
	Итого	777,13	1,80	1398,83	1641,68
	Выходит:
	пен.продукт	484,85	1,38	669,33	819,68
	кам.продукт	292,28	2,50	729,50	822,00
	Итого	777,13	1,80	1398,83	1641,68
V	Контрольная флотация
	Поступает:
	кам.продукт осн.флотации	1016,63	2,22	2265,04	2583,62
	Итого	1016,63	2,22	2265,04	2583,62
	Выходит:
	пен.продукт	166,23	2,30	382,33	434,00
	хвосты контр.флотации	850,40	2,21	1882,71	2149,62
	Итого	1016,63	2,22	2265,04	2583,62
VI	II перечистка
	Поступает:
	пен.продукт	484,85	1,38	669,33	819,68
	кам.продукт	61,25	4,00	515,47	535,77
LVI	свежая вода	-	-	71,23	71,23
	Итого	546,10	2,30	1256,03	1426,68
	Выходит:
	пен.продукт	435,85	2,10	915,28	1051,48
	кам.продукт	110,25	3,09	340,75	375,20
	Итого	546,10	2,30	1256,03	1426,68
VII	III перечистка
	Поступает:
	пен.продукт	435,85	2,10	915,28	1051,48
LVII	свежая вода	-	-	87,17	87,17
	Итого	435,85	2,30	1002,45	1138,65
	Выходит:
	пен.продукт	374,60	1,40	486,98	602,88
	кам.продукт	61,25	4,00	515,47	535,77
	Итого	435,85	2,30	1002,45	1138,65
VIII	Классификация
	Поступает:
	пен.продукт	374,60	1,40	486,98	602,88
	Итого	374,60	1,40	486,98	602,88
	Выходит:
	концентрат «Стандарт»	133,28	2,50	333,20	374,85
	концентрат «Супер»	241,32	0,63	153,78	228,03
	Итого	374,60	1,40	486,98	602,88

 

 

6. Для рассчитанной водно-шламовой схемы баланс воды приведен в таблице 7.

Таблица 7.-Результаты расчета баланса воды водно-шламовой схемы

Поступает воды в процесс	W,м3/ч	Уходит воды из процесса	W,м3/ч
С исходной рудой W1	36,75	С хвостами W13	1882,71
В измельчение LI	1335,25	С концентратом «Супер» W20	153,78
В классификацию LII	465,50	С концентратом «Стандарт» W21	333,20
В пен. продукт контр.флотации L12	249,34
В I перечистку LIV	124,45
Во II перечистку LVI	71,23
В III перечистку LVII	87,17
Всего поступает W1 +	2369,69	Всего уходит	2369,69

 

Баланс общей воды выражается равенством:

, (1.9) [1]

где - количество воды, поступающее с исходным сырьем;

- суммарное количество воды, добавляемой в процесс;

- суммарное количество воды, уходящее из процесса с конечными продуктами.

 

7. Из уравнения (1.9) следует, что расход общей воды будет:

(2.1) [1]

 

8. Объем пульпы в продукте определяем по формуле и результат записываем в таблицу 6

 

, где - плотность твердого в продукте; = 3,2 (г/см³) = 3,2 (т/м³)

(2.2) [1]