Розвиток теорії тонкого подрібнення корисних копалин

Abstract

Дисертацію присвячено розробці теорії й технології подрібнення матеріалів на основі зв'язку технологічних і емісійних параметрів процесу. Виходячи з аналізу енергетичних особливостей тонкого подрібнення корисних копалин у барабанних і струминних млинах виявлено критичний рівень енергоємності тонкого подрібнення, проведено експериментальне обґрунтування незалежності подрібнення фракцій у суміші, розроблено балансову, імітаційну, динамічну, стохастичну моделі тонкого подрібнення для ідентифікації технологічних режимів подрібнення й підвищення ефективності процесу. На основі теорії руйнування й особливостей застосування методу акустичної емісії для протитечійного струминного млина встановлено зв'язки технологічних і акустичних параметрів. Розроблено коміркову математичну модель процесу на основі ланцюгів Маркова на базі результатів акустичного моніторингу. Установлено акустичні параметри ефективності й критерій оптимальності роботи струминного млина. Показано можливість проведення оптимізації струминного подрібнення мінеральної сировини на основі результатів акустичного моніторингу процесу. Розроблено методи візуалізації й оптимізації подрібнення з використанням інформаційних технологій. Це дозволило досягти необхідних технологічних показників при зниженні енергоспоживання й дотриманні контрольної дисперсності.

Диссертация посвящена разработке теории и технологии измельчения полезных ископаемых на основе связи технологических и эмиссионных параметров процесса. Исходя из анализа энергетических особенностей тонкого измельчения полезных ископаемых в барабанных и струйных мельницах выявлен критический уровень энергоемкости тонкого измельчения, связанный с типом измельчения и размерами частиц (порядка 10-25 мкм) готового продукта, и приближение к которому характеризуется значительным увеличением энергоемкости процесса измельчения и обозначает предельные возможности механического раскрытия полезных ископаемых и обогащения. Показаны пути контроля перехода величины энергоемкости через критическую величину на основе управления процессом тонкого измельчения с использованием математического моделирования и информационных технологий. Разработан научный подход к снижению удельных энергозатрат в замкнутых циклах тонкого измельчения, который включает разработку балансовой модели и выбор оптимального режи- ма классификации по крупности загрузки мельницы. Установлена величина удельных энергозатрат по вновь образованному классу как характерная константа мельницы при измельчении данной руды. Доказана независимость кинетики измельчения фракций сыпучих материалов в смеси, которая позволяет прогнозировать изменение их в ходе измельчения, и на этой основе обосновывать технологические схемы и выбор измельчителей. Создана имитационная модель замкнутого цикла измельчения, показавшая возможность повышения производительности мельницы при дискретной загрузке. Разработанная динамическая модель кинетики изменения гранулометрического состава материала в зоне измельчения позволяет определять длительность измельчения для получения заданного выхода контрольного класса и разработать систему управления гранулометрическим составом и производительностью мельницы по величине коэффициента переизмельчения. На основе теории разрушения и особенностей применения метода акустической эмиссии для противоточной струйной мельницы установлены взаимо- связи технологических и акустических параметров, определены закономерности акустического излучения струйной установки: амплитуда акустических сигналов и ее распределение по величине характеризуют степень загрузки струй твердой фазой; избыточная загрузка струй материалом сопровождается уменьшением амплитуды акустического излучения; повышение уровня акустической активности зоны помола на любой стадии является фактором роста числа ударов частиц, интенсификации измельчения и увеличения производительности мельницы. Установлена трехпараметрическая зависимость величины максимальной амплитуды от размера частиц измельченного продукта и плотности материала, которая позволяет прогнозировать ожидаемый размер частиц готового продукта. Система оптимизации работы струйной мельницы базируется на непрерывном мониторинге акустических параметров, использованных для прогнозирования энергоемкости диспергирования и измельчения. Оптимальные параметры процесса работы мельница реализованы путем контроля акустических параметров зоны измельчения и управления загрузкой материала на основе по- иска оптимальной насыщенности струй твердой фазой. Создана ячеечная модель процесса струйного измельчения, основанная на результатах акустического мониторинга и позволяющая идентифицировать режим измельчения. Система визуализации и идентификации режимов струйного измельчения, разработанная на основе информационных технологий и результатов акустического мониторинга, позволяет при минимальном количестве начальных экспериментальных данных выполнить выбор оптимальных параметров процесса струйного измельчения для разных материалов и технологических режимов. Определены основные комплексные технолого-акустические критерии работы измельчительной установки: критерий оптимальности, эффективности измель- чения и диспергирования, коэффициент циркуляции, позволяющие в значитель- ной мере контролировать и оптимизировать измельчение в ходе его процесса. Разработан метод оценки энергозатрат при струйном измельчении, основу которо- го составляют связи технологических, акустических и энергетических показателей энергоемкости измельчения и диспергирования при разной дисперсности готового продукта. Результаты теоретических исследований реализованы и подтверждены на промышленной и лабораторных струйных мельницах. Использование акустической оптимизации промышленной мельницы позволило достичь требуемых технологических показателей при снижении энергопотребления и соблюдении контрольной дисперсности.

The dissertation is devoted to the development of the theory and technology of mineral grinding on the connection basis of process technological and emission parameters. Proceeding from the power feature analysis of mineral thin grinding in drum-type and jet mills the critical level of thin grinding power consumption is revealed, the experimental substantiation of fractions grinding independence mixture is carried out, balance, imitating, dynamic, stochastic models of thin grinding for identification of technological grinding modes and increase of process efficiency are developed. On the basis of the destruction theory and the application peculiar properties of an acoustic emission method for a counterflow jet mill the relations of technological and acoustic parameters are established. The mathematical cell model of process is developed on the basis of circuits Markov on the basis of acoustic monitoring results. Acoustic parameter of efficiency and an optimality criterion of jet mill operation are established. The opportunity of carrying out of mineral jet grinding optimization is shown on the basis of process acoustic monitoring results. Methods of grinding visualization and optimization with information technologies use are developed. It has allowed achieving required technological parameters at power consumption decrease and dispersion control observance.