Д.т.н. Сулейменов О.А.

Таразский государственный университет, Казахстан

Разработка процессов сухой переработки минерального сырья

на основе ЭИТ

Оценка современного состояния научно- технологической базы горно-химических предприятий показывает, что процессы переработки минерального сырья имеют ряд проблем и нерешенных задач, из-за которых значительная часть подготовленной руды теряется в отходах.

Республика Казахстан по своему геополитическому расположению является одной из самых нуждающихся стран в развитии процессов сухой переработки (ПСП) минерального сырья, снижающих норму потребления воды для технологических нужд. Из- за напряженной обстановки по водообеспечению сбросы промышленных стоков вызвали сверхнормативные загрязнения окружающей среды. Таким образом, широкое применение мокрых методов переработки минерального сырья в пустынных и полупустынных зонах Казахстана вступает в противоречие с возможностями водообеспечения региона. Это обстоятельство привело к необходимости поиска методов, снижающих норму потребления воды для технологических нужд. Нарастающая из года в год напряженность из-за ухудшения качества и уменьшения запасов питьевой воды в различных регионах, а также намечающийся рост объема производства, подтверждают необходимость проведения новых научных исследований.

Существующие процессы переработки горнохимического сырья требуют разделения измельченной руды на менее и более подходящие фракции, что привело к необходимости предварительной и узкой классификации перерабатываемого сырья. Образование отходов минерального сырья в значительной степени вызвано вовлечением в активную переработку только узко классифицированного материала. Переработка каждой фракции требует применения раздельной технологии, что приводит к усложнению процесса и удорожанию конечной продукции. Однако, как часто происходит на практике, менее технологичные фракции складируются в качестве временных отходов, нанося определенный вред для окружающей среды. Наличие в исходном сырье трудноизвлекаемых минералов с промежуточными свойствами является еще одной из основных причин роста объема отходов.

За рубежом с каждым годом более широкое применение находят процессы сухой переработки различных дисперсных твердых материалов с использованием аппаратов электронно-ионной технологии (ЭИТ). Новые промышленные аппараты зарубежных фирм Kali und Salz AG (Германия), Carpco (США), Rapid (Англия) и других, созданные на основе электронно-ионных процессов (ЭИП) отличаются экологической чистотой, простотой и малой энергоемкостью .

В последние десятилетия усилиями институтов Механобр, НПО НИУИФ, ГипроНИИнеметалруд, Гиредмет, ВИМС, Гипромашобогащение, Геотехника и другими реализовано промышленное применение электростатической сепарации - одного из перспективных направлений ЭИТ, на горно-перерабатывающих предприятиях России, Украины и Белоруси.

Известные промышленные аппараты ЭИТ успешно перерабатывают только песковую фракцию исходного сырья с явно выраженными свойствами делимости. Полная переработка твердых многокомпонентных дисперсных материалов требуют создания принципиально новых аппаратов, путем детального теоретического и экспериментального изучения возможностей ЭИТ.

Разделение заряженных твердых многокомпонентных материалов в газовой дисперсионной среде под воздействием внешнего электростатического поля является недостаточно изученным вопросом. Представляет интерес разработка процессов и аппаратов для одновременной переработки более широкого класса крупности, особенно с вовлечением в процесс мелкодисперсной фракции. Решение этих проблем создает научную основу для разработки высокоэффективных процессов и сепараторов, что является весьма актуальной задачей.

Новые аппараты на основе ЭИТ, разработанные для переработки твердых многокомпонентных дисперсных материалов на горно-химических предприятиях, в равной степени находят спрос в горно-металлургическом секторе производства.

Твердые многокомпонентные дисперсные материалы, содержащие пылевые фракции и трудноизвлекаемые частицы, при существующих методах электростатической сепарации разделяются недостаточно эффективно. Разделение неоднородных систем в подвижной газовой дисперсионной среде дают возможность создания принципиально новых типов электростатических сепараторов. При этом электронно- ионные процессы позволяют значительно активизировать частицы микронных и субмикронных размеров, обеспечивают полноту переработки мелкодисперсного минерального сырья и их отходов. Применение непрямоугольных форм пульсации напряжения в коронно-электростатических барабанных сепараторах показали перспективность научных исследований. Значительно упрощается техническая реализация высокоэффективных режимов на практике. При электронно-ионной обработке дисперсных систем появляется возможность создания компактных пылеулавливающих аппаратов с новыми фильтрационными свойствами. Исходными данными для разработки данной тематики служат результаты сопоставительных анализов научных исследований с применением известных электронно-ионных процессов, воздушных и электростатических сепараторов, центробежных инерционных пылеуловителей, применяемых при переработке твердых дисперсных материалов.

Вовлечение в электростатическую сепарацию нетехнологичного сырья, содержащего пылевую фракцию и трудноизвлекаемые компоненты является актуальной проблемой, представляющей интерес в мировой практике.

Патентные исследования, проведенные по ведущим в данной отрасли странам мира (США, Япония, Великобритания, Франция, Германия и др.) показали, что применение электростатической сепарации для трудноперерабатываемых руд месторождений Казахстана требует разработки принципиально новых электронно-ионных процессов и аппаратов для их реализации.

Выполнен ряд научно-исследовательских работ, в том числе проанализирован процесс избирательной зарядки диэлектрических частиц в коронно-электростатических барабанных сепараторах с применением высокого напряжения с пульсациями, разработана методика расчетов оптимальных режимов коронно-электростатической сепарации на промышленных установках и траекторий заряженных твердых дисперсных материалов в электростатических сепараторах камерного типа. Эти разработки основаны на известных закономерностях в области процессов и аппаратов химической технологии, теории импульсных систем, прикладной математики, электростатики и теории униполярной короны.

Получены новые результаты по селективному разделения сложных коллективных концентратов в коронно-электростатических барабанных сепараторах, разработано новое устройство для разделения заряженных твердых материалов с применением сепарационной камеры переменного сечения, предложена методика расчета времени и эффективности улавливания заряженных мелкодисперсных частиц в электроциклоне.

Носителями зарядов в этом случае является не только электроны и газовые ионы, а заряженные частицы веществ. Все эти обстоятельства усложняют характер происходящих физических явлений. Тем не менее, процессы электронно-ионной технологии нашли широкое распространение в электрогазоочистке, электроокраске, электропечати, текстильной промышленности и других отраслях.

Установленоо, что электростатическая сепарация обладает малым удельным расходом электроэнергии, поэтому отнесена к категории энергосберегающей технологии. Отсутствие воды в технологическом процессе позволяет широко использовать электронно-ионную технологию переработки минерального сырья в регионах с ограниченными водными ресурсами. Эти достоинства выводят электростатическую сепарацию на уровень конкурентоспособных способов переработки минерального сырья при жестких требованиях к охране окружающей среды, а также при разработке месторождений, расположенных в пустынных и полупустынных регионах.