Обогащение полезных ископаемых Донбасса: Взгляд в будущее.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДНР ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ДОНБАССА: ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ Сборник материалов конференции ДОНЕЦК – 2019

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ДНР

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

РЕСПУБЛИКАНСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ, АСПИРАНТОВ И СТУДЕНТОВ

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ДОНБАССА: ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ

25 апреля 2019 г.

Сборник материалов конференции

ДОНЕЦК 2019

2 В сборнике помещены труды участников Республиканской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Обогащение полезных ископаемых Донбасса: взгляд в будущее», которая проходила в г. Донецке 25 апреля 2019 г. Сборник представляет интерес для широкого круга исследователей, учёных, педагогов, специалистов, руководителей промышленных предприятий и предпринимателей, работающих в области обогащения полезных ископаемых и смежных областей.

Ответственный за выпуск: проф. Букин С. Л.

©Донецкий национальный технический университет, 2019 © Авторы статей, 2019

3 СОДЕРЖАНИЕ

Холодов К. А., Корчевский А.Н. Анализ результатов исследований движения частиц по деке концентрационного стола...............................................5 Волкова А. А., Корчевский А. Н. Сравнительная характеристика оборудования для обогащения угольного шлама……………..…………….........10 Букин С. Л., Троцкая Ю.И. Анализ сырьевой базы комплекса чёрной металлургии Донбасса..................................................................................15 Букин С. Л., Семёнов Д. О. Технология переработки лома свинцово-кислотных аккумуляторов.......................................................................23 Букин С. Л., Коваленко А. Р. К выбору упругой линейной муфты для супергармонического привода колебаний инерционной вибромашины.............37 Самойлик В. Г., Малюта А. В. Генетическая классификация каменных углей..........................................................................................................49 Самойлик В. Г., Онищенко В. В. Схемы применения радиометрической сепарации при переработке полезных ископаемых...............................................55 Самойлик В. Г., Романько М. А. Новый винтовой сепаратор для обогащения угольного шлама.........................................................60 Серафимова Л. И., Кондратенко И. О. Технология получения гранулированного сорбента для комплексной очистки сточных вод..................64 Серафимова Л. И., Шаманская В. А. Кинетика фракционного состава при струйном измельчении.......................................................................................69 Серафимова Л. И., Шаманская В. А. Современные подходы к утилизации техногенных отходов с использованием микробной биоковерсии......................73

4 Кустов В. В., Мозалевский Д. А. Организация мониторинга смещения оползня, подработанного массива горных пород...................................................78 Науменко В. Г., Переверзева В. В. Сравнительная характеристика аппаратов для обогащения шламов.........................................................................88 Науменко В. Г., Рекунова М. Н. Анализ вариантов обезвоживания отходов флотации угольных шламов......................................................................95 Науменко В. Г., Рекунова О. Н. Применение раздельной схемы обогащения шламов на ЦОФ «Киевская»...............................................................97 Звягинцева Н. А., Олейникова Е. В., Гапонов Н. А. Исследование флотации угольного шлама марки К.....................................................................101 Кондрахин В. П., Букин С. Л., Березин А. И. Анализ конструкций амортизирующих устройств двухвалковых зубчатых дробилок........................106

5 УДК 622.794 АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ДВИЖЕНИЯ ЧАСТИЦ НА ДЕКЕ КОНЦЕНТРАЦИОННОГО СТОЛА Холодов К. А., инженер, начальник основного производства обогатительной фабрики «Вектор-Юг», г. Шахтинск, Ростовская обл., РФ. Корчевский А. Н., зав. каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент. +380713319816, korcheval737@gmail.com Аннотация: Приведены результаты исследования параметров движения минеральных частиц различного состава на деке концентрационного стола и их зависимость от ряда факторов. Определены рациональные режимы работы стола, динамические параметры возвратно-поступательных движений деки. Ключевые слова: стол концентрационный, отходы, илонакопитель, разделение, параметры, амплитуда, частота.

Abstract. The results of the study of the parameters of motion of mineral particles of different composition on the deck of the concentration table and their dependence on a number of factors are presented. Defined rational modes of the table, the dynamic parameters of the reciprocating movements of the deck.

Keywords: concentration table, waste, sludge tank, separation, parameters, amplitude, frequency. Анализ результатов исследований В лабораторных условиях на концентрационном столе с бигармоническим режимом колебаний исследовано движение частиц угля, гранита, кварца, монтмориллонита (породы), железа и меди крупностью 3 мм. Удельный вес частиц составляет соответственно: 1400, 2800, 2650, 2700, 7800, 8930 кг/м 3. Размеры деки стола 0,4×1 м. Первоначально проведено изучение перемещения частиц по сухому покрытию деки. В качестве покрытий использовались резина низкой степени по-

6 лимеризации (для краткости - резина типа 1), пластик, резина высокой степени полимеризации (резина типа 2), железо. После проведения экспериментов для всех шести разновидностей материалов на каждой заданной частоте колебаний деки, которые составили 175, 245, 300, 350 и 400 мин -1 (2,92; 4,08; 5; 5,63; 6,67 с1

), поверхность деки была тщательно смочена водой для определения влияния

коэффициента сцепления на показатели разделения. Частицы исследуемых материалов также смачивались водой. После выполнения полного цикла исследований на одном типе поверхности деки покрытие заменяли на другое. Для каждой частицы и каждого исследуемого параметра выполнялось дублирование экспериментов и их статистическая обработка по стандартным методикам. Результаты определения времени прохождения частицами отрезка длиной 0,6 м в межрифельном пространстве деки представлены на рисунках 2 и 3. Из данных следует, что для сухих поверхностей из резины типа 1, пластика и железа закономерности изменения времени нахождения материалов в межрифельном пространстве аналогичны (рисунок 2, а, б, г). На этих поверхностях при увеличении частоты колебаний деки время перемещения частиц резко снижается (в 7...20 раз) при повышении частоты с 2,92 до 4,08 с -1. Дальнейший рост частоты колебаний до 5,83 с-1 влечёт за собой менее резкое снижение времени перемещения. При достижении максимальной частоты колебаний деки, составляющей 6,67 с-1, время увеличивается в 1,2...3 раза по сравнению с предыдущим значением в зависимости от вида материала. На поверхности из резины типа 1 значения времени для исследуемых материалов отличаются в 2...20 раз только при низкой частоте колебаний. Для пластиковой и железной поверхностей эти отличия выражении менее резко. Снижение времени нахождения частиц на деке стола способствует повышению его производительности. Для сухой поверхности из резины типа 2 зависимости времени перемещения частиц имеют отличный от других характер. Вначале при изменении частоты колебаний от 2,92 до 5,83 с-1 время в целом снижается для всех материалов. Затем при увеличении частоты колебаний деки время растёт для меди, железа, гранита и породы на 3...35 %. Для угля и кварца это повышение более значи-

7 тельное и составляет 62...72 %. Такие различия в поведении частиц на сухой поверхности деки связаны с формой частиц, коэффициентом сцепления с материалом покрытия деки и ее возвратно-поступательным движением.

22

23

20

21

Кварц

16 14

Гранит

12

Железо

10

Порода

Уголь

8

б

Кварц

19

Медь Время, с

Время, с

а

Уголь

18

Медь Гранит

17

Железо 15

Порода

13

6 4

11

2 0

9

2,5

3,5

4,5

5,5

6,5

4

7,5

4,5

5

5,5

6

6,5

7

Частота, с-1

Частота, с-1 64 24

59

Уголь

Кварц

54

Кварц

Медь

49

Медь

Гранит

44

20

Гранит

39

Железо

34

Порода

Время, с

22 Время, с

в

Уголь

Железо 18

Порода

16

г

29 24 19

14

14 12

9 2,5

3,5

4,5

5,5

Частота, с-1

6,5

7,5

2,5

3,5

4,5

5,5

6,5

7,5

Частота, с-1

Рисунок 2. Время перемещения частиц в межрифельном пространстве по сухой поверхности дек а – резина типа 1, б – пластик, в – резина типа 2, г - железо Анализ данных, приведенных на рисунке 3, свидетельствует о том, что для всех влажных покрытий увеличение частоты колебаний деки от 2,92 до 6,67 с-1 влечет за собой снижение времени перемещения частиц в межрифельном пространстве. Наибольшие различия в значениях времени имеют место при низкой частоте возвратно-поступательного движения деки стола.

8 52

40

Уголь Гранит

48 44

Кварц Железо

Медь Порода

а

36

Уголь

Кварц

Медь

Гранит

Железо

Порода

32 Время, с

Время, с

40

36

32 28

24

24

20

20

16

16

б

28

12

12

8

8 2,5

3,5

4,5 5,5 Частота, с-1

6,5

2,5

7,5

3,5

4,5 5,5 Частота, с-1

6,5

7,5

32 Уголь Гранит

28

Кварц Железо

Медь Порода

в

Время, с

24 20 16 12 8 2,5

3,5

4,5 5,5 Частота, с-1

6,5

7,5

Рисунок 3. Время перемещения частиц в межрифельном пространстве по влажной поверхности де а – резина типа 1, б – пластик, в – резина типа 2 Концентрационный стол является аппаратом, имеющим большое количество управляемых параметров. Ни один другой аппарат, используемый при сепарации частиц шламовой крупности, не дает возможности значительного изменения режимов работы и соответственно показателей разделения. При разных режимах работы показатели могут быть прямо противоположными, как показано на рисунке 6. Из исследованных материалов наиболее близкий удельный вес имеют монтмориллонит (порода), кварц и гранит. При подаче смывной воды, высокой частоте колебаний деки (5,83 с-1) и поперечном угле ее наклона 12° разделение этих материалов невозможно, так как точки разгрузки частиц этих материалов в конце деки совпадают (рисунок 6, а). Однако, даже для этих материалов возможно достижение разделения. В этом случае подобран следую-

9 щий режим: низкая частота колебаний деки 2,92 с-1 при том же поперечном угле наклона (рисунок 6, б). Из данных видно, что точки прихода частиц породы, кварца и гранита к месту разгрузки отстоят друг от друга на 0,15...0,2 м. Даже при образовании веера при массовом движении частиц возможно разгрузить материалы в различные лотки с определенной степенью селективности. Таким образом, соответствующая настройка режима может обеспечить самые разнообразные условия разделения для разных материалов в зависимости от поставленной задачи. Такие возможности этого аппарата используются при разделении отходов различных производств для частиц с размером до 10 мм. Выводы Проведенные исследования режимов работы концентрационного стола позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Для сухих поверхностей из резины низкой степени вулканизации, пластика и железа закономерности изменения времени нахождения материалов в межрифельном пространстве аналогичны - увеличение частоты колебаний деки приводит к снижению времени перемещения частиц в горизонтальном направлении. При максимальной частоте колебаний время увеличивается в 1,2...3 раза по сравнению с предыдущим значением. Для сухой поверхности из резины высокой степени полимеризации зависимости времени перемещения частиц имеют иной характер - при изменении частоты колебаний от 2,92 до 5,83 с-1 время в целом снижается, затем при увеличении частоты до максимальной увеличивается на 3...72 %.

2. Для всех типов влажных покрытий увеличение частоты колебаний деки влечет за собой снижение времени перемещения частиц в межрифельном пространстве. Наибольшие различия имеют место при низкой частоте возвратнопоступательного движения деки стола.

10 Список литературы 1. Угольные илонакопители как дополнительный источник энергетического топлива / Е.Е. Гарковенко, Е.И. Назимко, Ю.Л. Папушин, А.Н. Корчевский // Энергосбережение – 2009. – №5. – С.24-25.

2. Назимко Е.И., Букин С.Л. Корчевский А.Н. и др. Испытания концентрационного стола СКО-5×2 в полевых условиях // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 2010. – Вып. 40 (81) – С. 91-96.

3. Корчевский А.Н. Исследование условий разделения лома цветных металлов гравитационными методами // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Вип. 15(131), серія гірничо-електромеханічна. – Донецьк: ДонНТУ. – 2008. – С. 98-104.

4. Берт Р.О. Технология гравитационного обогащения. – М.: Недра, 1990.

– 574 с.

6. Благов И.С. Обогащение углей на концентрационных столах. [монография]. – М.: Недра, 1967. – 136 с.

10. Гарковенко Е.Е., Назимко Е.И., Букин С.Л., Корчевский А.Н. и др. Применение вибрационной техники с бигармоническим режимом колебаний при обогащении углей // Уголь Украины 2011 №5(653). С. 41-45.

УДК 622.794 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГОЛЬНОГО ШЛАМА Волкова А. А., студентка группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДонНТУ», Корчевский А. Н., зав. каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент. +380713319816, korcheval737@gmail.com Аннотация. Приведена априорная информация понятия шлам, как классифицируется и образуется шлам. Рассмотрели какое оборудование может при-

11 менятся для обогащения угольного шлама. В данной работе мы будем делать сравнительную характеристику некоторых оборудования для обогащения, а именно отсадочную машину и концентрационный стол. Узнаем плюсы и минусы этих оборудований и технические характеристики. Ключевые слова: шлам, отсадочная машина, концентрационный стол, технология, высокая производительность, разделение, крупность, эффективность, полезные компоненты.

Abstract. In previous work, we have become familiar with the concept of sludge as classified and formed sludge. We considered what equipment can be used for the enrichment of coal sludge. In this paper we will make a comparative description of some equipment for enrichment, namely jigging machine and concentration table. Learn the pros and cons of these equipment and specifications.

Keywords: sludge, jigging machine, concentration table, technology, high performance, separation, size, efficiency, useful components. Отсадочные машины для обогащения шламов (рисунок 1) получили широкое распространение в практике обогащения углей благодаря следующим преимуществам.

1 Универсальность:  возможность эффективного обогащения углей различного фракционного и гранулометрического составов в широком диапазоне их марочной принадлежности, целевого назначения и обогатимости;  относительно малая чувствительность к содержанию классов посторонней крупности к колебаниям вещественного состава исходного угля, благодаря универсальности отсадка может применяться для обогащения различных классов крупности в качестве основной и контрольной операции; 2 Простота технологии, заключающаяся в малооперационности технологического комплекса, не требующего специальных операций по приготовлению и регенерации рабочей среды, применения специальных веществ (утяжелителя, реагентов), создания стабильного гидростатического напора на вводе питания;

12

Рисунок 1 - Отсадочная машина для обогащения шлама 3 Высокая производительность. Удельная производительность составляет 5...20 т/ч на 1 м2 рабочей площади отсадочной машины; существуют технические обоснования возможности создания отсадочных машин с абсолютной производительностью до 1000 т/ч.

4 Экономичность, являющаяся в определенной мере следствием названных выше преимуществ, а также обусловленная относительно низкими удельными энергоемкостью и металлоемкостью процесса обогащения. В таблице 1 мы сможем посмотреть технические характеристики отсадочной машины.

13 Таблица 1 - Характеристика отсадочной машины

При этом данная машина имеет и свои недостатки, а именно трудность регулирования плотности разделения; сравнительно низкая эффективность разделения углей очень трудной обогатимости; необходимость точно соблюдать параметры подрешётной воды (расход, содержание твёрдого). Рассмотрим оборудование под названием концентрационный стол его достоинства и недостатки, технические характеристики. Обогащение на концентрационных столах – наиболее распространенный метод гравитационного обогащения мелкозернистого материала. Концентрационные столы широко применяются для обогащения оловянных, вольфрамовых, редкометалльных, золотосодержащих и других руд, россыпей и углей. Данное оборудование имеет ряд основных преимуществ: высокое извлечение тяжёлых минералов при большой степени концентрации, высокая эффективность обогащения, наглядность процесса разделения и возможность его оперативной регулировки. При этом как и все оборудование имеет свои недостатки самый большой недостаток этого оборудования - низкая удельная производительность.

14

Рисунок 2 - Концентрационный стол Недостатки данного оборудования: недостаточно высокая эффективность обогащения мелких частиц, сложность оперативного управления, сложность разгрузки продуктов разделения. являются сравнительная сложность и недостаточно высокая точность регулировки разгрузки продуктов разделения, недостаточно высокое содержание и извлечение полезного компонента в концентрат, сложность его конструкции. В таблице 2 представлены технические характеристики концентрационного стола.

1 Универсальность:  возможность эффективного обогащения углей различного фракционного и гранулометрического составов в широком диапазоне их марочной принадлежности, целевого назначения и обогатимости;  относительно малая чувствительность к содержанию классов посторонней крупности к колебаниям вещественного состава исходного угля, благодаря универсальности отсадка может применяться для обогащения различных классов крупности в качестве основной и контрольной операции;

15 Таблица 2 - Характеристики концентрационного стола

Список литературы 1. ru.wikipedia.org› 2. StudFiles.net›preview/1079076/page:7/ 3. refbox.org›3831-klassifikaciya-shlamov-i-ih…

4. Годен А. М. Основы обогащения полезных ископаемых. Металлургиздат, 1946.

УДК 669.19 АНАЛИЗ СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ КОМПЛЕКСА ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ ДОНБАССА Букин С. Л., проф. каф. ОПИ, ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н. доцент, Троцкая Ю. И., специалист. эл. адрес: s.bukin08@gmail.com Аннотация. Рассмотрена важная стадия технологии производства чёрных металлов – формирование сырьевой базы металлургического комплекса Донбасса. Установлено, что металлургический комплекс Донбасса обеспечен мно-

16 гими видами сопутствующего сырья для металлургических процессов, однако есть и такие виды сырья, которые разведаны, но не производятся в настоящее время. Ключевые слова: металлургический комплекс, чёрные металлы, стадии производства, сырьевая база, обеспеченность.

Abstract. The important stage of the production technology of ferrous metals is considered - the formation of the raw material base of the metallurgical complex of Donbas’s. It has been established that the metallurgical complex of Donbas’s is provided with many types of accompanying raw materials for metallurgical processes, however there are also such types of raw materials that have been explored, but are not produced at present.

Keywords: metallurgical complex, ferrous metals, production stages, resource base, endowment. «Почти ежедневно ученые наши, исследуя недра земли, находят в ней все новые огромнейшие запасы каменного угля, металлических руд и удобрений, необходимых для того, чтобы усилить плодородие наших полей. Земля как бы чувствует, что родился на ней законный, настоящий, умный хозяин, и, открывая недра свои, развертывает перед ним сокровища», писал А.М. Горький [1]. Полезные ископаемые в Донецкой области чрезвычайно разнообразные. Геологами выявлено 834 месторождения полезных ископаемых, в которых находятся свыше 50 видов сырья [2]. Суммарная его стоимость по ценам мирового рынка сырья составляет около 3 триллионов долларов США. Однако используется оно далеко не полностью, т.к. разрабатывается мене половины этих месторождений. На базе использования полезных ископаемых возникли и непрерывно развиваются угольная, коксовая, коксохимическая, металлургическая, стекольная, соляная отрасли промышленности, мощные тепловые электростанции, производство строительных материалов [3]. Чёрная металлургия является одной из базовых отраслей экономики Донбасса. Производство чёрных металлов сосредоточено преимущественно на

17 предприятиях полного цикла, размещенных в Донецке, Макеевке, Алчевске, Константиновке, Краматорске и Мариуполе. Крупнейшими металлургическими комбинатами Донбасса являются «Азовсталь» и «им. Ильича» (Мариуполь), а также Донецкий и Макеевский меткомбинаты. В металлургический комплекс чёрной металлургии входят предприятия, охватывающие все стадии технологических процессов - от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде чёрных металлов, а также их сплавов. Металлургический комплекс - это сочетание следующих технологических процессов [4]:  добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.);  металлургическая переработка - основной технологический процесс получения чугуна, стали, проката чёрных металлов, труб и др.;  производство сплавов;  коксохимическое производство;  утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции. Основное богатство нашего края – каменный уголь. Уголь — главное богатство Донецкого бассейна, представлен различными марками от длиннопламенных и коксующихся до газовых, жирных и антрацитов. Кроме того, что он служит важнейшим энергетическим источником, уголь является ценнейшим сырьем для химической и коксохимической промышленности. На территории Луганской и Донецкой областей сосредоточено свыше 60 % всех угольных запасов Большого Донбасса [1]. Донбасс производит их коксующихся углей кокс и сопутствующую продукцию. Так как угли Донбасса высокосернистые, то необходимо разубоживание углей перед обогащением малосернистыми углями, поставляемыми из России. Обеспечен металлургический комплекс Донбасса многими видами сопутствующего сырья для металлургический процессов (известняками, доломитом, огнеупорами) но не всеми.

18 Доломиты и флюсовые известняки используются в качестве флюсов при выплавке металла. В юго-западной части Донецкой области на протяжении более 45 км значительное развитие получили карбонатные отложения. К ним приурочены крупные (Новотроицкое, Еленовское, Северо-Шевченковское, Стыльское, Каракубское и др.) месторождения карбонатного сырья, которые обеспечивают металлургическую промышленность. В Волновахском и Старобешевском районах – месторождения флюсовых известняков и металлургических доломитов (Еленовское, Новотроицкое, Каракубинское месторождения). Используются доломиты как огнеупорное и флюсовое сырьё, ценный материал для футеровки металлургических печей. В СССР Донецкая область давала 42 % общесоюзной добычи доломита [1]. Огнеупорная глина Часово-Ярского месторождения известна далеко за пределами Донецкой области. Кроме того в области сосредоточены и другие крупные разведанные месторождения – Новорайское, Васильевское и др. Огнеупорная глина широко используется в металлургии, стекольной и радиоэлектронной промышленности. Разведанные в Артемовском районе Донецкой области бентонитовые глины пригодны для окомкования железорудных концентратов. А теперь о грустном - о тех видах сырья, которые есть, но не производятся в настоящее время. Плавиковый шпат (флюорит CaF2) используется в металлургической промышленности также в качестве флюса при выплавке стали. В области разведано Покрово-Киреевское месторождение возле села Кумачева Старобешевского района. Средняя мощность залежи 40 м, глубина до 150...180 м, содержимое фтористого кальция больше 60 %. Месторождение не введено в эксплуатацию. В 80...90-х годах ХХ века исследованиями институтов ДонНИИчермет, ДонНИГРИ (г. Донецк), Макеевского, Криворожского и других металлургических заводов Украины показано, что эффективным заменителем традиционно применяемого в черной металлургии плавикового шпата является минерал ставролит. Ставролитовый концентрат - экологически чистый минерал, не со-

19 держит соединений, выделяющих в процессе плавки токсичные вещества, негигроскопичен, имеет ровный гранулометрический состав. Работами кафедры «ПИ и ЭГ» ДонНТУ совместно с Приазовской геологоразведочной экспедицией выявлено и предварительно разведано крупное Осипенковское месторождение ставролитовых руд в долине реки Берды Запорожской области. Запасы месторождения оцениваются в 150 млн. т при среднем содержании ставролита в руде около 15 %. Технологическими исследованиями доказано, что из руд Осипенковского месторождения можно получить 90 % ставролитового концентрата, а также попутно гранатовый, биотитовый, кварцевый и полевошпатовый концентраты [2]. Экономически эффективная замена плавикового шпата ставролитом в крупных масштабах будет способствовать улучшению глобальной экологической обстановки и сохранения озонового слоя Земли. Самым острым вопросом металлургических заводов Донбасса является поставка железной руды из удалённых регионов - из Кривого Рога, Керчи и др., т.к. за годы независимости Украины металлургическая промышленность Донбасса так и не обзавестись собственными источниками железорудного сырья. Донецкие железные руды — видоизмененные известняки — бедны железом. Тем не менее, во времена Киевской Руси (в IX...XI веках) из донецкой железной руды выплавляли железо и ковали боевые доспехи. Петровский (Енакиевский) и Юзовский (Донецкий) металлургические заводы в конце XIX века (с 1871-го по 1886 год) использовали местные руды [5]. На берегу реки Волновахи, а также в окрестностях Каракуб, Железного, Корсуньского разведаны железорудные залежи. Однако наиболее перспективной сырьевой базой чёрной металлургии Донбасса является Приазовский железорудный район [6]. В 1962 году в 20 км к западу от г. Мариуполя открыто и разведано геологами месторождение железных руд, в состав которых вошли 6 рудных участков площадью 12×20 км. Рудные залежи в виде крутопадающих тел разной мощности (от 40 м до 70 м) вытянуты на расстояние от сотен метров до нескольких километров и располагаются на глубинах от 30 до 700 м. Они приурочены к брахисинклинальным изометричным складкам с размером в поперечнике до

20 900...1800 м. Руды пироксен-магнетитового состава содержат 32...42 % общего и 18...40 % магнетитового железа, 0,03...0,28 % оксида фосфора, 0,02...0,095 % серного ангидрида. Разведанные запасы железной руды месторождения 277,5 млн. т. Руды легкообогатимы. При обогащении из них можно получить концентрат с содержанием железа до 71 % [1]. Руды этого месторождения вмещают железо общее – 30,3 %, магнетитовое – 23,1 %, относятся к легко обогатительным и не имеют вредных примесей [7]. Основным рудным минералом в них является магнетит Fe3O4 и в незначительных содержаниях присутствуют гематит, мартит Fе2О3 и сидерит FeCO3. Пустая порода представлена кварцем SiO2. Гидрогеологические и инженерно-геологические условия эксплуатации месторождения несложные. Часть из рудных участков доступна для разработки открытым способом, а само месторождение быть надежной сырьевой базой металлургических заводов Донецкой области, заменив привозные железорудные концентраты с содержанием железа до 60...65 %. Из них по данным технологических исследований [2] можно получить не только высококачественные концентраты с содержанием железа 68...70 %, что не уступает лучшим в мире шведским железорудным концентратам, но и магнетитовый суперконцентрат. В нем железа содержится 71,4 %, а кремнезема 0,24...0,27 % и он пригоден для порошковой металлургии. Получения кондиционных концентратов для металлургической промышленности возможно только после обогащения железной руды. Основным методом обогащения магнетитовых руд является магнитная сепарация, а в ряде переделов применяют промывку, отсадку и флотацию. Качество концентрата для Мариупольского месторождения должно регламентироваться соответствующими стандартами и техническими условиями. Например, для месторождений КМА технические условия на магнетитовый концентрат предусматривают: крупность 0-0,1 мм, влажность 10,5 %, содержание железа не менее 64 %, содержание вредных примесей - фосфора не более 0,08 %, серы не более 0,8 % [8]. Отходы обогащения могут быть использованы

21 для получения щебня, песка, в ряде случаев для извлечения сопутствующих полезных компонентов, цветных и редких металлов. Для улучшения физических, химических, прочностных и технологических свойств металлы легируют, вводя в их состав различные легирующие элементы. Для легирования сталей используются хром, марганец, никель, вольфрам, ванадий, ниобий, титан и другие элементы. Легированные металлы могут содержать один или несколько легирующих элементов, которые придают им специальные свойства. Легирование проводится на различных этапах получения металлического материала. Марганец и кремний являются постоянными спутниками практически в любой стали, поскольку их специально вводят при её производстве. Кремний, наряду с марганцем и алюминием является основным раскислителем стали. Марганец также используется для «связывания» находящейся в стали серы и устранения явления красноломкости. Содержание элементов обычно находится в пределах 0,30...0,70 % Mn, 0,17...0,37 % Si и порядка 0,03 % Al. В этих пределах они называются технологическими примесями и не являются легирующими элементами. Специальное введение марганца, кремния и алюминия выше указанных диапазонов для придания стали определённых потребительских свойств уже будет являться легированием [9]. А марганцевых и хромовых руд в Донбассе не обнаружили. Эти руды крайне необходимы для производства высококачественной стали. Крупнейший в мире по запасам марганцевой руды Никопольский марганцеворудный бассейн имеет запасы около 2 млрд. т. Однако поставки марганцевой руды и ферросплавов в Донбасс в настоящее время прекращены. К сожалению, в России марганец является остродефицитным сырьем, имеющим стратегическое значение. Поэтому его импорт в Донбасс ограничен до предела. Что касается Украины, то ранее (до 2017 года) все три украинских завода по производству ферросплавов принадлежали группе «Приват» Игоря Коломойского. В связи с «переделом» его собственности и снижением объёмов производства ферросплавов в Украине предпринимаются попытки добиться

22 установления заградительных пошлин на импорт ферросплавов в Украину. Однако закупка ферросплавов за рубежом, даже с учётом транспортных расходов и таможенных пошлин, всё равно выходит даже дешевле, чем покупка украинских ферросплавов. Более высокие цены у украинских производителей объясняются желанием олигархов заработать сверхприбыль на внутреннем рынке [10]. Но, эта информация, просто, «к сведению» - поставки украинских ферросплавов в ЛДНР уже давно прекращены. Подводя итог можно сказать, что ресурсная база Донбасса позволяет обеспечить потребности региона во многих видах металлургического сырья, а также активно участвовать в экспорте этой продукции. А введение в промышленную эксплуатацию Мариупольского месторождения железных руд решит вопрос создания собственной железорудной базы в Донецкой области. Из этой руды современными методами обогащения можно будет получать не только высококачественные концентраты с содержанием железа 68...70 %, но и очень востребованный магнетитовый суперконцентрат. Список литературы 1. Полезные ископаемые Донбасса [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.activestudy.info/poleznye-iskopaemye-donbassa/ 2. Панов Б.С., Панов Ю.Б. Современное состояние и некоторые перспективы развития минерально-сырьевого комплекса Донецкой области на период до 2020 года [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://uran.donetsk.ua/ ~masters/2007/ggeo/fenyushina/ind/panov2.htm 3. Полезные ископаемые г. Донецка и Донецкой области [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ukrix.com/index.php?aid=1414 4. Металлургический комплекс Украины. Обзор отрасли [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://upr-search.com.ua/47-metallurgicheskij-kompleksukrainy-obzor-otrasli.html 5. Богатства земли Донецкой [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.bankreferatov.ru/referats/doc.html

23 6. Приазовский железорудный район [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.mining-enc.ru/p/priazovskij-zhelezorudnyj-rajon/ 7. Полезные ископаемые Донецкой области [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.studfiles.ru/preview/5679873/page:7/ 8. Кармазин В.В., Синельникова Н.Г. Совершенствование технологии обогащения железосодержащих ркд КМА. 2009 г. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://fan5.ru/fan5-docx/doc-207920.php.

9. Легирование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https:// ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B5%D0%B3%D0%B8%D1%80%D0%BE %D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5 10. Тайны ферросплавов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https:// operkor.wordpress.com/2011/12/19.

УДК 669.432/436 ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ЛОМА СВИНЦОВО-КИСЛОТНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ Букин С. Л., проф. каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент, Семёнов Д. О., студент группы МЦМск-17 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: s.bukin08@gmail.com Аннотация. Рассмотрена технология переработки свинцово-кислотных аккумуляторов. Предварительная переработка включает операции грохочения, дробления, классификации и обогащения. Окончательная переработка осуществляется по четырём направлениям: переработка электролита, пластмассы, свинецсодержащего концентрата и аккумуляторного шлама. Ключевые слова: свинцово-кислотный аккумулятор, срок службы, лом, технология, предварительная переработка, окончательная переработка.

24 Abstract. The technology of lead-acid batteries processing is considered. Preprocessing includes screening, crushing, classification and enrichment operations. Final processing is carried out in four areas: the processing of electrolyte, plastics, leadcontaining concentrate and battery sludge.

Keywords: lead-acid battery, service life, scrap, technology, pre-processing, final processing. Актуальность проблемы. Свинцово-кислотные аккумуляторы (свинцовые АБ) широко используются в качестве автономных химических источников тока (ХИТ) уже около 150 лет. За это время многократно улучшились их характеристики, повысился срок службы, существенно расширилась область их применения. В настоящий период свинцовые АБ прочно занимают первое место среди всех других видов ХИТ, и альтернативы в транспортных средствах и других областях их применения пока нет [1]. В настоящее время выпускается большое количество различных типов АБ – автомобильных, морских, электровозных, стационарных и др. [2]. Срок эксплуатации наиболее распространённых автотракторных АБ небольшой – до 3-х лет. Вместе с тем отработанные свинцовые АБ экологически опасны. из-за токсичности содержащегося в АБ свинца (до 60% от массы АБ) и химической агрессивности кислотного электролита – раствора серной кислоты [3]. Неблагоприятная экологическая ситуация, особенно в густонаселенных регионах и крупных городах, заставляет обратить особое внимание на проблему утилизации миллионов единиц ежегодно выходящих из строя свинцовых АБ. Её масштабы таковы, что сбор и переработка этого вида техногенных отходов требует принятия срочных жёстких мер, предотвращающих опасное воздействие на окружающую среду и здоровье людей. Обоснованную тревогу у специалистов вызывает не только бесконтрольный (из-за отсутствия современной нормативной базы) оборот свинцовых АБ, но и использование устаревших или «кустарных» способов их переработки, со-

25 провождающихся образованием вредных выбросов – сернистого газа, возгонов свинца, токсичных шлаков. В отличие от этого в большинстве развитых стран состояние сбора и переработки отработанных свинцовых АБ, как и другого вторичного свинецсодержащего сырья, находится под контролем государственных и общественных экологических организаций. Свинец по концентрации в воздухе относится к 1-му классу опасности и его предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе жилых районов должна составлять 0,0003 мг/м3, в рабочей зоне 0,05 мг/м3 (среднесменная) [3]. Свинец в сточных водах относится ко второму классу опасности, концентрация его в воде, используемой в хозяйственно-бытовых целях, не должна превышать 0,03 мг/л. Жёсткие ограничения по ПДК свинца установлены также в питьевой воде (0,03 мг/л), в водных объектах рыбохозяйственного назначения (0,01 мг/л), в почве (6 мг на кг почвы) [3]. Положительный результат ведущих зарубежных стран в области сбора и переработки аккумуляторного лома достигнуты благодаря тому, что эта проблема является предметом прямой ответственности правительств этих стран. В марте 1991 г. подписана директива ЕС №91/157 EEC, которая обязала ведущие страны ЕС разработать национальные программы сбора и утилизации аккумуляторного лома, и они были разработаны в точном соответствии с директивой в марте 1993 г. [4]. Таким образом, сбор отработавших свинцово-кислотных аккумуляторов и их переработка — это, прежде всего, забота об охране среды обитания, а утилизация свинцовых аккумуляторов является не только экономической, но и экологической проблемой. Итак, разработка современной технологии переработки лома АБ в Донбассе является актуальной народнохозяйственной задачей. Состояние вопроса. Для получения 1 тонны свинца из природного сырья требуется примерно 1000 тонн породы, топлива, воды, воздуха и других компонентов! При этом, свинец является одним из постоянно образующихся от деятельности человека

26 отходов. По ГОСТ 1639-93 лом АБ классифицируется как свинец аккумуляторный (класс АЛ, группа I-II) [5]. Утилизация лома аккумуляторов является процессом весьма непростым, хотя и более выгодным, нежели первичное получение материала. К сожалению, переработка лома свинца является достаточно сложным процессом, что объясняется его химическим и структурным составом (таблица 1 [6]). Таблица 1 – Содержание свинца, сурьмы и серы в набойке лома автомобильных АБ Содержание, % Тип аккумулятора Автомобильный Морской

Полярность + + -

Pb

Sb

S

73,5 75,2 79,2 81,0

0,5 0,3 0,5 0,3

7,4 7,0 3,4 5,8

в том числе, сера сульфатная 7,4 6,6 5,8

Рассмотрим конструкцию свинцово-кислотной АБ обычной конструкции (рисунок 1), которая представляет собой моноблок с ячейками банок и межэлементными перемычками [7, 8]. Корпус и крышка АБ изготавливают из термопластов (полипропилен, полиэтилен) или реактопластов (эбонит). В электролит, которым залиты банки, погружены электроды, состоящие из свинцовых решёток, полости в которых заполнены специальной пастой (активной массой). Для того чтобы паста была плотнее, в неё добавляют волокна полипропилена или сажу с сернокислым барием. Пасту обычно накладывают на решётки, прессуют и сушат, а потом обрабатывают с помощью электрохимических процессов. В других вариантах батарея находится в одном моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками. Все - и положительные и отрицательные электроды, соединяются между собой в полублоки. Из полублоков состоят целые блоки. Количество положи-

27 тельных и отрицательных электродов может быть разным, однако эта разница в количестве между ними не может превышать одного электрода. Ещё одной важной частью конструкции аккумулятора являются сепараторы – они размещены между электродами и предотвращают их замыкание. К тому же сепараторы фиксируют электроды неподвижно, и тем самым увеличивают срок службы батареи. Сепараторы изготавливают из таких материалов, как мипор (вулканизованная смесь натурального каучука с силикагелем и серой), мипласт (изготовляется путем термической обработки полихлорвиниловой смолы), поровинал, пластипор, винипор.

Рисунок 1 – Конструкция свинцово-кислотного аккумулятора [8] Технология и этапы переработки лома аккумуляторов. Предлагаемая технология предназначена для переработки отслуживших свой срок кислотно-свинцовых аккумуляторов. Комплектация и исполнение оборудования для подготовки предусматривает переработку сырья независимо от его механических характеристик в пределах всего существующего ряда габаритных размеров. Кроме переработки кислотно-свинцовых АБ по предлагаемой технологии возможна переработка отходов электротехнического производства:

28 платы, кабельная продукция (за исключением кабелей в стальной оплётке), корпуса и т.п. В исходном сырье могут находиться разные компоненты: - пластмассы, соли, металлы, различающиеся по плотности от 0,8 до 22 г/см3 [6]. Переработка лома свинцовых аккумуляторов состоит из трех основных стадий, осуществляемые на предприятиях разного производственного уровня, которые включают в себя следующие основные технологические этапы (рисунок 2): I. Заготовка лома.

II. Предварительная переработка: - подготовка лома и предварительная разделка АБ; - дробление и классификация; - обогащение и обезвоживание.

III. Окончательная стадия переработки.

I. Заготовка лома. Собранные на приёмных пунктах (муниципальных или объектах предпринимательской деятельности) неразделанные АБ с электролитом помещают в контейнеры специальной конструкции с крышками и транспортируют далее в ж/д вагонах или автомашинах с укрытием, что исключает загрязнение окружающей среды по пути их следования. Правила транспортировки должны соответствовать требованиям Базельской конвенции по транспортировке вредных отходов.

II. Предварительная переработка (рисунок 3). Подготовка лома и предварительная разделка АБ. Поступающие на перерабатывающие предприятия АБ проходят радиологический и пиротехнический контроль согласно ГОСТ 1639-93. После взвешивания и опробования АБ разгружаются на специальную площадку с покрытием из стальных листов. Площадка имеет одну или несколько сливных канавок для сбора электролита, закрытые сверху колосниковыми решётками. Уклон площадки и сливных канавок в сторону сменных закрытых ёмкостей из кислото-

29 стойкого материала обеспечивает быстрый сток электролита. По мере накопления шлама в ёмкостях-отстойниках их периодически очищают. Осветлённая часть электролита после отстоя, тонкой фильтрации и разлива в транспортные ёмкости отправляются потребителю или в отвал (после нейтрализации).

Рисунок 2 – Структурная схема переработки лома свинцовых аккумуляторов: I – стадия заготовки лома; II – стадия предварительной переработки; III – стадия окончательной переработки; 1 – пункт сбора лома АБ; 2 - грохочение, дробление, классификация; 3 – переработка электролита; 4 – переработка пластмасс; 5 – переработка свинецсодержащего концентрата; 6 – переработка шлама (сульфатно-оксидная фракция)

30

Рисунок 3 –Технологическая схема предварительной переработки АБ

31 На приёмной площадке лом АБ сортируют: отбирают посторенние предметы из чёрных и цветных металлов и неметаллические примеси (части корпусов АБ), сортируют также по типоразмеру. В зависимости от материала моноблоков – эбонит, полипропилен, полиэтилен, АБ загружаются в специальные кассеты – по 7...8 штук крышкой вверх. Кассеты с АБ складывают вертикально в 3...4 яруса в один блок и передаются на линию раздела. Сортировка важна и для пиротехнического контроля с целью исключения возможности взрывов. Для разделки АБ целесообразно использовать линию, которая состоит из приёмного стола (рольганга) для кассет с ломом и станка для отрезания крышки, основу которого составляет дисковая пила. После вскрытия АБ продукты разделки поступают на сортировочный стол, на котором осуществляется окончательный слив электролита из корпусов АБ и освобождённые корпуса и крышки сортируют по типу материала. Полипропиленовые и эбонитовые корпуса раздельно направляют на переработку. Материал измельчают на вертикальной роторной дробилке до крупности – 50 мм и подают в реактор для отмыва от остатков свинецсодержащей начинки. Дробление и классификация После сортировки сырьё попадает на щековую дробилку, затем на барабанный грохот для разделения на неметаллическую и крупную металлическую фракцию (надрешётный продукт) и окисно-сульфатные концентраты свинца (подрешётный продукт). Эти продукты промываются от сернокислотного электролита водой, затем раствор направляют на нейтрализацию. После промывки дроблёный продукт конвейером (элеватором) направляется в приёмный бункер валкового дезинтегрирующего аппарата. Первично дроблёный материал накапливается в питающем бункере дезинтегрирующего аппарата. Тихоходные валки первой ступени измельчения обеспечивают дробление материала до 50 мм и выполняют функцию питателя для валков второй ступени измельчения. В зону питания валков второй ступени дезинтегратора подаётся вода, обеспечивающая приготовление пульпы. Из пульпоприёмника дезинтегрирующего аппарата пульпа поступает в многокамерный гидравлический классификатор, в котором

32 происходит деление подготовленного сырья на классы крупности по условию равнопадаемости (гидроклассификация). При этом металлы, соли и окислы металлов (группы I и II) классифицируются на четыре класса: песковые - 2 + 1 мм и - 1 + 0,5 мм, шламовые - 0,5 + 0,2 мм и - 0,2 + 0,074 мм. В слив гидравлического классификатора отводятся все полимерные частица (группы III и IV), а также шламы солей и окислов металлов (крупность - 0,074 мм). Обогащение и обезвоживание Классифицированные материалы I и II групп накапливаются в агитирующих питателях. Подвод дополнительной воды обеспечивает оптимальную концентрацию пульпы, поступающей для обогащения на песковых и шламовом концентрационных столах. Концентрат столов, содержащий преимущественно свободный свинец и сростки свинца с окислами, отводится на сгущение. Промпродукт, содержащий преимущественно окислы и соли свинца с засорением «лёгкими» чешуйками свинца пластинчатой формы и сростками в дальнейшем подвергается переочистке как на круглых, так и на дечных концентрационных столах. Концентраты столов второй стадии обогащения, состоящие их сростков и мелких частиц свинца, отводятся на сгущение, а пульпа промпродукта, состоящая их оксидов и сульфата свинца, подаётся для обезвоживания на центрифугу. Таким образом, в результате предварительной переработки лома АБ получают следующие продукты: - концентрат, представленный решётками и контактами, состоящий из свинцово-сурьяминистого сплава; - аккумуляторный шлам, в состав которого входят сульфат, оксиды свинца (сульфатно-оксидная фракция) и некоторая часть органического материала; - материал из пластмасс мелких классов; - хвосты, основную массу которых составляют полимерные материалы и незначительную – свинец, сульфаты и оксиды свинца; - низкоконцентрированный раствор серной кислоты.

33 Конечные продукты затаривают в контейнеры для отправки на дальнейшую переработку или потребителю. Жидкий продукт (разбавленная серная кислота) перевозится в специальных цистернах, изготовленных из кислотостойкого материала.

III. Окончательная стадия переработки Осуществляется на предприятиях, ориентированных на переработку по следующим направлениям: - окончательная очистка серной кислоты или её утилизация; - переработка пластмасс, из которых изготовлены моноблоки АБ. Извлекаемый из АБ полипропилен используется повторно с получением «вторичных» гранул методом экструзии. Эбонит применяют в дорожном строительстве или захоранивают вместе с поливинилхлоридной сепарацией; - самостоятельная переработка шламов, состоящих из свинца, сульфатов свинца, оксидов свинца и полимерных материалов; - окончательная переработка свинецсодержащего концентрата, полученного после предварительной переработки. Эта стадия является основной, поэтому более подробно рассмотрим технологию переработки. Окончательная стадия переработки свинецсодержащего продукта может осуществляться по двум направлениям: пирометаллургическим или электрохимическим. Вариант пирометаллургического метода переработки. После предварительной переработки получаем пластины и полюса из свинцово-сурьмяных сплавов, содержащих в среднем, мас. %: 90,2 Pb; 5,2 Sb; 0,15 Cu; 0,05 As и 0,07 Sn. Их можно плавить в рудотермической электропечи с флюсами и коксиком с получением чернового свинцово-сурьмяного сплава, который затем рафинируется с получением сплава ССуА, содержащего 0,2% меди, 0,01% олова и 0,01% мышьяка. Рафинирование от олова и мышьяка проводится окислительным способом в отражательной печи. Съемы окислительного рафинирования, содержащие, мас. %: Pb - 85; Sb - 7,4; As - 1,3; Sn - 1,5, накапливается. Их переработку можно проводить на предприятиях по получению

34 сплава УС-1, содержащего 0,05...0,07% меди, 0,11...0,15% олова и 0,14...0,20% мышьяка. В этих предприятиях сплав, полученный при плавке пластин и полюсов, рафинируют от меди, а затем для снижения содержания сурьмы добавляют свинец. Медные съёмы, содержащие в среднем, мас. %: 80,2 Pb; 5,4 Sb; 3,5 Cu; перерабатывали в кампаниях с получением сплава ССуА. По существующей технологии при получении сплава УС-1 на легирование его оловом и мышьяком употребляют металлическое олово и мышьяково-свинцовую лигатуру. Использование предлагаемого способа позволяет сократить их объёмы. При увеличении максимального отношения количества меди к количеству свинца в загрузке при плавке с получением медьсодержащих свинцовосурьмяных сплавов свыше максимально допустимого значения этого отношения в сплавах происходит повышение содержания меди, что вызывает необходимость их рафинирования от меди. В случае получения избыточного количества медных съёмов более рациональна их переработка в отдельном агрегате, например плавкой в отражательной печи с сульфатом натрия по известному способу, или фьюмингованием совместно с другими свинецсодержащими продуктами - шлаками, съёмами с получением медных штейнов. Аналогично при увеличении максимального отношения количества олова и мышьяка к количеству свинца в загрузке сверх заявляемого предела происходит превышение необходимого содержания олова и мышьяка в сплаве, что вызывает необходимость рафинирования от них и увеличивает количество оборотов. Рафинирование чернового свинца, полученного как из рудного, так и из вторичного сырья, на промышленных предприятиях проводится пирометаллургическими или электрохимическими методами. Электрохимическая технология, основана на химическом либо элетрохимическом растворении свинецсодержащих компонентов аккумуляторов и извлечении свинца из электролита методом электрорафинирования и электроэкстракции [9]. Существует несколько схем электрохимической переработки СКА: с предварительным разделением на металлическую и сульфидно-оксидную

35 фракции (в этом случае металлическая фракция подлежит металлургической переплавке, а сульфатно-оксидная — растворению после предварительной обработки подходящим реагентом с последующим извлечением свинца из полученного электролита электрорафинированием) и без разделения (извлечение свинца из свинцовых пластин (анодов) электрорафинированием или после измельчения пластин, обработки и растворения электроэкстракцией). При электрохимической переработке применяются водные электролиты. Расплавленные электролиты, несмотря на возможность реализации с их участием некоторых перспективных рафинировочных операций пока не нашли промышленного применения [10]. По данным работы [11] доля заводов, рафинирующих черновой свинец независимо от способа его получения электрохимическим методом с водным электролитом, в 2003 году составляла 12,9 % С экологической и технологической точек зрения электрохимические технологии обладают рядом преимуществ по сравнению с пирометаллургическими. Товарными продуктами, получаемыми в процессе металлургического передела [9], являются свинцово-сурмянистые сплавы марок ССуА (ГОСТ 1292-81) и УС-1 (ТУ 87 РК 00200928-98-98) и свинец марки С2 (ГОСТ 3778-77), в то время как при электрохимической переработке возможно получение только чистого свинца марок С1 и С2, так как ухудшающие качество металлы-примеси либо выпадают из электролита в виде шлама, либо переходят в его раствор и на катоды не осаждаются. Выход по продукту при пирометаллургической переработке составляет 50...70%, при электрохимической — 75...90%. Все электрохимические технологии исключают процесс сжигания органики и выделение образующихся в этом процессе вредных веществ. Процесс электрохимической переработки сопровождается гораздо меньшими выбросами свинца в атмосферу: при металлургическом способе выброс свинца в виде пыли составляет 2 кг/т, при электрохимическом в виде аэрозоля — 0,01 кг/т. Кроме того, переработка аккумуляторных пластин электрорафинированием (анодным растворением пластин с одновременным осаждением свинца на катоде) сопровождается очень малым выделением газообразных продуктов электролиза на

36 аноде и катоде: кислород на аноде не выделяется, так как анод является растворимым, водород на катоде практически не выделяется из-за высокого выхода свинца по току. В связи с этим барботажный унос вредных веществ из электролита невелик. Например, удельные выбросы фтористых соединений (фтористого водорода и тетрафторида кремния) с поверхности кремнефтористоводородного электролита составляют 0,004...0,006 г/(с-м2) в зависимости от концентрации кремнефтористоводородной кислоты в электролите, что в 1,5...3 раза меньше, чем при свинцевании с нерастворимыми анодами. Таким образом, с экологической и технологической точек зрения, электрохимические технологии обладают рядом преимуществ по сравнению с пирометаллургическими. Список литературы 1. Способы переработки свинцовых аккумуляторов. [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://www.bestreferat.ru/referat-204042.html 2. Бредихин В.Н., Маняк Н.А., Кафтаненко А.Я. Свинец вторичный. – Донецк: Изд. дом «Кальмиус», 2005. – 245 с.

3. Переработка лома аккумуляторов. [Электронный ресурс]/Режим доступа: http://www.armada-met.ru/stati/16-pererabotka-loma-akkumulyatorov 4. Директива Европейского Парламента и Совета Европейского Союза 2006/42/EC от 17 мая 2006 г. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http:// www.icqc.eu/userfiles/File/Directive%202006%2042%20EC%20certification.pdf/ 5. ГОСТ 1639-93 «Лом и отходы цветных металлов и сплавов. Общие технические условия» [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://docs.cntd.ru/ document/1200009672 6. Смирнов В.А., Бредихин В.Н., Шевелев А.И. Обогащение руд и отходов цветных металлов: Монография. - Донецк: Изд. дом «Кальмиус», 2008. – 500 с.

7. Устройство свинцово-кислотных аккумуляторов. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.e-bike.com.ua/viewarticle/id/81/

37 8. Конструкция и работа стартерных аккумуляторных батарей [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://lik.uch.net/akum/info.htm 9. Электрохимические способы рециклинга свинца [Электронный ресурс]

/

Режим

доступа:

https://knigi.link/ekologiya/elektrohimicheskie-

sposobyiretsiklinga-svintsa-62901.html 10. Морачевскй А.Г. Отработанные свинцовые аккумуляторы – важнейший источник вторичного свинца / Научно-техн. ведомости Санкт-Петерб. политех. уни-та. 4 (207), 2014. – С. 127 11. Погосян А.А., Бессер А.Д., Сорокина В.С. Переработка использованных аккумуляторов — основа рециклинга свинца. - М.: ФГУП «ЦНИИАтоминформ», 2005. - 256 с.

УДК 669.432/436 К ВЫБОРУ УПРУГОЙ ЛИНЕЙНОЙ МУФТЫ ДЛЯ СУПЕРГАРМОНИЧЕСКОГО ПРИВОДА КОЛЕБАНИЙ ИНЕРЦИОННОЙ ВИБРОМАШИНЫ Букин С. Л., проф. каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент; Коваленко А. Р., студент группы КПМО - 14 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: s.bukin08@gmail.com Аннотация. Для выбора оптимального варианта конструкции супергармонического вибропривода инерционной вибрационной машины рассмотрены конструкции упругих линейных муфт. Одной из функцией таких муфт является защита машин от резонансных крутильных колебаний. В противоположность этому упругая муфта в составе трансмиссии супергармонического вибропривода должна обеспечить усиление супергармонических колебаний. Из-за невозможности использования типовых муфт возникает необходимость разработки оригинальной конструкции муфты.

38 Ключевые слова: вибрационная машина, супергармонический вибропривод, упругая муфта, линейная характеристика, упругие металлические элементы, конструкция.

Abstract. For choosing the optimal variant of the construction superharmonic vibrodrive of an inertial vibratory machine, constructions of elastic linear couplings are considered. One of the functions such couplings is to protect the machines from resonant torsional vibrations. In contrast, the elastic coupling in the transmission system of a superharmonic vibrodrive should ensure the amplification of superharmonic vibrations. Due to the inability to use typical couplings, it becomes necessary to develop an original design of the coupling.

Keywords: vibration machine, superharmonic vibro-drive, elastic coupling, linear characteristic, elastic metallic elements, design. Вибрационные транспортно-технологические машины, (ВТТМ) осуществляющие в процессе транспортирования технологическую обработку полезных ископаемых, широко используются в угольной, горнорудной и других отраслях промышленности. К таким машинам относятся: горизонтальные виброконвейеры; вертикальные виброконвейеры и подъемники; вибрационные питатели и дозаторы; вибрационные грохоты; вибрационные сепараторы; вибрационные мельницы непрерывного действия; вибрационные сушилки и др. Накопленный до настоящего времени отечественный и зарубежный опыт показывает, что одним из резервов повышения эффективности вибромашин разного технологического назначения является использование полигармонических законов колебаний [1-3]. В ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет» предложен простой и доступный вариант модернизации, серийно выпускаемых ВТТМ с целью повышения динамического воздействия на обрабатываемый материал. Установлено, что упругая муфта в трансмиссии центробежного вибропривода (рисунок 1) с обоснованными параметрами позволяет усилить супергармонические колебания вращающегося дебалансного

39 вибровозбудителя и достичь эффективного вклада высших частот в спектр полигармонических колебаний рабочего органа [4].

Рисунок 1 – Принципиальная схема трансмиссии супергармонического вибропривода: 1 – дебалансный вибровозбудитель; 2 – карданный вал; 3 – электродвигатель; 4 – обойма; 5 – вал; 6 – упругий элемент муфты Основным элементом супергармонического вибропривода является упругая муфта. Упругая муфта – нерасцепляемая механическая муфта, допускающая относительное смещение между полуосями, исключая относительный поворот [1]. Машиностроительная промышленность выпускает большое количество разнообразных видов упругих муфт, в которых передача крутящего момента осуществляется с геометрическим замыканием. Основным отличием упругих муфт от других типов механических муфт является наличие в её конструкции упругого элемента, за счёт деформации которого осуществляется взаимное перемещение деталей муфты, необходимое для компенсации смещения осей ведущего и ведомого валов. Обычно муфты такого класса предназначены для [4, 5]:  смягчения (гашения) толчков и ударов. При этом кинетическая энергия удара частично поглощается и переходит в теплоту, частично аккумулируется упругими элементами, превращаясь в потенциальную энергию деформации;

40  защиты от резонансных крутильных колебаний, возникающих вследствие неравномерности вращения;  обеспечения сравнительно большие смещения осей соединяемых валов. При этом благодаря деформации упругого элемента, валы и опоры нагружаются малыми силами и моментами. То есть, упругие муфты хорошо выполняют защитные функции, а также компенсируют осевое, радиальное и угловое смещение соединяемых валов. А муфты, которые предполагаются использовать в супергармоническом виброприводе инерционных вибрационных машин, как раз и должны обеспечить длительную работу в резонансном режиме. В этом и заключается основное отличие упругих муфт, предназначенных для решения прямо противоположных задач. Поэтому обоснованный выбор наиболее оптимальной упругой муфты для надёжной работы супергармонического вибропривода ВТТМ является важным этапом развития машин нового типа. В ГОСТ Р 50371-92 [6] дана подробная классификация механических муфт общемашиностроительного применения, включая упругие. Согласно этому стандарту упругие муфты разделяют на линейные – упругие муфты, которые имеют линейную характеристику крутильной жёсткости соединительных элементов, и нелинейные - упругие муфты, которые имеет нелинейную характеристику крутильной жёсткости соединительных элементов (рисунок 2). В линейной муфте крутящий момент Мкр пропорционален углу закручивания φ. Нелинейные муфты могут иметь жесткую или мягкую характеристику. Жёсткость нелинейных муфт обычно растет с увеличением деформации, поэтому мягкие (при небольших нагрузках) нелинейные муфты с увеличением нагрузки работают более жёстко - муфты с жёсткой характеристикой.

41

Рисунок 2 – Характеристики упругих муфт: 1 – линейная; 2 – нелинейная жёсткая; 3 – нелинейная мягкая Упругие муфты изготавливаются с металлическими и неметаллическими (из резины, полиуретана и других эластомеров) упругими элементами Муфты с металлическими упругими элементами отличаются высокой несущей способностью и возможностью работы в широком температурном интервале, однако они сложны по конструкции, дороги и обычно требуют постоянного контроля при эксплуатации. Муфты с неметаллическими, преимущественно резиновыми, упругими элементами получили весьма широкое распространение в современном машиностроении благодаря сравнительной простоте конструкции и дешевизне изготовления, отсутствию высоких требований к уходу при эксплуатации, хорошими компенсационными свойствами, демпфирующим и электроизолирующим способностям. Однако из-за низкой прочности резин и пластмасс по сравнению с металлами эти муфты обычно применяются для передача малых и средних крутящих моментов. Долговечность резиновых элементов ниже, чем стальных. Резина постепенно теряет свои упругие свойства стареет. По этим причинам ограничимся рассмотрением только линейных муфт с металлическими упругими элементами (рисунок 3), анализ конструкций которых позволяет произвести первоначальный выбор наиболее подходящих для рассматриваемой цели.

42

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рисунок 3 - Линейные упругие муфты с металлическими упругими элементами: а – со змеевидной пружиной; б – с винтовыми пружинами; в – с фасонными пружинами; г - с пластинами, параллельными оси; д – с радиальными пакетами пластин; е – со стержнями, параллельными оси

43

К ним относятся, прежде всего, упругие элементы, изображённые на рисунках 1 а, б, д, е. Рассмотрим эти муфты более подробно с целью дальнейшего отбора наиболее оптимального варианта конструкции. Муфты с винтовыми пружинами. Одной из таких муфт является муфта «Карделис» фирмы «Гохройтер Баум» (ФРГ), представленная на рисунок 4, а [7, 8]. Полумуфты 1 и 4 соединяются винтовыми пружинами сжатия 5, которые опираются на сегменты 2, посаженные на пальцы 3 с зазором. Пружины 5 ставятся с предварительным натяжением и при действии крутящего момента работают через одну. Сегменты изготовляются из износостойких пластмасс. Поверхность контакта сегмента с пальцем смазывается пластичной графитной смазкой. На рисунке 4, б [9] приведен ещё один вариант упругой муфты с цилиндрическими пружинами, несколько отличающаяся от предыдущего варианта.

а)

б) Рисунок 4 – Варианты упругой муфты с винтовыми пружинами:

44 а - муфта «Карделис»; б - упругая муфта, выпускаемая в СССР При применении стальных цилиндрических пружин постоянного шага и диаметра проволоки упругие муфты имеют линейную характеристику жёсткости и малое демпфирование. Путём подбора пружин жёсткость муфты на кручение изменяется весьма в широких пределах. Число пружин обычно 6...12. Муфты с пружинами не сложны по конструкции, имеют невысокую трудоёмкость изготовления. К недостаткам следует отнести затруднения в определении вышедших из строя пружин (для некоторых типов муфт, например, приведенной на рисунке 4, б) и необходимость применения специального инструмента для установки предварительно сжатых пружин в гнёзда. Муфты с упругими элементами в виде стержней. На рисунке 5 представлены два варианта исполнения муфты «Форст» фирмы «Рейншталь Вангейм» (ФРГ) [10]. В первом варианте (рисунок 5, а) полумуфты 3 и 5 соединены цилиндрическими пружинами 6. Боковые крышки 1 и 7 удерживают пружины от выпадания и препятствуют вытеканию смазки благодаря уплотнениям 2. Кожух 4 с уплотнением 2 специальной формы препятствуют вытеканию смазки из муфты при взаимном смещении полумуфт. Для уменьшения износа пружин и их гнезд в полумуфтах муфта через масленку 8 заполняется либо пластичной, либо жидкой смазкой с антизадирными присадками. Возможно исполнение с тормозным шкивом 9.

Рисунок 5 - Варианты исполнения муфты «Форст»

45

К положительным свойствам стержневых упругих муфт относится, прежде всего, простота изготовления и, соответственно, невысокая стоимость, а также возможность изготовления муфт с линейной и нелинейной характеристикой практически по одной и той же технологии. К недостаткам – высокий уровень напряжений в упругих стержнях в местах крепления (установки), трудности выявления вышедших из строя упругих элементов, небольшая передаваемая мощность. Муфты с пакетами пластинчатых пружин. Муфта с радиальными пакетами пружин показана на рисунке 6 [10]. Полумуфты 1 и 5 соединены пакетами пружин (рессор) 8, работающих на изгиб при действии крутящего момента. С полумуфтой 5 пакеты пружин соединяются через кольцо 3, имеющее продольные пазы, с помощью болтов 4. Внутренние концы пакетов пружин входят в радиальные пазы полумуфты 1. Пакеты пружин фиксируются на полумуфте 1 с помощью кольца 7 и трёх винтов. Крышка 2 с уплотнением 6 закрывает внутреннюю полость муфты, заполненную пластичной смазкой.

Рисунок 6 - Муфта с радиальными пакетами пружин

46 Муфты с пакетами пластинчатых пружин имеют высокую передаваемую мощность, простую конструкцию, возможность изготовление муфт с линейной и нелинейной характеристикой. Недостатки – высокий уровень напряжений в упругих пластинах в местах крепления (установки), трудности выявления вышедших из строя упругих элементов. Муфты со змеевидными пружинами. Полумуфты соединяются упругим элементом, выполненным в виде змеевидной пружины, расположенной на цилиндрической поверхности (рисунок 7) [3, 10].

а)

б)

в)

47 Рисунок 7 – Упругие муфты: а, б - со змеевидными пружинами; в – с кольцевыми пружинами На рисунке 7, а представлена муфта «Мальмеди» (ФРГ) [3, 10], состоящая из полумуфт 1 и 5 с зубьями специальной формы, между которыми свободно заложены секции ленточной змеевидной пружины 2. Кожух 4, состоящий из двух половин, стянутых винтами 3, предназначен для предохранения пружины от выпадания и удержания смазки (обычно пластичной). Пружина является наиболее ответственной деталью муфты. Она изготовляется из пружинной стали 65Г. В тяжёлых муфтах пружины устанавливаются в два-три ряда. Такие муфты, отличающиеся высокой надёжностью в работе и малыми габаритными размерами, применяются при передаче больших вращающих моментов. Эти свойства и обусловили довольно широкое распространение их главным образом в тяжёлом машиностроении (прокатные станы, паровые турбины и т. п.), несмотря на сложность конструкции, нетехнологичность и необходимость контроля в эксплуатации. Муфты допускают смещение осей соединяемых валов: осевое - 4...20 мм, радиальное - от 0,5...3 мм, угловое - до 1°15' (бóльшие значения для большѝх муфт). Развитием муфты со змеевидными пружинами является муфта с кольцевыми пружинами [3]. На рис. 7, б представлена конструкция этой муфты, в которой вместо сложной в изготовлении змеевидной пружины применены отдельные упругие элементы 2, вставленные во впадины зубьев полумуфт 1 и 4. Для уменьшения износа зубьев и пружин муфту заполняют антизадирной пластичной смазкой, которая удерживается корпусом 3. Выводы Проведенный обзор упругих механических муфт с металлическими упругими элементами не позволил сделать однозначный выбор наиболее оптимальной муфты для использования её в составе супергармонического вибропривода. По всей видимости, потребуется разработка оригинальной упругой муфты с ис-

48 пользованием технических решений отдельных элементов, используемых в рассмотренные выше конструкциях муфт. Список литературы 1. Букин С.Л. Интенсификация технологических процессов вибромашин путем реализации бигармонических режимов работы / С.Л. Букин, С.Г. Маслов, А.П. Лютый, Г.Л. Резниченко // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – 2009. – Вип. 36 (77) - 37 (78). – С. 81-89.

2. Применение вибрационной техники с бигармоническим режимом колебаний при обогащении углей / Е.Е. Гарковенко, Е.И. Назимко, С.Л. Букин и др. // Уголь Украины, май 2011. - С. 41-44.

3. Букин С.Л. Возбуждение полигармонических колебаний в одномассовой инерционной вибромашине с дебалансным вибровозбудителем и упругой муфтой / С.Л. Букин, В.П. Кондрахин, В.Н. Беловодский, В.Н. Хоменко // Физ.техн. проблемы разраб. пол. ископ., №1, 2014. – С. 103-110.

4. Упругие подвижные муфты [Электронный ресурс] / Режим доступа:https://studfiles.net/preview/710086/page:3/ 5. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник / Д.Н. Решетов. – М. Машиностроение, 1989. - 496 с.

6. ГОСТ Р 50371-92 «Муфты механические общемашиностроительного применения. Термины и определения».

7. Поляков В.С. Справочник по муфтам / В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский. – Л.: Машиностроение, Ленинград. отделение, 1979. – 344 с.

8. Упругие компенсирующие муфты [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://k-a-t.ru/detali_mashin/27-mufty_3/index.shtml 9. Куклин Н.Г. Детали машин: Учебник / Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина. – М.: Высш. школа, 1984. – 255 с.

10. Муфты [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://studfiles.net/ preview/710080/page:2/

49

УДК 622.7.016 ГЕНЕТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ КАМЕННЫХ УГЛЕЙ Самойлик В. Г., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент, Малюта А. В., студент группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: samoylik@donntu.org Аннотация. В статье проанализированы основные этапы формирования генетической классификации каменных углей. Приведены данные по разделению углей на классы и группы в зависимости от характеристик исходного растительного материала и стадий их химической зрелости Ключевые слова: горючие ископаемые, торф, бурый и каменный уголь, антрациты, генетическая классификация.

Abstract. The article analyzes the main stages of the formation of the genetic classification of black coal. The data on the separation of coal into classes and groups depending on the characteristics of the original plant material and the stages of their chemical maturity are given.

Keywords: combustible minerals, peat, lignite and hard coal, anthracites, genetic classification Формирование твёрдых горючих ископаемых (ТГИ), залегающих в недрах земли, проходило на протяжении длительного периода, охватывающего докембрий, палеозой, мезозой и кайназой. В результате различных сочетаний палеогеографических и тектонических факторов образовались различные виды ТГИ: от древнейших протерозойских шунгитов до современных торфяников.

50 Многообразие видов ТГИ, обширный диапазон изменения их вещественного состава и свойств, а также важная роль в процессах промышленного использования обусловили необходимость разработки их классификации. Большинство существующих в настоящее время классификаций ТГИ можно подразделить на генетические, промышленные и промышленно-генетические [1-4]. Генетические классификации определяют место отдельных видов ТГИ среди прочих горючих ископаемых и характеризуют их различия в зависимости от исходного материала и особенностей образования. Такие классификации основаны на элементном, групповом составе, выходах продуктов термической переработки. Генетические классификации разрабатываются для создания научной основы систематизации разнообразных видов ТГИ. Параметры этих классификаций в большинстве случаев не позволяют дать количественной оценки технологической ценности того или иного вида твёрдых горючих ископаемых. В разработку генетической классификации ТГИ большой вклад внесли Г. Потонье, Г.Л. Стадников, Ю.А. Жемчужников, С.Г. Аронов, Л.Л. Нестеренко, И.И. Аммосов, С.Н. Тюремнов, И. В. Ерёмин и др. Промышленные классификации, называемые также потребительскими или техническими, предназначены для технологической группировки ТГИ в соответствии с требованиями, которые предъявляют к ним как к сырью различные отрасли переработки и использования. В отличие от генетических классификаций, промышленные не учитывают природные особенности ТГИ. Они применяются в сфере производства, отвечая запросам сегодняшнего дня, и не всегда позволяют рационально использовать ТГИ. Многие из промышленных классификаций представлены в виде стандартов. В промышленно-генетических классификациях технологические свойства ТГИ увязаны с их генетическими особенностями: исходным материалом и условиями его преобразования. Эти классификации устанавливают на научных основах связь между происхождением, условиями образования, составом, хи-

51 мическим строением ТГИ и важнейшими характеристиками, определяющими их технологическая ценность. Промышленно-генетические классификации позволяют прогнозировать поведение ТГИ в различных технологических процессах и определять способы их эффективной переработки и использования. В первую очередь познакомимся с генетической классификацией каменных углей. Первая генетическая классификация углей была предложена немецким палеоботаником Потонье в 1910 году. В соответствии с этой классификацией все твёрдые горючие ископаемые подразделяются на три группы: 1) гумиты, образовавшиеся преимущественно из болотных и наземных высших многоклеточных растений; 2) сапропелиты, образовавшиеся из низших простейших растительных и живых организмов, населяющих застойные водоёмы; 3) липтобиолиты, образовавшиеся из наиболее стойких частей высших многоклеточных растений: восков, смол, оболочек спор и др. Данная классификация, базирующаяся только на одном параметре (характере исходного растительного материала), не давала возможности систематизировать угли, отличающиеся по условиям образования, степени химической зрелости. Значительного успеха в области генетической классификации углей добился Г.Л. Стадников (1937). Он создал классификацию, в основу которой положил взаимосвязь между происхождением, физико-химическими свойствами исходного материала и стадиями их превращения. Он пришел к выводу, что помимо сапропелитовых (сапропелевых) и гумусовых углей существуют угли смешанных классов – гумусо-сапропелитовые и сапропелито-гумусовые, а исходная органическая масса претерпевает три стадии физико-химических превращений: торф, бурый и каменный угли. Следует отметить, что классификация Г.Л. Стадникова включает не все твёрдые горючие ископаемые (например, липтобиолиты).

52 Позже Ю.А. Жемчужников (1948) предложил свою генетическую классификацию (табл. 1), в которой выделил две группы (гумолиты и сапропелиты). Он считал, что отложения высших растений (преимущественно торф) состоят главным образом из двух групп живого вещества растений: лигнино-целлюлозных тканей и устойчивых кутинизированных элементов, а сапропелитовые образования происходят преимущественно из низших растений (планктонные водоросли). Таблица 1 – Генетическая классификация ТГИ по Ю.А. Жемчужникову Группы Гумолиты (происходят из высших растений)

Классы І. Гумиты (лигнинноцеллюлозные + кутиновые элементы или смолы) ІІ. Липтобиолиты (кутиновые элементы, смолы) ІІІ. Собственно сапропелиты

Сапропелиты (происходят из низших растений и животного планк- ІV. Сапроколлиты тона)

Примеры углей Однородные полосчатые (дюреновые, клареновые, фюзено-ксиленовые) Споровый (тасманит); кутикуловый (барзасит); коровый (лопенит) Богхед; марагунит, кеннель; касьянит Матаганит, хахарейский

Все горючие ископаемые, образовавшиеся из высших растений, Ю.А. Жемчужников объединил в общую группу гумолитов, которые разделил на два класса: гумиты, содержащие кроме гуминовых кислот и гуминовых веществ кутиновые элементы и смолы; липтобиолиты, состоящие исключительно из кутиновых элементов и смоляных телец. Объединение гумитов и липтобиолитов в общую группу гумолитов более удачно, чем в классификации Г. Потонье, где они разделены. Ю.А. Жемчужников считал, что в природе могут образоваться как гумиты, так и липтобиолиты из одного и того же типа растений (высшие растения) в зависимости от различных условий, при которых протекает процесс обугливания. Сапропелиты в классификации Ю.А. Жемчужникова разделены на два класса в одной группе: собственно сапропелиты, в которых сохранены формы клеток и целые колонии планктонных водорослей, и сапроколлиты (от греч.

53 colla – клей), в которых отсутствуют форменные элементы и весь уголь представляет собой бесструктурную массу. Существенным недостатком этой классификации является то, что отдельные классы (группы) углей не обособлены по стадиям в зависимости от их термической зрелости. С.Г. Аронов и Л.Л. Нестеренко (1960) создали более обобщенную систематику, основанную на уже рассмотренных генетических классификациях, которая охватывает большое разнообразие встречающихся в природе твёрдых горючих ископаемых [3]. Они учли положительные стороны классификаций Г. Потонье и Ю.А. Жемчужникова и использовали предложенные Г.Л. Стадниковым стадии выражения химической зрелости (таблица 2). Таблица 2 – Классификация стадий химической зрелости по классам углей Классы углей 1 І. Гумиты (преимущест-венно из высших растений)

Стадии химической зрелости торфяная 2

буроугольная

3 Бурые угли: а) землистые б) плотные Торф (блестящие, матовые, полосчатые) в) лигниты ІІ. Липтоа) Фихтеа) Пирописсит биолиты: лит (восковой) а) из восков (восковой) б) Янтарь и смол выс- б) Копалы (смоляной) ших (смолярастений ные) б) из других Фимменит а) Подмосковформенных (пыльценые (споровые) элементов вой) б) Тасманит высших (споровый) растений в) «Бумажный» подмосковный уголь (кутикуловый) г) Барзасский листоватый уголь (кутику-

каменно-угольная

антрацитовая5

4 Каменные угли: а) однородные (блестящие, сажистые) Анб) неоднородные (полу- траблестящие, матовые) циты в) полосчатые а) Рабдописсит (смоляной) б) Ткибульский смоляной уголь в) Конкреции смол в каменных углях а) Кутикулит иркутский б) Липтобиолиты среди кизеловских каменных углей (споровые) в) Кеннели г) Лопинит (коровый)

–

–

54 ловый)

1 ІІІ. Сапропелиты (из низших растений и животного планктона): а) собственно сапропелиты (структурные) б) сапроколлиты (бесструктурные) ІV. Группа особых твёрдых горючих ископаемых

2 а) Сапропель б) Балхашит в) Куронгит

Сапроколлы

3 а) Богхеды б) Торбанит в) Марагунит

Продолжение таблицы 2 4 5 а) Уголь из Люгау б) Кеннели в) Богхеды среди до– нецких углей

г) Касьянит д) Черемхит

–

а) Хахарейский б) Матаганский

–

а) Барзасские угли –

б) Гагаты в) Горючие сланцы

– –

И.И. Аммосов (1964), исходя из представлений о связи между свойствами углей и исходным материалом, условиями накопления, обводненности, диагенезом и метаморфизмом, предложил разделять угли на торфяную, буроугольную и каменноугольную стадии. Каменные угли он подразделяет на девять стадий метаморфизма, антрацит и графит. Главным свойством, характеризующим сформировавшуюся структуру углей, И.И. Аммосов считает отражательную способность витринитов. Представленные классификации не имеют принципиальных различий и используются, в основном, для исследования влияния генезиса угля на его свойства. Список литературы

55 1. Нестеренко Л. Л. Основы химии и физики горючих ископаемых / Л. Л. Нестеренко, Ю. В. Бирюков, В. А. Лебедев. – Киев: Вища школа, 1987. – 359 с.

2. Аронов С. Г. Химия твердых горючих ископаемых / С.Г. Аронов, Л.Л. Нестеренко. – Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1960. – 371 с.

3. Аммосов И.И. Петрология органических веществ в геологии горючих ископаемых / И.И. Аммосов, В.И. Горшков, Н.П. Гречишников и др. – М.: Наука, 1987. – 333 с.

4. Самойлик В.Г. Классификация твёрдых горючих ископаемых и методы их исследований: Монография / В.Г. Самойлик. – Харьков: Водный спектр Джи-Ем-Пи, 2016. – 308 с.

УДК 622.723 СХЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЕНГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СЕПЕРАЦИИ ПРИ ПЕРЕРАБОТКЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Самойлик В. Г., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н, доцент, Онищенко В. В., студентка группы ОПИз-14 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: samoylik@donntu.org Аннотация. Рассмотрены принципиальные схемы использования рентгеноабсорбционного метода разделения полезных ископаемых. Показаны перспективы его использования в народном хозяйстве Ключевые слова: рентгеноабсорбционный метод, сепарация, схема переработки, обогащение, концентрат Abstract. Concepts of using X-ray absorption method for the separation of minerals are considered. The prospects of its use in the national economy are shown.

Keywords: X-ray absorption method, separation, processing scheme, enrichment, concentrate

56 Рентгенорадиометрическая сепарация (РРС) относится к новым экологически чистым и низкозатратным процессам обогащения. Этот метод показал высокую технологическую и экономическую эффективность на различных видах минерального и техногенного сырья [1-4]. Рентгенорадиометрическую сепарацию от прочих обогатительных процессов отличают: - прямое определение массовой доли элементов; - возможность разделения по «наличию» элемента, благодаря высокой чувствительности метода; - возможность разделения по сложным аналитическим параметрам, включающим комбинации содержаний нескольких элементов (в том числе суммы, соотношения). Данные отличительные признаки дают возможность использовать рентгенорадиометрическую сепарацию в следующих принципиальных технологических схемах: - с предварительной концентрацией крупных классов и совместным глубоким обогащением концентрата предварительного обогащения и несортируемого класса (рисунок 1, а); - с разделением крупных классов сырья на технологические типы или сорта, подвергаемые глубокому обогащению по различным технологиям (рисунок 1, б); - с выделением из крупных классов селективных концентратов (рисунок 1, в); - с удалением из крупных классов вредных примесей для повышения сортности концентратов (рисунок 1, г). Число машинных классов, повергаемых рентгенорадиометрической сепарации может быть различным. В случаях вовлечения в переработку нетрадиционных видов сырья и необходимости использования сухих технологий, для обогащения несортируемых классов могут быть применены сухая магнитная и электрическая сепара-

57 ции, избирательное дробление – грохочение, избирательное измельчение – классификация, воздушная сепарация, сепарация по трению и упругости и другие процессы.

Исходное сырьё

а.

Исходное сырьё

Классификация

б.

Классификация

-

+

+

-

РРС

РРС Тип 1

Глубокое обогащение

Концентрат

Отходы

Глубокое

обогащение Глубокое

Концентрат

Отходы

Исходное сырьё

Тип 2

Отходы Концентрат

в.

обогащение

Отходы г.

Концентрат

Классификация -

+

Классификация

РРС 1 Конц. 1

Глубокое

-

РРС 2 Конц. 2 обогащение

+ РРС

РРС 3

Концентрат высшего сорта Концентрат низшего сорта

Концентрат Отходы Концентрат 3 Отходы

Рисунок 1 – Принципиальные схемы использования рентгенорадиометрической сепарации Применение РРС для предварительного удаления пустой породы (рисунок 1, а) (до 50...70 %) способствует: - снижению расходов на транспортирование руды от мест добычи до обогатительной фабрики;

58 - сокращению общих эксплуатационных затрат за счет уменьшения расходов электроэнергии, материалов, реагентов в последующих процессах обогащения; - увеличению выпуска готовой продукции при неизменной производительности передела глубокого обогащения и увеличении содержания компонентов в руде после предварительного обогащения; - увеличению извлечения в последующей технологии и улучшению качества концентратов глубокого обогащения; - возможности реализации новой товарной продукции – щебня от переработки руд, шлаков; - расширению сырьевой базы месторождений за счёт снижения бортовых содержаний полезных компонентов и вовлечения в переработку весьма бедных и забалансовых руд; - уменьшению затрат на хранение отходов, поскольку складирование и хранение кусковых хвостов дешевле хранения измельченных хвостов глубокого обогащения. Одно и двух стадиальные технологические схемы первичного обогащения с минимальным набором технологического оборудования успешно применяются на небольших рудниках, на комплексах по переработке отвалов забалансовых руд, шлаков, то есть в местах, где не требуется перерабатывать большие объемы сортируемого материала. Количество сепараторов, обычно не превышает двух - четырех комплектов. Такие комплексы обладают достаточно большой эффективностью при минимальных затратах на их создание и обслуживание. Применение РРС в схемах с разделением крупных классов сырья на технологические типы или сорта (рисунок 1, б) способствует: - более рациональному построению технологии глубокого обогащения; - увеличению объёмов выпускаемой готовой продукции за счёт повышения извлечений полезных компонентов при раздельном глубоком обогащении типов и сортов руд.

59 Использование схем рентгенорадиометрической сепарации с выделением из крупных классов селективных концентратов (рисунок 1, в) даёт возможность получать крупнокусковой концентрат из хромовых, марганцевых, железных и др. руд, пригодный для плавки. Выделение рентгенорадиометрической сепарацией вредных примесей из крупных классов (рисунок 1, г) способствует повышению стоимости готовой продукции за счёт улучшения сортности и потребительских свойств готовых концентратов. Перечисленные выше возможности рентгенорадиометрической сепарации предопределяют широкие перспективы её промышленного внедрения. В первую очередь – это переработка малых месторождений и месторождений, удалённых от мест глубокого обогащения, на основе использования рудосортировочных комплексов. Кроме того, имеется большой потенциал внедрения РРС для предварительного обогащения руд, получаемых при производительных малоселективных системах отработки, а также бедных и забалансовых руд и неметаллических полезных ископаемых. Особенности РРС, основанные на прямом определении массовой доли элементов, могут способствовать переработке принципиально новых, ранее не обогащавшихся видов сырья. Небольшие габариты рудосортировочных комплексов, сухой метод обогащения дают возможность перемещения технологии РРС под землю с использованием хвостов для закладки выработанных пространств. Список литературы 1. Опыт и практика рентгенорадиометрической сепарации руд / Ю. О. Федоров, И. У. Кацер, О. В. Коренев и др. // Известия вузов. Горный журнал. – 2005. – № 5. – С. 21-37.

2. Пестов В. В. Методические и технологические возможности РРС // Рентгенорадиометрическая сепарация минерального сырья и техногенных отходов. ІІІ Международная научно-техническая конференция. – Екатеринбург, 2007. – С. 79-84.

60 3. Самойлик В. Г. Специальные и комбинированные методы обогащения полезных ископаемых: Учебное пособие – Донецк: ООО «Восточный издательский дом», 2015. – 165 с.

4. Современные технологии и оборудование для радиометрического обогащения урановых руд / А. П. Татарников, Н. И. Асонова, И. Г. Балакина и др. // Горный журнал. – 2007. - № 2. – С. 85-87.

УДК 622.7.01 НОВЫЙ СПИРАЛЬНЫЙ СЕПЕРАТОР ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГОЛЬНОГО ШЛАМА Самойлик В. Г., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ» к.т.н., доцент, Романько М. А., студентка группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДонНТУ». эл. адрес: samoylik@donntu.org Аннотация. Приведены данные о новом спиральном классификаторе для обогащения угольного шлама крупностью 0,1-1 мм. Показана возможность эффективного обогащения при плотностях разделения менее 1500 кг/м3. Ключевые слова: спиральный сепаратор, крупнозернистый шлам, кривые разделения, концентрат, отходы, плотность разделения.

Abstract. The data on the new spiral classifier for the enrichment of coal slime with a particle size of 0,1-1 mm are given. The possibility of effective enrichment at separation densities of less than 1500 kg / m3 is shown.

Keywords: spiral separator, coarse sludge, separation curves, concentrate, waste, separation density. При обогащении каменных углей, используемых при коксовании, основной задачей технологов является получение концентрата с заданной зольностью при минимальной потере горючей массы с отходами. По требованиям потреби-

61 телей зольность товарного продукта не должна превышать 9,5%. Для получения такого низкозольного концентрата на всех стадиях обогащения углей разделение проводится при малых плотностях разделения. При обогащении крупного и мелкого машинного классов достижение плотности разделения в пределах 1400...1600 кг/м3 не вызывает особенных трудностей. И в тяжелосредных сепараторах, и в отсадочных машинах при таких плотностях разделение на концентрат и отходы проходит достаточно эффективно. Трудности возникают при выборе режимов разделения в процессе обогащения крупнозернистого шлама. Широкое применение в угольной промышленности для обогащения шлама крупностью 0,3-1 мм нашли спиральные сепараторы [1]. Однако, граничная плотность эффективного разделения угля в существующих конструкциях спиральных сепараторов находится в пределах от 1600 до 2000 кг/м 3. С целью достижения более низкой границы плотности разделения специалистами компании «Mineral Technologies» была разработана конструкция нового винтового сепаратора для мелкого угля LS3 [2, 3]. Сепаратор LC3 имеет 8 витков, что на один виток больше, чем у существующих спиральных сепараторов, применяемых в отрасли. Но укороченный шаг спирали обеспечивает аналогичную или немного меньшую габаритную высоту. Профиль модели LC3 представляет собой пологую кривую, которая поднимается от центральной оси к наружному краю спирали. Профиль и шаг постоянно меняются на протяжении всех 8 витков в отличие от большинства предлагаемых в данный момент моделей спиральных сепараторов для угля. Это позволяет компенсировать непостоянство динамических свойств шламового потока на его пути вниз по желобу спирали, снижает его турбулентность. Создатели модели стремились обеспечить равномерное распределение скопления частиц различной плотности по поверхности желоба спирали для облегчения процесса разделения. Для проведения исследований эффективности работы сепаратор LC3 был оснащен многосекционным выпускным коробом для продуктов. У основания

62 сепаратора разделители делили исходный поток на несколько узких потоков продуктов. Три потока были приняты как предполагаемый концентрат, и кривые разделения, показанные на рисунке 1, построены по характеристикам этих потоков.

100 Извлечение в концентрат, %

90 80 70 60 50 40

2 3

30 20

1

10 0 1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

Диапазон относительной плотности, г/см3

Рисунок 1 – Кривые разделения спирального сепаратора LC3: 1 – концентрат 1; 2 – суммарный концентрат 1 и 2; 3 – суммарный концентрат 1, 2 и 3 Очень низкая граничная плотность разделения 1200 кг/м3 относится к концентрату 1 с зольностью 7,3 % (кривая 1). Плотность разделения для объединенных концентратов 1 и 2 находится ближе к желаемой – 1400 кг/м 3 (кривая 2). Погрешность разделения Epm при этом составляет 150 кг/м3. При объединении трёх полученных концентратов (кривая 3) плотность разделения увеличивается до 1600 кг/м3. Зольность концентрата также увеличивается до 10 % при погрешности разделения Epm = 130 кг/м3. Опыты проводились при нагрузке 1,7 т/ч (6,8 м3/ч). Данные по выходу и зольности полученных продуктов разделения приведены в таблице 1.

63 Таблица 1 – Данные по выходу и зольности продуктов разделения, полученных в спиральном сепараторе LC3 Наименование продукта Концентрат 1 Концентрат 2 Концентрат 3 Отходы Итого:

Частное Выход, % Зольность, % 20,2 7,3 28,4 9,7 24,4 12,4 27,0 47,6 100,0 20,1

Суммарно Выход, % Зольность, % 20,2 7,3 48,6 8,7 73,0 10,0 100,0 20,1 -

Параллельно проводились испытания на том же исходном материале на существующих моделях спиральных сепараторов. Полученные результаты позволили сделать следующие выводы. На тестовых исходных материалах спиральный сепаратор LC3 в лабораторных условиях легко достиг граничной плотности разделения 1400 кг/м 3 (и ниже) при эффективности, оцениваемой по Epm, равной, а иногда и лучше той, которую продемонстрировали существующие модели спиральных сепараторов. Самая низкая плотность разделения, которая была достигнута на существующих моделях спиральных сепараторов, составила 1550 кг/м 3 при погрешности Epm = 160 кг/м3. Учитывая эти данные, можно считать, что конструкция спирального сепаратора LC3 имеет все возможности для того, чтобы обеспечить граничную плотность разделения в диапазоне от 1400 до 1600 кг/м 3 в промышленных условиях. Плавный режим потока сепаратора LC3 может также способствовать эффективному обогащению тонкого угольного шлама класса 50-150 мкм. Для подтверждения этого предположения требуется проведение дополнительных исследований. Список литературы 1. Анализ способов переработки крупнозернистого шлама / В. Г. Самойлик, М. А. Романько. – Материалы конференции «Современные машины и тех-

64 нологии обогащения полезных ископаемых».– Донецк, ДонНТУ, 26.04.2018. – С. 43-51.

2. Козлов В.А. Разработка нового спирального сепаратора для обогащения угольного шлама при низкой плотности разделения. Часть І. / В.А. Козлов, Е.Н. Чернышова // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2014. – Отдельный выпуск № 7. – С. 122-129.

3. Козлов В.А. Разработка нового спирального сепаратора для обогащения угольного шлама при низкой плотности разделения. Часть ІІ. / В.А. Козлов, Е.Н. Чернышова // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2014. – Отдельный выпуск № 8. – С. 91-98.

УДК 544.064.4 ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО СОРБЕНТА ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД Серафимова Л. И., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент, Кондратенко И. О., студент группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: serafimova.mila@mail.ru Аннотация. В работе описаны этапы получения гранулированных форм инновационного сорбента на основе модифицированного органобентонита. Приведены результаты изучения основных физических (плотность, пористость, дисперсность) и механических (пластичность, прочность) свойств полученного сорбента; показана его высокая сорбционная емкость. Проведены исследования эффективности очистки сточных вод с использованием полученного сорбента. Ключевые слова: сточные воды, сорбционная очистка, сорбент, органобентонит, тяжелые металлы, нефтепродукты.

Abstract. Our paper presents the stages of obtaining granular forms of the innovative sorbent based on modified organobentonite and the results of investigating

65 its physical (density, porosity, dispersity) and mechanical (plasticity, strength) properties. We have also discovered its high sorption capacity. Our study also included an assessment of wastewater treatment effectiveness with this innovative sorbent.

Keywords: wastewater, adsorptive water treatment, sorbent, organobentonite, heavy metals, oil refinery products. Введение. Одной из актуальных проблем современной прикладной экологии является разработка технологий качественной очистки хозяйственно бытовых и промышленных сточных вод [1]. Известно, что сточные воды предприятий содержат нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, множество различных химических соединений, представленных в основном солями аммония, фосфатами, хлоридами, гидрокарбонатами и т. д. [2, 3, 4]. Все эти поллютанты в составе сточных вод поступают в водные объекты, вызывая их комплексное техногенное загрязнение. Особой формой загрязнения бытовых сточных вод являются микроорганизмы, в том числе и патогенные, которые попадают в поверхностные воды. Это обусловливает актуальность совершенствования методов и технологий очистки воды с использованием современных экологичных, высокоэффективных фильтрующих систем на основе природных наноструктурированных и модифицированных сорбентов, позволяющих осуществлять комплексную очистку вод от химических загрязнений с одновременной нейтрализацией микроорганизмов [5]. Материалы и методы. В работе использовали исходный органобентонит и его гранулированные формы; поверхностно-активные вещества (ПАВ): алкапав, септапав, катапав и их иодированные формы; адсорбент на основе органобентонита и иодированного ПАВ; сточные воды предприятия ОАО «Кирсановское ЛПУ». Физические, механические и химические свойства исходного органобентонита и его гранулированных форм (плотность гранул, пористость, дисперсность, пластичность и др.) исследовали методами: рентгенофазовым, рент-

66 генофлуоресцентным, низкотемпературной адсорбции азота, с применением современного оборудования: дифрактометр ДРОН-4, анализатор сорбции газов Quantachrome NOVA 4200e, автоматизированная система АСОД-300. Определение сорбционной емкости гранул проводили с применением модельных растворов K2HAsO4, K2Cr2O7, Fe2(SO4)3, гуматов разных концентраций. Определение органолептических и гидрохимических показателей, содержания анионов и катионов, присутствие фенолов, ПАВ, нефтепродуктов в образцах сточных вод до и после фильтрации с использованием вариантов сорбента происходило по соответствующим аттестованным гостированным методикам. Антимикробную активность оценивали по числу колониеобразующих единиц (КОЕ) бактерий, выросших на чашках Петри с питательной средой при посеве исходных проб воды и их фильтратов. Сравнительный анализ проводили по значениям КОЕ на 1 мл воды. В работе использовали современные методы обработки исходной информации с помощью пакета программ Statistica for Windows 6.0, оценки достоверности по t-критерию Стьюдента и с применением дисперсионного анализа. Статистические результаты считались достоверными при p<0,05. Полученные результаты и их обсуждение. Для получения гранулированных форм сорбента на основе модифицированного органобентонита была предложена технология, состоящая из четырех стадий: приготовление бактерицидного компонента, активация исходного органобентонита, гомогенизация до образования однородной массы, формообразование и рассев по фракциям (от 2 до 0,5 мм). Ранее нами был проведен выбор варианта ПАВ в качестве перспективного компонента сорбента с комплексными свойствами и доказаны преимущества алкапава [6]. Поэтому на первой стадии получения гранулированного сорбента использовали алкавап в иодированной и не иодированной формах в сравнении с вариантами использования 1%-го раствора йода или вантоцила. Активация исходного порошка органобентонита происходила в присутствии раствора NaОН

67 с рН=9...10 на стандартном ленточно-шнековом прессе. На стадии гомогенизации активированная суспензия органобентонита и бактерицидный компонент направлялись в смеситель марки «ТЛ – 020», где хорошо перемешивались в течение (20±5) минут. На стадии формообразования полученной массе придавались требуемые форма и размер. Формообразование проводилось методом экструзии с помощью шнекового гранулятора «ФШ – 015». Технология формования заключалась в продавливании обрабатываемой массы через фильеру с расположенными на ней отверстиями диаметром 0,5 и 2 мм. В работе варьировались условия приготовления гранулированных форм и используемого бактерицидного компонента. Исследования показали, что наиболее оптимальными условиями сушки готовых гранул является температура (85±5) °С. Для всех образцов гранул были изучены их основные физические (плотность, пористость, дисперсность) и механические (пластичность, прочность) свойства органобентонита. Исследования показали, что при добавлении раствора йода и вантоцила к суспензии органобентонита, происходит снижение антимикробных свойств. Кроме того гранулы, где в качестве бактерицидного компонента использовались растворы йода и вантоцила, показывали низкие значения прочности. Следующим этапом работы было исследование кинетики и механизма процессов адсорбции ионов тяжелых металлов на модифицированном органобентоните. Была проведена оценка адсорбционной эффективности полученного сорбента по отношению к ионам кадмия, свинца и меди, включающая определение статической (COE) и динамической (ДОЕ) обменных емкостей, коэффициента межфазного распределения Kd адсорбтива между водной фазой и фазой адсорбента, а также величины степени сорбции S. Эффективность адсорбции ионов тяжелых металлов на полученный сорбент снижалась в ряду Pb2+ > Cd2+ > Cu2+. Это можно объяснить возрастанием стерических и энергетических факторов активности адсорбционных центров сорбента по отношению к ионам тяжелых металлов в данном ряду.

68 Полученные гранулы в качестве сорбента использовали при проведении лабораторных и производственных в отношении очистки модельных растворов и сточных вод предприятия ОАО «Кирсановское ЛПУ». Установлено, что в сточных водах предприятия по 8-ми показателям было превышено значение норматива ПДК, а именно: по нефтепродуктам – в 60 раз, по азоту аммонийному – в 45 раз, по фосфатам – в 40 раз. Для оценки эффективности очистки загрязненных вод в лабораторных условиях проводили фильтрацию всех проб через гранулы сорбентов. Полученные данные позволили сделать заключение, что все исследуемые показатели, особенно ОМЧ, содержание тяжелых металлов, снизились по сравнению с данными для исходных проб. Были проведены исследования эффективности созданного сорбента на основе органобентонита, модифицированного иодированным алкапавом, в системах очистки сточных вод на станции «ЛИССКОН-301». Показано, что происходило снижение концентрации загрязняющих веществ, в том числе нефтепродуктов – на 95 %, общего железа – на 57 %, азотистых соединений – на 55 %, фосфатов – на 52 %, с одновременной полной дезинфекцией воды. Заключение.

Таким

образом,

разработана

технология

получения

комплексного сорбента с дезинфицирующими свойствами для использования его в типовых установках очистки сточных вод в качестве фильтрующей загрузки, эффективно снижающей содержание ионов тяжелых металлов и обеспечивающей полную дезинфекцию воды (ОМЧ = 0). Предложенные рекомендации реализованы на малогабаритных станциях очистки сточных вод «ЛИССКОН-301». Список литературы 1. Онищенко Г.Г. Системный бенчмаркинг канализования, комплексная оценка и обеспечение безопасности водных источников в: 2 т / Г.Г. Онищенко, Ф.В. Кармазинов, В.В. Кириллов [и др.]. 2 Т. – СПб.: Новый журнал, 2012. – 464 с.

69 2. Ветошкин А.Г. Процессы инженерной защиты окружающей среды: Учеб. пособие/А.Г. Ветошкин. –Пенза: Изд-во Пенз. технол. ин-та, 2004. –325 с.

3. Красовский Г.Н. Система критериев комплексной оценки опасности химических веществ, загрязняющих окружающую среду / Г.Н. Красовский, С.Л. Авалиани // Гигиена и санитария. – 1992. – №9-10. – С. 15-17.

4. Собгайда Н.А. Сорбционные материалы для очистки сточных и природных вод от нефтепродуктов / Н.А. Собгайда // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного ун-та. – 2011. – № 52. – С. 120–124.

5. Заматырина В.А. Экологическое обоснование получения и применения биологически активных органобентонитов / В.А. Заматырина, Е.И.Тихомирова [и др.] // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4 – С. 660-683.

6. Заматырина В.А. Сравнение эффективности иодированных и неиодированных ПАВ как перспективных компонентов наноструктурированного сорбента / В.А. Заматырина, Е.И. Тихомирова // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2014. – №05(21) – С. 149 – 152.

УДК 621.928.21 КИНЕТИКА ФРАКЦИОННОГО СОСТАВА ПРИ СТРУЙНОМ ИЗМЕЛЬЧЕНИИ

Серафимова Л. И., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент, Шаманская В. А., студентка группы ОПИ-15, ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: serafimova.mila@mail.ru Аннотация. В работе рассмотрена кинетика гранулометрического состава продукта измельчения с массо– энергетических позиций. Разработано несколько теоретических подходов к изучению кинетики грансостава в одно-

70 кратном акте измельчения осколки любой фракции всегда равномерно распределяются по размерам независимо от подводимой энергии. Ключевые слова: гранулометрический состав, измельчение, кинетика, модель, частица, фракция.

Abstract. The paper considers the kinetics of particle size distribution of the grinding product from energy positions. Developed several the oretical approaches to the study of kinetics in a single act of grinding the fragments of any fraction are always evenly distributed in size, regardiess of energy.

Keywords: Developed several, pape, product, energy positions, kinetics, fragments, distributed. Введение. Порошкообразные материалы применяются во многих отраслях промышленности. Многие свойства порошков в значительной степени зависят от дисперсности. Анализ дисперсного состава является обязательным методом контроля во всех технологических процессах связанных с изготовлением и переработкой порошкообразных материалов [1]. Прогнозирование гранулометрического состава порошков является распространенным методом исследований веществ, материалов и изделий во многих технологических процессах. Гранулометрический состав является критерием, с помощью которого можно определить качество промежуточной и готовой продукции в порошковой технологии, поэтому анализ кинетики фракционного состава является актуальным вопросом при решении проблемы прогнозирования гранулометрического состава продуктов измельчения [2]. Анализ последних достижений. Разработано несколько теоретических подходов к изучению кинетики грансостава в однократном акте измельчения осколки любой фракции всегда равномерно распределяются по размерам независимо от подводимой энергии. Если данное распределение каким-то образом нарушается, то считается, что в одном нагружении происходит несколько элементарных актов измельчения. Энергозависимой считается лишь селективная

71 функция, которая определяется из энергетического закона [3]. Рассмотрена кинетика перехода материала между фракциями смеси в мельнице при имитационном динамическом моделировании измельчения. Использовалась 5-х фракционная модель материала при измельчении. Исходный материал, загружаемый в мельницу, содержит три класса, два класса образуются при измельчении материала в мельнице – контрольный и переизмельчённый. Современные теоретические исследования грансостава базируются на основной гипотезе – о независимом измельчении фракций в смеси и распределении подводимой энергии пропорционально массе фракций. Цель работы – анализ кинетики фракционного состава материала при тонком измельчении с позиций распределения потребляемой энергии по фракциям. Основной материал. При тонком измельчении состав фракции постоянно меняется. На примерах измельчения в разных мельницах т. е. от способа разрушения, однако характер изменения скорости измельчения фракций сохраняется при всех видах измельчения: для крупных по размеру фракций – убывающий, для средних и мелких – знакопеременный. Зная скорости измельчения фракций можно определить матрицу измельчения [3]. На рисунке 1 показано сравнение изменения функций распределения энергии по фракциям, вычисленные по двум разным подходам. Из графика видно, что распределение энергии по фракциям при учете удельной поверхности продукта измельчения происходит неравномерно, т е для фракций меньшего размера необходимо большее количество энергии, что противоречит гипотезе о пропорциональном распределении энергии по массе фракций. Выводы. На примере сверхтонкого измельчения шлака в струйной мельнице рассмотрена кинетика гранулометрического состава продукта измельчения с массо– энергетических позиций. Установлено, что в случае, когда принимается гипотеза о пропорциональном распределении энергии между фракциями продукта, функция распределения энергии между фракциями является постоянной

72 и ее значение не меняется в процессе измельчения. Это противоречит экспериментальным данным, ибо в ходе измельчения массовая доля фракций меняется и энергия, необходимая для их измельчения тоже меняется.

Во втором случае, для моделирования кинетики грансостава дополнительно учитывается удельная поверхность измельченного материала. Получено, что распределение энергии по фракциям изменяется в ходе измельчения и зависит от их выхода. При этом, функция распределения энергии является возрастающей, т.е. чем меньше крупность частиц, тем больше требуется энергии для их измельчения. Однако описанные подходы к анализу фракционного состава материала довольно сложные в реализации и требуют дополнительные экспериментальные данные. Прогнозирование гранулометрического состава на их основе является довольно грубым и реализуется со значительной задержкой по времени. Поэтому необходимо использовать другой подход к контролю процесса изменения фракционного состава материала при измельчении – на основе результатов акустического мониторинга процесса.

73 Список литературы 1. Мизонов В.Е. Некоторые закономерности селективного измельчения // Теоретические основы химической технологии. – 1984. – т. 18, № 3. – С. 410411.

2. Влияние распределения энергии по фракциям сырья на гранулометрический состав измельченного материала / Д.Е. Лебедев, В.Е. Мизонов, С.Ф. Смирнов и др. // Изв. вуз. Химия и химическая технология. – 1999. – № 1. –С.

123-134.

3.Прядко Н.С. Моделирование кинетики тонкого измельчения в помольной камере // Техническая механика. – 2014. – № 2. – С. 93-100.

УДК 622.794 СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К УТИЛИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОБНОЙ БИОКОВЕРСИИ Серафимова Л. И., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., Шаманская В. А., студентка группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: serafimova.mila@mail.ru Аннотация. В процессе экспериментальных исследований биоконверсии авторами был обоснован выбор биоценозов и анаэробных метаногенных ассоциаций, которые наиболее эффективно осуществляют преобразование угольных отходов в биогаз. В результате опытных работ были выбраны следующие культуры: Clostridium themocellum + Methanobacterium thermoformiclum; Ps.aeruginosa + B.megaterium + M. Omelianskii + Ms. Methanica, а также анаэробный консорциум. Ключевые слова: углесодержащие отходы, биотехнологические процессы, биогаз, биоценоз, анаэробные метаногенные ассоциации.

74 Abstract. In the process of experimental studies of bioconversion, the authors substantiated the choice of biocenoses and anaerobic methanogenic associations that most efficiently convert coal waste into biogas. As a result of the experimental work, the following cultures were selected: Clostridium themocellum + Methanobacterium thermoformiclum; Ps.aeruginosa + B.megaterium + M. Omelianskii + Ms. Methanica, as well as an anaerobic consortium Keywords: carbonaceous waste, biotechnological processes, biogas, biocenosis, anaerobic methanogenic associations. Введение. Ликвидация угольных предприятий неразрывно связана с необходимостью хранения и переработки углесодержащих отходов, требующих существенных материальных затрат, и приводит к долговременному негативному влиянию на экологическую систему угледобывающих регионов. Одним из перспективных направлений переработки угольных материалов является использование биотехнологических процессов [1]. В процессе добычи угля происходит спонтанное развитие других форм микрофлоры, приводящее к некоторому химическому и структурному преобразованию.

Интенсифика-

цию таких процессов с целью

биотрансформации

угля можно осуществить путем развития активных по отношению к углю форм микрофлоры. Анаэробный метаногенный консорциум смешанных культур микроорганизмов является наиболее приемлемым «инструментом» для деструкции органического вещества угля. В процессе экспериментальных исследований биоконверсии авторами был обоснован выбор биоценозов и анаэробных метаногенных ассоциаций, которые наиболее эффективно осуществляют преобразование угольных отходов в биогаз [2]. В результате

75 опытных работ были выбраны следующие культуры: Clostridium themocellum + Methanobacterium

thermoformiclum;

Ps.aeruginosa

+

B.megaterium

+

M.

Omelianskii + Ms. Methanica, а также анаэробный консорциум. При утилизации угля марки «антрацит» посредством использования указанных культур и анаэробного консорциума метантенка максимальная концентрация метана достигала 25 %. Предварительная аэробное преобразование угля культурой гриба Asp.niger с дальнейшей метанизацией этими культурами дало возможность поднять выход чистого метана до 65 % при биоконверсии бурого угля. Из литературных источников известно, что анаэробная биоконверсия сложных органических субстратов проходит три этапа: гидролиз, ацидогенез и метанообразование. За каждую стадию отвечает строго определенная группа микроорганизмов.

Группа гидролитических бактерий обеспечивает начальный гидролиз сложных субстратов до низкомолекулярных органических соединений. Следующую группу составляет ацидогенные бактерии (Clostridium, Pseudomonas, Baccilus), продуцирующими уксусную кислоту и водород. 157 Стадия метаногенерации осуществляется непосредственно семейством бактерий Methanobacteriaceae. При недостаточной активности метаногенов-

76 хемолитотрофов и при избытке органического субстрата значительно увеличивается количество ионов водорода, инициируя деятельность ацидогенов. Целесообразность разделения стадий процесса для представителей анаэробного сообщества микроорганизмов была подтверждена результатами анализа экспериментов. После фильтрации через предварительно обработанный раствором едкого натрия антрацит вновь возвращался в первый сосуд. При культивировании бактерий на образцах отходов в течение двадцати суток концентрация метана достигала 35,25 %. В рамках проведения эксперимента было также изучено воздействие химических реагентов на угольный субстрат. Анализ представительной выборки опытов (35 испытаний) показал, что положительные результаты достигаются в случае обработки растворами едкого натра NaOH и температурного гидролиза в растворе едкого калия КОН [2]. Наилучшие результаты были достигнуты при использовании 5% раствора NaOH. Как показала практика, при переходе от малых (опытных) объемов к промышленным масштабам скорость и интенсивность биохимических реакций может претерпевать значительные изменения. В рамках разработки промышленных технологий переработки отходов были проведены натурные эксперименты с использованием принципов моделирования и системного анализа. Указанные исследования были осуществлены для двух групп культур: Ps.aeruginosa + B.megatмerium + M. Omelianskii + +Ms. Methanica и метаногенного консорциума етантенка [3]. Эксперимент производился двумя способами: перманентным путем и с разделением стадий. Второй способ культивирования бактерий был использован для метаногенной ассоциации. Натурные исследования первым способом проводились в специальном «реакторе» объемом 3 м 3; при разделении стадий объем первого «реактора» составил 2 м3 , второго – 3 м3. При этом в случае непрерывного процесса утилизации подвергалось 675 кг антрацита, во втором – 320 кг исходного материала. В технологическом цикле промышленной биопереработки использовался так называемый инокулят с удельным содержанием сырой биомассы 0,04 г/л. Исходная водоугольная смесь была сфор-

77 мирована из следующих компонентов: твердая фаза (уголь) 40 %, жидкая фаза – 60 %, в которой инокулят бактерий (водоугольная суспензии) составлял до 30 %, остальное вода и корректирующие 158 добавки минеральных соединений. Начальная концентрация микроорганизмов при выполнении опытов по технологии второго типа (с разделением стадий) составляла 0,015 г/л. При разделении стадий процесса средняя концентрация метана составила 20 %, производительность по метану 0,204 м3/т в сутки. Результаты опытов по технологии совместного культивирования кислотообразующей и метаногенной микрофлоры характеризуются средней концентрацией метана 12...17% и производительностью по метану 0,138...0,155 м3/т в сутки. Вывод. Из анализа результатов теоретических и экспериментальных исследований следуют два важных практических вывода: а) наиболее перспективным способом переработки угольных отходов в промышленных масштабах является микробная биоконверсия отходов с разделением стадий (раздельным культивированием микрофлоры); б) оптимизация технологии переработки в зависимости от вида углеотходов должна в обязательном порядке производиться методом моделирования на основе выбора наиболее активного биоценоза микроорганизмов. Список литературы 1. Голик В. И., Масленников С. А., Прокопов А. Ю., Базавова О. В. Обеспечение экологической безопасности техногенных отходов // Научное обозрение. – 2014. – № 9. – С. 726–729.

2. Экология микроорганизмов: Учеб. для студ. вузов / А.И. Нетрусов, Е.А. Бонч-Осмоловская, В.М. Горленко и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.

3. Свергузова С.В., Тарасова Г.И. Основы микробиологии и биотехнологии: Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. – Ч.2. – 96с.

УДК 622.7.01

78 ОРГАНИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА СМЕЩЕНИЯ ОПОЛЗНЯ, ПОДРАБОТАННОГО МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД Кустов В. В., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., Мозалевский Д. А., студент группы Шск-15, ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: zviagintseva@donntu.org Аннотация. Рассмотрена проблема обеспечения безопасных условий эксплуатации внутрикарьерного транспорта и горнотехнических сооружений в околооползневой зоне, выполнен анализ результатов инструментальных наблюдений, спрогнозирована величина смещения (надвига) оползня на площадки нижележащих уступов. Ключевые слова: карьер, борт карьера, деформация, оползень, перегрузочный пункт, наблюдательная станция, смещение, устойчивость, сейсмика, рекомендации.

Abstract. The problem of maintenance of safe conditions of operation of intraopen-pit transport and mine technical construction in a circumsliding area is considered, the analysis of results of tool supervisions is executed, the size of displacement a landslip on platforms of underlaying ledges is predicated.

Keywords: open pit, open pit, deformation, landslide, transshipment point, observation station, displacement, stability, seismic, recommendations. Карьер «Доломитный» филиала №14 «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» ЗАО «Внешторгсервис» производит добычу доломитизированных известняков и доломитов для предприятий чёрной металлургии Донбасса и ближайшего зарубежья. Проектная годовая производительность карьера 5500 тыс. тонн металлургического известняка. Фактическая добыча сырья за 2012 г. составила 2300 тыс. тонн. Южный борт карьера отработан до технических границ в 1963...1967гг. На нижних горизонтах этого борта (абсолютные отметки +27м -+90м) организо-

79 ван внутренний автоотвал. В настоящее время на горизонтах +90м, +83м на южном борту карьера расположены два действующих перегрузочных пункта. На этом же борту с 1991 года ведется строительство циклично-поточной технологической линии (ЦПТЛ). Указанные выше перегрузочные пункты будут являться складами готовой продукции ЦПТЛ. Под рыхлыми породами залегают нижнекарбоновые доломитизированные известняки темно-серого цвета, трещиноватые на контакте с глинистыми породами выветрелые, со следами деятельности карста. Угол падения пластов 8...14 градусов. Мощность доломитизированных известняков на участке деформации изменяется от 20 до 0 метров, т.е. они выклиниваются в южном направлении. Скальные породы характеризуются высокими прочностными свойствами. Физико-механические свойства доломитизированных известняков: -

величина временного сопротивления сжатию от 900 до 1100 кг/см2;

-

объемный вес – 2,6 т/м3;

-

пористость средняя 2,6 %;

-

естественная влажность 0,6 %.

80

Рисунок 1 - Деформация № 6 на южном борту карьера «Доломитный» филиала №14 «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» ЗАО «Внешторгсервис»

81 Ниже доломитизированных известняков залегают некондиционные породы. На контакте двух стратиграфических горизонтов залегает брекчия мощностью 0,8...1,0м, состоящая из обломков известняка сцементированных известково-глинистым материалом. По пласту брекчии в отдельных местах наблюдается высачивание подземных вод и следы ожелезнения. Прочность брекчии – существенно меньше, чем известняков. Стратиграфический горизонт С1t а1 сложен преимущественно черными и темно-серыми битуминозными известняками с прослойками углисто-глинистых известковистых сланцев. Для наблюдения за состоянием деформации массива горных пород была произведена закладка наблюдательной станции на южном борту карьера. Реперы наблюдательной станции заложены по линиям, перпендикулярным к простиранию нерабочего борта карьера. Всего было первоначально заложено три профильные линии наблюдательной станции на горизонтах, расположенных ниже оползня. Впоследствии развитие оползня потребовало заложить еще три дополнительные профильные линии и дополнительный опорный репер на восточном борту карьера. Профильная линия состоит из опорного и рабочих реперов. Опорным репером является пункт триангуляции 4-го класса «Комсомольский», расположенный на противоположном северном борту карьера. Рабочие репера заложены по профильным линиям на каждой площадке (берме) уступа борта карьера с таким расчетом, чтобы была обеспечена безопасность наблюдателя, видимость на исходный опорный репер и длительный срок сохранности. По результатам инструментальных измерений были определены высотные отметки реперов и горизонтальных расстояний между реперами профильных линий наблюдательной станции; составлены ведомости вертикальных и горизонтальных реперов профильных линий; построены графики горизонтальных деформаций сжатия и растяжения, величин сдвигов, скоростей смещения репе-

82 ров по направлению их векторов; составлены и пополнены графики смещений (оседаний) и горизонтальных деформаций, скоростей смещения по направлению векторов, плана наблюдательной станции и вертикальных разрезов с уточнением литологии и трещиноватости горных пород, развития трещин, заколов, деформаций откосов, положения горных пород, развития трещин, заколов, деформаций откосов, положения горных работ на периоды закладки станции и наблюдений. На основе результатов инструментальных наблюдений определяют зоны максимальных сжатий, растяжений и сдвигов (которые соответствуют наиболее вероятному формированию поверхности скольжения), вид оползня или других деформаций откоса, степень опасности деформаций и роль внешних воздействий на устойчивость откосов; разрабатывают мероприятия по стабилизации деформаций и защите откосов от развития опасных смещений. Привязка рабочих реперов в горизонтальной плоскости осуществляется полярным способом от пункта триангуляции 4-го класса «Комсомольский» с помощью теодолита Dahlta -010 и светодальномера СТ-5, высотная привязка – тригонометрическим способом. Нивелирование реперов по профильным линиям выполняется тригонометрическим способом, так как участки имеют большие углы наклона. Углы наклона измеряются теодолитом Dahlta -010 при двух положениях вертикального круга. Измерение длин осуществляется с помощью светодальномера СТ-5. В первое время после закладки наблюдательной станции измерения производились один раз в декаду. После 3...4 серий наблюдений и установления скорости смещения прибортового массива периодичность наблюдений изменяется. Если скорость смещения реперов не превышает 1мм/сутки и затухает во времени, наблюдения проводятся 2 раза в год с применением метода фототеодолитной съёмки. Если скорость смещения реперов постоянна и составляет 0,51,0 мм/сут, наблюдения проводятся ежемесячно. При активизации процесса сдвижения наблюдения проводится 1 раз в декаде.

83 В результате наблюдений установлено, что оползневым процессом, начиная с 08.02.99 г., охвачен южный борт карьера (рисунок 2), сформированный на предельном контуре, на участке протяженностью (по фронту) 650...700 м в отметках: (+200) - (+207) м, земная поверхность – (+106) - (+110) м. По центральной части оползневого участка (профильные линии І-І и ІІ-ІІ наблюдательной станции) репера, заложенные в головной части оползня на отметках (+130) (+156) м, с 11.03.99 г. по 12.03.01 г. сместились на 10,17...12,00 м, по восточному флангу (профильная линия ІІІ-ІІІ) – на 4,13м (по состоянию на 12.09.2000 г.), на западном фланге (профильная линия V-V) – на 2,18 м (по состоянию на 12.03.01 г.). По средним реперам профильных линий (под номерами 2) замеры не менее 12 месяцев не производятся, кроме профильной линии VI-VI, из-за их недоступности. Репера заложены на отметках (+112) - (+122) м. По профильной линии VI-VI репер №2 сместился на 2,07м.

84

II

Условные обозначения: II – профильные линии наблюдательных станций; __ __ __ __ - граница оползня на 08.02.99 г.; - прогнозируемая граница распространения «языка» оползня нанижележфщие го нижележащие горизонты.

_____________

Рисунок 2 - Схема расположения деформации №6 на южном борту карьера «Доломитный» филиала №14 «Докучаевский флюсо-доломитный комбинат» ЗАО «Внешторгсервис» В «голове» оползня просадка земной поверхности достигла (по визуальной оценке) 13...18 м, а ширина зоны просадки – 35...40 м. В течение 2004 г. в западной части деформации происходило развитие деформации в юго-западном направлении между геологическими разрезами IVIV, VII-VII. На поверхности в четвертичных отложениях образовался закол, который развивается в западном направлении примерно параллельно лини отрыва участка деформации. Направление закола совпадает с линией простирания нижнекарбоновых отложений. Основные причины возникновения и развития оползня: Наличие в прибортовом массиве пород, сложенного карбонатными отложениями, относительно слабых пропластков, сланцев и маломощного (0,8...1,2 м) прослойка брекчии, падающих в карьер под углом 8...140. Резкое снижение прочности на сдвиг у глинисто-карбонатного материала брекчии, поропластов которого «подрезан» горными работами. Наличие в верхней части прибортового массива пород относительно мощной толщи песчано-глинистых отложений, содержащей малодебитный водоносный горизонт типа «верховодка», областью питания которого являются аккумулируемые отвалом воды атмосферных осадков.

85 Конструкция и предельная граница отработки продуктивной толщи приняты без учета геологических особенностей прибортового массива пород. Систематическое, в течение 30...35 лет, сейсмовоздействие массовых взрывов в карьере на прибортовый массив пород. Общая тенденция развития оползня связана со степенью влажности глинисто-карбонатного материала брекчии. Прогрессирующее нарастание скоростей смещения и их большие величины наблюдались в зимние и ранневесенние периоды, когда воды атмосферных осадков и талые воды интенсивно поступают в прибортовой массив. Затухание скорости смещения и установление их постоянных величин (до 10 мм/сут.) прослеживается в летне-осенние периоды (малое количество осадков, высокая температура и повышенная аэрация). Прогнозная оценка величины смещения (надвига) «языка» оползня на нижние горизонты южного борта выполнена на основе результатов аналитических расчетов, при выполнении которых использованы данные инструментальных наблюдений за смещениями реперов наблюдательной станции (см. табл.1). Таблица 1 - Результаты прогнозных расчетов, по определению величины «языка» (надвига) оползня на нижележащих горизонтальных площадках Горизонт, м Высота борта, м

Геологический разрез Верх

Низ

IV-IV

165

118

47

-«V-V -«VII-VII -«VIII-VIII -«-

165 170 170 200 200 182 182

92 113.5 90.6 98 90 132 102

73 56.5 79.4 102 110 50 80

Горизонт, м/ длина «языка» оползня, м1)

Устойчивость борта при сходе «языка» оползня на нижележащие площадки Коэф. Борт в запаса отметках, м устойчив .2)

(+98)/ (+165)-(+98) 11.65 (+88)/7.5 (+165)-(+88) (+97)/7.5 (+170)-(+97) (+90.6)/2.6 (+170)-(+90.6) (+98)/18.6 (+200)-(+98) (+90)/12.5 (+200)-(+90) (+18)/10.8 (+182)-(+118) (+90.7)/4.4 (+182)-(90.7)

1.34 1.37 1.05 1.18 1.01 1.22 1.02 1.37

86 Примечание: 1)

В колонке 5 приведены прогнозируемые (расчетные) значения «языка»

оползня на нижележащих площадках при его стабилизации (прекращении смещения оползневых масс) 2)

В колонке 7 приведены расчетные значения коэффициента запаса борта

карьера при сходе «языка» оползня на нижележащие площадки Из результатов маркшейдерских наблюдений за состоянием оползня и прогнозных расчетов следует: 1. За период с 12.09.2000 г. по 15.03.2005 г. смещения оползневых масс не прекратились, средняя скорость их смещения по восточной и центральной частям оползня (профильные линии I-I, II-II, V-V) составляют 5-10 мм/сут., а по восточной (профильная линия IV-IV) – 1-3 мм/сут.

2. Смещения оползневых масс будут продолжаться и в последующий период – до схода «языка» оползня на нижележащие площадки и формирования из «языка» оползня упорной призмы. Скорость смещения оползневых масс в последующий период без результатов специальных экспериментальных работ прогнозировать не возможно.

3. При сходе оползня на площадки, расположенных ниже подрезанного горными работами пропластка брекчии, его «язык» перекроет их на 7,5...18,6 м, что создаст дополнительные нагрузки на нижележащие уступы, которые в настоящее время не деформируют (об этом свидетельствует неподвижность нижних (под № 3 и 4) реперов профильных линий наблюдательной станции).

4. По западному флангу (расчетные разрезы IV-IV и V-V) оползневые деформации прекратятся при сходе «языка» оползня на площадку гор. (+91) - (+97) м, на которой расположен внутрикарьерный железнодорожный путь. Такое развитие оползня может вывести из эксплуатации железнодорожный путь.

5. Под центральной и восточной частями оползня (участок расчетных разрезов VII-VII и VIII-VIII) расположен внутрикарьерный перегрузочный склад

87 №3 и проектируется строительство двух перегрузочных пунктов ЦПТЛ. На этом участке первоначально язык оползня перекроет до 18,6 м (на 45...50%) площадку разгрузки автотранспорта в склад№3 гор. (+99,2)-(+100,7) м.

6. Нагрузка от «языка» оползня на разгрузочную площадку склада №3 обусловит разрушение уступа (склада). Оползень стабилизируется при надвиге его «языка» на площадку гор. (+89) - (+90) м., т.е. разгрузочную площадку склада №2. На основании проведенных исследований предлагаются следующие выводы и рекомендации: 1. С целью обеспечения безопасных условий эксплуатации участка магистральной внутрикарьерной железной дороги на южном борту карьера рекомендуется перенести его на 8...10 м ниже от существующего положения в северном направлении.

2. В связи с непрогнозируемостью времени схода оползневых масс на разгрузочную площадку автотранспорта склада №3, относительно небольшими скоростями смещения оползня, рекомендуется отсыпать заградительный вал из скальных пород. При увеличении скорости смещения оползневых масс до 20...25 мм/сут., увеличение интенсивности камнепада на разгрузочную площадку №3, т.е. при активизации оползневого процесса, эксплуатацию склада необходимо приостановить.

3. Перегрузочные пункты ЦПТЛ не рекомендуется строить на разгрузочной площадке автотранспорта внутрикарьерного перегрузочного склада №3, в связи с тем, что на эту площадку произойдет надвиг «языка» оползня (рисунок 2). Рекомендуется изменить трассу карьерной ленты, разместив перегрузочные пункты на площадке гор. +90 м.

4. Корпус дробления размещается вне зоны развившегося оползня (деформация №6). Следует обратить внимание на то, что горные работы будут развиваться в восточном направлении. В связи с неблагоприятными геологическими и инженерно-геологическими условиями по южному контуру ВосточноКомсомольского участка №2, необходимо выполнить геомеханическое обосно-

88 вание параметров южного борта карьера и его конструктивных элементов на предельном контуре. Это предотвратит развитие нарушений устойчивости борта и обеспечит безопасное условие ведения горных пород в карьере и эксплуатации строящегося ЦПТЛ. Список литературы 1. Астафьев Ю.П., Попов Р.В., Николашин Ю.М. Управление состоянием массива горных пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. - Киев: Вища школа, 1991.

2. Попов В.Н., Байков Б.Н. Технологии отстройки бортов карьеров. - М.: Недра, 1992.

3. Малошицкий Ю.Н. К вопросу об устойчивости бортов карьеров. - М.: Недра, 1982.

4. Паспорт деформации №6 Доломитного карьера ДГФДК. - Докучаевск, 1999.

5. Проект наблюдательной станции на Доломитном карьере ДГФДК. - Докучаевск, 1999.

УДК 622.7.016 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АППАРАТОВ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ Науменко В. Г., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., Переверзева В. В, студентка группы ОПИ-14 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: andiline.mail@gmail.com Аннотация. Проведен анализ существующих методов обогащения крупнозернистого угольного шлама. Отмечены их достоинства и недостатки. Реко-

89 мендовано применение гидросайзеров для переработки крупнозернистого шлама. Ключевые слова: ископаемые, сепарация, уголь, классификация, эффективность, винтовой сепаратор, гидросайзер, крупнозернистый шлам.

Abstract. The analysis of the existing methods of enrichment of coarsegrained coal slurry. Their advantages and disadvantages are noted. Recommended usage of hydrosizer for processing of coarse sludge.

Keywords: minerals, separation, enriching, coal, classification, efficiency, screw separator, hydrosizer, coarse sludge. За последние годы требования рынка и методы добычи угля изменились. Сегодняшний рынок требует уголь лучшего качества, с меньшим содержанием золы, влаги и серы. На протяжении многих лет традиционный метод обогащения мелкого угля заключался в использовании спиральных (винтовых) сепараторов совместно с пенной флотацией, но этот метод обычно производил продукты с высоким содержанием золы и влаги. Стоимость строительства флотационной линии с большим фильтрационным цехом для обезвоживания мокрого концентрата очень высока. Более того, из-за необходимого использования реагентов и больших затрат на электроэнергию, эксплуатационные затраты флотации достаточно значительны. С целью снижения капитальных и эксплуатационных затрат флотации, используют винтовые сепараторы и агрегаты типа гидросайзер, который вместе с гидроциклонами, вибрационным дуговым ситом и центрифугой, дает возможность эффективно получить выход низкозольного и сухого угольного концентрата. Гидросайзер (рисунок 1) используется для обогащения мелкого угля размером 0,15 мм – 3 мм из шахт, отвалов, терриконов; обогащения мелкого угля размером 0,15 мм – 5 мм (в две стадии); разделения песков крупностью менее 5 мм; удаления пиритов из угля крупностью менее 2 мм; удаления лигнита (тор-

90 фа) из песка; удаления тяжелых примесей из песка; обогащения руд, включая олово, свинец, цинк и другие. В настоящее время, гидросайзер широко используется при обогащении шламов от 100 микрон до 1 мм. Если класс шире, допустим от 100 микрон до 3 мм, необходимо просто установить два гидросайзера: первый для класса 1 - 3 мм, и второй для класса 1 мм - 100 микрон. На самом деле, гидросайзеры успешно работают с углем крупности до 5мм.

Рисунок 1 – Гидросайзер

Гидросайзер представляет собой сепаратор с принудительным осаждением, состоящий из цилиндрической камеры для стока воды с параллельными стенками. В установке используется восходящий поток воды, создающий взвешенный слой в емкости. Восходящий поток воды вводится под постоянным давлением и заданной скорости потока в камеру давления, откуда он равномерно распределяется в основание гидросайзера через распределительную пластину. Восходящий поток воды подается отдельным насосом из бака с постоянной подпиткой воды. Для достижения требуемого значения скорости восходящего

91 потока при запуске установки предусмотрена система клапанов регулировки потока вместе с расходомерами. Через верхнюю часть в гидросепаратор непрерывно загружается исходный уголь в виде пульпы, с содержанием 40...60 % твердой фазы по массе. Оптимальное содержание твердой фракции - 600 г/л (50 %) - достигается за счет обработки исходного материала в гидроциклоне. По мере попадания частиц в восходящий поток воды происходит их разделение. Твердая фаза в гидросайзере разделяется таким образом, что более крупные (или тяжелые) частицы концентрируются в нижней части сепаратора, а тонкодисперсные (легкие) частицы - в верхней части. Таким образом, взвешенный слой образуется на подложке из тяжелых фракций, которая поддерживает слой более легкой фракции - угля. Вновь поданные порции исходного материала вытесняют мелкую и легкую фракции угля через слив гидросепаратора в сливной желоб. Плотность взвешенного слоя поддерживается регулируемым сбросом избытка материала через разгрузочные клапана гидросепаратора. Крупные (тяжелые) частицы удаляются через клапана, которые управляются системой автоматического регулирования. Для бесперебойной работы гидросепаратора необходимо поддерживать постоянную подачу восходящего потока воды при постоянном давлении. Достоинства гидросайзеров: относительная простота устройства, возможность обогащения углей по низкой плотности разделения менее 1500 кг/м3; возможность автоматического регулирования плотности разделения; относительно высокая удельная производительность. Недостатки гидросайзеров: низкая эффективность обогащения углей трудной обогатимости; потребность в чистой оборотной воде для обеспечения процесса обогащения; узкий класс крупности частиц эффективно обогащаемых в одном аппарате. Погрешность Еpm работы гидросайзеров составляет 70-150 кг/м 3 при плотностях разделения 1350...2000 кг/м3.

92 Винтовые сепараторы представляют особую разновидность аппаратов, работающих по принципу разделения материала в безнапорном наклонном потоке малой глубины. На винтовых сепараторах можно обогащать угольный шлам крупностью 0,074 — 3,0 мм, при содержании твёрдого в пульпе 370...440 г/л и нагрузке по твёрдому 2...2,5 т/ч. В зависимости от зольности, крупности и ширины классификации и ряда других факторов происходит снижение зольности продукта, который направляется в концентрат, на 7...15 %. В породу идёт до 15% продукта от выходного питания. Зольность концентрата 8...11 % при зольности выходного питания 17...24 %. Наиболее эффективно на винтовых сепараторах обогащается материал крупностью 0,1-1,5 мм. Значительно хуже происходит обогащение зёрен крупностью 0,1-0,074 мм. Винтовой сепаратор, как и большинство аппаратов, где происходит разделение материала по плотности в водной среде, чувствителен к ширине классификации по крупности зёрен питания и намного лучше работает на узко классифицированном материале, что и предусматривается при проектировании. В винтовых сепараторах (рисунок 2) имеется неподвижный наклонный гладкий желоб, выполненный в виде спирали с вертикальной осью. Пульпа загружается в верхнюю часть желоба и под действием силы тяжести стекает вниз в виде тонкого, разной глубины по сечению желоба потока. При движении в потоке кроме обычных гравитационных и гидродинамических сил, действующих на зёрна, развиваются центробежные силы. Тяжёлые минералы концентрируются у внутренней границы желоба, а лёгкие — у внешней. Желоб винтовых сепараторов в поперечном срезе представляет собой 1/4 окружности или вытянутого эллипса. На конце желоба находится разделяющие ножи, которые делят поток на две части, содержащие разные продукты. Внешний вид винтового сепаратора приведён на рисунке.

93

Рисунок 2 – Винтовой сепаратор Достоинства винтовых сепараторов: низкие капитальные и эксплуатационные затраты; простота устройства; отсутствие движущихся деталей и привода; возможно колебание содержания твёрдого в питании (250...450 кг/м 3); малая занимаемая площадь;при обогащении руд редких металлов винтовые сепараторы можно устанавливать вместо концентрационных столов в основных операциях при крупности материала мельче 2 мм. Недостатки винтовых сепараторов: ограниченный диапазон плотности разделения 1550...2000 кг/м3; низкая эффективность обогащения частиц крупностью менее 0,15 мм; относительно невысокая удельная производительность на единицу занимаемой площади по питанию - до 9 т/ч на одну трёхзаходную спираль. Погрешность разделения Еpm = 100...250 кг/м3. Преимущества гидросайзеров перед винтовыми сепараторами Гидросайзеры более эффективны в работе, что позволяет получать концентрат с низкой зольностью, в тоже время получать отходы с высокой зольностью, то есть меньшие потери угля. В гидросайзерах можно изменять плотность разделения от 1,40 до 2,00. Более низкие значения Ep по сравнению с другими процессами разделения. Продукты с более низким содержанием золы по сравнению со спиральными сепараторами.

94 Полностью автоматизированные и настраиваемые элементы управления позволяют оператору регулировать зольность концентрата/отходов. Требует меньше внимания оператора, особенно хозяйственных работ. Спиральные сепараторы плохо справляются с колебанием в режимах загрузки, тогда как гидросайзер отлично работает в пределах 0...100% номинальной производительности. У гидросайзера нет сложной распределительной системы подачи материала, которая подвержена закупориванию и требует постоянного внимания. Срок службы гидросайзера в среднем 20 лет, тогда как спиральные сепараторы требуют замены уже через 3...5 лет. Техническое обслуживание гидросайзера может производиться с использованием стандартных технологий технического обслуживания, а для спиральных сепараторов требуется специалист по пластику и стеклопластику. Гидросайзер – компактен и требует меньше площади на тонну обрабатываемого материала в отличие от спиральных установок. У гидросайзера меньше капитальные затраты и стоимость эксплуатации. Благодаря лучшей, чем у спиральных (винтовых) и других сепараторов, эффективности обогащения мелкого угля, гидросайзеры были установлены на многих обогатительных фабриках разных стран мира. Это служит дополнительным доказательством успешного использования гидросайзеров. Таким образом, можно сделать вывод, что гидросайзеры более эффективны в работе, что позволяет получать концентрат с низкой зольностью, в тоже время получать отходы с высокой зольностью, то есть меньшие потери угля. В гидросайзерах можно изменять плотность разделения от 1,40 до 2,00. Более низкие значения Ep по сравнению с другими процессами разделения. Продукты с более низким содержанием золы по сравнению со спиральными сепараторами. Полностью автоматизированные и настраиваемые элементы управления позволяют оператору регулировать зольность концентрата/отходов. Требует меньше внимания оператора, особенно хозяйственных работ. Спиральные сепараторы плохо справляются с колебанием в режимах загрузки, тогда как гидро-

95 сайзер отлично работает в пределах 0...100% номинальной производительности. У гидросайзера нет сложной распределительной системы подачи материала, которая подвержена закупориванию и требует постоянного внимания. Техническое обслуживание гидросайзера может производиться с использованием стандартных технологий технического обслуживания, а для спиральных сепараторов требуется специалист по пластику и стеклопластику. Гидросайзер компактен и требует меньше площади на тонну обрабатываемого материала в отличие от спиральных установок. У гидросайзера меньше капитальные затраты и стоимость эксплуатации. Список литературы 1. Папушин Ю. Л. Обогащение на винтовых сепараторах. Сборник трудов кафедры ДонНТУ, Донецк, 2002.

2. Глембоцкая Т. В. Возникновение и развитие гравитационных методов обогащения полезных ископаемых. – Москва: Наука, 1991. — 245 с.

3. Пилов П.И. Гравитационная сепарация полезных ископаемых: Учебное пособие. – Днепропетровск: Национальный горный университет, 2010. – 127 с.

4. Шохин В. Н., Лопатин А. Г. Гравитационные методы обогащения: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1980. — 400 с.

5. Справочник по обогащению углей / Под ред. И. С. Благова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1984. – 614 с.

6. Гидросайзер: Рекламный проспект. – Лондон: Компания Mineral Engineering.

7. Полулях А. Д. Энергетическая интерпретация гравитационных разделительных процессов зернистых сред при обогащении полезных ископаемых. / А.Д. Полулях, и др. – Луганск. – 2006. - 144 с.

АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ

96

Науменко В. Г., доцент каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., Рекунова М. Н., студентка группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: andiline.mail@gmail.com Аннотация. Проведен анализ технологий обезвоживания отходов флотации угольного шлама. Изучено влияние флокулянта на технологические показатели обезвоживания продуктов флотации. Ключевые слова: флотация, угольный шлам, реагент, расход, концентрат, отходы, крупность Abstract. Researches on coal slimes flotation are conducted. The influence of reagents on technological measures of separation products was studied.

Keywords: flotation, coal slimes, reagent, concentrate, tailings, size Исследования, проводившиеся различными учеными в течение многих лет, позволили установить, что отходы флотации угольных шламов содержат значительное количество глинистых минералов и коллоидальных частиц. В связи с этим этот продукт представляет наибольшую трудность с точки зрения удаления влаги из него и доведения до транспортабельного состояния из всех продуктов, полученных при работе технологической схемы обогащения. Обезвоживание отходов флотации до влажности, находящейся в пределах 26...28%, позволяет замыкать водно-шламовую систему предприятия, исключать сбросы воды в наружные отстойники и хвостохранилища. Это особенно важно из условий охраны окружающей среды. Для разработки рациональных вариантов технологии обезвоживания отходов флотации приняты к рассмотрению два варианта. Первый вариант предполагает сгущение камерного продукта флотации в цилиндро-конических сгустителях С-10 и дальнейшее обезвоживание сгущенного продукта этих аппаратов в фильтр-прессах. В этом случае оборотная вода в количестве 1400 м 3/ч будет содержать около 40 г/дм3 твердой фазы.

97 В качестве второго варианта рассмотрено обезвоживание сгущенного продукта сгустителей С-10 с использованием осадительно-фильтрующих центрифуг типа НОГШ-1350ф. При этом для повышения эффективности осветления оборотной воды углеобогатительной фабрики к питанию центрифуг добавляется флокулянт, т.е. реализуется центробежно-флокуляционный метод обезвоживания. Удельный расход флокулянта составляет 120 г/т. Расчеты свидетельствуют о том, что при внедрении второго варианта количество оборотной воды предприятия составит 1200 м 3/ч с содержанием твердого 45 г/дм3. Технико-экономическое сравнение вариантов свидетельствует о том, что центробежно-флокуляционный метод может конкурировать с более дорогим вариантом технологии обезвоживания отходов флотации с применением фильтр-прессов. Список литературы 1. Назимко Е.И., Звягинцева Н.А., Науменко В.Г. Исследование факторов, влияющих на технологию обогащения коксующихся углей // «Збагачення корисних копалин»: Наук.-техн. зб. Дніпропетровськ – 2010 р. – Вип. 43(84).

2. Мацак А.Ф. Опыт применения центрифуг разработки ООО «НТЦ «ЭУОМАШ» при обезвоживании продуктов обогащения / А.Ф. Мацак, А.Г. Трошин // Збагачення корисних копалин: Наук.-техн. зб. – Дніпропетровськ. – 2008. – вип. 33(74). – С. 124-128.

3. Благов И.С. и др. Оборотное водоснабжение углеобогатительных фабрик. – М.: Недра, 1980. – 216 с.

4. Уваров И.И. Анализ техники и технологии обезвоживания тонкодисперсных угольных шламов // Збагачення корисних копалин. Днiпропетровськ. – 2003. – Вип. 17 (58). – С. 101-103.

5. Гарковенко Е.Е. Моделирование процесса вакуумного фильтрования угольных шламов // Горный информационно-аналитический бюллетень. Москва. – 2004. - №1. – С. 317-319.

98 ПРИМЕНЕНИЕ РАЗДЕЛЬНОЙ СХЕМЫ ОБОГАЩЕНИЯ ШЛАМОВ НА ЦОФ КИЕВСКАЯ Науменко В. Г., доцент, к.т.н., ГОУВПО «ДОННТУ», Рекунова О. Н., студентка группы ОПИ-15 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: andiline.mail@gmail.com Аннотация. Проведены исследования по флотации угольного шлама. Рассмотрено влияние латексного реагента на технологические показатели продуктов разделения. Ключевые слова: флотация, угольный шлам, реагент, собиратель, вспениватель, расход, концентрат, отходы, крупность Abstract. Researches on coal slimes flotation are conducted. The influence of reagents on technological measures of separation products was studied.

Keywords: flotation, coal slimes, reagent, collector, frother, expense, concentrate, tailings, size Проблема переработки шлама в последние годы является одной из наиболее актуальных. Обычно в практике обогащения углей шламом называется продукт крупностью не более 1 мм, полученный в результате мокрого обогащения углей. Как показывают исследования и практика работы углеобогатительных фабрик, граничная крупность шламов, позволяющая их эффективно обогащать равна 0,5 мм. Целью данной работы является рассмотрение схемы обогащения шлама в условиях ЦОФ «Киевская». Исследованиями вещественного состава различных классов крупности шламов, образовавшихся при обогащении углей, определено, что угольные компоненты практически не образуют частиц крупностью менее 5 и даже 10 мкм. Основная масса компонентов, представленных глинами, сосредоточена в наиболее тонкой части твердой фазы – размером менее 5-10 мкм. Шламы ЦОФ “Киевская” характеризуются гранулометрическим составом, приведенным в таблице 1.

99

Таблица 1. Гранулометрический состав шламов ЦОФ “Киевская” Класс, мм ɣ, %

0,3-0,5

0,2-0,3

0,1-0,2

0,075-0,1

0-0,075

0-0,5

14,7

20,8

10,5

15,1

38,9

100

Согласно проведенному анализу в питании флотации содержится практически поровну частиц крупностью более 0,1 мм и менее 0,1 мм. Зольность частиц > 0,1 мм составляет около 17%. Зольность частиц < 0,1 мм составляет 2324,5%. Из этого следует, что тонкая фракция содержит незначительное количество глин, озоляющих материал. Анализ распределения выхода материала по крупности позволяет сделать вывод о возможности раздельного обогащения классов 0,1-0,5 и 0-0,1 мм. По данным исследований наилучшей флотируемостью обладают частицы угля крупностью - 0,2 мм, поэтому предусматривается селективная флокуляция латексом тонких угольных частиц, поступающих на флотацию. Наиболее перспективным является применение в качестве селективных флокулянтов синтетических бутадиен-стирольных латексов. В этом случае обеспечивается избирательная флокуляция угольных частиц в микрофлокулы, способствующая увеличению выхода флотоконцентрата, появлению селективности и скорости процесса флотации. По данным исследований условиями эффективной работы латексного реагента является: рН воды не ниже 7, зольности исходного угля не выше 25...30 %. Данные параметры на ЦОФ “Киевская” находятся в указанных пределах. Рациональный расход латексного флокулянта для различных условий эксплуатации составляет 50...150 г/т угля. Результаты испытаний показали, что применение латексного флокулянта позволяет: – Увеличить выход флотоконцентрата на 1,18...3,58 %; – Увеличить зольность флотоотходов на 5...10 %;

100 – Увеличить скорость флотации на 15...20 %; – Снизить расход реагента собирателя на 20...25 % по сравнению со штатным. Однако при этом незначительно повышается зольность концентрата. В последнее время распространяется опыт использования винтовых сепараторов для обогащения шламов. По данным исследований и практики в винтовых сепараторах можно обогащать угольные шламы крупностью 0,074-3,0 мм, при содержании твердого в пульпе 370-440 г/п и нагрузке по твердому 2...7,5 т/ч. В зависимости от характеристики угля происходит снижение зольности продукта, направляемого в концентрат на 7...15 %. В породу поступает до 15 % продукта от исходного питания. Зольность породы составляет 73...77 %, зольность концентрата 8...11 %, при зольности исходного питания 17...24 %. Из практического опыта известно, что на винтовых сепараторах наиболее эффективно обогащается материал крупностью 0,1 – 1,5 мм. На основании анализа современных направлений совершенствования процессов обогащения рекомендована следующая технологическая схема переработки шламов для условий ЦОФ Киевская: – классификация всех подрешетных вод в гидроциклонах ГЦ-1000; – двухстадиальное обезвоживание крупнозернистого шлама с последующей термической сушкой; – классификация слива гидроциклонов в циклонах ГЦ- 250 на классы крупности 0 – 0,15 мм и 0,15 – 0,5 мм; – флотация тонкой фракции с применением латексного флокулянта; – обогащение зернистой фракции 0,15 – 0,5 мм в винтовых сепараторах. Реализация рассмотренной технологической схемы позволяет значительно снизить расход (до 25%) реагентов на флотацию, сократить фронт флотации, увеличить выход концентрата при достаточно высоком качестве. Список литературы

101 1. Назимко Е. И., Звягинцева Н. А., Науменко В. Г. Исследование факторов, влияющих на технологию обогащения коксующихся углей // «Збагачення корисних копалин»: Наук.-техн. зб. Дніпропетровськ – 2010 р. – Вип. 43(84).

2. Назимко Е. И., Друц И. Н., Серафимова Л. И., Звягинцева Н. А. Исследование флотации коксующихся углей // «Збагачення корисних копалин»: Наук.-техн. зб. Дніпропетровськ – 2006 р. – Вип. 25(66) - 26(67).

3. Сергєєв П. В., Білецький В.С. Селективна флокуляція вугільних шламів органічними реагентами: Монографія. — Донецьк: Східний видавничий дім, Донецьке відділення НТШ, «Редакція гірничої енциклопедії», 2010. — 240 с.

4. Промышленная апробация технологии селективной флокуляции углей латексом / А. Т. Елишевич, П. В. Сергеев, В. С. Белецкий, И. Н. Никитин // Кокс и химия. — М., 1991. — № 11. — С. 10–11.

5. Селективная флокуляция углей латексами как способ интенсификации процесса флотации / П. В. Сергеев, В. И. Залевский, В. С. Белецкий, А. Т. Елишевич, Н. И. Мельник // Переработка мелкодисперсных углей и углесодержащих материалов / ЦБНТИ Минугля Украины. — Донецк, 1993. — С.12–15.

УДК 622.7.01 ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛОТАЦИИ УГОЛЬНОГО ШЛАМА МАРКИ К Звягинцева Н. А., ст. преп. каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», Олейникова Е. В., студентка группы ОПИ-14, ГОУВПО «ДОННТУ», Гапонов Н. А., студент группы ОПИ-14, ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: zviagintseva@donntu.org Аннотация. Проведены исследования по флотации угольного шлама марки К. Изучено влияние реагентов на технологические показатели продуктов разделения.

102 Ключевые слова: флотация, угольный шлам, реагент, собиратель, вспениватель, расход, концентрат, отходы, крупность.

Abstract. Researches on coal slimes flotation are conducted. The influence of reagents on technological measures of separation products was studied.

Keywords: flotation, coal slimes, reagent, collector, frother, expense, concentrate, tailings, size. Процесс флотации зависит от многих факторов, влияние которых различно для разных минералов [1, 2]. Для каждого конкретного материала они должны быть подобраны и отрегулированы [3]. В лаборатории кафедры «Обогащение полезных ископаемых» ДОННТУ были выполнены эксперименты по флотации угля для определения оптимальных показателей. Опыты проводилась в лабораторной флотомашине типа ФЛ-1 при следующих условиях: - исследовался угольный шлам марки К; - в качестве реагентов применялись дизельное топливо (собиратель) и оксаль Т-92 (вспениватель); - рН среды 5,5; - температуры воды 160С. Была проведена серия опытов с различными расходами реагентов для определения флотируемости частиц разной крупности и их распределение в продуктах флотации. Результаты исследований приведены в таблице 1. Результаты опытов показывают, что основную часть в концентрате составляют частицы крупностью 0,125 - 0,5 мм независимо от расхода реагентов. Флотируемость тонких шламов класса от 0 до 0,125 мм зависит, в большей степени, от количества вспенивателя. При малом расходе Т-92 (100 г/т) зольность отходов составила 23,1 %, т.е. флотируемые частицы уходят с хвостами.

103 Для улучшения эффективности флотации необходимо подбирать оптимальные сочетания реагентов и их расходы, а также выполнять классификацию исходного питания, поступающего в процесс.

Таблица 1 - Показатели продуктов флотации угольного шлама Расход реагента, т/ч Общее время флотации, мин Продукт

Концентрат

дизтопливо Т-92 3,2 Крупность частиц, мм >1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого

Хвосты

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого Всего Расход реагента, т/ч Общее время флотации, мин

дизтопливо Т-92

Продукт

700 200 Выход, % 2,33 7,16 33,31 20,65 17,81 2,95 84,2 1,69 2,06 5,10 3,17 3,17 0,61 15,8 100,0

Зольность, % 13,1 4,2 4,7 6,3 8,9 11,3 6,4 77,9 64,1 55,8 61,6 63,1 21,2 60,6 15,0 1400 200

2,3 Крупность частиц, мм

Выход, %

Зольность, %

104

Концентрат

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

1,94 6,89 42,93 21,87 9,31 1,76 84,71 1,52 1,62 4,48 4,82 2,72 0,14 15,29 100,0

Итого

Хвосты

Итого Всего Расход реагента, т/ч

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063 дизтопливо Т-92

Общее время флотации, мин Продукт

Концентрат

9,8 4,4 5,7 7,3 9,8 12,1 6,7 76,3 63,1 54,9 49,8 54,2 47,9 56,1 14,3

2200 200 Продолжение таблицы 1

3,5 Крупность частиц, мм >1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого

Хвосты

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого Всего Расход реагента, т/ч Общее время флотации, мин

дизтопливо Т-92

Выход, % 0,96 5,27 28,79 29,88 8,56 1,19 74,65 2,57 4,82 7,49 4,06 4,69 1,72 25,35 100,0

Зольность, % 6,2 3,0 4,0 6,3 8,1 12,8 5,5 55,2 39,1 45,1 46,8 41,4 40,3 44,2 15,3 1400 100

4

105 Продукт

Концентрат

Крупность частиц, мм >1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого

Хвосты

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого Всего Расход реагента, т/ч Общее время флотации, мин

дизтопливо Т-92

Выход, % 2,77 6,59 19,45 13,62 4,57 0,33 47,33 0,47 4,38 18,42 16,63 11,17 1,60 52,67 100,0

Зольность, % 24,5 9,0 4,4 6,2 8,8 12,9 7,0 59,5 21,1 19,8 24,1 27,0 17,1 23,1 15,6 1400 300

3,5 Продолжение таблицы 1

Концентрат

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

Итого

Хвосты

Итого Всего Список литературы

>1 0,5 - 1 0,5 - 0,25 0,25 - 0,125 0,125 - 0,063 < 0,063

1,76 6,30 34,45 34,98 9,39 0,41 87,29 1,56 1,17 4,35 3,65 1,39 0,58 12,71 100,0

6,9 4,7 4,2 6,3 8,2 31,6 5,7 79,9 64,4 62,2 63,8 64,3 20,0 63,3 13,0

106 1. Назимко Е. И., Звягинцева Н. А., Науменко В. Г. Исследование факторов, влияющих на технологию обогащения коксующихся углей // «Збагачення корисних копалин»: Наук.-техн. зб. Дніпропетровськ – 2010 р. – Вип. 43(84).

2. Назимко Е. И., Друц И. Н., Серафимова Л. И., Звягинцева Н. А. Исследование флотации коксующихся углей // «Збагачення корисних копалин»: Наук.-техн. зб. Дніпропетровськ – 2006 р. – Вип. 25(66) - 26(67).

3. Назимко Е. И., Звягинцева Н. А., Серафимова Л. И. Выбор рационального реагентного режима для флотации угольных шламов // «Збагачення корисних копалин»: Наук.-техн. зб. Дніпропетровськ – 2010 р. – Вип. 41(82) - 42(83).

УДК 621926.3 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ АМОРТИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ДВУХВАЛКОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ДРОБИЛОК Кондрахин В. П., зав. кафедрой ГЗТиЛ ГОУВПО «ДОННТУ», д.т.н., проф., Букин С. Л., проф. каф. ОПИ ГОУВПО «ДОННТУ», к.т.н., доцент, Березин А. И., студент группы КПМО-14 ГОУВПО «ДОННТУ». эл. адрес: s.bukin08@gmail.com Аннотация. Рассмотрены конструкции амортизирующих устройств двухвалковых зубчатых дробилок. Установлена перспективность применения устройств гидропневматического типа. Приведены гидравлические схемы, позволяющие предохранить дробилку при попадании недробимого предмета, а также оперативно регулировать степень дробления.

107 Ключевые слова: дробилка, два валка, амортизирующее устройство, гидропневматический тип, предохранение, поломка, регулирование, степень дробления.

Annotation. Designs of shock-absorbing devices two-roller gear crushers are considered. The prospects using devices of hydropneumatic type are established. Hydraulic circuits are provided to protect the crusher when it hits an uncrushable item, as well as to quickly regulate the degree of crushing.

Keywords: crusher, two rolls, shock-absorbing device, hydropneumatic type, protection, breakage, regulation, degree of crushing. Валковые дробилки широко применяются для дробления угля, руд, строительного камня и т.п., вращающимися навстречу друг другу валками (двух- и многовалковые дробилки) или вращающимися валками и неподвижной щекой (одновалковые дробилки). Впервые валковая дробилка изготовлена в 1806 году в Великобритании и применена для дробления медных руд на руднике "Краундейд". Использование валков с разной рабочей поверхностью - гладкой, рифлёной или зубчатой, диктуется физико-механическими свойствами дробимого материала, а также технологическим назначением продукта дробления. Дробилки с гладкими и рифлёными валками обычно применяют для дробления материалов средней прочности (до 150 МПа); дробилки с зубчатыми валками применяют для дробления каменного угля и других материалов малой прочности (до 80 МПа). В угольной промышленности двухвалковые зубчатые дробилки получили наибольшее распространение. В Донбассе на Ясиноватском машиностроительном заводе более 60 лет выпускаются зубчатые двухвалковые дробилки типа ДДЗ с валками диаметром от 400 до 1600 мм. Другим крупнейшим производителем валковых дробилок является АО «Новокраматорский машиностроительный завод», освоивший выпуск высокопроизводительных двухвалковых зубчатых дробилок ДДЗ1500×1200, ДДЗ-2000, дробилок с гладкими валками ДГ-1000×600 и шнеко-зуб-

108 чатых дробилок ДШЗ-500/50, ДШЗ-500/140, ДШЗ-1000/320, ДШЗ-1000/320-1. Эти дробилки позволяют перерабатывать материалы с размерами куска от 200 до 1800 мм и производительностью от 65 до 2200 м3/ч. На рис. 1 представлена двухвалковая зубчатая дробилка (зубовалкавая дробилки), предназначенная для крупного и среднего дробления хрупких и малопрочных материалов (уголь, кокс, соль и т. п.) [1].

Рисунок 1 - Двухвалковая зубчатая дробилка: 1 - рама; 2 - ось нескользящего валка; 3 - нескользящий валок; 4 - зубчатые кольца; 5 - скользящий валок, 6 - ось скользящего валка; 7 - неподвижный подшипник; 8 - скользящий подшипник; 9 - пружина; 10 - направляющая шпилька; 11 - опорная тарелка. Рабочими элементами зубовалковых дробилок являются зубчатые сегменты, установленные на валки. В двухвалковой дробилке подлежащий дроблению материал попадает между зубьями вращающихся навстречу друг другу валков и раскалывается. Один из валков (подвижный), корпуса подшипников которого установлены в направляющих, может изменять размер щели. Это необходимо для защиты дробилки от поломок при попадании между валками тел, не поддающихся дроблению и регулировании крупности дроблёного продукта. При попадании таких предметов в дробилку валки разойдутся, сжав амортизирующие пружины, и предмет пройдет между ними, не причинив машине серьёзных по-

109 вреждений. Устройство амортизирующее предназначено для поджатая валка подвижного к неподвижному, а также обеспечивает возможность регулировки расстояния между валками. В качестве амортизирующего устройства широко используются цилиндрические стальные пружины (рис. 2 а, б). Чаще всего подпружинивается один валок (рис. 2 а), хотя известны конструкции дробилок, в которых оба валка подвижные и подпружиненные (рис. 2 б).

Рисунок 2 – Основные типы амортизирующих устройств валковых дробилок: а, б – пружинные; в – газо-гидравлические Первоначально конструкция амортизирующего устройства двухвалковых зубчатых дробилок состояла из одной или нескольких (их число доходило до девяти в одном блоке) стальных цилиндрических пружин с каждой стороны. Однако при эксплуатации дробилок с такими амортизирующими устройствами было установлено, что при работе дробилки возможен перекос вала подвижного валка по причине либо неодинаковой жёсткости пружин, либо односторонней (не по центру) загрузки питания дробилки. Перекос вала ухудшает технологические показатели дробилки, повышает расход мощности и может привести к поломкам. Для избежания перекоса подвижного валка предпринималась попытка соединить корпуса подшипников подвижного валка одним коромыслом с установкой общей амортизирующей пружины. Однако этот вариант амортизирую-

110 щего устройства не получил развития из-за существенного увеличения массы дробилки. В серийно выпускаемых в 60-х годах прошлого века дробилках ДДЗ-1М, ДДЗ-2М и ДДЗ-4М (рис. 3) наибольший ход подвижного валка соответственно составлял 40, 55 и 60 мм, что было недостаточно для обеспечения надёжной работы машины.

Рисунок 3 – Дробилка двухвалковая зубчатая ДДЗ-4 [2]: 1 – рама; 2, 3 – корпус подшипника; 4 – валок; 5 – пружина; 6 – шкив; 7 – вал; 8 – шестерня; 9 – колесо; 10 – синхронизатор; 11 – кожух; 12 - воронка

111 Основной причиной такого небольшого хода объяснялось тем, что для каждой дробилки величина хода принималась такой, чтобы при наибольшем зазоре между валками зубчатое колесо привода вращения подвижного валка не вышло из зацепления. Вызвано это конструкцией синхронизатора вращения валков в качестве которого применялись зубчатые колёса с увеличенной длиной зуба. Поэтому, если хода было недостаточно для пропуска недробимого куска и он заклинивается между валками, то срезалась предохранительная шпилька, установленная в ступице шкива-маховика. Во избежание перегрузки пружин при заклинивании валков ход подвижных подшипников ограничен специальным упором, имеющимся в станине отжимного устройства. В дальнейшем амортизирующие устройства двухвалковых дробилок, как и конструкции синхронизатора, непрерывно совершенствовались. На рис. 3 приведен один из вариантов амортизирующего устройства, используемый в дробилке типа ДДЗ с увеличенным ходом подвижного валка. Цилиндрические стальные пружины использовались в амортизирующих устройствах двухвалковых дробилок типа ДДЗ или ДДЗЭ-9×9, но в ряде дробилок (некоторые модификации дробилок ДДЗ, ДДЗЭ-15×12 и др.) применялись тарельчатые пружины [3]. Так, в дробилках типа ДДЗ 70-х годов прошлого века амортизирующее устройство (рис. 4) [4, 5] включало в себя две тяги 12, один конец которых устанавливался на корпусе 13 подшипника подвижного валка, а второй конец снабжался зубчатой рейкой 14, находящейся в контакт с зубчатым колесом 15, на оси которого находилась кулачковая муфта 16. В устройстве применялись тарельчатые пружины 17. Параллельное перемещение подвижного валка обеспечивалось двумя звёздочками 18 и цепью 19.

112

Рисунок 4 – Кинематическая схема дробилки двухвалковой зубчатой ДДЗ: 1 – электродвигатель; 2 - клиноременная передача; 3 – предохранительная муфта; 4 – вал приводной; 5 – 9 – элементы синхронизатора (передаточного механизма); 10 – валок подвижный; 11 – валок неподвижный; 12 – тяга; 13 – корпус подшипника подвижного валка; 14 - зубчатая рейка; 15 – зубчатое колесо; 16 – кулачковая муфта; 17 – пружина; 18 – звёздочка; 19 - цепь При попадании между валками недробимого материала срабатывает амортизирующее устройство, и подвижный валок 10 отходит. Корпуса подшипников 13, скользя по круглым направляющим, передвигают рейки 14, которые вращают зубчатые колёса 15 пружинного амортизатора и сжимают пружины 17. Недробимый материал проходит между валками, и пружины 17 возвращают назад весь валок 10. Если же валок 10 отошёл более чем на 200 мм, то корпус

113 13 подшипника воздействует на концевой выключатель, установленный на одной из стоек, который выключает электродвигатель. Номинальная величина поджатия пружин 17 амортизатора должна быть 35 мм с каждой стороны. С уменьшением степени поджатия дробилка становится более чувствительной к крупным кускам угля, а также к недробимым предметам [4]. На рисунке 5 приведена современная конструкция амортизирующего устройства дробилки ДДЗ [6].

Рисунок 5 – Амортизирующее устройство современных дробилок ДДЗ: 1 – винт; 2, 5 – крышка; 3 – цапфа; 4 – рычаг; 6 - планка; 7 – вал; 8 – подшипник; 9 – пружина; 10 – звёздочка; 11 – цепь; 12 - гайка Устройство амортизирующее включает в себя винт 1, который соединён с одной стороны при помощи крышки 2, с корпусом отклоняющегося валка, с другой – с цапфой 3, установленной на рычаге 4, при помощи крышки 5. Рычаг планкой 6 крепится на валу 7, который установлен в подшипниках 8. Между подшипниками на валу при помощи шпонок закреплены кулачки, соединённые с пружинами 9. На конце винта установлена звёздочка 10, вращением которой осуществляется регулирование размера разгрузочной щели между валками. Одновременно со звёздочкой вращается винт 1, который через крышку 2 перемещает отклоняющийся валок. Параллельное перемещение отклоняющегося валка

114 обеспечивается тем, что звёздочки 10 соединены между собой цепью 11. Предварительное поджатие пружин 9 осуществляется при помощи гаек 12. К достоинствам пружинных амортизаторов можно отнести:  конструктивную простоту;  способность выдержать огромные нагрузки;  слабое влияние среды на работу амортизаторов. Однако из-за больших усилий (5...10 кН на 1 см валка) пружинные блоки механических амортизирующих устройств зубчатых дробилок получаются сложными, массивными и громоздкими. Поэтому, все операции по наладке устройства (затяжке пружин, изменению размера щели) становятся достаточно трудоёмкими. Подводя итог, можно сформировать перечень основных недостатков амортизирующих устройств механического типа:  резкий неамортизированный возврат валка в исходное положение;  сложность, громоздкость и массивность устройств;  трудоемкость операций по затяжке пружин;  снижение усилия прижатия во времени;  трудность контроля фактической величины усилия прижатия;  значительный шум во время работы. В связи с этим уже во второй половине ХХ века начались работы по использованию в двухвалковых дробилках вместо стандартных спиральных пружин гидропневматических амортизаторов (рис. 2 в). Эти устройства обычно включали в себя силовые цилиндры и гидропневматические аккумуляторы, объём которых разделён на две полости плавающим поршнем: в одной части находится сжатый инертный газ, в другой — гидравлическая жидкость. Гидропневматические амортизирующие устройства позволяют быстро регулировать размер выходной щели, в большом диапазоне изменять жёсткость упругого элемента, а также обеспечивать синхронный отход корпусов подшипников подвижного валка при внецентренном прохождении недробимого пред-

115 мета. Надежно защищая дробилку от поломок, гидропневматическая «пружина» практически не изнашивается. Применение гидропневматических амортизаторов позволяет устранить большинство из недостатков механических амортизаторов, а также увеличить надёжность валковых дробилок. Разработано большое количество разнообразных конструкций гидропневматических амортизирующих устройств, среди которых выделим наиболее интересные. Так, авторы изобретения [7], предложили гидропневматический амортизатор (рис. 6), включающий гидроцилиндры 1 с поршнями 2, крышки 3, гидропневматический аккумулятор 4, дроссельный клапан 5, зубчатые рейки 7 и зубчатые колёса 8, установленные на валу 9. Для обеспечения быстрого и безударного отхода подвижного валка 6 дробилки при попадании недробимого предмета, поршни 2 выполнены с уступами, входящими в соответствующие им выемки крышек гидроцилиндров 1 и образующих при этом замкнутую полость. Дроссель 5 установлен на трубопроводе, соединяющем полости А гидроцилиндров 1 с атмосферой. При попадании недробимого предмета валок 6 отходит, перемещая поршни 2, которые вытесняют жидкость из гидроцилиндров 1 в аккумулятор 4, заполненный азотом. После прохода недробимого предмета валок 6 быстро возвращается в прежнее положение под действием сжатого азота, который выдавливает жидкость в гидроцилиндры 1. При этом некоторый объём воздуха запирается и сжимается в полости Б между уступами поршней 2 и выемками крышек 3, что предотвращает удар. В конструкции амортизирующего устройства гидропневматического типа целесообразно объединить предохранительную функцию и возможность регулирования размера щели. На рис. 7 изображена гидравлическая схема двухвалковой дробилки с этими элементами.

116

Рисунок 6 - Гидропневматический амортизатор двухвалковой дробилки [7]: 1 – гидроцилиндр; 2 – поршень; 3 – крышка; 4 – гидропневматический аккумулятор; 5 - дроссельный клапан; 6 - подвижный валок; 7 - зубчатая рейка; 8 - зубчатое колесо; 9 – вал Насос 2 с постоянным направлением потока всасывает жидкость из бака 1 и нагнетает её в гидроцилиндр 5 через распределитель 3 и гидрозамок 4. В позиции А распределителя 3 жидкость поступает в левую полость гидроцилиндра 5, перемещая поршень вправо (расстояние между валками уменьшается). В позиции В распределителя 3 напорная линия соединяется с правой полостью гид-

117 роцилиндра 5, (расстояние между валками увеличивается). В средней позиции распределителя 3 напорная линия запирается, а оба отвода А и Б соединяются с баком 1, благодаря чему гидрозамок 4 запирает полости гидроцилиндра. Амортизация подвижного валка осуществляется с помощью гидропневматического аккумулятора 6. В случае перегрузки системы, вода сливается через предохранительный клапан 7.

Рисунок 7 - Гидросхема амортизации и регулирования расстояния между валками двухвалковой дробилки Рассматриваемая схема обеспечивает малошумность работы амортизирующего устройства, установка становится менее габаритной, гидросистема одновременно выполняет амортизирующую функцию и изменения расстояния между валками, сохраняет амортизационную способность.

118 Данное конструктивное решение значительно повысит надёжность и эффективность использования амортизации валковой дробилки. В то же время для правильной работы амортизаторов во избежание механических повреждений и перекосов необходимо обеспечить синхронизацию работы обеих гидроцилиндров. На рис. 8 и 9 приведены два варианта синхронизации работы гидроцилиндров [8].

Рисунок 8 - Схема синхронизации с применением дроссельного делителя потока: 1 - балансные гидродроссели; 2 - регулируемые гидродроссели; 3 - плунжер; 4 - гидрораспределители; 5 - гидроцилиндры; 6 - аккумуляторы

119

Рисунок 9 - Схема синхронизации с двумя роторными гидромашинами: 1- насос; 2, 3 – роторные гидромашины; 4, 7 – гидропневатический аккумулятор; 5, 6 –гидроцилиндры. Рассмотренные способы синхронизации обладают следующими свойствами:  в случае с применением роторных гидромашин – громоздкость и сложность конструкции, при этом, обеспечивая высокую точность синхронизации;  в случае с применением дроссельного делителя потока – невысокую точность синхронизации при малых габаритах и относительной простоте конструкции.

120 Список литературы 1. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. – М.: Химия, 1977. – 368 с.

2. Процессы и машины для обогащения полезных ископаемых / В.И. Кармазин, Е.Е. Серго, А.П. Жендринский и др. – М.: Недра, 1974. – 560 с.

3. Машины для дробления и сортировки материалов [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://drobilci.ru/mashiny-dlya-drobleniya-i-sortirovkimaterialov/dvuxvalkovye-zubchatye-drobilki/ 4. Эксплуатация и ремонт углеобогатительного оборудования: Справочное пособие / Г.И. Дьяков, А.Т. Литвак, В.С. Тодоров и др. – М.: Недра, 1973. – 400 с.

5. Оборудование для обогащения угля: Справочное пособие / Под ред. Б.Ф. Братченко. – М.: Недра, 1979. – 335 с.

6. Обогатительное оборудование: Альбом. – М: Недра, 1986. – 286 с.

7. Авторское свидетельство СССР на изобретение №236967. Гидропневматический амортизатор для валковых дробилок с подвижными и неподвижными валками / А.Г. Канатаев, Н.С. Костылев, А.П. Колено и др. // МПК В02С, заявлено 19.09.1967, опубл. 03.02.1969, бюл. №7.

8. Нерадов В.П. Расчёт гидропневматических устройств амортизации валковых дробилок / В.П. Нерадов // Энергомашиностроение. -№9. - 1987.