Если условия разработки месторождения минерального сырья очень сложны, углубленное изучение свойств сырьевого материала и изменение структуры перерабатывающего предприятия в соответствии с характеристиками сырья себя полностью оправдывают.

Таким образом, стоимость и эксплуатационные расходы основного оборудования для производства цемента могут быть минимизированы. При качественном определении содержания тонкой фракции для контроля качества перед первичным дроблением производится предварительно грохочение. Раздельное усреднение и возврат материала в основной процесс позволяет в полной степени проводить разработку месторождения минерального сырья.

Компания HeidelbergCement для производства строительных материалов ежегодно по всему миру добывает около полумиллиона тонн минерального сырья. Из этого количества приблизительно 120 миллионов тонн используются для производства дробленого камня в цементной промышленности. Сырьевые материалы: мел, известняк, глина, различные виды карстовых известняков, ракушечный известняк, коралловый известняк и другие – добываются из различных природных месторождений. Кроме того, добываются также большое количество разных типов глин и химически схожих минералов, а также различные минеральные добавки. Ясно, что для производства цемента стандартного качества по всему миру требуются разные технологии переработки сырья. Хотя основная масса производителей цемента предпочитает использовать стандартные процессы, до сих пор не существует универсальной технологии по добыче и переработке сырья, которая была бы применима к различным характеристикам месторождений минералов, разбросанных по всему миру. Возрастающая стоимость дробильного передела может окупать себя в том случае, если на выходе будет высокостандартизованный продукт, предназначенный для дальнейшего измельчения и использования в печных процессах. В технологической цепочке, чем раньше оператору удастся обеспечить стандартный уровень качества, тем раньше он сможет стандартизировать дальнейшие технологические этапы и тем самым снизить себестоимость продукции. Это особенно важно при производстве цемента, где только около 10% инвестиционных и эксплуатационных расходов приходится на добычу и первичную переработку сырья. Сравнительно небольшие и эффективные инвестиции в эту часть технологической цепочки резко снижают значительно большую стоимость дальнейших технологических операций. Модернизированное оборудование и современные технологии особенно необходимы при разработке природных месторождений, где добытый сырьевой материал, так называемый карьерный материал, имеет весьма неоднородное качество. В обычной практике эта неоднородность редко принимается во внимание.

Неоднородность карьерного материала

Фракции с различным размером зерна в карьерном материале могут быть разного качества. Визуальный контроль материала на месте разработки в карьере, конечно, необходим, однако этого недостаточно, чтобы сделать его точную оценку. Даже если материал из природного месторождения внешне кажется однородным, более тщательный анализ часто показывает значительный разброс по качеству, что требует правильного выбора оборудования и применения нужного технологического процесса по переработке сырья. Ниже даны несколько примеров месторождений, разрабатываемых компанией  Heidelberg Cement (рис. 1). – В Техачапи (Калифорния) обнаруживаются два различных типа материалов: известняк и выветренный гранит. – В Вазо Хилл (Танзания) также два различных минерала - ракушечник и выветренная часть породы, а также открытые месторождения извести. – В Дамохе (Индия) пластовые залежи глины, в которых пласты мелкозернистого материала перемежаются пластами плотного грунта. – Относительно плотный материал в Ладике (Турция) также содержит большое количество мелкозернистых включений, качество которых трудно определить. Независимо от примера крайне важно сначала провести ситовый анализ карьерного материала. Так, выяснилось, что для материала вышеупомянутых природных месторождений характерен размер зерна D50 примерно между 30 и 250 мм. Другими словами, от 20% до 50% сырьевого материала имеет зерно менее 30 мм (рис. 2).

1 Содержание оксида кальция (CaO) как функция от величины зерна на различных месторождениях минерального сырья

2 Распределение фракций по размерам зерна в карьерном материале

1 Содержание оксида кальция (CaO) как функция от величины зерна на различных месторождениях минерального сырья

2 Распределение фракций по размерам зерна в карьерном материале

3 Технологические решения для повышения уровня добычи на природных месторождениях

Гомогенную структуру распределения величины зерна, подобную той, что присутствует на месторождении Ладик, нельзя использовать для контроля качества. Здесь уместно производить предварительно грохочение, чтобы снизить рабочую нагрузку на дробилку и, таким образом, ее производительность. Мелкая фракция сразу после дробилки направляется обратно в процесс. На других трех природных месторождениях можно говорить о выборочной сортировке мелкозернистого материала в соответствии с его объемным содержанием в породе. Затем он может подвергнуться дифференциации. В Дамохе среднее качество материала месторождения несколько ниже того, которое требуется для цементного сырья, поэтому необходимы его аккуратное разделение и отбраковка. Точный отсев по размеру приводит к получению оптимального качества и ведет к минимизации потерь из-за неправильной сортировки. Так, в случае с Дамохом удаление материала позволяет избежать в большой степени добавление дорогостоящих улучшителей. В Вазо Хилл и Техачапи доля грубой фракции с точки зрения качества значительно выше, чем требуется для цементного сырьевого материала. В результате возникает необходимость в предварительном грохочении перед первичным дроблением, которое необходимо проводить в сочетании с хорошо дозированной подачей тонкой фракции обратно в поток. Тонкие фракции этого месторождения становятся важным компонентом сырьевой смеси, однако, в форме, не пригодной для первичной обработки.

Начальные условия в Вазо Хилл в Танзании

При проведении проектно-конструкторских работ по строительству новой печной линии для цементного завода в Вазо Хилл, расположенного на севере от Дар-эс-Салама, выдалась возможность применить ценный опыт, накопленный во время эксплуатации существующей печной линии. Опыт показывает, что очень широкий разброс по качеству конечного цементного продукта вызван большими колебаниями качества входного материала. Перед тем как инвестировать в новую линию, необходимо было убедиться в обеспечении нормальной работы печной линии и надлежащем качестве конечного продукта. С этой целью карьерный материал был подвергнут тщательному исследованию. Прежде всего, из месторождения были отобраны 23 образца по 7–8 тонн каждый, отделены грубые, средние и тонкие фракции, взвешены и подвергнуты химическому анализу. Анализ результатов показал, что содержание оксида кальция в тонкой фракции колеблется между 40% и 49% (рис. 3). Количественный анализ выявил, что весовая доля грубой и тонкой фракций также сильно колеблется. Так, доля тонкой фракции варьируется между 8% и 52% (рис. 4). Здесь также проявляется эффект наложения. Если большое количество тонкой фракции имеет низкое качество, то последующая технологическая цепочка не сможет его компенсировать. Путем отсева тонкого материала и контроля над его подачей обратно в технологическую цепочку появляется возможность компенсировать разброс по качеству сырья и предотвратить его влияние на качество конечного продукта.

3 Качественное распределение фракций по размеру зерна

4 Количественное распределение фракций в соответствии с размером зерна

Применение приобретенного опыта по инжинирингу на заводе в Вазо Хилл в Танзании

Для получения в Вазо Хилл качественного продукта с разумной ценой необходимо было для процесса инжиниринга использовать информацию, полученную в результате проведенных исследований материала (рис. 5). Нужно принять во внимание следующее. – Просев должен быть сравнительно мелким: теоретически размер фракции не должен превышать 15 мм. Но для упрощения концепции строительства и повышения компактности завода было решено установить размер фракции 20 мм. – Материал на входе чрезвычайно трудно поддается грохочению, поскольку мелкая фракция имеет тенденцию слипаться в большие агломераты, особенно в сырую погоду. – Площадь грохочения должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить полный просев мелкой фракции. Функциональные возможности вибросит должны быть рассчитаны на максимально возможную амплитуду колебаний и силы ускорения, возникающие на ярусе при полной загрузке сит. Вначале карьерный материал при помощи карьерных самосвалов загружается в приемный бункер. Загрузка материала в установку для грохочения и дробления осуществляется при помощи пластинчатого конвейера. Проектная мощность установки составляет 700 тонн в час. На первой стадии обработки – грохочении – отсеивается тонкая фракция < 20 мм (рис. 6).

5 Схема установки первичного дробления с участком грохочения и дробления

6 На установке первичного грохочения отделяется тонкий материал