Процессы и аппараты урановых производств Курс лекций

1. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Процессы и аппараты урановых производствКурс лекций Ассистент кафедры ХТРЭ Кантаев Александр Сергеевич

2. Лекция №2РУДНОЕ СЫРЬЕ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

3. РУДНОЕ СЫРЬЕ Основные свойства насыпных грузов: • характеристика гранулометрического состава (кусковатость); • влажность; • насыпная плотность; • угол естественного откоса; • абразивность; • слеживаемость.

4. Гранулометрический состав рудного сырья Гранулометрическим составом называется количественное распределение частиц вещества по крупности. где: аmax- mах размер куска руды, amin- min размер куска руды. Размер типичного куска руды принимается равным: 1. Для рядового материала, при концентрации наибольших кусков меньше 10% размер типичного куска руды а =0,8 · аmах; 2. При концентрации наибольших кусков больше 10%, а = аmах; 3. Для сортированной руды

5. Гранулометрический состав рудного сырья Размер отдельных крупных кусков руды больше 5 мм характеризуются средним диаметром: или где: l, bи h– длинна, ширина и высота куска руды. В зависимости от размеров куска руды насыпные грузы делятся на группы: Особо крупный кусковой материалdcр больше 500мм; Крупнокусковой 200 - 500мм; Среднекусковой 61 - 199мм, Мелко кусковой 10 - 60мм; Зернистый 0,5 - 9мм; Порошкообразный 0,05 - 0,49мм; Пылевидный < 0,05мм.

6. Влажность рудного сырья По степени влажности рудное сырье бывает: • абсолютно сухой (влажность равна 0%); • комнатно — сухой (влажность от 8 до 15%); • воздушно — сухой (влажность от 16 до 20%); • полусухой (влажность от 21 до 23%); • сырой (влаги более 23%); • влажной (влажность от 40 до 75%); • мокрой (влажность более 75%).

7. Плотность рудного сырья По плотности кусковой материал подразделяется на: -Легкие (торф, кокс, мука и др.) до 0,6 т \м3; -Средние (зерно, уголь, шлак и др.) 0,6-1,2 т\м3; -Тяжелые (порода, гравий, щебень и др.) 1,2-2,0 т\м3; -Особо тяжелые (урановые, ториевые руды и др.) больше 2,0 т\м3.

8. Определение гранулометрического состава Для определения гранулометрического состава руды, состоящей из частиц различной геометрической формы и размеров, проводят следующие анализы: • ситовые; • седиментационные (дисперсионные); • микрометрические.

9. Ситовой анализ • Ситовые анализы проводятся следующими способами: • сухим; • мокрым; • комбинированным. Ситовые анализы позволяют определить размер частиц до 40 мкм. Существует несколько систем стандартных сит. Последовательный ряд размеров сит называется ШКАЛОЙ КЛАССИФИКАЦИИ. А отношение размеров двух соседних сит называется МОДУЛЕМ ШКАЛЫ. При крупном и среднем грохочении, модуль шкалы обычно равен 2, например: 50, 25, 12, 6, 3. • Для более мелких сит применяется стандартная система, где модуль:

10. Ситовой анализ В этой системе за основу принято сито с размером а = 200меш = 0,0074мм. MЕШ- американская система сит, характеризует число отверстий на одном линейном дюйме. 1 дюйм = 25,4мм. 200 меш означает, что на одном линейном дюйме 200 отверстий. Этот модуль используется для сит с разме­рами отверстий от 2,362мм (8меш) до 0,104мм (150меш). Пользуясь модулем можно определить размер отверстий предыдущего и последующего сит. На­пример: При модуле 1,414 размер отверстия предыдущего сита будет 0,074 мм -1,414 - 0,104 мм, а последующего 0,074 разделить на 1,414.

11. Ситовой анализ В тех, когда требуется более тщательная классификация рудного материала, используется другой модуль: Сита с этим мод у чем используются с размерами отверстий от 0,104мм (150меш) до 0,043меш (325меш). Самый мелкий размер 325меш. Дня ситового анализа используются наборы стандартных сит. Лабораторные сита представляют собой обечайку диаметром 200мм, высотой 50мм.

12. Методика проведения ситового анализа руд и обработка полученных результатов Материал, оставшийся на сите, обозначается знаком «+», а прошедший через сито, знаком «-». По результатам математической обработки строится математическая зависимость суммарного выхода от размера частиц по «+» фракции, начиная с самых крупных. Рисунок – 1Зависимость суммарного выхода от размера частиц

13. Методика проведения ситового анализа руд и обработка полученных результатов • Существует три вида зависимостей: • Прямолинейная зависимость; • Выпуклая зависимость; • Вогнутая зависимость. • Прямолинейная зависимость говорит о том, что измельчение материала произошло равномерно; • Выгнутая кривая говорит о том, что в исследуемой пробе преобладают крупные частицы; • Вогнутая кривая говорит о том, что преобладают мелкие частицы. • Ситовой анализ позволяет анализировать роботу измельчительного оборудования.

14. Методика проведения ситового анализа руд и обработка полученных результатов 1- Свойства полидисперсных материалов удобно описывать функциями распределения D = f(d) - проход, R = f(d) - остаток. D и R выражаются либо в долях, либо в %, D + R = 100%. Наиболее широко в практике инженерных расчетов используются эмпирические формулы, в частности, формула Розена – Раммлера: Рисунок - 2Функции распределения частиц по размерам где - b и n - экспериментальные константы.

15. Седиметационный или дисперсный анализ Скорость оседания минеральных частиц зависит от крупности и их плотности и выражается уравнением: где: d- диаметр частиц, мм; ρматиρср- плотности материала минеральных частиц и среды, соответственно. Пользуясь этой формулой можно определить время оседания частиц данного размера с заданной высоты по уравнению:

16. Седиметационный или дисперсный анализ Основные методы седиментационного анализа: • Метод отмучивания • Метод пофракционного или дробного оседания • Метод отбора весовых проб (рис. 2 -1) • Метод накопления осадка на чашечке весов (рис. 2-2) • Метод электро-фото-седиментометрии (рис. 2-3) • Метод седиментометрии Рисунок - 3методы седиментационного анализа

17. Определение плотности сыпучего материала Различают несколько понятий плотности 1. Истинная плотность - представляет собой массу единицы объема частиц, не имеющих пор; 2. Кажущаяся плотность - масса единицы объема, включая и объем закрытых пор; 3. Насыпная плотность - масса единицы объема материала свободно насы­панного в единицу объема. В этот объем входят внутренние поры частиц и промежуточные пространства между ними. Различают насыпную плотность при свободной насыпке и уплотненного материала. Различают насыпную плотность при свободной насыпке и уплотненного материала: где:ρН- насыпная плотность; ρМ - истинная плотность, g- пористость, равная отношению объема пор Vпорко всему объему сыпучего материала VM.

18. Определение плотности сыпучего материала Для кусково - зернисто материала пористость незначительно зависит от уплотнения, а для порошкообразных материалов необходимо учитывать эту зависимость: где: С и а - опытные величины; Рупл - нагрузка. По пикнометрическому способу плотность порошкообразного материала оп­ределяют по формуле: где: Qn- масса анализируемого порошка; Q2 - масса пикнометра с водой; Q7 - масса пикнометра с водой и порошком; ρср- плотность жидкой среды, в которой производится определение плотности.

19. Определение плотности сыпучего материала Рисунок - 4 Пикнометры по ГОСТу 7465–67: а – колбообразный с меткой и глухой притёртой пробкой (для жидкостей); б – колбообразный с капиллярным отверстием в пробке (для жидкостей); в – колбообразный со съёмной горловиной (для твёрдых веществ); г – U-oбразный капиллярный (для летучих жидкостей)

20. Удельная поверхность сыпучих материалов Удельная поверхность сыпучих материалов представляет собой отношение поверхности всех частиц к их массе или объему. Предположим, что все частицы имеют шаровую форму и одинаковый размер. Их число равно – n, а поверхность всех частиц - S запишется: где dср - средний диаметр частиц. Объем всех частиц V равен: Тогда удельная поверхность Sуд запишется

21. Слипаемость и сыпучесть AУТОГЕЗИЯ – взаимодействие частиц между собой. АДГЕЗИЯ – взаимодействие между частицами и поверхностью конструкционных материалов. • По величине разрывной прочности слоя порошкообразного материала предложена следующая классификация: • Не слипающиеся материалы - разрывная прочность - 60 Па; • Слабо слипающиеся - 60-100 Па; • Средне слипающиеся - 300-600 Па; • Сильно слипающиеся - 600 Па; Свойство материалов под действием внешних сил перемешиваться на­зывается СЫПУЧЕСТЬЮ. Она зависит от размера частиц, влажности и сте­пени уплотнения. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса или динамическим углом αq и углом статическим или углом обрушения αст.

22. Слипаемость и сыпучесть АБРАЗИВНОСТЬ - истирающая способность порошкообразных материалов по отношению к металлическим конструкционным материалам По этому показателю материалы делятся на группы: А - абразивные; В - малоабразивные; С - среднеабразивные; D - высокоабразивные.

23. Транспортировка, хранение, дозировка сыпучих материалов Классификация транспортных устройств По способу передачи усилия транспортируемому материалу устройства подразделяются на: • Машины, которые передвигают материал под действием механических сил, передаваемых от привода; • Гравитационные устройства (перемещение под действием силы тяжести); • Пневматические и гидравлические устройства, в которых транспортируемый материал перемещается за счёт воздуха или воды. По особенности конструкционного оформления подразделяются на: • С гибким тяговым устройством, машины с непрерывной транспорти­ровкой; • Без гибкого перемещающего устройства.

24. Классификация транспортных устройств По направлению перемещаемого груза различают: Машины, способные перемещать груз прямолинейно горизонтально либо под небольшим углом. Это ленточные, пластинчатые, скребко­вые конвейеры; Машины, перемещающие груз по криволинейно-горизонтальному или наклонному пути (скребковые конвейеры); Машины, способные перемещать груз под большим углом (элеваторы, винтовые конвейеры специального исполнения); Установки или устройства, способные перемещать груз в любом на­правлении (пневматические и гидравлические установки).

25. Классификация транспортных устройств • При выборе типа транспортного устройства необходимо учитывать следующие факторы: • величину частиц; • физико-химические свойства; • температуру транспортируемого материала; • производительность установки; • длину и направление перемещения груза. • Большое значение имеет сыпучесть, хрупкость, склонность к слипа­нию и схватыванию, абразивные свойства, объёмная масса, угол естественного откоса.

26. Ленточные конвейеры • Ленточные конвейеры представляют собой машины непрерывного действия, перемещающие груз на бесконечной ленте, которая является тяго­вым и рабочим органом. • Различают: • стационарные, • передвижные, • переносные. • Достоинства: • высокая надежность; • высокий диапазон производительности (от 2,5 кг/с до 560 кг/с); • значительная длина (до 3,5 км); • низкие энергозатраты. • Недостатки: • непригоден для транспортировки пыльных грузов; • предельная температура Т< 90° ; • угол подъёма = (14 - 20)°.

27. Ленточные конвейеры Ленточный конвейер состоит из ленты, натяжного и приводного барабанов, обеспечивающих движение ленты, каркаса, роликоопор. Материал разгружается на ленту через питатель из бункера и загружается в приёмную воронку. Рисунок – 5 1 –Натяжной барабан; 2 – Приводной барабан; 3 – Транспортная лента; 4 – Опорные ролики; 5 – Натяжное устройство; 6 – Питатель; 7 – Бункер; 8 – Приемная воронка.

28. Технологический расчет ленточного конвейера Расчет сводится к определению ширины ленты, исходя из производительности и мощности привода. где, Gp– производительность кг/с, т/ч; ρ – насыпная плотность кг/м3; F– площадь поперечного сечения материала на ленте; V – линейная скорость ленты; Для предотвращения рассыпания грузаb = (0,9-0,95 )· В b - ширина ос­нования груза. Необходимую ширину ленты можно рассчитать по уравнению:

29. Технологический расчет ленточного конвейера С – коэффициент зависящий, от формы ленты и угла наклона роликов. С = f(αД ·β0), β0 – угол наклона боковых роликов; k – коэффициент, отражающий зависимость производительности конвейера с гладкой лентой от угла подъема конвейера k = f(β0), Для случая транспортировки кусковых материалов должно соблю­даться соотношение β0> (2,7:4,0)·аmах, гдеаmах – максимальный размер кусков руды. Мощность двигателя для привода ленточного транспортера определяется по формуле: где: К – коэффициент, учитывающий сопротивление на барабане, K=f(L); L – длина конвейера; f– коэффициент сопротивления движению ленты по роликоопорам, зависящий от условий работы конвейера, f = (0,018-0,04); η– суммарный КПД привода; gл – погонная масса ленты, обычно g= (25-35)В; gр1 и gр11 – погонная масса опорных роликов на рабочей и обратной ветвях ленты.

30. Технологический расчет ленточного конвейера где: G0 – масса вращающихся частей роликоопор; lР – расстояние между роликовыми опорами; v –скорость ленты; H– высота перепада уровней транспортировки груза.

31. Винтовые конвейеры Предназначены для прямолинейного перемещения грузов с помощью винта. Достоинства: 1.Герметичность; 2.Возможность проведения технологических операций одновременно с перемещением грузов(нагрев, охлаждение, кристаллизация, перемешивание); 3.Большой угол подъема транспортируемого материала; 4.Простота конструкции, надежность; 5.Возможноть загрузки и выгрузки в любой точке; 6.Возможность разрыва технологической линии (при переработке пожароопасных материалов). Недостатки: 1.Повышенный расход энергии; 2.Малая длина транспортировки (до 40м); 3.Повышенный износ винта и желоба; 4.Истирание и дробление транспортируемого материала; 5.Чувствительность к перегрузкам.

32. Винтовые конвейеры Винтовой конвейер представляет собой корытообразный желоб, внутри которого вращается винт. Транспортируемый материал загружается через верхний патрубок и выгружается через нижнее окно в другом конце транспортера. При необходимости герметичности, под разгрузочным окном устанавливается затвор либо винт изготавливается с переменным шагом чтобы над разгрузочным окном образовывалась пробка из транспортируемого материала. Рисунок – 6 Схема шнекового конвейра

33. Конструкции шнеков а – сплошной одноходовой; б – сплошной двухходовой; в – ленточный одноходовой; г – ленточный двухходовой; д – с переменным диаметром; е – фасонный; ж – лопастной Рисунок – 6 Шнековые винты Рисунок – 3 Четырехходовой ленточный шнек