Обоснование технологической схемы и параметров комплекса для транспортирования высококонцентрированной гидросмеси на латеритовых карьерах: Республика Куба тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Мануэль Вега Альмагер

• Мануэль Вега Альмагер
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мануэль Вега Альмагер

Введение.

1.Анализ состояния изученности вопроса. Цель и задачи исследований.

1.1. Анализ опыта эксплуатации гидротранспортных установок на Кубе.

1.2. Анализ выполненных исследований.

1.3. Цель и задачи исследований.

2. Теоретические исследования процесса гидротранспорта лимонитовой руды.

2.1. Комплекс для добычи и транспорта лимонитовой руды с карьера Моа-Восточный до завода им. Педро Сото Альба.

2.2. Свойства лимонитовых гидросмесей.

2.3. Реологические модели структурированных дисперсных систем.

2.4. Физическая и математическая модели процесса движения лимонитовой гидросмеси.

2.5. Определение гидравлических сопротивлений при движении лимонитовой гидросмеси в структурном и турбулентном режимах.

2.6. Определение допустимого угла наклона трубопроводов, транспортирующих лимонитовую гидросмесь.

3. Экспериментальные исследования процесса транспортирования высококонцентрированной лимонитовой гидросмеси.

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований реологических свойств лимонитовой гидросмеси.

3.2. Результаты обработки данных исследований реологических свойств гидросмеси.

3.3. Обоснование параметров экспериментальной установки.

3.4. Методика проведения экспериментальных исследований на полупромышленной установке.

3.5. Результаты исследований на полупромышленной установке.

3.6. Исследование коэффициента гидравлических сопротивлений в структурном и турбулентном режимах.

3.7. Определение допустимого угла наклона и потерь напора трубопроводов, транспортирующих лимонитовую гидросмесь.

4. Рекомендации для расчета систем гидротранспорта лимонитовой руды с карьера Моа-Восточный до завода им. Педро Сото Альба.

4.1. Общие положения.

4.2. Методика расчета параметров гидротранспорта лимонитовой руды в структурном режиме.

4.3. Методика расчета параметров гидротранспорта лимонитовой руды в турбулентном режиме.

4.4. Рекомендации по расчету гидротранспортной линии Моа-Восточный - завод им. Педро Сото Альба.

4.5. Расчет экономической эффективности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование технологической схемы и параметров комплекса для транспортирования высококонцентрированной гидросмеси на латеритовых карьерах: Республика Куба»

Республика Куба обладает большими резервами никелевой руды. В настоящее время переработкой никелевой руды занимаются три предприятия. Из этих предприятий только на заводе им. Педро Сото Альба в схеме транспорта руды с карьера Моа-Западный кроме автомобильного, конвейерного транспорта используется гидротранспорт. Учитывая, что процесс обогащения на этом заводе является мокрым, то этот вид транспорта является достаточно эффективным.

Увеличение выпуска никеля за счет совершенствования технологических процессов, аппаратов и транспортной системы, применяемых на действующих заводах, является одной из основных задач повышения эффективности развития никель-кобальтовой промышленности Республики Куба.

Запасы карьера Моа-Западный заканчиваются и в настоящее время выполняются проектные разработки различных вариантов транспорта с нового месторождения Моа-Восточный до завода им. Педро Сото Альба: Существующая разница геодезических высот (65 м) между месторождением и точкой подачи гидросмеси в существующие сгустители указывает на экономическую выгоду в случае использования самотечно-напорного гидротранспорта, так как не требует расхода энергии, что является важным условием при существующем на Кубе недостатке энергоресурсов.

На карьере Моа-Западный добыча руды производится с помощью экскаваторов, погрузкой ее в автосамосвалы, которые транспортируют до рудоспуска, а далее-ленточными конвейером до цеха приготовления гидросмеси. Получаемая гидросмесь направляется в радиальные сгустители.

Сопряжение различных видов транспорта усложняет и удорожает процесс транспортирования руды.

Поэтому обоснование экономически выгодного варианта транспортирования руды с карьера Моа-Восточный до металлургического завода является актуальной задачей.

В производстве земляных работ при добыче полезных ископаемых с целью механизации процессов труда широко используется гидромеханизация.

Она позволяет полностью механизировать в один непрерывный процесс добычу и транспортировку руды. Непрерывность процесса обеспечивают высокую производительность и экономичность этого способа производства работ.

Основным звеном в процессе производства при добыче полезных ископаемых является гидравлический транспорт добытой руды. Производительность работы гидротранспортных установок будет зависеть от того насколько правильно определены отдельные составляющие её элементы и насколько правильно запроектированы режимы движения гидросмеси в трубопроводах.

Использование гидромеханизации для добычи и транспорта лимонитовой руды позволит существенно повысить эффективность производства никеля.

Цель работы - установление закономерностей процесса гидротранспортирования высококонцентрированной лимонитовой гидросмеси для разработки методики расчета и обоснованного .выбора параметров гидротранспорта, что позволит снизить его энергоемкость и металлоемкость.

Идея работы заключается в том, что предварительно подготовленная в пульпонасосном агрегате высококонцентрированная * тонкодисперсная лимонитовая гидросмесь сохраняет свою структуру при минимальных скоростях её движения по напорному трубопроводу.

Защищаемые научные положения:

1. Физико-математическая модель течения высококонцентрированной тонкодисперсной лимонитовой гидросмеси заданной концентрации, предварительно подготовленной в пульпонасосном агрегате, основанная на экспериментально определенной её реологической кривой, устанавливает зависимость среднего расхода смеси от физико-механических свойств твердых частиц, скорости движения, начального напряжения сдвига и распределения концентрации твердой фазы по линейному закону в поперечном сечении трубопровода.

2. Экспериментально установлена зависимость коэффициента гидравлических сопротивлений при течении тонкодисперсной высококонцентрированной лимонитовой гидросмеси в структурном режиме от вязкопластических и реологических характеристик, что позволяет с достаточной для практических целей точностью, определять потери напора и рациональные режимы движения гидросмеси.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Мануэль Вега Альмагер

Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, на базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная и практическая задача повышения технико-экономической эффектив-ности гидравлического транспортирования лимонитовой руды и снижения металлоемкости гидротранспортной системы с карьера Моа-Восточный до завода им. Педро Сото Альба путем повышения концентрации твердой фазы транспортируемой гидросмеси.

Основные научные результаты и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Повышение эффективности и экологичности транспортирования руды с карьера Моа-Восточный до завода Педро Сото Альба при экскаваторной добыче может быть обеспечено заменой автомобильного и конвейерного транспорта лимонитовой руды с последующим переходом на мокрый процесс обогащения на гидромеханизированный процесс, первичного обогащения и транспортирования лимонитовой руды.

2. Установлено, что для расчета режимов транспортирования структурных гидросмесей на основе модели Бингама-Шведова необходима экспериментально полученная реологическая характеристика течения лимонитовой гидросмеси.

3. На основании проведенных исследований реологических свойств лимонитовой гидросмеси выдвинута и подтверждена гипотеза, заключающаяся в том, что в зависимости от концентрации и скорости потока можно выделить три зоны со следующими режимами движения: структурный, переходной и турбулентный. На основе этой гипотезы разработана физическая модель и дано описание математического процесса движения лимонитовой тонкодисперсной высококонцентрированной гидросмеси.

4. Получены подтвержденные экспериментом новые зависимости, необходимые для расчета и обоснования выбора основных параметров высококонцентрированной гидросмеси:

-для определения коэффициента гидравлических сопротивлений при движении потока гидросмеси в структурном режиме;

- для определения потерь напора при движении вязкопластичной гидросмеси в турбулентном режиме по горизонтальному и наклонному трубопроводам;

- для определения угла наклона пульповодов, транспортирующих латеритовую гидросмесь, максимальное значение которой равно 25 градусам.

5. Практические рекомендации заключаются в разработанных методиках расчета параметров гидротранспортной установки лимонитовой гидросмеси в турбулентном и структурном режимах, которые позволяют получить более обоснованные и точные результаты при проектировании гидротранспортной линии Моа-Восточный завод им. Педро Сото Альба.

6. Ожидаемый эквивалентный экономический эффект от внедрения рекомендаций, выраженный в рублях, составит около 250 тыс. руб. в год.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мануэль Вега Альмагер, 2006 год

1. Экономическая газета. Москва, 1971. №31.

2. KazantserA. Organisation de los trabajos de servicio geologo-minero en la mina «Моа», Moa-Cuba. Informe, bibliotecafabrica Pedro CotoAlba, 1982.

3. Bega Y.A. Introduction a los yacimientos de niquel en Cuba. Editoral Orbe. La Habana,1979.

4. Izquerdo R.P., Marzo F.M. Investigation у establecimiento del reqimen у los parametros de trabajo de hidrotransporte de la pulpa lateritica en la instalacion por gravedadV Fabrica Pedro Soto Alba. Moa, Cuba, biblioteca JSMM, 1987.

5. Falcon H.T. Estudio de la separation de la pulpa lateritica у su sedimentation en condiciones de laboratorio. Informe, biblioteca JSMM, Cuba, 1982.

6. Искиердо П.Р. Влияние параметров гидротранспорта латерита на процесс осаждения. JL, ЛГИ, том 110,1987.

7. Falcon H.T. Consideraciones sobre le sedimentation de la pulpa lateritica en la fabrica Pedro Soto Alba. Revista "Mineria у geologia", Moa, Cuba, 1983.

8. Falcon H.T. Sedimentation de minerales limoniticos. Revista "Mineria у geologia" №2,1985.

9. Feliu M.S. Determination de los parametros de hidroen cienciastecnicas transporte de las pulpas del mineral serpentinitico. Tesis enopcion al grado cientifico edoctor en ciencias tecnicas. Cuba, Moa, 1998.

10. Докукин В.П. Повышение эффективности эксплуатации систем трубопроводного транспорта. СПГГИ., 2005.

11. Sohol S.I. Propiedades reologicos de la pulpa del mineral lateritico. Revista "La mineria en Cuba", №4,1978.

12. Garcel L.R. Determination de parametros reologicos en pulpa minerales que se comportan comoplasticos reales. Revista "Technologia quimica", Cuba, №2,1984.

13. Isquerdo P.R., Leiba R.F. Investigation у establecimiento del regimen у os parametros de trabajo de hidrotranporte de la pulpa latericia en la instalacion a presion. Fabrica Pedro Soto Alba, Moa, Cuba. Informe, biblioteca 1SMM, 1987.

14. Isquerdo P.R. Estudios de la instalacion de hidrotranporte a presion de la pulpa lateritica de la empresa Pedro Soto Alba. Revista "Mineria у geologia", 1SMM, №4,1989.

15. Покровская B.H. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. М., Недра, 1985.

16. Перес Б.Р. Исследование параметров гидравлического транспорта руд и концентратов в высоконасыщенных потоках. Дисс. на соиск. уч.ст. канд.техн.наук. Кривой Рог, 1970.

17. Юфин А.П. Гидромеханизация. М., Стройиздат, 1974.

18. Покровская В.Н. Пути повышения эффективности гидротранспорта. М., Недра,1972.

19. Благов И.С., Кошкин A.M., Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения. Научно-тех. издательство литературы по горному делу. М., 1962.

20. Трайнис В.В. Параметры и режим гидротранспортирования угля по трубопроводам. М., Наука, 1970.

21. Дементьев М.А. Физическая модель взвесенесущего потока. Гидромеханика, вып. 25. Киев, Наукова думка, 1973.

22. Нхуен Ван Хонг. Исследование и разработка рекомендаций по применению гидромеханизации для удаления шламов со дна карьеров в Социалистической Республике Вьетнам. Дисс. на соиск. уч.ст. канд. техн. наук. Ленинград, 1983.

23. Маккавеев В.М. О теориях движения турбулентных потоков, содержащих взвешенные наносы. Известия АН СССР ОТН, №2,1952.

24. Покровская В.Н. Интенсификация процессов гидравлического транспорта высоконасыщенных гидросмесей. JL, ЛГИ, 1976.

25. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. М., Недра, 1980.

26. Шишенко Р. Гидравлика глинистых растворов. Баку, Азнефтеиздат, 1951.

27. Ивенский Г.Б. Транспорт строительных растворов по трубам. Государственное изд. литературы по строительству и архитектуре. М., 1957.

28. Латыпов Э.К., Филатов Б.В. Об аппроксимациях уравнения Букингама вязкопластичного течения дисперсных систем. Коллоидный журнал, том XXV, №1,1963.

29. Говштот В. Влияние микронных фракций на параметры гидротранспорта угля. Сб. «Гидравлическая добыча угля», №12, ЦНИИТЭНУголь, 1966.

30. Мавлютов М.Р. Определение реологических свойств глинистых суспензий. Известия Вузов, Нефть и Газ, 1958.

31. Воларович М.П. Исследование реологических свойств дисперсных систем. Колл. ж., т. 16, №3,1954.

32. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Перекачка ила и осадков сточных вод. М., Госстройиздат, 1961.

33. Шищенко Р.И., Есьман Б.И. Практическая гидравлика в бурении. М., Недра, 1966.

34. Филатов Б.С. Определение реологических свойств суспензий глины в условиях установившегося движения. Колл. ж., 1954. т.16, №2.

35. Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. М., Машиностроение, 1973.

36. Трилисский К.К. и др. О пристенном эффекте при течении пластичных дисперсных систем. Колл. ж., 1973, т.35, №6.

37. Гориславец В.М., Дунец А. Исследование реологических свойств концентрированных суспензий при наличии пристенного эффекта. Инженер.-физический журнал, 1975, т.29, №2.

38. Сафонов 10. Оценка влияния пристенного эффекта на вязкость содовых суспензий. Труды ВНИИ, №56,1970.

39. Синицын В. Вязкостные свойства пластических дисперсных систем и эффект пристенного скольжения. Труды III Всесоюзной конференции по коллоидной химии. Изд. АН СССР, 1965.

40. Кокс Р., МэйсонС. Течения жидкостей по трубам при наличии взвешенных частиц. В кн.: реология суспензий. Мир, 1975.

41. Зрамов Ю.В. Исследование процессов перемешивания и гидротранспорта волокнистых суспензий целлюлозно-бумажного производства. Автореф. дисс. на соиск. уч.ст. канд. техн. наук. JL, 1975.

42. Нурок Г.А. Процессы и технологии гидромеханизации открытых горных работ. М., Недра, 1979.

43. Джунусов И. Ш. Разработка комплекса оборудования для сгущения и гидротранспортирования высоконасыщенных тонкодисперсных гидросмесей для закладки. Дисс. на соиск.уч.ст. канд. техн. наук. Ленинград, 1988.

44. Александров В.И. Снижение энергоемкости гидравлического транспортирования гидросмесей при высоких концентрациях твердой фазы. Диссертация на соиск. уч. ст. д.т.н., СПГГИ(ТУ), СПб, 2000.

45. Kemblowsky Z, Kiljansky Т. Rheological properties and rheometry of suspensions of Solid Prticles. 2-5 September 1997, Cracow, Poland, p. 25-41.

46. Vlasak P., Chara Z, Konfirst J., Matousek V. Coveing of sand in Newtionian and поп Newtonian carrier. 11th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 9-12 September 2002, Ghent, Belgium, p. 193-203.

47. Slatter P., Wasp E Yield stress how low you go? 11th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 9-12 September 2002, Ghent, Belgium, p. 173-183.

48. Skelland A.H. Non-newtonian flow and heam transfer. Edicion revolucionaria, Institute Cubano de libro, La Habana 1970.

49. Булина И. Транспорт структурообразующих суспензий высоких плотностей по трубам. Автореферат дисс. на соиск уч.ст. канд. техн. наук, 1960.

50. Классен В.И., Литовко В.И. и др. Реологические свойства ферросилициевых суспензий и методы их измерения. М., Недра, 1972.

51. Greducksor А.В. Principales and aplications ofreology prentice hall. New York, 1964.

52. Уилкинсон У. Неныотоновские жидкости. М., Мир, 1964.

53. Белкин И., Виноградов Г. и др. Ротационные приборы. Измерение вязкости и физико-механических характеристик материалов. М., Машиностроение, 1967.

54. Ванчаков М.В., Шилов В.Б. Реологические свойства высококонцентрированных гидросмесей сернокислого глинозема. В кн.: Автоматизация, механизация и оборудование процессов целлюлозно-бумажного производства. Сб. трудов ВНИИБа. Д., 1977.

55. Сафонов Ю.К. Реологическая модель концентрированных суспнзий. В кн.: Автоматизация, механизация и оборудование процессов целлюлозно-бумажного производства. Сб. трудов ВННИБа. JL, ВНИИБ, 1977.

56. Фрисман M.JI. Исследование параметров трубопроводного транспортирования щелоко-сульфатных суспензий. Дисс. на соиск.уч.ст. канд.техн. наук. JL, 1979.

57. Шульман З.П. Конвективный тепломассоперенос реологически сложных жидкостей. М., Энергия, 1975.

58. Ванчаков М.В. Исследование местных гидравлических сопротивлений при движении каолиновых суспензий. Дисс. на соиск.уч.ст. канд.техн.наук. Л., 1979.

59. Волокитин В.Г. Разработка способа хранения шламосодержащий солей в виде суспензий в целлюлозно-бумажном производстве, дисс. на соиск.уч.ст. канд. техн. наук. Л., 1984.

60. Рауль Искиердо Пупо. Исследование параметров и разработка рациональных режимов гидротранспорта латеритовой руды применительно к условиям комбината им. Педро Сото Альба. Автореф. дисс. на соиск. уч.ст.канд. техн. наук ЛГИ, Ленинград, 1989.

61. Ребиндер А.П. Физико-химическая механика, М., 1958.

62. Юфин А.П. Гидромеханизация. Изд. литературы по строительству. Мм 1965.

63. Прандтль JI. Гидромеханика. М., ИЛ., 1951.

64. Чабан С. Параметры течения неустойчивых двухфазных смесей. Архивы гидротехники, т.37. Варшава, 1990.

65. Криль С.И. Расчет профиля осадка, образующегося в наклонной трубе после остановки гидротранспортной системы. В кн.: Гидромеханика, вып. 30. К., Наукова Думка, 1977.

66. Hedstrom OA. Flow of plastics materials in pipes. Industr. and Engng. Chem., 1952, v.44,651.

67. Кембловский С. Реометрия неньютоновских жидкостей. НТИ, Варшава, 1973.

68. Рейнер М. Реология. М., Наука, 1965.

69. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976.

70. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М., Высшая школа, 1978.

71. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М., 1962.

72. Финин Д. Введение в теорию планирования экспериментов. М., Наука, 1970.

73. Барский Л.А., Козин В.З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. М., Недра, 1978.

74. Дрейпер Н.,Смит Г. прикладной регрессионный анализ. М., Финансы и статистика,1986.

75. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М., Наука, 1971.

76. Perez В.R., SwetlanaM. Sobre la eleccion de criterios de semejanza hidrodinamica aplicados al transporte hidraulico. Revista "Mineria у Geologia", №3,1984.

77. Ластов В.Г. Исследования с целью оптимизации параметров гидравлического транспортирования нефелиновых шламов высокого насыщения. Дисс. на соис.уч.ст. канд. техн. наук. Л., 1976.

78. Петров Ю.М. Гидравлический транспорт меловых суспензий. Строительные материалы, №8,1969.

79. Калинин В.А. Транспортирование навоза по трубам. Механизация и электрификация социалистического хозяйства, №2,1969.

80. Смолдырев А.Е. Рекомендуемые методы расчета гидравлического транспорта. М., Наука, 1964.

81. Смолдырев А.Е. О режимах и параметрах течения гидросмесей измельченных горных пород. Изд. вузов. Геология и разведка. №1,1980.

82. Экономика строительства магистральных трубопроводов. М., Стройиздат, 1977.

83. Инструкция по гидравлическому расчету систем напорного гидротранспорта грунтов. П59-71. JI., Энергия, 1972.

84. Мительман Б.И., Розенберг Г.Д. К вопросу о структурном режиме течения вязкопластичной жидкости по трубам. Труды Всероссийского НИИ бур.техники, вып. XX, 1965.

85. Молочников Л.И., Лешевич В.В. Эксплуатация и ремонт оборудования гидромеханизации. М., Недра, 1982.

86. Силин Н.А. и др. Гидротранспорт (вопросы гидравлики). Киев, Наукова Думка,1971.

87. Slatter P., Mollagee М„ Petersen F.M. Non-newtonian turbulence a practical overview 9th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 2-5 September 1997, Cracow, Poland, p. 83-97.

88. Parzonka W., Kempinsky J., Eckstadt H. Physical and rheological features of liduids river mud. 9th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 2-5 September 1997, Cracow, Poland, p. 135-145.

89. Ngyen Q.D., BogerD.V. Application of rheology to pipeline transport, dewatering and disposal of mineral tailings. 9th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 2-5 September 1997, Cracow, Poland, p. 177-193.

90. Alexandrov V.I., KuleshovAA. Experimental investigation of the transport slurry of copper ore tailing at high concentration. 9th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 2-5 September 1997, Cracow, Poland, p. 217-227.

91. Kilian W. The effect of temperature on rheological properties of fresh Portland cement past. 10th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 4-7 September 2000, Cracow, Poland, p. 85-99.

92. Alexandrov V.I., KuleshovAA., Makhovikov B.S. The rheological properties of high concentration slurries by pipeline transport on example of copper ore tailings. 10th International

93. Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 4-7 September 2000, Cracow, Poland, p. 537-551.

94. Slatter P. Non-Newtonian laminar pipe flow a place in the sun at last. 11th International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 9-12 September 2002, Ghent, Belgium, p. 33-41.

95. David J., Filip P. Mutual contribution of viscous and plastic effects in viscoplastic fluids.th

96. International Conference on Transport and Sedimentation of Solid Particles. 9-12 September 2002, Ghent, Belgium, p. 135-143.

97. Шпанский O.B., Буянов Ю.Д. Технология и комплексная механизация добычи нерудного сырья для производства строительных материалов. М.: Недра, 1996.

98. Тарасов Ю.Д., Николаев А.К., Докукин В.П. Передвижной пульпонасосный агрегат. Патент на изобретение №2147648, Бюллетень изобретений, 2000, №11.