Tính toán thiết kế cải tiến dây chuyền tuyển quặng apatit ở Công ty apatit Việt Nam

MỤC LỤC HƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ TUYỂN NỔI QUẶNG APATIT TẠI CÔNG TY APATIT LÀO CAI I.1.Các phương pháp công nghệ tuyển (làm giàu) nguyên liệu rắn. Phần lớn các phương pháp tuyển khoáng là dựa vào tính chất vật lý, lý hóa khác nhau của các khoáng vật ở trong quặng. Dựa vào sự khác nhau về tính chất vật lý và hóa học của những nguyên tố có ích ở trong quặng đó mà người ta áp dụng những phương pháp làm giàu khác nhau: Dựa vào sự khác nhau về độ bền cơ của các hợp phần trong nguyên liệu, người ta làm giàu bằng các phương pháp gia công cơ: nghiền, sàng hỗn hợp… Dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng về kích thước phần tử của hợp phần mà có các phương pháp tuyển trọng lực mà nguyên lý chung là lắng trong môi trường liên tục có khối lượng riêng đủ lớn. Dựa vào sự khác nhau về độ thẩm từ của các hợp phần trong nguyên liệu và quỹ đạo chuyển động của chúng khi đi qua từ trường ta có phương pháp tuyển từ. Dựa vào sự khác nhau về độ thấm ướt của các hợp phần trong nguyên liệu ta có phương pháp tuyển nổi. Tuy nhiên sự khác biệt về độ thấm ướt của các khoáng trong thiên nhiên không phải là lớn cho nên thực tế kỹ thuật tuyển nổi người ta thường áp dụng những biện pháp công nghệ sau để tăng hiệu quả của quá trình tuyển. - Dựa vào một số hợp chất để làm tăng sự sai khác độ thấm ướt vật liệu đó chính là thuốc tuyển. (có hai loại làm tăng tính kỵ nước của vật liệu là chất gom ví dụ như axit cacboxilic, axit naphtelic còn loại làm tăng tính ưa nước của vật liệu là chất trợ lắng. VD:KCl, NaCN, NaCl…). - Tăng cường sự khác biệt sự sai khác thấm ướt vật liệu, người ta giảm tương quan giữa kích thước phân tử và khối lượng chính nó. Nói cách khác là người ta, nghiền vật liệu đến kích thước nhất định và đủ nhỏ (dmax = 0,10,3 mm). I.2. Giới thiệu về quặng Apatit – Công nghệ tuyển nổi quặng Apatit Lào Cai . Sự xác định của ngành địa chất trữ lượng Apatit Lào Cai là khoảng hơn 1 tỷ tấn. Cấu tạo kiến trúc của quặng này chia ra làm chín tầng địa chất, còn gọi là chín tầng Kóc – San (19) và chia làm hai đới bao gồm đới đã phong hoá hoá học và đới chưa phong hoá hoá học. Quặng Apatit tập chung chủ yếu ở 4 tầng địa chất: 4,5,6,7 và nằm ở đới đã phong hoá hoá học. Hình 1.1 Cấu tạo kiến trúc của các tầng quặng Quặng Apatit bao gồm hai loại chủ yếu là dạng vụn và dạng khối (đá phiến): Dạng vụn: và hạt rời phần lớn là quặng giàu, hàm lượng > 32,5% và có một lượng nhỏ quặng có hàm lượng < 22%. Dạng khối: Chủ yếu là quặng Apatit xâm nhiễm mịn trong các phiến đá cứng rắn, phần lớn hàm lượng < 32% (thường thì hàm lượng trong quặng này chỉ vào khoảng 1218%). Người ta gọi Apatit là khoáng có thành phần được biểu thị bởi công thức chung hoặc rút gọn . R là F, Cl, OH hoặc . Phổ biến nhất là Flo aptit hay rút gọn là ; ít gặp hydroxyl apatit; rất hiếm clo apatit, đôi khi một bộ phận canxi được thay thế bởi các kim loại như: Ba, Sr, Mg, Mn, Fe. Quặng có màu nâu xẫm hoặc mầu nâu vàng, không hoà tan trong nước nhưng hoà tan trong các axit vô cơ. Tỷ trọng từ 1,5 2,2 tấn/, nhiệt độ nóng chảy từ . Công thức hoá học của các thành phần chính trong quặng Apatit như sau: Floapatit NêEghêtin Nêfêlin Sphen Đôlômit Titanmanhêtit Hàm lượng các chất chứa Photpho trong quặng được quy ra phần trăm Anhydric Photphoric gọi là chung trong Apatit. Apatit chưa làm giàu có chứa các tạp chất như: thạch anh, đất sét, đôlômit, glaucônhit… Do đó mà hàm lượng chung trong Apatit giảm đi. Tuỳ theo hàm lượng trong quặng người ta chia quặng Apatit ra làm 4 loại: Quặng loại I: là quặng giàu chứa phần lớn là Floapatit có hàm lượng từ 32,538%. Quặng này sử dụng trực tiếp để xuất bán cho các nhà máy sản xuất supe lân. Quặng loại II: Quặng này có hàm lượng từ 2426%. Loại quặng này tồn tại ở dạng cục, phiến dùng để xuất bán cùng với quặng loại I. Quặng loại III: Là loại quặng được bóc ra trong quá trình khai thác quặng loại I. Hàm lượng của quặng này từ 1518%. Loại quặng này chưa sử dụng ngay được mà phải đưa sang nhà máy tuyển quặng để nâng hàm lượng lên 32,533%. Quặng loại IV:Quặng này có hàm lượng từ 812%.Quặng này tồn tại trong các mỏ Photphat lắng đọng trong các hang núi đá vôi nằm rải rác ở một số vùng trên cả nước với trữ lượng nhỏ. Ba mỏ lớn nhất là Vĩnh Thịnh-Lạng Sơn, Cao Thịnh-Thanh Hoá, Khoe Lá-Kiên Giang. Kết quả phân tích Apatit Lào Cai có hàm lượng trung bình của các thành phần như sau: %P2O5 %CaO %F %H2O %Al2O3 %Fe2O3 %MgO %SiO2 %CO2 3233 4346 22,5 812 23 22,7 22,5 1214 0,3 Chú ý rằng chúng ta chỉ dùng phương pháp tuyển nổi quặng loại III vì đây là quặng nghèo, Hàm lượng của nó chỉ chiếm khoảng 1518% trong khi đó yêu cầu về hàm lượng trong quặng Apatit làm nguyên liệu cho công nghiệp sản xuất phân bón, sản xuất acid phải đạt > 32,5%. Kết Luận: Qua các nghiên cứu thành phần của quặng nguyên khai cho thấy kiến trúc của quặng nguyên khai đơn giản. Khoáng vật chủ yếu là CaO và nhưng CaO trong quá trình nghiên cứu thường ở riêng để tách bỏ, ngoài ra còn một số khoáng chất khác đi kèm nhưng hàm lượng thấp. Khoáng vật cần thu hồi là Apatit, ta sử dụng phương pháp tuyển nổi vì quặng Apatit lẫn nhiều khoáng vật khác, muốn tách chúng ra để tăng hàm lượng trong quặng ta cần nghiền nhỏ các hạt khoáng vật nói chung. Khi các khoáng vật bị nghiền nhỏ việc tách bỏ các khoáng vật có hại bằng các phương pháp khác gặp nhiều khó khăn, chỉ có tuyển bằng phương pháp tuyển nổi là thích hợp hơn cả, theo nghiên cứu ở nhà máy tuyển cho thấy ở độ mịn nghiền nhỏ hơn 0,074mm là thích hợp nhất và tính nổi của tốt nhất trong môi trường có độ Nhà máy tuyển trực thuộc công ty Apatit Việt Nam được xây dựng trên cùng một mặt bằng có diện tích là 93ha. Theo thiết kế của Liên Xô cũ, tổng mặt bằng của nhà máy có ba dây chuyền sản xuất chính, trong đó một dây chuyền là tuyển quặng loại III và hai dây chuyền khác là gia công quặng loại I và loại II để bán trong nước và xuất khẩu. Nhưng đến tận bây giờ hai dây chuyền gia công quặng loại I và quặng loại II chưa xây dựng được, chỉ có dây chuyền tuyển nổi quặng loại III đã được xây dựng, lắp đặt hoàn thiện và đang hoạt động tốt. Nhà máy tuyển được chia thành 3 phần chính: Khu vực chuẩn bị khoáng sản gồm phân xưởng đập thô và kho quặng loại III. Khu vực tuyển nổi gồm các sàng rửa, máy nghiền, sàng phân loại, bể cô đặc và các thùng máy tuyển. Khu vực lọc sấy gồm có máy nén, bơm chân không, máy lọc chân không kiểu đĩa, hệ thống băng tải, máy sấy thùng quay, xylô, nhưng hiện nay không sử dụng hệ thống sấy do chi phí về điện năng và chí phí vận hành hệ thống. Dây chuyền công nghệ tuyển nổi quặng Apatit Lào Cai bao gồm ba công đoạn chính sau đây: Công đoạn chuẩn bị bao gồm các quá trình đập, nghiền, sàng, phân cấp để giải phóng các hạt Apatit ra khỏi đất đá, chuẩn bị độ hạt thích hợp (≤0,074mm) đưa vào các quá trình tuyển sau đó và trung hòa nguyên liệu khoáng sản trước khi đưa vào tuyển. Công đoạn làm giàu bao gồm các quá trình tuyển được sử dụng để tách khoáng vật có ích (Apatit) ra khỏi đất đá nhằm thu được các sản phẩm quặng Apatit sau tuyển có hàm lượng đạt yêu cầu. Công đoạn hoàn thiện sản phẩm và kiểm tra chất lượng bao gồm các quá trình tách nước ra khỏi sản phẩm (lọc bằng máy lọc chân không kiểu đĩa), thu hồi nước tuần hoàn, lấy mẫu và kiểm tra kỹ thuật… Trong các công đoạn công nghệ trên thì công đoạn chuẩn bị có mức tiêu thụ năng lượng và hao mòn thiết bị lớn nhất. Bởi vậy nó chiếm tới 60% giá thành tuyển một tấn quặng Apatit thành phẩm. Trong công nghệ tuyển nổi quặng Apatit nhằm điều khiển ổn định và hoàn thiện quá trình tuyển nổi, nâng cao tính chọn riêng (tức là hiệu quả tách khoáng vật có ích ra khỏi đất đá) và tăng độ bền của bóng khí người ta có sử dụng thuốc tuyển nổi. Ở đây thuốc tuyển nổi được dùng bao gồm 2 loại thuốc MD của Thụy Điển và VH2000 của viện hóa Việt Nam theo tỉ lệ 3/7. Ngoài ra để tăng khả năng tách đất đá ở nhà máy tuyển còn sử dụng thêm thuốc đè chìm là thủy tinh lỏng, thuốc có tác dụng đè chìm đất đá, nó tác dụng chọn lọc lên bề mặt hạt đất đá làm giảm tính nổi của nó, tức là làm cho đất đá trở nên ưa nước không chuyển được vào sản phẩm bọt trong quá trình sục khí ở máy tuyển. Do mỗi khoáng vật đều chỉ nổi ở một độ pH nhất định và tính nổi của tốt nhất trong môi trường có độ pH = 8,5 - 8,8 nên người ta cho thêm vào bùn thuốc điều chỉnh môi trường (ở đây cho thêm vào xôđa Na2CO3) thuốc này làm thay đổi độ pH của bùn, tạo điều kiện tốt nhất cho sự tương tác của các thuốc tuyển với hạt khoáng trong quá trình tuyển nổi. Ngoài ra điều chỉnh pH sẽ làm thay đổi trị số thế oxi hoá khử của huyền phù, làm thay đổi quá trình phân tán và ngưng tụ của các hạt bùn (những hạt có đường kính tương đương deq nhỏ hơn 10mm), tạo điều kiện tốt nhất để giảm tác hại của các hạt bùn trong quá trình tuyển nổi. Trong công nghệ tuyển nổi quặng Apatit ở Lào Cai cần phải thật chú ý những đặc điểm quan trọng như có nhiều thông số ảnh hưởng đến quá trình và kết quả tuyển nổi, các thông số chính là: * Thành phần tự do của quặng đưa vào tuyển. * Cỡ hạt sau khi nghiền. * Chế độ thuốc tuyển, thuốc đè chìm, thuốc điều chình môi trường... * Mật độ và nhiệt độ của bùn. * Cấu tạo của máy tuyển nổi. * Chất lượng của nước. Giá trị của các thông số trên phải giữ trong một khoảng giới hạn hợp lý, nếu khác đi dù chỉ một trong các thông số đó sẽ phá hoại quá trình tuyển nổi. Tính chất của khoáng vật có ích được đặc trưng bởi tính nổi của nó. Cần phải biết thành phần khoáng vật, thành phần hoá học, đặc điểm tạo thành của khoáng vật có ích. Sự thay đổi thành phần của nó trong quá trình khai thác, vận chuyển tích chứa và tuyển cũng như đặc tính khoáng vật đi cùng. Cỡ hạt đưa vào tuyển nổi tương ứng với thành phần mật độ tối ưu để giải phóng hoàn toàn các hạt khoáng vật có ích. Bùn chứa nhiều hạt mịn (nhỏ hơn 0,01-0,005mm) sẽ làm xấu quá trình tuyển nổi vì nó làm tăng chi phí thuốc, giảm chất lượng quặng tinh, ngược lại bùn chứa nhiều hạt lớn, khả năng mất mát nó vào sản phẩm thải sẽ lớn. Tuyển nổi tốt nhất ở cỡ hạt trung bình, đủ để giải phóng các hạt khoáng vật có ích. Cỡ hạt hợp lý được xác định bằng nghiên cứu thực nghiệm, cỡ hạt hợp lý không chỉ phù hợp với đặc tính công nghệ mà còn tính đến hàm lượng của quặng và năng suất của xưởng. Chế độ thuốc tuyển bao gồm loại thuốc được sử dụng, chi phí của chúng, thứ tự cho thuốc và thời gian khuấy thuốc với bùn. Chế độ thuốc được xác định trên cơ sở nghiên cứu trên phòng thí nghiệm và thí nghiệm bán sản xuất tại nhà máy tuyển trực thuộc công ty Apatit Việt Nam. Cấp thuốc thực hiện theo trình tự sau: Đầu tiên cho Xôđa để điều chỉnh môi trường duy trì độ pH ở trong khoảng từ 8,5 – 8,8. Tiếp theo là thủy tinh lỏng nó có tác dụng đè chìm đất đá. Cuối cùng là thuốc tuyển nổi. Nồng độ của bùn cũng là một trong những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tuyển, tăng mật độ của bùn khi thể tích máy tuyển nổi không đổi sẽ làm tăng năng suất của máy, tăng nồng độ thể tích của thuốc, trong nhiều trường hợp làm tăng thực thu. Song nếu tăng nồng độ bùn quá mức sẽ làm giảm lượng bóng khí trong bùn khi tuyển nổi, làm hạt lớn khó nổi và giảm chất lượng của quặng tinh. Khi giảm nồng độ bùn cho phép nhận được quặng tinh sạch hơn nhưng năng suất của máy giảm. Trong thực tế nhà máy mật độ bùn được giữ trong khoảng 35 - 45% rắn. Qua tìm hiểu thực tế tại nhà máy chúng tôi đã thấy rằng hiện nay nhà máy đang sử dụng một dây chuyền tuyển quặng đồ sộ nhưng lại mang tính chắp vá cao. Do vậy mà năng suất của nhà máy chưa phát huy được tối đa. Ngoài ra do nhu cầu về sử dụng Apatit ở Việt Nam hiện nay ngày càng trở nên nóng bỏng khi hàng loạt các nhà máy sản xuất phân bón như DAP Hải Phòng, Supe Long Thành Đồng Nai đi vào hoạt động... Do đó vấn đề cấp bách đặt ra ở đây là phải tìm ra các bất hợp lý trong dây chuyền để khắc phục và điều chỉnh. Nếu cần chúng ta có thể thiết kế cải tiến các công đoạn mang tính quyết định đến năng suất và các thông số công nghệ của dây chuyền. Cũng qua tìm hiểu thực tế tại nhà máy và quá trình phân tích thực nghiệm chúng tôi đã tìm ra một số điểm bất hợp lý mang tính quyết định đến năng suất và các thông số công nghệ của dây chuyền như là: Kích thước hạt quặng chưa đảm bảo, cụ thể là kích thước hạt quặng sau nghiền quá nhỏ so với mức cần thiết, hàm lượng chất rắn trong nước lọc của nhà máy quá cao gây lãng phí, các máy chưa hoạt động hết công suất nhưng lại tiêu tốn quá nhiều năng lượng. Do vậy việc nghiên cứu thiết kế cải tiến dây chuyền tuyển quặng Apatit loại 3 để nâng cao năng suất tập trung vào giải quyết các vấn đề: phân loại kích thước hạt quặng sau nghiền và cải tiến quá trình lọc là một yêu cầu cấp thiết và rất phù hợp trong tình hình hiện nay. ĐỒ ÁN BAO GỒM CÁC NHIỆM VỤ CỤ THỂ SAU ĐÂY: * Khảo sát thực tế sản xuất tại nhà máy và phát hiện những vấn đề bất hợp lý nêu phương hướng giải quyết. * Xác định các thông số công nghệ trong chu trình nghiền quặng phục vụ cho việc đánh giá sự hoạt động của các thiết bị trong chu trình và phục vụ cho việc thiết kế máy nghiền bi nước, máy phân cấp vít tải đơn. * Tính toán thiết kế máy nghiền bi nước và máy phân cấp vít tải đơn. I.3. Dây chuyền công nghệ tuyển quặng Apatit Lào Cai. I.3.1 Thuyết minh dây chuyền công nghệ. Quặng loại III nguyên khai có hàm lượng là (1518)% được vận chuyển từ các nhà máy khai thác quặng bằng tầu hỏa, chuyển đến phân xưởng đập nghiền để thực hiện quá trình đập nghiền sơ bộ và lưu vào kho chứa nhằm cung cấp cho các dây chuyền tuyển. Quặng loại III được đưa vào Bunke chứa nhờ xích tải 1 chuyển xuống sàng rung 3, tại đây các hạt nhỏ có đường kính tương đương nhỏ hơn 300mm lọt xuống dưới sàng. Các cục vật liệu có kích thước lớn hơn 300mm không lọt qua các lỗ sàng sẽ xuống máy đập má 4, vật liệu đi ra khỏi máy đập có kích thước nhỏ hơn 300mm rơi xuống băng tải 5, các hạt nhỏ lọt qua xích tải 1 rơi xuống băng tải 2 và cùng sản phẩm phía dưới sàng rung 3 rơi xuống băng tải 5 này, quặng tiếp tục đi qua băng tải 6 và được vận chuyển vào kho chứa quặng loại III. Tại kho chứa vật liệu được rải đều trong kho nhờ cơ cấu băng tải tháo liệu7. Các cần trục 20 tấn sẽ dàn đều thêm quặng trong kho đồng thời bổ sung vào 3 Bunke chứa . Quặng được tháo ra khỏi 3 Bunke qua 3 hành lang băng tải khác nhau (mỗi hành lang băng tải tương ứng với một dây tuyển, lưu trình này chỉ vẽ một dây chuyền tuyển nổi điển hình) và được đưa sang phân xưởng tuyển chính, kết thúc công đoạn đập sơ bộ ở phân xưởng đập nghiền. Tại phân xưởng tuyển chính, Quặng được đưa vào sàng rửa thùng quay 11. Kết cấu của sàng thùng quay bao gồm 2 vỏ hình trụ, vỏ bên trong có đục các lỗ có kích thước 10mm; vỏ ngoài có vành răng ăn khớp với bánh răng của hộp giảm tốc 2 cấp giúp sàng quay với vận tốc 30 vòng/phút. Nước và quặng chuyển động ngược chiều nhau trong thùng, quặng được đưa vào vỏ bên trong và các hạt nhỏ hơn 10mm lọt qua lỗ sàng được đi cùng với nước tuần hoàn ra khỏi sàng thùng quay đến phân cấp vít xoắn đơn 17. Phần chất rắn còn lại được rửa sạch bùn đất và các hạt quặng nhỏ bám vào ra khỏi sàng thùng quay rơi xuống băng tải 12 vào máy đập trục (một trục) 13. Quặng ra khỏi máy đập có kích thước nhỏ hơn 100mm tiếp tục được đưa vào sàng rửa thùng quay 14 có cấu tạo và kích thước giống như 11, các hạt nhỏ hơn 10mm lọt qua lỗ sàng được đi cùng với nước tuần hoàn ra khỏi sàng thùng quay đến phân cấp vít xoắn kép 19. Phần chất rắn còn lại đã được rửa sạch các hạt quặng nhỏ bám vào đi ra khỏi 14 rơi xuống sàng rung 15. Qua sàng rung 15 quặng được phân ra làm 2 phần, sản phẩm dưới sàng có kích thước nhỏ hơn 35mm được đưa vào phân cấp vít xoắn kép 19; sản phẩm trên sàng được đưa vào máy đập trục 16, sản phẩm ra khỏi máy đập có kích thước nhỏ hơn 35mm cũng được đưa vào phân cấp vít xoắn kép 19. Máy phân cấp ruột xoắn gồm có một thùng máy dạng nửa hình trụ đặt nghiêng một góc 14o bên trong có ruột xoắn để vận chuyển sản phẩm bùn, đầu dưới của ruột xoắn có thể nâng lên và hạ xuống bằng một bộ phận truyền động riêng, khi cần sửa chữa hoặc có sự cố làm ngừng cách xoắn. Bùn ban đầu được cho vào bên hông cách một phần ba kể từ đầu thấp, những hạt lớn chìm xuống được ruột xoắn vận chuyển lên đầu cao, những hạt mịn theo nước tràn qua của chảy tràn. Trong quá trình hoạt động dưới đáy máy phân cấp hình thành một lớp bùn mỏng không chuyển động để bảo vệ đáy thùng máy khỏi bị mòn khi ruột xoắn vận chuyển bùn. Phân cấp vít xoắn đơn có tác dụng phân loại vật liệu ra làm 2 loại, sản phẩm đi ra phía trên có kích thước lớn hơn 0,1mm được đưa vào máy nghiền bi ướt, nước mang theo các hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn được đưa sang bể khuấy trung gian. Sản phẩm sau máy nghiền bi ướt 18 được đưa vào phân cấp vít xoắn kép 19. Máy phân cấp hai ruột xoắn có nguyên lý hoạt động tương tự như máy phân cấp một ruột xoắn nhưng ở đây thay vì một ruột xoắn máy có hai ruột xoắn đặt sát nhau, hai ruột xoắn này chuyển động ngược chiều nhau, công suất của máy phân cấp hai ruột xoắn lớn gấp đôi công suất của máy một ruột xoắn. Sản phẩm ra phía trên của phân cấp 2 ruột xoắn có kích thước lớn hơn 0,1mm được đưa quay trở lại đầu vào của máy nghiền bi ướt 18, nước mang theo các hạt có kích thước nhỏ hơn 0,1mm ra khỏi 19 được đưa vào bể chứa trung gian có trang bị cánh khuấy để chống lắng. Huyền phù Apatit từ bể chứa trung gian được 2 bơm 20 bơm lên 2 xyclon phân cấp số 21 nhằm loại bỏ triệt để các hạt có kích thước lớn hơn 0,074mm, các hạt này được đưa trở lại đầu vào của máy nghiền bi ướt. Huyền phù ra khỏi 21 có hàm lượng pha rắn khoảng 16% được đưa vào bể chứa trung gian 22 tiếp tục được bơm 23 bơm sang 2 bể lắng, lắng huyền phù trước tuyển hoạt động song song 1 và 2, tại hai bể trên huyền phù được lắng, bể lắng này được thiết kế để lắng những hạt có kích thước lớn hơn 20µm, huyền phù nồng độ đậm đặc hơn được bơm sang bể chứa trung gian 25 trước khi đưa đi dàn tuyển, nước trong chứa những hạt có kích thước nhỏ hơn 20µm đi ra ở phía trên của hai bể lắng được đưa sang xyclon phân cấp 2 số 24 để tận thu những hạt quặng có kích thước nhỏ không thể lắng được ở bể lắng, xyclon này có thể thu hồi được những hạt có kích thước lớn hơn 5µm rồi đưa đến bể chứa 25 trước khi đưa đi tuyển, nước trong chứa những hạt có kích thước nhỏ hơn 5µm đến bể chứa nước tuần hoàn (thực chất là một ao lắng quặng). Huyền phù tiếp tục được bơm từ bể chứa trung gian số 25 vào thiết bị tiếp xúc lần 1 số 26, tại đây thủy tinh lỏng có nồng độ 1 – 2% được bổ sung vào có tác dụng đè chìm các tạp chất đất đá có trong quặng tuyển hỗn hợp được lưu trong thiết bị trong thời gian 10 phút. Từ tiếp xúc 1, huyền phù được bơm sang tiếp xúc 2 số 27 để bổ sung hỗn hợp thuốc tuyển nổi có nồng độ 1 – 2% (Hiện tại nhà máy Tuyển quặng Apatit đang sử dụng hỗn hợp 2 loại thuốc tuyển, một của Thụy Điển (MD), và một của Viện Hóa học Việt Nam (VH2000) với tỷ lệ là 30%MD cùng với 70%VH2000), thời gian lưu của hỗn hợp trong thiết bị này là 3 phút. Sau đó huyền phù tiếp tục được bơm sang thiết bị khuấy trộn 29 nhằm tăng cường hơn nữa độ đồng đều giữa các pha trong hỗn hợp. Để tăng cường khả năng tiếp xúc giữa các pha lỏng, cả ba thiết bị trên đều được trang bị một cơ cấu khuấy rất hoàn chỉnh. Sau khi ra khỏi thiết bị khuấy trộn, hỗn hợp huyền phù được đưa lên dàn tuyển để thực hiện quá trình tuyển quặng Apatit. Quá trình tuyển nổi được tiến hành trên máy tuyển nổi có cơ cấu khuấy kiểu tuốc bin. Trong máy này, dùng khí nén có áp lực 0,15 - 0,20 at để tạo nên bóng khí và cánh khuấy tuôcbin để khuấy bùn và phân tán bóng khí. Máy gồm ngăn máy, các tấm chắn để dập xoáy tạo nên vùng yên tĩnh phía trên cánh khuấy tuôcbin. Ở giữa ngăn máy có trục rỗng trên đó lắp cánh khuấy tuôcbin có dạng hình nón cụt, bên trên cánh khuấy tuôcbin có đĩa đậy kín. Bề mặt ngoài của cánh khuấy tuôcbin có các gờ, không khí nén theo trục rỗng đi vào bên trong cánh khuấy tuôcbin rồi dịch chuyển dọc theo bề mặt của nó lên phía trên tạo thành các bóng khí và được khuấy trộn với bùn. Góc côn của cánh khuấy tuôcbin là 150. Đầu tiên huyền phù được đưa vào dàn tuyển chính, sản phẩm bọt lấy ra từ phía trên được đưa xuống tuyển tinh, sản phẩm bùn được đưa lên tuyển vét. Thời gian lưu tại cầu tuyển chính là 15 phút. Bọt ra khỏi tuyển tinh có hàm lượng P2O5 là 32,34% được đưa ra xyclon cô đặc 29, xyclon cô đặc phân huyền phù thành hai phần, phần lấy ra ở đáy được cô đặc đến nồng độ pha rắn khoảng 45% sau đó được bơm đến thùng khuấy trung gian 30 rồi từ thùng khuấy trung gian được bơm đến máy lọc chân không kiểu đĩa. Còn một phần huyền phù loãng được lấy ra ở phía trên xyclon 29 có nồng độ pha rắn chiếm 12,2% được bơm đưa đi bể lắng có cơ cấu cào 4 (hiện tại một bể lắng nhà máy không sử dụng), tại đây huyền phù được cô đặc đến khi hàm lượng pha rắn đạt khoảng 45% thì được bơm đến thùng khuấy trung gian 30 để đều đặn cấp cho các máy lọc đĩa. Tại máy lọc đĩa bùn được hút chân không làm khô đến hàm lượng nước chỉ còn 20% (theo thiết kế). Quặng khô được hệ thống băng tải vận chuyển đến kho chứa tinh quặng, còn nước lọc có hàm lượng pha rắn chiếm khoảng 15% lần lượt qua bình tách nước 33, sau đó qua thủy phong 36, rồi được xả về bể chứa nước lọc 37. Phần hơi nước theo khí qua bình tách nước 33 tiếp tục được đi qua bình tách nước lần 2 số 34, rồi lại qua thủy phong 36 rồi cũng được xả về bể chứa nước lọc 37. Máy lọc tạo được chân không nhờ nối với hệ thống đường ống chân không chung, khí sau khi qua máy lọc chân không sau khi lần lượt đi qua hai bình tách nước 33 và 34 để tách giọt rồi tiếp tục tới ống hút chân không chung, ống này được nối với hệ thống bơm chân không vòng nước. Áp suất chân không đạt được là 0,4 Mpa. I.3.2 Sơ đồ công nghệ tuyển nổi quặng Apatit (hình 1.2) CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ TRONG CHU TRÌNH NGHIỀN QUẶNG APATIT II.1. Các thông số công nghệ cần xác định. Để đánh giá sự hoạt động của các thiết bị trong chu trình nghiền quặng ta tiến hành thí nghiệm xác định các thông số công nghệ chủ yếu trong chu trình nghiền. Mặt khác các số liệu thu được trong quá trình thực nghiệm là các số liệu quan trọng trong quá trình tính toán cải tiến thiết bị. II.1.1. Các thông số cần xác định Các thông số công nghệ cần xác định bao gồm các thông số sau: * Xác định phân bố kích thước hạt quặng Apatit * Hàm lượng pha rắn trong huyền phù. II.1.2. Số liệu thực tế sản xuất tại nhà máy tuyển Apatit * Năng suất của nhà máy hiện tại là 350.000 tấn quặng loại 3 trên năm và có thể nâng năng suất lên đến 700.000 tấn quặng loại 3 trên năm. Đồng thời theo phần I.1. thì năng suất cần phải là 1 triệu tấn/năm để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng trong tương lai. * Phần trăm pha rắn sau khi ra khỏi các thiết bị là 26%. * Độ mịn nghiền là các hạt có kích thước dưới 0,074mm chiếm 80% sau khi ra khỏi xyclon thuỷ lực II.1.3. Thực nghiệm II.1.3.1 Thí nghiệm xác định hàm lượng pha rắn Để kiểm tra hàm lượng pha rắn trong huyền phù tại các đầu vào và đầu ra của các thiết bị trong chu trình nghiền ta phải tiến hành thực nghiệm xác định khối lượng pha rắn trong tổng khối lượng huyền phù ban đầu. II.1.3.1.1. Cơ sở lý thuyết. Hàm lượng pha rắn của huyền phù là tỷ lệ khối lượng giữa pha rắn khô tuyệt đối với lượng huyền phù chứa nó, với thứ nguyên là kg/kg hoặc là %. (2-1) Khối lượng chất rắn khô Khối lượng huyền phù %Pha rắn = (kg/kg) II.1.3.1.2. Tiến hành thí nghiệm. Để xác định hàm lượng pha rắn trong huyền phù ta cần xác định khối lượng pha rắn khô tuyệt đối có trong huyền phù. Do huyền phù lấy từ nhà máy về là huyền phù có hàm lượng nước khá lớn nếu ta tiến hành sấy ngay thì sẽ mất rất nhiều thời gian. Để giảm tối đa thời gian sấy thì trước khi sấy ta tiến hành lọc sơ bộ các mãu huyền phù bằng thiết bị lọc chân không( hình vẽ bên dưới). Trước hết ta tiến hành rửa sạch phễu lọc và lót giấy lọc đã thấm nước vào bên trong của phễu lọc. Sau đó ta lắp phễu lọc vào ống thuỷ tinh lọc để tiến hành thí nghiệm lọc. Hình 2–1: Sơ đồ thí nghiệm lọc chân không. 1 - Ống thủy tinh có vạch chia, sử dụng làm bình tách nước đồng thời là bình chuẩn để xác định lượng nước lọc thu được trong quá trình lọc. 2 - Nút cao su có khoan 2 lỗ để cho phễu lọc và đường ống hút chân không đi qua. 3 - Phễu lọc có đường kính 90mm, chiều cao 35mm làm bằng sứ. 4 - Ống hút chân không, làm bằng đồng. 5 - Ống hút chân không, làm bằng cao su. 6 - Chân không kế. 7 - Van điều chỉnh áp suất. 8 - Bình ổn áp. 9 - Bơm chân không vòng dầu. Huyền phù quặng lọc sau khi được khuấy đều liên tục được đổ vào phễu lọc lên trên giấy lọc cho đến khi nào đầy phễu thì dừng lại. Tạo ra áp suất chân không nhờ bơm chân không vòng dầu 9 và điều khiển áp suất này đạt 0,7MPa nhờ van 7. Ống thủy tinh 1 được sử dụng như bình chuẩn và bình tách nước. II.1.3.1 .3 Kết quả thực nghiệm xác định hàm lượng pha rắn Tên mẫu Khối lượng (g) Hàm lượng pha rắn, % Huyền phù+Bì Bì Huyền Phù (A) Bã khô + đĩa Đĩa Bã khô (B) Ra vít tải đơn 2160 71,2 2088,8 861,4 310,84 550,56 26,36 Ra vít tải kép 1960 119,9 1840,1 683,1 186,88 496,22 26,97 Ra nghiền bi 1790 102,6 1687,4 784,4 359,97 424,43 25,15 * Kết luận Hàm lượng pha rắn của huyền phù theo nhà máy là 25¸26 % Hàm lượng pha rắn của huyền phù thu được theo thí nghiệm là gần đúng so với số liệu của nhà máy, số liệu này cũng phù hợp với % hàm lượng pha rắn yêu cầu của công nghệ tuyển khoáng. Do đó số liệu này có thể chấp nhận được. II.1.3.2 Xác định mật độ phân bố kích thước hạt II.1.3.2.1 Cơ sở lý thuyết. Tiến hành thí nghiệm xác định phân bố kích thước hạt quặng bằng cách sử dụng phương pháp Rây thủ công. Cơ sở của phương pháp này là dựa trên nguyên tắc sàng phân loại. Rây là một quá trình phân loại cơ học một hỗn hợp vật liệu rời thành các lớp hạt có kích thước khác nhau. Phương pháp phân loại là cho hỗn hợp vật liệu nằm trên một bề mặt có lỗ (được gọi là lưới rây) và lắc cho nó chuyển động thì những hạt vật liệu nào có kích thước bé hơn kích thước của lỗ lưới sẽ lọt qua, còn các hạt vật liệu có kích thước lớn hơn kích thước của lỗ thì nằm lại trên lưới rây. Vật liệu cho vào rây ban đầu gọi là hỗn hợp ban đầu, những hạt vật liệu chui qua được lỗ lưới thì được gọi là sản phẩm dưới lưới, còn hạt vật liệu không chui được qua lỗ lưới gọi là sản phẩm trên lưới. Nếu bộ rây có n chiếc thì ta có được (n+1) sản phẩm. Hình 2– 2: Bộ rây có nhiều rây với kích thước lỗ rây khác nhau. II.1.3.2.2 Tiến hành thí nghiệm. Ta tiến hành lấy mẫu thí nghiệm là huyền phù quặng đã sấy khô. Tiến hành lấy mẫu sao cho mẫu lấy đi rây là mẫu đại diện. Để có được mẫu là đại diện ta tiến hành chia mẫu thành các hình rẻ quạt rồi tiến hành lấy mẫu theo nguyên tắc so le để đạt được độ đồng đều của mẫu lấy làm thí nghiệm. Sau khi đã lấy được mẫu đại diện ta tiến hành rây mẫu theo trình tự của các rây theo với trình tự kích thước lỗ rây của bộ rây. Chiếc rây có lỗ rây thưa nhất sẽ được rây trước nhất tương ứng với điều đó ta sẽ có sản phẩm trên rây có kích thước là lớn nhất tương ứng với đường kính là +d1(mm) và lấy sản phẩm trên lưới đi cân để lấy được số liệu khối lượng sản phẩm trên lưới là m1(g). Tiếp theo ta tiến hành lấy lại sản phẩm dưới lưới để rây lại với rây thứ 2. Ta tiến hành làm tương tự như với rây số 1, ta cũng thu được lớp hạt thứ hai có đường kính là d2(mm) và có khối lượng của lớp kích thước hạt thứ 2 là m2 (g). Cứ tiến hành liên tục như vậy cho đến khi sản phẩm dưới lưới có kích thước nhỏ hơn kích thước hạt sản phẩm yêu cầu thì ta dừng thí nghiệm sau đó cân khối lượng sản phẩm cuối cùng dưới lưới khi đó ta sẽ thu được một bộ số liệu về khối lượng các lớp hạt có kích thước khác nhau. Từ kết quả làm thực nghiệm ta tính ra đường kính hạt trung bình cho cả lớp hạt theo công thức sau đây: (2-2) Dtb = Trong đó: d1, d2, d3…d6: là đường kính trung bình của một dải hạt. a1, a2, a3…a6: là phần trăm khối lượng của các dải hạt. II.1.3.2.3 Kết quả thí nghiệm II.1.3.2.3 .1 Kết quả thực nghiệm đối với vít tải đơn. Đối với sản phẩm thô ra ở đầu trên của vít tải * Sau khi làm thí nghiệm ta thu dược bảng kết quả số liệu sau: Kích thước lớp hạt (mm) Khối lượng lớp hạt (g) Phần khối lượng lớp hạt (%) + 5 99 33,03 4÷5 30.3 10,11 2÷4 65.8 21,95 1,6÷2 13,7 4,57 0,8÷16 33,8 11,28 0,4÷0,8 15,9 5,31 0,2÷0,4 8,7 2,90 0,08÷0,2 3,3 1,10 -0,08 29,2 9,75 ∑ = 299,7(g) ∑ = 100% * Đường kính hạt trung bình xác định bằng thực nghiệm được tính theo công thức (2-2) thu được kết quả như sau: dtb = + = 3,86(mm) dtb=3,86(mm) * Dựng đồ thị mô tả mối quan hệ giữa phần khối lượng lớp hạt và kích thước lớp hạt. Sử dụng phần mềm Matlab ta thu được đồ thị có dạng như sau: Hình 2–3: Phân bố tổng của cát ra khỏi phân cấp vít tải đơn. Nhận xét kết quả thực nghiệm Từ kết quả thực nghiệm theo bảng trên ta thấy phần hạt có kích thước lớn trên 0,1 mm trong sản phẩm cát của phân cấp vít tải đơn chiếm một tỷ lệ rất cao cụ thể là bằng 90,25% cho thấy rằng sản phẩm mịn còn lại trong vít tải đơn là nhỏ. Do vậy khả năng phân riêng của phân cấp vít tải đơn hoạt động khá tốt và là một thiết bị làm việc hiệu quả. Đối huyền phù quặng ra dưới phân cấp vít tải đơn. * Sau khi tiến hành rây mẫu ta thu được kết quả như sau Kích thước lớp hạt (mm) Khối lượng lớp hạt (g) Phần khối lượng lớp hạt (%) +0,16 17 8,59 0,08÷0,16 21,8 11,02 0,063÷0,08 30,9 15,61 -0,063 128,2 64,78 ∑ = 197,9 ∑ = 100 * Dựng đồ thị mô tả mối quan hệ giữa phần khối lượng lớp hạt và kích thước lớp hạt. Sử dụng phần mềm Matlab ta thu được đồ thị có dạng như sau: Hình 2–4: : Phân bố tổng của huyền phù ra khỏi phân cấp vít tải đơn. * Đường kính hạt trung bình ra khỏi phân cấp vít tải đơn phía sản phẩm mịn tính theo công thức (2-2) thu được kết quả sau: dtb= = 0,079(mm) * Nhận xét kết quả thực nghiệm. Từ kết quả thực nghiệm cho thấy sản phẩm mịn đạt yêu cầu ra khỏi vít tải đơn phía đầu nước chảy tràn bên dưới là chiếm một tỷ lệ lớn cụ thể là: 80.39%. Và từ đường kính hạt tương đương xác định được là 0.079 mm so với đường kính hạt cần tách ra khỏi huyền phù theo yêu cầu của công nghệ là 0.1 mm từ đó cho thấy rằng vít tải đơn là thiết bị hoạt động cho đường kính hạt ra đạt yêu cầu. Đáp ứng được yêu cầu của nhà máy. Nhưng ở đây rõ ràng là sản phẩm thô theo ra cũng chiếm tỉ lệ không nhỏ do đó lượng sản phẩm này sẽ làm ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình tuyển II.1.3.2.3 .2 Kết quả thực nghiệm với phân cấp vít tải kép Kết quả thực nghiệm đối với sản phẩm thô ra ở đầu trên vít tải kép. * Sau khi tiến hành rây mẫu ta thu được bảng kết quả sau đây: Kích thước lớp hạt (mm) Khối lượng lớp hạt (g) Phần trăm khối lượng Lớp hạt (%) +0,65 3,6 1,82 0,4÷0,65 7,8 3,94 0,315÷0,4 8,8 4,45 0,2÷0,315 77,6 39,21 0,08÷0.2 74,9 37,85 -0.08 25,2 12,73 ∑ = 197,9 ∑ = 100 * Dựng ._.đồ thị mô tả mối quan hệ giữa phần khối lượng lớp hạt và kích thước lớp hạt. Sử dụng phần mềm Matlab ta thu được đồ thị có dạng như sau: Hình 2–5: Phân bố tổng của cát ra khỏi phân cấp vít tải kép. * Đường kính trung bình của hạt ra khỏi vít xoắn kép phía đầu sản phẩm thô được tính theo công thức (2-2) thu được kết quả sau: dtb = dtb= 0.21 (mm) * Kết luận: Sản phẩm thô ra trên phân cấp vít tải kép có 87,27 % hạt vật liệu có kích thước lớn hơn 0,08 mm đảm bảo được yêu cầu công nghệ là tách các hạt có kích thước lớn hơn 0,1 mm cho hồi lưu trở lại máy nghiền bi để nghiền lại. Đối với sản phẩm tinh của phân cấp vít tải kép. * Bảng kết thí nghiệm thu được sau khi tiến hành rây mẫu là: Đường kính lớp hạt, (mm) Khối lượng lớp hạt, (g) Phần khối lượng lớp hạt, % 0,2 3,43 1.06 0,16¸0,2 13,45 4,2 0,08¸0,16 39,73 12,41 0,063¸0,08 105,69 33,01 -0,063 157,9 49,32 ∑=320,2 ∑= 100 * Dựng đồ thị mô tả mối quan hệ giữa phần khối lượng lớp hạt và kích thước lớp hạt. Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ đồ thị ta thu được đồ thị có dạng sau: Hình 2–6: Phân bố tổng của huyền phù ra khỏi phân cấp vít tải kép. * Đường kính hạt trung bình của hạt sản phẩm ra khỏi phân cấp vít xoắn kép phía sản phẩm mịn tính theo công thức (2-2) ta được: dtb = = 0.078 dtb = 0,078 (mm) * Kết luận: Với kích thước trung bình của hạt sản phẩm ra khỏi phân cấp vít tải kép là 0,078 mm so với kích thước yêu cầu cần tách của phân cấp vít tải kép là 0,1 mm cho thấy rằng vít tải kép là thiết bị hoạt động đáp ứng được chỉ tiêu công nghệ của nhà máy. II.1.3.2.3 .3 Kết quả thực nghiệm với sản phẩm của máy nghiền bi nước. * Bảng số liệu kết quả thí nghi ệm sau khi tiến hành rây mẫu: Đường kính lớp hạt (mm) Khối lượng lớp hạt (g) Phần khối lượng lớp hạt,% (%) +0,16 32,9 16,6 0,08÷0,16 28,8 14,53 0,063÷0,08 63,8 32,19 -0,063 72,7 36,68 ∑ = 198,2 ∑ = 100 * Dựng đồ thị mô tả mối quan hệ giữa phần khối lượng lớp hạt và kích thước lớp hạt. Sử dụng phần mềm Matlab ta thu được đồ thị có dạng như sau: Hình 2–7: Phân bố tổng huyền phù ra khỏi máy nghiền bi nước. * Đường kính trung bình của hạt sản phẩm ra khỏi máy nghiền bi nước tính theo công thức (2-2) ta được: Dtb= = 0,09 (mm) * Kết luận Theo kết quả thực nghiệm ta thấy rằng: phần trăm khối lượng của sản phẩm có kích thước nhỏ hơn 0,074 mm bao gồm hai lớp sản phẩm là: dưới 0,063 mm chiếm 36,68% và 0,0715 mm chiếm 32,19%. Do vậy tổng hàm lượng % dưới 0,074 mm chiếm 68,87% cao hơn so với nhà máy yêu cầu là 63 % cho thấy rằng máy nghiền bi của nhà máy hoạt động đáp ứng được yêu cầu công nghệ do nhà máy đề ra. Nhưng với 36,68% lớp hạt dưới 0,063 mm là khá lớn lượn sản phẩm này sau khi qua quá trình lắng sẽ tràn bể ra ngoài khá lớn. Khi kích thước hạt càng nhỏ thì càng có lợi cho quá trình tuyển, nhưng khi đó nó lại trở thành bất lợi cho quá trình lọc trong máy lọc chân không kiểu đĩa. Vì khi kích thước hạt càng bé thì trở lực lọc càng lớn. Do vậy, ở đây ta cần phải tính toán lại máy nghiền bi để kiểm tra lại tải trọng bi và chế độ nạp liệu để đảm bảo kích thước hạt đầu ra đảm bảo yêu cầu công nghệ và tiết kiệm năng lượng nghiền. II.1.3.2.3.4 Đối với huyền phù đi từ sàng rửa 2 vào vít xoắn kép. * Bảng kết quả thí nghiệm sau khi tiến hành rây mẫu là: Đường kính lớp hạt (mm) Khối lượng lớp hạt (g) Phần khối lượng lớp hạt (%) +0,65 13,45 6,81 0,4÷0,65 22,64 11,46 0,315÷0,4 27,49 13,91 0,2÷0,315 37,19 18,82 0,16÷0,2 24,64 12,47 0,08÷0,16 20,51 10,38 0,063¸0,08 17,49 8,85 -0,063 34,19 17,30 ∑ = 197,6 ∑ = 100 * Dựng đồ thị mô tả mối quan hệ giữa phần khối lượng lớp hạt và kích thước lớp hạt. Sử dụng phần mềm Matlab để vẽ đồ thị ta thu được đồ thị có dạng như sau: Hình 2–8: Phân bố tổng huyền phù vào phân cấp vít tải kép từ sàng rửa số 2. II.1.3.3 Xây dựng hàm phân riêng và xác định yếu tố phân riêng II.1.3.3.1 Cơ sở lý thuyết a. Định nghĩa: Hàm phân riêng hay đường cong phân riêng là cơ sở cho phép ta xác định hiệu quả của quá trình phân riêng là tốt hay xấu. Trong quá trình phân riêng rắn - rắn ta chỉ để ý đến hai đại lượng vật lý đặc trưng kích thước hạt và khối lượng riêng của hạt.Các hạt riêng lẻ từ giá trị phân riêng giới hạn dưới ζu đến giá trị phân riêng giới hạn trên ζo tương ứng với hàm phân bố của hệ vật liệu ban đầu FA(ζ). ζ ζu 1 ζO FA(ζ) Hình 2–9: Đồ thị hàm phân bố Mục đích của quá trình phân riêng là tất cả các hạt có giá trị ζ nhỏ hơn ζT đều nằm trong sản phẩm mịn (K), tất cả các hạt ζ lớn hơn ζT đều nằm trong sản phẩm thô (G). Các quá trình phân riêng thực tế không đạt được điều đó. Do trong quá trình phân riêng hạt nằm trong các miền từ ζu’… ζo’, trong đó ζu’> ζu ; ζo’< ζo đều ở gần với ζT và nó còn tiếp tục phân chia thành sản phẩm (K) và sản phẩm (G) ξ ξ0 ξu’ ξu Fk(ξ’) FG(ξ’) 1 Hình 12–10. Đồ thị hàm phân bố sản phẩm thô và sản phẩm tinh FA(ζ): Hàm phân bố của vật liệu đầu . FK(ζ) : Hàm phân bố của sản phẩm mịn. FG(ζ) : Hàm phân bố của sản phẩm thô. ξo ξo’ fA(ξ) ξu ξu’ ξT ξ 1 Hình 12–11.Đồ thị hàm mật độ phân bố Gía trị: fA(ζ): Mật độ phân bố của vật liệu ban đầu . FK(ζ): Mật độ phân bố của sản phẩm mịn FG(ζ): Mật dộ phân bố của sản phẩm thô f(ζ) = Chính là xác suất của tập hợp hạt Phương trình cân bằng vật liệu của quá trình phân riêng : mA = mK + mG Mặt khác ta có: Rmk = ; Rmg = Trong đó: RmK + RmG = 1 Do đó : FA(ζ) = Rmk.FK(ζ) + RmG.FG(ζ) fA(ζ) = RmK.fK(ζ) + RMg.fG(ζ) * Kết luận định tính + Những hạt ζ với những đặc tính ζ ≤ ζT có xác suất lớn trong sản + Những hạt ζ với những đặc tính ζ ≥ ζT có xác suất lớn trong sản phẩm thô G * Mô tả quan hệ bằng hàm phân riêng. Để biểu diễn quan hệ phân riêng các hạt theo 1 điểm phân riêng nào đó để giải quyết, ta đưa ra khái niệm: Hàm phân riêng (đường cong phân riêng ) Hàm phân riêng sẽ chỉ ra rằng: phần khối lượng nào của lớp ζ đến (ζ + dζ) được mang vào trong sản phẩm K hoặc G. TG(ζ) = TK(ζ) = Vì: TG(ζ) + TK(ζ) = 1 Do đó ta chỉ cần biết một trong hai hàm trên là đủ. Sử dụng đồng nhất thữc TG(ζ) =T(ζ) Có nghĩa là: T(ζ) = 0 tức là lớp ζ + dζ hoàn toàn nằm trong sản phẩm mịn. T(ζ) = 1 tức là lớp ζ + dζ hoàn toàn nằm trong sản phẩm thô Vì sử dụng các phương pháp rây khác nhau để tìm ra các hạt phân bố và mật độ. Không thể chọn các lớp đó tuỳ ý dược nên người ta đưa ra khái niệm giới hạn ζi-1 đến ζi bằng biểu thức: f(ξi-1...ξi) = Ti = Trong đó: μiG: phần khối lượng của lớp thứ i trong sản phẩm thô. μiA: phần khối lượng của lớp thứ i trong sản phẩm đầu. Từ đó ta lập bảng số liệu thực nghiệm và dựng đồ thị hàm Ti ta thấy đồ thị hàm Ti là hình bậc thang liên tục. * Xử lý số liệu xây dựng đồ thị hàm phân riêng . Xử lý số liệu và xây dựng đỏ thị hàm phân riêng Tổng hợp các số liệu thực nghiệm của đầu vào và ra phân cấp vít tải kép ta thu được bảng số liệu sau: Đường kính hạt d (mm) Khối lượng lớp hạt (g) Phần khối lượng lớp hạt(%) Ti= Sản phẩm đầu ΜiA Sản phẩm thô μiG +0,65 13,45 3,4 6,8 100 0,4÷0.65 24,64 6,22 12,44 100 0,315÷0,4 27,49 6,96 13,92 100 0,2÷0,315 40,19 10,15 19,23 94,729 0,16÷0,2 59,54 15,04 25,83 85,871 0,08÷0,16 47,31 11,93 11,32 47,443 0,063÷0,08 78,29 19,80 6,25 15,8 - 0,063 104,89 26,50 3,15 5,9434 Dựng đồ thị hàm phân riêng: Hình 2–12. Đồ thị hàm phân riêng c. Tính toán chỉ số phân riêng Sử dụng lệnh nôi suy trong Matlab ta được: ξ25 = 0,0856 ξ75= 0,163 Do vậy tính được chỉ số phân riêng χ = = = 1,9 > 1 Ta thấy chỉ số phân riêng χ là khác xa so với 1. Do vậy máy phân cấp vít xoắn kép hoạt động kém hiệu quả. Vì thực tế ta thấy qua kích thước hạt ra khỏi máy nghiền bi theo kết quả thực nghiệm thu được cho thấy là quá nhỏ so với mức cần thiết và với kích thước hạt này khi ta sử dụng phân cấp vít tải kép để phân cấp sẽ cho hiệu quả kém. Vì vậy, ở đây để đạt được hiệu quả cao hơn mà gọn gàng hơn ta phải tìm cách thay thế thiết bị này. II.2. Các ý kiến đề xuất từ thực tế nhà máy qua quá trình tìm hiểu II.2.1. Thực trạng của công nghệ tuyển quặng Apatit Lao Cai hiện nay Công nghệ tuyển quặng Apatit Lao cai ngày nay là một công nghệ mang tính chắp vá, thiếu đồng bộ. Điều đó là do các yếu tố lịch sử, kinh tế, chính trị cấu thành. Trước đây nhà máy được Liên xô cũ giúp xây dựng nhưng quá trình xây dựng chưa hoàn thiện thì Liên bang Xô Viết tan rã, tại thời điểm đó công trình xây dựng mới hoàn thành một phần. Theo dự kiến thì dây chuyền công nghệ hiện nay tại công ty Apatit Việt Nam chỉ là khâu tuyển sơ bộ để thu được quặng Apatit có hàm lượng cao hơn, và còn thiếu một dây chuyền tuyển tinh để thu được quặng Apatit gần như nguyên chất phục vụ cho các ngành công nghiệp khác). Đứng trước thực trạng đó, nhà máy phải tiến hành theo một phương hướng khác là cải tạo dây chuyền đã được xây dựng để tuyển quặng Apatit theo hướng cải tạo dần dần và mang tính cục bộ và chưa có các nghiên cứu chuyên sâu và toàn diện về cả dây chuyền. II.2.2. Các đề xuất giải quyết vấn đề Sau khi nghiên cứu kỹ dây chuyền dây chuyền công nghệ tuyển nổi quặng Apatit chúng tôi nhận thấy sự không hợp lý trong dây chuyền đã cải tiến của nhà máy. Cụ thể như sau: Dây chuyền công nghệ hiện tại không cho phép duy trì kích thước hạt yêu cầu ra khỏi máy nghiền bi nước. Do vậy kích thước hạt ra khỏi máy nghiền bi không ổn định thể hiện ở kết quả phân tích kích thước hạt. Việc nghiền quá nhỏ như vậy sẽ tiêu tốn một năng lượng rất lớn, việc này hoàn toàn không cần thiết. Do đó ta cần tính toán lại máy nghiền bi sao cho đảm bảo yêu cầu kích thước hạt ra và giảm tiêu tốn năng lượng nghiền. Và do phân cấp vít tải kép hoạt động cho kết quả kém lên chúng tôi kiến nghị sử dụng xyclon thủy lực ngay sau máy nghiền bi nước để tách các hạt có kích thước đạt yêu cầu tuyển (≤74µm) ra bể cô đặc, các hạt lớn hơn sẽ được đưa trở lại nghiền. Như vậy có thể thấy việc đưa xyclon thủy lực vào sử dụng giúp tiết kiệm năng lượng nghiền (năng lượng nghiền tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt mới được tạo thành khi phá vỡ các hạt lớn thành các hạt nhỏ hơn, với các hạt rất nhỏ thì bề mặt riêng này cực lớn do đó năng lượng tiêu tốn này trở nên rất đáng kể và việc giảm thiểu nó có ý nghĩa kinh tế quan trọng). Ngoài ra, với sự tính toán chính xác của chúng tôi xyclon thủy lực này còn có tác dụng phân riêng chính xác kích cỡ hạt theo yêu cầu của công nghệ. Việc này có ý nghĩa công nghệ hết sức quan trọng vì công nghệ tuyển nổi yêu cầu kích thước hạt rất khắt khe. Nếu kích thước hạt quá nhỏ (so với yêu cầu) thì sẽ tiêu tốn năng lượng nghiền đồng thời tính nổi của hạt quặng cũng không tốt. Nếu hạt quặng nghiền có kích thước lớn hơn yêu cầu thì qúa trình tuyển nổi gặp khó khăn (các hạt lớn khó nổi đồng thời trong bản thân hạt lớn vẫn bao gồm cả quặng và đất đá và do đó việc phân tách bằng tuyển nổi không thực hiện được bởi vì qúa trình phân tách các hạt quặng lẫn trong đất đá được thực hiện bởi công đoạn nghiền trước đó). CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI III.1 Tổng quan về quá trình đập nghiền. III.1.1 Cơ sở lý thuyết của quá trình đập nghiền. Quá trình đập nghiền cần tiêu tốn một năng lượng rất lớn để tạo ra ứng suất phá vỡ lớn hơn nội lực liên kết giữa các phần tử trong vật thể rắn đem đập nghiền. Để xác định năng lượng tiêu tốn đó; cơ bản dựa vào các thuyết sau đây: Thuyết bề mặt do giáo sư Rittinger nêu ra năm 1867, phát biểu như sau: Công cần thiết để đập nghiền vật liệu tỉ lệ với bề mặt mới tạo thành của vật liệu. Công cần thiết để đập vật liệu theo thuyết bề mặt khi đó sẽ là: A1= 6.Ar.K.D2.(i-1) Trong đó: Ar: công tiêu tốn riêng phá vỡ vật liệu theo một mặt phẳng có diện tích 1 cm2, xác định bằng thực nghiệm. K: hệ số phụ thuộc vào hình dáng, tính chất của vật và phương pháp đập nghiền, thông thường K=1,2÷1,7 D: Kích thước của cục vật liệu hình khối i: mức độ đập nghiền, i= D/d, d là kích thước mới của cục vật liệu Thuyết thể tích. Do Kirpishep và KiK nêu ra, phát biểu như sau:” Công cần thiết để phá vỡ vật liệu tỉ lệ thuận với mức độ biến đổi thể tích của vật liệu”. σ2.ΔV 2.E A2= Nó được xác định như là công làm biến dạng vật liệu khi bị nén (hoặc kéo) theo định luật Hook trong sức bền vật liệu nghĩa là: Trong đó: σ: giới hạn bền nén của vật liệu, N/cm2. E: môđun đàn hồi của vật liệu, N/cm2. ΔV: hiệu số thể tích của vật liệu trước và sau khi đập nghiền. ΔV = D3- d3, cm3 Cả hai thuyết này chưa thật hoàn toàn phù hợp với thực tế. Thuyết bể mặt phù hợp với đập nhỏ và nghiền mịn; còn thuyết thể tích thích hợp với đập thô và vừa. Thuyết Rêbinđerơ, phát biểu bao gồm có hai thành phần là: công tiêu hao để làm biến dạng vật liệu và công để tạo ra bề mặt mới nghĩa là: A = A1 + A2 III.1.2. Các phương pháp đập nghiền. Sự phá vỡ vật liệu bằng ngoại lực dựa vào bốn phương pháp chính sau đây: Ép: duới tác dụng của ngoại lực cả thể tích cục vật liệu bị biến dạng và khi nội ứng suất ở trong vật liệu lớn hơn bên giới hạn bền nén của nó thì cục vật liệu bị phá vỡ và kết quả cho ta thu được các cục vật liệu có hình dạng khác nhau và kích thước của chúng nhỏ hơn kích thước trước khi đập. Bổ: vật liệu bị phá vỡ do lực tập trung tác dụng tại chỗ đặt lực.Phương pháp này có khả năng điều chỉnh được kích thước của vật liệu sau khi đập. Va đập: vật liệu bị phá vỡ do tác dụng của tải trọng động; khi tải trọng tập trung thì tương tự như bổ, khi tải trọng phân bố trên toàn bộ thể tích vật liệu thì hiệu quả phá vỡ vật liệu tương tự như ép. Chà xát: vật liệu bị phá vỡ do tác dụng đồng thời của các lực nén và kéo, sản phẩm thu được ở dạng bột. Khi lựa chon phương pháp đập nghiền cần phải căn cứ vào các yếu tố sau: Cơ tính của vật liệu ( cứng, giòn, mền…) Kích thước vật liệu trước khi đập nghiền, Mức độ đập nghiền i III.2 Nguyên lý làm việc và phân loại máy nghiền bi III.2.1 Nguyên lý làm việc. Máy nghiền bi thuộc loại máy nghiền mịn mà sự nghiền xảy ra chủ yếu là do va đập và chà xát giữa vật và vật liệu đem nghiền. Sản phẩm ra 2 1 3 5 4 Vật liệu vào máy Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy nghiền: (hình 3 – 1) Hình 3-1 .Sơ đồ và nguyên lý làm việc của máy nghiền bi. Máy nghiền bi gồm có một thùng rỗng 1, hai đầu thùng có hai đáy 2 , 3 ở tâm hai đáy có trục rỗng 4 và 5. Các cổ trục đựơc đặt trên hai gối đỡ và thùng được quay xung quanh trục nằm ngang . Trong thùng có chứa các viên bi thường gọi là vật nghiền. Khi thùng quay vật nghiền được nâng lên đến một độ cao nào đó rồi rơi hoặc trượt xuống dưới. Vật liệu đem nghiền được nạp vào qua một cổ trục rỗng rồi đi dọc theo thùng và cùng chuyển động với vật nghiền. Sự nghiền vật liệu xảy ra do va đập chà xát và ép. Sản phẩm đã được nghiền được tháo ra ngoài cổ trục rỗng thứ hai. III.2.2 Phân loại Gồm các loại máy nghiền bi sau : 1. Máy nghiền bi gián đoạn. 2.Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc liên tục. 3. Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc liên tục tháo sản phẩm qua lưới xung quanh. 4. Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc liên tục tháo sản phẩm qua lưới ở cô thùng. 5. Máy nghiền bi có dạng trụ - nón làm việc liên tục. 6. Máy nghiền bi thùng dài một ngăn làm việc liên tục. 7. Máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn làm việc liên tục. 8. Máy nghiền bi có chậu quay. 9. Máy nghiền bi rung loại quán tính. 10. Máy nghiền bi loại rung. Các máy nghiền bi có thể làm việc theo chu trình kín hoặc chu trình hở, có thể nghiền thô hoặc nghiền ướt. Kích thước vật liệu cho vào máy khoảng (25¸70)mm. Mức độ nghiền có thể đạt (50¸100). Sản phẩm từ máy nghiền đi ra thường ở dạng bột có kích thước hạt nhỏ hơn 0,1mm. Ưu điểm của máy nghiền bi là: năng xuất cao, sản phẩm rất mịn, có thể vừa nghiền vừa sấy vật liệu, cấu tạo đơn giản,dễ sử dụng, an toàn và có thể điều chỉnh được mức độ nghiền. Nhưng nó có nhược điểm là tỉêu thụ nhiều năng lượng, kích thước máy lớn, cồng kềnh và khi làm việc rất ồn. Đối với máy nghiền bi tháo liệu bằng khí động thì gây ra bụi lạm ô nhiễm không khí của không gian sản xuất và của môi trường xung quanh. Đối với máy nghiền bi ướt thay vì viêc sử dụng không khí ở áp suất âm để tháo liệu thì ở đây ta sử dụng nước để nạp liệu và tháo liệu do đó giữ cho môi trường sản xuất là rất sạch. Đôí với máy nghiền bi ướt ta cấp liệu bằng gầu múc lên việc nạp thêm vật nghiền được tiến hành thường xuyên và không cần phải tháo nắp cửa người trên thùng mghiền để tiến hành nạp vật nghiền, Ngoài ra song song với việc cấp thêm vật nghiền là việc lấy vật nghiền đã bị bào mòn quá mức cũng được lấy ra liên tục từ cổ tháo liệu bằng hệ thống cổ trục xoắn có dục lỗ sàng. Do đó máy sẽ làm việc liên tục cho đến khi cần phải đại tu thay thế như là tấm lót, bạc lót… III.3 CÁC CHI TIẾT CHỦ YẾU CỦA MÁY NGHIỀN BI. III.3.1 Thùng nghiền Thân thùng thường được chế tạo từ thép làm nồi hơi. Bề dày thân thùng phụ thuộc vào đường kính thùng, thường lấy δ = (0,01 ÷ 0,015)D. Ngày nay người ta chế tạo thùng bằng phương pháp hàn. Hai đầu thùng hàn với hai mặt bích để ghép thân thùng với đáy thùng. Và mặt bích phải đặt vuông góc với đường tâm của thân thùng. Khi lốc thân thùng và hàn ghép mối hàn lại phải đảm bảo thật tròn, không được ô van. Thùng sau khi hàn xong cần phải ủ một thời gian để khử nội ứng suất. III.3.2. Tấm lót. Mặt trong của thùng chịu tác dùng va đập của vật liệu nghiền và bị chà xát bởi vật liệu đem nghiền và vật nghiền nên nó bị mòn. Do đó, để bảo vệ mặt trong của thùng nghiền không bị mòn người ta dùng các tấm lót để bảo vệ mặt thùng. Vật liệu làm tấm lót có thể là thép mangan, gang. Các tấm lót được chế tạo có độ bền cao hơn so với độ bền của vật nghiền để khi làm việc nó không bị biến dạng và không bị nứt. Tấm lót ngoài chức năng bảo vệ mặt trong của thùng nghiền, nó còn có thêm chức năng là tăng hiệu quả nghiền, là bề mặt tấm lót phải có cấu tạo sao cho vật nghiền được nâng cao đến độ cao thích hợp sinh ra động năng lớn nhất khi đập vào vật liệu đem nghiền. Các tấm lót chế tạo bằng gang hoặc thép cacbon thì cần phải tôi bề mặt làm việc một lớp dày 7 ÷ 12 mm. Đối với các tấm lót dạng gân và dạng sóng thì thường lấy chiều cao gân hoặc sóng bằng (0,25 ÷ 0,3) chiều dày của tấm lót. Đối với tấm lót dạng gót giày thì chiều cao và khoảng cách của các gót phụ thuộc vào kích thước của vật nghiền. Đường kính gót giày d = (0,8 ÷ 1,0)dv. Khoảng cách giữa các gót giày t = (1,5 ÷ 2,0)dv; ở đây dv là đường kính của vật nghiền. Các gót giày có thể bố trí thành các dãy song song hoặc xen kẽ nhau. Khi thùng nghiền làm việc, cần phải đảm bảo mức độ chứa của thùng không được bé hơn 0,25. Nếu không đảm bảo được như thế thì viên bi rơi lên các tấm lót không có vật liệu bao phủ, tức là không xảy ra sự nghiền vật liệu mà chỉ làm cho tấm lót bị mài mòn. Các tấm lót được xếp thành dãy song song nhau theo chiều dài thùng, nhưng trong các dãy chẵn và dãy lẻ các tấm lót được đặt so le nhau nên khe hở của chúng theo vòng chu vi là các đường dích dắc, còn khe hở theo chiều dài là đường thẳng. Chiều rộng khe hở không được lớn hơn 10mm. Lắp tấm lót vào thân thùng, người ta dùng bulong đầu vuông hoặc đầu có mấu như hình (3-2). a, b, Hình 3 – 2. Sơ đồ lắp tấm lót với thân thùng: 1 – bulong đầu vuông; 2 – bulong đầu có vấu. III.3. 3. Tấm ngăn. Tấm ngăn được chế tạo làm nhiều mảnh có dạng hình quạt hoặc hình cung, ghép lại với nhau và với thân thùng. Trên tấm ngăn được khoét lỗ để cho vật liệu đã được nghiền chui qua. Các lỗ đó được khoét dài còn gọi là các khe. Có thể bố trí khe theo phương hướng tâm hoặc theo phương vòng. Khi thùng nghiền làm việc, các tấm ngăn chịu sự va đập của vật nghiền và vật liệu nên nó cũng được chế tạo từ vật liệu tốt, chống mòn. Tỷ số tổng diện tích các lỗ trên tấm ngăn với diện tích ngang của các tâm ngăn gọi là tiết diện tự do. Giá trị của nó có ảnh hưởng đến năng suất của máy, tiết diện tự do thường lấy khoảng 0,1 ÷ 0,15. 35 40 18 26 7 25 25 6 12 30 50 40 C¸c lç th­êng cã d¹ng h×nh c«n réng dÇn vÒ phÝa th¸o liÖu. H×nh (3 - 3). Hình 3–3. Tiết diện các khe của tấm ngăn. III.3.4 Vật nghiền Vật nghiền là bộ phận chính để đập và chà xát vật liệu. Nó thường có dạng hình cầu, hình trụ, hình khối. Vật liệu chế tạo vật nghiền là thép, gang. sứ. Tùy thuộc vào tính chất của vật liệu đem nghiền và mức độ tinh khiết của sản phẩm để lựa chọn vật nghiền làm từ loại nào. Kích thước của vật nghiền phụ thuộc vào kích thước và độ bền của vật liệu đem nghiền. Kích thước vật liệu vào máy càng lớn và có độ càng cao thì kích thước vật nghiền càng lớn. Trong mỗi một ngăn, người ta thường nạp vào các vật nghiền có nhiều loại kích thước khác nhau và nằm lộn xộn. Thực nghiệm chứng tỏ rằng các viên bi cầu chiếm 62% thể tích của tải trọng bi, còn 38% thể tích còn lại là khe hở giữa các viên bi trong hỗn hợp bi đó. III.3.5. Đáy và cổ thùng nghiền. Hai đáy ở hai đầu thùng được đúc liền luôn cổ trục thành một khối. Đáy và thân thùng ghép lại với nhau bằng bulong. Đáy và cổ thùng ở phía nạp liệu: Vật liệu vào thùng đi qua phễu nạp liệu rồi vào cổ thùng. Trong cổ thùng có đặt một ống, mặt trong ống được hàn các cánh theo dạng vít đẩy. Các vít này đẩy vật liệu vào thùng khi thùng quay. Vật liệu đã được nghiền ở ngăn cuối chui qua các khe của tấm ngăn rồi rơi vào trong cổ thùng. Mặt trong của cổ thùng có một ống trên đó hàn các cánh tạo thành vít tải để đẩy vật liệu ra chui qua lỗ sàng rơi xuống. Tấm ngăn được ghép chặt với đáy bằng bulong. III.4. Tính toán máy nghiền bi. III.4.1. Tính toán các thông số công nghệ chủ yếu. III.4.1.1. Tính toán các kích thước cơ bản của máy. Năng suất của máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kích thước và tính chất của vật liệu đem nghiền, mức độ nghiền, số vòng quay của thùng, hệ số chứa bi, kích thước thùng nghiền. Đối với máy nghiền thùng ngắn, xác định năng suất theo công thức(7-88), tài liệu [1-169]: Q = 0,785K.D2,6.L [Tấn/h] (3–1) Trong đó: D_ đường kính trong của thùng, m. L_chiều dài thùng, m. K_hệ số phụ thuộc vào kích thước hạt vật liệu vào và ra khỏi máy. Theo năng suất tổng của nhà máy yêu cầu cần nghiền là 171 T/h ta chọn số máy nghiền cần sử dụng là 5 máy do đó năng suất của một máy là: Q1 = = 34,2 (T/h) Theo kết quả làm thực nghiệm, ở mục II.1.3.2.3.1 ta có: dtbhạt vào= 3,86 mm và dtbhạt ra= 0,09 mm. Từ đó tra bảng (7-5) tài liệu (1-169) ta được K = 0,66 Ta chọn: D = 3,2m Ta có: Q = 34,2T/h Thay các thông số vào (3-1), ta có: L = m. Vậy kích thước của thùng nghiền như sau: Đường kính: D = 3,2 m Chiều dài: L = 3,3 m III.4.1.2. Số vòng quay tới hạn của thùng nghiền. Khi máy làm việc thì các viên bi được quay theo thùng. Để tìm ra công thức tính, ta giả thiết rằng trong thùng nghiền chỉ có một viên bi hình cầu có đường kính rất nhỏ so với đường kính thùng. Như vậy có thể xem bán kính quay của viên bi bằng bán kính trong của thùng nghiền. Đặc tính chuyển động của các viên bi trong thùng phụ thuộc vào tần số quay của thùng và hệ số ma sát giữa viên bi với bề mặt trong của thùng nghiền. Ta khảo sát sự chuyển động của một viên bi có trọng lượng G theo thùng quay có bán kính R, hình (3-4). A3 A2 A1 O T N C G S a A 2R Hình 3–4. Sơ đồ chuyển động của 1 viên bi theo thùng nghiền. Viên bi tại điểm A chịu sự tác dụng của trọng lực G, lực ly tâm F và lực ma sát T. Theo các công thức (7 – 1) và (7 – 2), tài liệu [1-140]: G = mg (3 – 2) C = (3 – 3) Trọng lực G của bi chia làm hai thành phần vuông góc và tiếp tuyến với mặt thùng là N và S: N = G.cosα S = G.sinα Trong đó: G_trọng lực viên bi, N. α_góc nâng của viên bi, độ. R_bán kính trong của thùng nghiền, m. n_số vòng quay của thùng nghiền, vg/ph. g_gia tốc trọng trường, m/s2. Lực ly tâm C và thành phần lực pháp tuyến N gây ra lực ma sát T, theo công thức (7-3), tài liệu [1-140]. T = f(C + N) (3 – 4) Trong đó : f là hệ số ma sát của viên bi với mặt thùng. Thay giá trị của C và N vào (3-4), ta có: T = = (3 – 5) Từ hình (3 – 4) ta thấy rằng, nếu lực T lớn hơn lực S thì viên bi được nâng lên khi thùng quay theo chiều mũi tên. Nếu lực T bé hơn lực S thì viên bi sẽ tụt xuống dưới. Còn nếu lực T bằng lực S thì viên bi nằm ở trạng thái cân bằng và bắt đầu rời khỏi mặt thùng. Khi đó ta có quan hệ giữa số vòng quay của thùng và góc α như sau: sina » f( + cosa) Từ đây rút ra số vòng quay của thùng nghiền, theo công thức (7-4), tài liệu [1-141]: n = 30 (3 – 6) Công thức (3 – 6) cho ta, mối quan hệ giữa số vòng quay của thùng nghiền n với góc α, hệ số ma sát f và bán kính trong của thùng nghiền R. Từ công thức trên ta thấy rằng nếu viên bi được nâng lên đến điểm Aa, nghĩa là ở góc α = 900 (sinα = 1, cosα = 0) thì số vòng quay của thùng theo công thức (7 – 5), tài liệu [1–141] sẽ là: nA2 = [vg/ph] (3 – 7) Còn khi viên bi được nâng lên đến vị trí cao nhất điểm A, tức là ở góc α = 1800 (sinα = 0, cosα = 1) thì số vòng quay cua thùng nghiền theo công thức (7-6), tài liệu [1-141] sẽ là: nA2 = [vg/ph] (3 – 8) Khi viên bi được nâng lên đến vị trí A3 thì trọng lượng G của nó bằng với lực ly tâm C tác dụng lên nó, viên bi không rời khỏi mặt thùng rơi xuống để đập vật liệu, do đó không xảy ra quá trình nghiền. Do đó tốc đô quay nA2 gọi là tốc độ quay tới hạn của thùng nghiền, vậy theo công thức (7-7), tài liệu [1-141]: nth = nA2 = = [vg/ph] (3 – 9) Vậy thay giá trị của đường kính D vào (3-9), ta có: nth = = 23,7vg/ph Trong đó: D là đường kính trong của thùng nghiền, m. Thực tế trong thùng nghiền chứa nhiều viên bi gọi là tải trọng bi, khi thùng quay với tốc độ tới hạn theo công thức (3 - 9) thì chỉ có lớp bi nằm sát thùng bắt đầu chuyển động ly tâm, còn những lớp bi nằm bên trong chưa ly tâm, do đó quá trình nghiền vẫn tiếp tục xảy ra. Nếu tăng số vòng quay của thùng lớn hơn nhiều lần số vòng quay tới hạn thì lúc này tất cả các viên bi trong thùng chuyển động ly tâm theo các lớp hình thánh các đường tròn đồng tâm. Thể tích các lớp bi khi chúng ly tâm hoàn toàn: p(R12 - R22)L = pR12(1 - k2)L (a) Thể tích tải trọng bi bằng: jpR12L (b) Trong đó: R1 và R2_bán kính của lớp bi ngoài và lớp bi trong, m. φ_hệ số chứa bi. L_chiều dài thùng nghiền, m. Ở đây: R2 = k.R1 Cân bằng (a) và (b), ta có: pR12(1 - k2) = LjpR12L Từ đây rút ra: k = (c) Tốc độ quay tới hạn cần thiết để cho tất cả các lớp bi trong thùng đều ly tâm hoàn toàn, theo công thức (7-7a), tài liệu [1-143]: n0 = = = = (3 – 10) Với nth tính theo công thức (3 – 9), ta chọn φ = 0,3. Thay vào các thông số đã có vào (3-10), ta được: no = = 26,2 vg/ph III.4.1.3. Số vòng quay thích hợp của thùng nghiền. Khi thùng quay, để xảy ra quá trình nghiền vật liệu thì số vòng quay của thùng phải nhỏ hơn số vòng quay tới hạn. Thực tế trong thùng nghiền không phải chỉ có một viên bi mà có rất nhiều viên bi được gọi là tải trọng bi. Tuỳ thuộc vào số vòng quay của thùng mà có thể tạo ra hai chế độ chuyển động của tải trọng bi như sau: Khi góc nâng α ≤ 900, các viên bi sau khi rời khỏi bề mặt thùng nghiền thì chúng trượt lên nhau thành các lớp, gọi là các viên bi làm việc ở chế độ tầng lớp. Khi đó tốc độ quay của thùng nhỏ hơn hoặc bằng nA2. Khi góc nâng 900 < 1800, các viên bi sau khi rời khỏi bề mặt thùng nghiền, chúng còn chuyển động lên cao một đoạn rồi mới rơi xuống đập vật liệu, gọi là các viên bi làm việc ở chế độ thác nước. Tốc độ quay n của thùng nghiền ở chế độ thác nước nằm trong khoảng: nA2 < n < nA3 Ở chế độ thác nước thì sự nghiền chủ yếu do va dập của các viên bi vào vật liệu, còn ở chế độ tầng lớp thì sự nghiền chủ yếu là do chà xát. Trong máy nghiền bi thùng ngắn, chủ yếu cho viên bi làm việc ở chế độ thác nước. Chế độ làm việc của tải trọng bi được đặc trưng bằng góc α phụ thuộc không những vào số vòng quay của thùng mà còn phụ thuộc vào hình dạng bề mặt tấm lót. Khi viên bi đi lên theo quỹ đạo tròn đến điểm rời A, có góc rời α thì lực ly tâm C cân bằng thành phần hướng kính N của trọng lượng G, hình (3-5). a O B C G G T C N R v v Z A A3 A2 A1 Hình 3-5. Sơ đồ viên bi chuyển từ quỹ đạo tròn sang quỹ đạo parabol. Ta có: C = N Hay là: = G.cosa = m.g.cosa Từ đây rút ra theo công thức (7-8), tài liệu [1-144]: v2 = R.g.cosa (3 – 11) Mà ta có: v = Với n là số vòng quay của thùng trong một phút. Do đó: = R.g.cosa Từ đây rút ra theo công thức (7-9), tài liệu [1-144]: n = (3 – 12) Như vậy n là số vòng quay của thùng để cho viên bi ở lớp có bán kính R chuyển từ quỹ đạo tròn sang quỹ đạo parabol với góc rời α. a B R v A3 A A1 c XB m YB h H b y x Để tìm số vòng quay thích hợp nhất của thùng ở chế độ thác nước ta bắt đầu nghiên cứu từ quỹ đạo chuyển động của viên bi, tức là tìm góc rời thích hợp nhất α, hình (3-6). Hình 3-6. Sơ đồ xác định số vòng quay thích hợp nhất của thùng nghiền. Viên bi đi lên đến điểm A, sau đó rời khỏi mặt thùng theo quỹ đạo ACB. Điểm A gọi là điểm rời, còn điểm B gọi là điểm rơi. Khoảng cách từ điểm cao nhất của quỹ đạo C đến điểm rơi B được ký hiệu là H. Lấy điểm A làm góc của hệ toạ độ với trục hoành là Ax và trục tung là Ay. Khi viên bi đến điểm A và rời khỏi mặt thùng, nó có vận tốc là v tiếp tuyến với đường tròn thùng quay, có giá trị là: v = [m/s] v = [m/s] Biết quỹ đạo rơi của viên bi là một đường parabol. Quỹ đạo chuyển độngcủa viên bi sau khi rời khỏi mặt thùng được xác định theo phương trình (7–10) và (7–11), tài liệu [1-146]: x = (v.cosa).t (3 – 13) y = (v.sina).t - (3 – 14) Trong đó: t là thời gian bi chuyển động , s. Rút t từ phương trình (3-13) rồi thay vào (3-14), ta sẽ có quan hệ giữa y và x theo công thức (7-12), tài liệu [1-146] như sau: y = x.tga - (3 – 15) Vị trí A là điểm rời của viên bi nên ở đó ta có lực ly tâm C bằng với thành phần hướng tâm của trọng lực G là N, thay giá trị của N và C đã nêu ở trên theo công thức (7-12), tài liệu [1-146], ta có: = G.cosa (3 – 16) Hay là: v2 = g.R.cosa Thay giá trị này vào (3-15), theo công thức (7-13), tài liệu [1-146], ta có: y = x.tga - (3 – 17) Đây là phương trình parabol. Vì điểm B là giao điểm của đường parabol và đường tròn của thùng nên để tìm toạ độ của điểm B ta phải dùng phương trình đường tròn của thùng. Lấy tâm thùng làm gốc toạ độ, nên phương trình đường tròn có dạng theo công thức (7-14), tài liệu [1-146]: X2 + Y2 = R2 (3 – 18) Nhưng nêu lấy gốc toạ độ điểm A, thì phương ._.