Повышение экологической эффективности сушки рудных материалов на базе инерционно-гравитационной аэросепарации

Проведенные на шахтных печах АО «Костанайские минералы» экспериментальные исследования и компьютерный анализ аэродинамических процессов подтвердили гипотезу о преобладающем влиянии концентрации, медианного диаметра, дисперсии, температуры и влажности пыли на эффективность пылеулавливания, существенное влияние на температуру и влажность рудной пыли в пневмосушиле параметров прямотока. Сила Архимеда с учетом силы тяжести, действующая на рудную пыль в прямотоке, обусловливает снижение величины критерия Фруда и, как результат, существенный рост на выходе из печи концентрации низкотемпературной влажной пыли из прямотока по отношению к концентрации высокотемпературной сухой пыли из противотока, что существенно снижает эффективность пылеулавливающего оборудования. В целях снижения концентрации пыли на выходе из печи, повышения эффективности пылеулавливающего оборудования предложено встраиваемое непосредственно в сушило устройство, работающее по принципу инерционно-гравитационной, термической сепарации. Для обеспечения оптимальных параметров рудной пыли на выходе из шахтной печи путем приведения уравнения стоксовского движения двухфазной среды к однопараметрической задаче по фактору релаксации пыли разработана математическая модель аэросепарации частиц пыли непосредственно в сушиле шахтной печи в функции от расхода, температуры теплоносителя и геометрических параметров аэросепаратора. Применение аэросепаратора, встроенного в сушило, позволило повысить экологическую эффективности шахтной печи до 75–85%, тем самым снизив не менее чем в 3 раза концентрацию аэрозоля на выходе из неё. Предложенная конструкция аэрационного сепаратора в настоящее время используется для повышения экологической эффективности вертикальной шахтной сушильной печи №9 цеха дробления и сушки хризатила (ДиСхр )АО «Костанайские минералы».

Макаров В. Н., Ахметов Р. Г., Макаров Н. В., Арсланов А. А. Повышение экологической эффективности сушки рудных материалов на базе инерционно-гравитационной аэросепарации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2024. — № 1-1. — С. 74—86. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_011_0_74.

Макаров Владимир Николаевич — докт. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «УГГУ», orcid.org/0000-0002-3785-5569, email: uk.intelnedra@gmail.com;
Ахметов Рустам Гумарович — главный механик, АО «Костанайские минералы», email: info@km.kz;
Макаров Николай Владимирович — канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «УГГУ», orcid.org/0000-0001-7039-6272, email: mnikolay84@mail.ru (для контактов);
Арсланов Азамат Альфизович — студент, ФГБОУ ВО «УГГУ», orcid.org/0009-00033082-0309, email: azamat.arslanov.2000@mail.ru.

1. Kornilov G., Gazizova O., Bunin A., Bulanov, M., Karyakin A. L. Improving the quality of voltage in the conditions of the oxygen-converter shop of metallurgical production (2019) Proceedings — ICOECS 2019: 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems, article №8949928, DOI:10.1109/ICOECS46375.2019.8949928.

2. Davydov S. Y., Valiev N. G., Tauger V. M. Effect of the Flow of Transported Bulk Material on Design Features of a Belt Conveyor. Refractories and Industrial Ceramics. 2019. 60 (1), pp. 10−13. DOI:10.1007/s11148-019-00301-5.

3. Lyaptsev S. A. Classification of granular material in an impact with a separation surface/Lyaptsev S. A., Davydov S. Y./Refractories and Industrial Ceramics. — 2015. — Vol. 55, No 6.– pp.570–572.

4. Кычкин А. В., Николаев А. В. Архитектура киберфизической системы управления проветриванием подземного горнодобывающего предприятия на базе платформы Интернета вещей. Мехатроника, автоматизация, управление. 2021;22(3):115−123. https://doi.org/10.17587/mau.22.115−123.

5. Fair R., Laar J. H., Nell K., Nell D., Mathews E. H. Simulating the sensitivity of underground ventilation networks to fluctuating ambient conditions // South African Journal of Industrial Engineering November. 2021, vol. 32, no. 3, pp. 42−51. DOI: 10.7166/32−3-2616.

6. Velikanov V. S., Dyorina N. V., Suslov N. M., Luntsova A. I., Rabina E. I. Automation of design for dynamic loading at the designing stage of mining machinery (2019) Journal of Physics: Conference Series, 1399 (3), article №033010, рр. 1−5. DOI: 10.1088/1742−6596/1399/3/033010.

7. Тарасов П. И., Хазин М. Л., Голубев О. В. Снижение геоэкологической нагрузки горно-перерабатывающей промышленности северных и арктических территорий // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2019. — № 7. — С. 74–82. DOI: 10.25018/02361493-2019-07-0-74−82.

8. Александрова Т. Н., Афанасова А. В., Кузнецов В. В., Бабенко Т. А. Исследование процессов селективной дезинтеграции медно-никелевых руд Заполярного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 12. — С. 73–87. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_12_0_73.

9. Шаров Н. А., Дудаев Р. Р., Крищук Д. И., Лискова М. Ю. // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. — 2019. — Т. 19, №2. — С.184–200. DOI: 10.15593/2224−9923/2019.2.8.

10. Пелевин А. Е., Сытых Н. А., Черепанов Д. В. Влияние крупности частиц на эффективность сухой магнитной сепарации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11−1. — С. 293−305. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_293.

11. Романченко С. Б., Тимченко А. Н., Костеренко В. Н., Поздняков Г. А., Руденко Ю. Ф., Артемьев В. Б., Копылов К. Н. Комплексное обеспыливание / М.:Изд-во «Горное дело» ООО «Киммерийский центра», 2016. 288 с.

12. Буренин В. В. Удаление вредных веществ из пылевоздушных выбросов предприятий. // Экология производства. 2014. № 12. С. 56−63.

13. Босиков И. И., Клюев Р. В., Хетагуров В. Н., Ажмухамедов И. М. Разработка методов и средств управления аэрогазодинамическими процессами на добычных участках // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 1. — С. 77−83. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13−1-77−83.

14. Угольников А. В., Макаров В. Н., Макаров Н. В. Оптимизация геометрических параметров гидровихревого инерционного стратификатора Вентури. Записки горного института. — 2019. — Т. 240. — С. 638−648. DOI: 10.31897/PMI.2019.6.638.

15. Макаров В. Н., Макаров Н. В., Плотников Н. С., Потапов B. B. Математическое моделирование вихревого гидрообеспыливания на горно-обогатительных предприятиях. // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 4. — С. 210−217.

16. Антипов С. Т., Журавлев А. В., Казарцев Д. А, Бородкина А. В., Нестеров Д. А. Комбинированные аппараты с закрученным потоком теплоносителя для сушки дисперсных материалов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2014, с. 52−58.

17. Юрьев Б. П., Гольцев В. А., Мальцев, В. А., Савин В. А. Сушка хризотиловой руды в вертикальных аппаратах шахтного типа // Строительные материалы. 2016; № 8. с. 80–84.

18. Wu D., Yin K., Yin Q., Zhang X., Cheng J., Ge D., Zhang P. Reverse circulation drilling method based on a supersonic nozzle for dust control. Applied Sciences. 2017, vol. 7, no. 1, pp. 5−20. DOI: 10.3390/app7010005.

19. Бойков А. В., Савельев Р. В., Пайор В. А. Применение численного моделирования в горно-металлургической области / Сборник избранных статей по материалам научных конференций ГНИИ «Нацразвитие». — СПб., 2019. — С. 31−34.

20. Torshizi S. A. M., Benisi A. H., Durali M. Numerical optimization and manufacturing of the impeller of a centrifugal compressor // Scenting Iranica, 2017, No 24, pp.707–714. DOI:10.1115/GT2016−57105.