Дипломная работа: Екологічні аспекти видобування піску на прикладі об`єктів Чернігівської області
Перевагами багатоковшевих екскаваторів перед одноковшевими є: безперервність робочого процесу екскавації, рівне завантаження транспортних засобів, велика продуктивність на 1 т маси, менша питома витрата енергії.
Розробка родовищ піску ведеться строго по карті, складеної на підставі детальної геологічної розвідки. Якість і однорідність піску систематично контролюються. Ділянки неякісного піску обходяться або розробляються з вивезенням у відвал. Основним видом кар'єрного транспорту автосамосвали й автотягачі з причепами і напівпричепами (напівпричіп на відміну від причепа має тільки одну вісь, а передньою частиною спирається на зчіпний пристрій тягача). Використовуються також самосвали-тролейвози з електродвигунами, що харчуються електроенергією по тролейним проводах на переносних опорах; трактори із саморозвантажними причепами; залізничний транспорт (мотовози, електровози, вантажні вагони і платформи); підвісн канатні дороги і т.д.
У ряді випадків дуже ефективний конвеєрний транспорт у вигляд безперервної потокової лінії стрічкових транспортерів, особливо в сполученні з роторними або ланцюговими багатоковшевими екскаваторами. Застосування конвеєрного транспорту забезпечує безперервність роботи екскаваторів, підвищуючи їхню продуктивність на 35...50 %, спрощує автоматизацію керування виробництва, знижує капітальні витрати і собівартість видобутку піску. Існує досвід експлуатації як внутрішньокар'єрного, так і далекого, багатокілометрового конвеєрного транспорту від кар'єру до споживача продукції.
Підвідний видобуток піску з дна водойм в обводнених кар'єрах може вироблятися за допомогою екскаваторів-драглайнів, канатних скреперів, землечерпалок, але найбільш ефективний гідромеханізований спосіб видобутку.
Видобуток будівельного кар'єрного піску ведеться по двох напрямках. Після проведення за допомогою могутньої гірської техніки розкривних робіт, виробляється екскавація гірського піску, що широко застосовується у всіх видах будівництва. Видобуток будівельного піску з обводнених шарів родовищ здійснюється гідромеханізованим способом з використанням могутніх кар'єрних землесосних снарядів. Така технологія дозволяє не тільки ефективно вести видобуток, але також очищати кар'єрний пісок від природних природних домішок, що істотно підвищує його якісні характеристики.
Гідромеханізований комплекс по видобутку і переробки формувальних пісків
1 - двоступінчасте грунтоподібний пристрій
2 - водяний насос Q=600-1000 м/год
3 - ґрунтовий насос
4 - конічний гідрогуркіт
5 - пристрій для очищення зерен піску від глинистих примазок
6 - склад глинистих окатишів
7 - склад формувального піску
Гідромеханізований комплекс по видобутку і переробці піску на двох фракцій
1 - грунтонасос, Г-13
2 - водяний насос Q=600-1000 м/год
3 - конічний гідрогуркіт
4 - класифікатор
5 - роторний розпушувач
6 - склад глинистих окатишів
7 - склад бетонних пісків
8 - склад розчинних пісків
Для розробки підвідних родовищ використовують плавуч установки, називані землесосними снарядами або земснарядами. Вони являють собою понтон, переміщуваний і фіксований у визначеній позиції за допомогою тросів, якорів і пальових пристроїв. На понтоні розташовується землесос - могутній насос відцентрового типу. На дно опускається усмоктувальний пристрій землесоса при необхідності механічний розрихлювач. Землесос і розрихлювач працюють спільно, причому розпушений пісок разом з водою засмоктується в трубу й у вид пульпи (гідросуміші) транспортується по плавучому пульпопроводу, що збирається з ланок труб на поплавцях.
Крім відцентрових землесосів для видобутку і перекачування пульпи використовують гідроелеватори, що працюють за принципом ежектора [19].
Пульпа транспортується в гідровідвали - спеціальні складськ площадки на березі, відкіля вода стікає у водойму. При цьому одночасно виробляється відмивання піску від пилоподібних і глинистих домішок, його збагачення і фракціонування.
Гідромеханізований видобуток піску застосовується не тільки для видобутку піску з дна рік або інших водойм, але й у рівнинних кар'єрах, що обводнюються.
Родовища піску, розташовані вище рівня води, можна розробляти за допомогою гідромоніторів. Гідромонітор являє собою керований трубчастий стовбур конічного профілю з вузькою насадкою на кінці. Вода, подавана насосною станцією з найближчої водойми, викидається через гідромонітор щільним струменем з великою швидкістю. Гідромонітори, використовувані в гірничорудній промисловості, здатні руйнувати високонапорним струменем води навіть міцн скельні породи. Для видобутку ж піску досить тиску води 0,3...0 ,5 МПа. Гідромонітори у вибої розмивають поклад піску, і пульпа, що утвориться, стікає в гідровідвали самопливом, якщо забезпечено необхідний ухил, або транспортується по трубах землесосом.
Пісок з відсівань дроблення. Пісок для бетону можна одержувати попутно при дробленні скельних гірських порід, особливо в районах, де відсутні природні піски задовільної якості. Для одержання дробленого піску можна використовувати вивержені, метаморфічні або щільні осадові гірськ породи, а також гравій.
У залежності від міцності вихідної гірської породи в насиченому водою стані встановлені чотири марки піску з відсівань дроблення (відповідно з межею міцності породи не менш 100, 80, 60 і 40 МПа). Межа міцності вивержених і метаморфічних порід повинний бути не менш 60 МПа, а осадових гірських порід - не менш 40 МПа.
Крім міцності вихідної гірської породи важлива структура. Як показали дослідження , форма зерен дробленого піску залежить в основному від двох факторів: структури дробленої породи і способу дроблення.
Найкраща якість піску виходить при дробленні дрібно- і середнезернистих кам'яних порід. Шорсткість поверхні зерен такого піску характеризується висотою мікрорельєфу близько 170 ... 190 мкм, що забезпечує найкраще зчеплення з цементним каменем у бетоні. Скритокристалічні і склуваті породи, а також грубозернисті дають при дробленні пісок зі значним змістом зерен пластинчасто голчастої форми. Мікрорельєф їхньої поверхні характеризується, як правило, меншою висотою. Крім того, при дробленні грубозернистої породи полімінерального складу (наприклад, граніту) утворяться зерна піску мономінеральні (кварц, польовий шпат, слюда), що відрізняються незначним зчепленням з цементним каменем.
Спосіб дроблення скельних порід зв'язаний з вибором дробильного устаткування. Установлено, що дробарки, що працюють за принципом стиску породи (щокова, конусна, валкова), дають велике число зерен пластинчастої і голчастої форми, а дробарки ударної дії (молоткові) - значно менше.
Чим ближче форма зерен піску до кубічного (відповідно до вимоги стандарту), тим менше його пустотність і, отже, менше витрата цементу в бетоні. До зернового складу дроблених пісків пред'являються загальні вимоги, викладен вище. Якщо гірська порода не містить нестійких рудних мінералів, аморфних різновидів кремнезему й інших шкідливих включень, то єдиною небажаною домішкою в дроблених пісках може бути пил (кам'яне борошно), що утворилося при дробленні. Вона не настільки шкідлива, як глинисті домішки в природному піску, тому стандартом допускається трохи більший її вміст [21].
У силу кращого зчеплення заповнювача з цементним каменем міцність бетону на дробленому піску за інших рівних умов може бути вище, ніж на природному кварцовому піску, причому не тільки при стиску, але ще в більшому ступені при розтяганні. Такі бетони відрізняються підвищеною морозостійкістю й ншими достоїнствами.
Однак дотепер мало використовуються відходи каменедроблення дрібніше 5 мм, одержувані у великих обсягах при виробництві кам'яного щебеню. Ці відходи при відділенні від них. кам'яного борошна (промиванням або сухим збагаченням) можуть дати гарний пісок для бетону.
3.2 Збагачення і фракціонування піску
Якщо наявні на місці піски по зерновому складі або змістов домішок не відповідають вимогам стандарту, а доставка якісного піску сполучена з великими витратами, то економічно доцільно збагачувати піски. Збагачення піску достоїть у видаленні зерен крупніше 5 мм, відмиванню пилоподібних, мулистих і глинистих часток і поліпшенні зернового складу.
Відділення зерен гравію роблять просіванням піску на вібраційних плоских або в барабанних грохотах.
Промивання піску з метою видалення пилоподібних, мулистих глинистих домішок здійснюють у піскомийках або класифікаторах різно конструкції.
Промивання піску складається в перемішуванні і перетиранн його у водному середовищі, у результаті чого глинисті включення і плівки, що покривали поверхню зерен піску, диспергують і разом з пилоподібними домішками переходять у шлам, що зливається при безперервній подачі чистої води. Подібним чином працюють застосовувані іноді коритні, драгові й інші піскомийки, при одержанні піску сортуванням природної піщано-гравійної суміші на грохотах промивання його нерідко роблять безпосередньо при просіванні шляхом зрошення грохотів водою з наступним видаленням забрудненої води. Якість промивання при цьому, як правило, нижче, ніж при використанні спеціальних еско-мийок.
Промивання піску викликає необхідність його наступного зневоднення, що ускладнює технологічний процес, особливо в зимовий час. Тому заслуговують на увагу також і сухі способи збагачення, наприклад шляхом продувки що скидається потоком повітря. Таким способом, звичайно, не можна видалити плівки глини з поверхні зерен природного піску, але пилоподібні частки з дробленого піску, у тому числі з відсівань каменедроблення, віддаляються. Основна мета збагачення - забезпечення необхідного зернового складу піску. У ряді районів країни піски місцевих родовищ занадто крейди. При їхньому використанні в бетонах неминуча перевитрата цементу на 20...30, а іноді і на 50%. Такі піски доцільно збагачувати добавкою привізного природного великого або дробленого піску.
Відповідно до Держстандарту 10268-80, як велику фракцію для збагачення дрібних природних пісків можна застосовувати дроблений пісок, зокрема з відсівань дроблення.
Перспективним напрямком, уже здійснюваним у промисловост нерудних матеріалів, є фракціонування піску, тобто поділ його по крупност зерен на фракції. Наступне роздільне дозування фракцій при готуванні бетонно суміші забезпечує сталість зернового складу піску. Цей захід передбачений діючими стандартами [19].
Головною сировинною базою високоякісних кварцових пісків для склоробного виробництва є кілька гірничо-збагачувальних комбінатів, що розробляють природні родовища піску в центральних областях Росії. Значна вартість транспортування цієї сировини у віддалені регіони і зростаючу потребу в сировину змушує підприємства шукати альтернативні джерела постачання свого виробництва якісною сировиною. Ряд скляних заводів використовує для своїх нестатків природна сировина місцевих кар'єрів. Але основною проблемою при використанні такого піску, є його якість.
Значні змісти глини, польових шпатів, а також окислів заліза не дозволяють направляти його у виробництво без попереднього збагачення.
Розроблена комплексна технологія підвищення якості кварцової сировини подібних родовищ. Ефективн технологічні схеми і надійне збагачувальне устаткування використовуване в цій технології дозволять склозаводам створити на своєму підприємстві установки по збагаченню пісків необхідної продуктивності для забезпечення своїх нестатків якісною сировиною.
У порівнянні зі звичайними схемами збагачення природних пісків, що застосовують такі енергоємні і высокозатратные методи, як высокоградиентная електромагнітна сепарація і многостадиальное просівання, наші технології, вигідно відрізняються своєю ефективністю невеликими експлуатаційними витратами.
Вибір тих або інших методів збагачення і їхньої інтенсивності ґрунтується на результатах ретельних досліджень проб пісків на обогатимость. Далі описані процеси найбільше часто використовувані нами при збагаченні пісків.
Дезінтеграція та грохотання
Підготовка вихідних пісків до збагачення здійснюється в скруббер-бутаре, де в одному апараті сполучені два процеси - дезинтеграця і мокре просівання піску. У результаті каскадного переміщення матеріалу у водному середовищі відбувається руйнування глинистих агрегатних включень з наступним висновком із процесу матеріалу крупностю більш 3-5 мм, що включає в себе великі камені, гальку, корені дерев та інші природн штучні включення.
Сучасні скруббер-бутары дозволяють проводити ефективну дезинтеграцю матеріалів при змісті глини до 50% і вище.
При збагаченні пісків використовуються суцільнозварні або збірні бутари зі звареного або збірного шпальтового сита із шириною щілини 1-5 мм.
Механоактивація
Піски, що надійшли в процес, піддаються механічної активації (оттирке) в оттирочной машині. Оттирка пісків виробляється з метою зняття окісних плівок металів з поверхні кварцових зерен, а також у процесі оттирки можуть руйнуватися зерна малої міцності. Досвід експлуатації промислових оттирочных машин підтвердив їхню ефективність що підтверджується якістю одержуваних продуктів, що перевищує якість одержуване в лабораторних умовах. Можливо це пов'язано не тільки з більш інтенсивним очищенням поверхні зерен але і з виборчим дробленням зростків, вивітрених мінералів і мінералів з низькою твердістю. Процес виборчого дроблення в оттирочных машинах неодноразово спостерігався при оттирке пісків, наприклад: у процесі оттирки пісків Благодарненского родовища зміст польових шпатів у пісках крупностью 0.1-0.8 мм знижується в 5.6 рази.
Гравітаційне збагачення
Очищення піску від важких мінералів виробляється за допомогою процесу гравітації на концентраційних столах. У процесі збагачення в концентрат столів витягаються важкі мінерали з питомою вагою більш 3.5-4 г/см3, що збираються в окремий продукт віддаляються з процесу. Збагачення на концентраційних столах дозволяє одержати більш висока якість піску, чим на інших апаратах гравітаційного збагачення. Продуктивність концентраційних столів у циклах збагачення піску значно перевищує показники, отримані при збагаченні інших видів мінеральної сировини, досягає 7-8 т/год на одну деку площею 7.5 м2.
Гідравлічна класифікація
Одержання піску потрібної крупности його відмивання від шламів досягається методом гідравлічної класифікації, що виключає застосування вібраційних грохотов. Багатокамерний гідравлічний класифікатор дозволяє одержати - піски заданої крупности.
Зневоднення та сушка піску
Збагачені кварцові піски проходять цикл додаткового відмивання і зневоднювання першої стадії в спіральних класифікаторах. У залежності від вимог до кінцевого продукту, сезонност кліматичним умовам роботи фабрики, піски складируются в природних конусах або надходять на подальше зневоднювання на стрічкових фільтрах і сушіння у вихрових або барабанних сушарках.
Магнітна сепарація
Необхідність використання магнітно сеппарации визначається на підставі результатів технологичнеских досліджень. У залежності від продуктивності фабрики і параметрів процесу магнітної сеппарации нами використовуються высокоградиентные електромагнітні сепаратори або сепаратори на постійних магнітах.
Оборотне водопостачання
Схема оборотного водопостачання, основним апаратом якої є пластинчастий або радіальний згущувач, забезпечу повторне використання технологічної води до 98%. Схеми оборотного водопостачання укомплектовуються системами дозування флокулянтів.
З метою зниження втрат технологічно води і зниженню обсягів складування шламів може використовуватися схема фільтрації згущених шламів і подальше їх напівсухе складування.
