واژه های کلیدی: آسیای گلولهای، جداکننده MIMS، هیدروسیکلون، نرم افزار USIM PAC. فهرست مطالبفصل اول: مقدمه11-1- خردایش در آسیاهای گلولهای11-1-1- عوامل مؤثر بر خردایش آسیاهای گلولهای21-2- هیدروسیکلون71-2-1- طراحی بخشهای مختلف هیدروسیکلون81-3- عوامل مؤثر بر عملکرد جداکنندههای مغناطیسی تر101-4- معرفی خط چهارم تولید کنسانتره شرکت معدنی و صنعتی گلگهر101-4-1- بخش سنگشکنی101-4-2- بخش بار برگشتی121-4-3- بخش فرآوری خط چهارم تولید کنسانتره شرکت معدنی و صنعتی گلگهر121-5- خردایش در آسیای گلولهای خط چهارم تولید کنسانتره شرکت معدنی و صنعتی گلگهر131-6- پرعیارسازی اولیه خط چهارم تولید شرکت معدنی و صنعتی گلگهر141-7- مروری بر تحقیقات گذشته141-8- ضرورت انجام تحقیق14 فصل دوم: روش تحقیق152-1- بررسی شرایط کنونی مدار152-2- آزمایش تعیین توزیع زمان ماند152-3- بررسی و افزایش میزان پرشدگی گلوله داخل آسیا152-4- تعیین درصد جامد بهینه آسیا162-5- تعیین دانهبندی مناسب خوراک جداکننده مغناطیسی شدت متوسط162-5-1- تغییر دبی ورودی به آسیا162-5-2- عیار آهن و گوگرد در بخشهای مختلف خوراک و کنسانتره جداکننده شدت متوسط172-6- تعیین اندازه و طراحی هیدروسیکلون172-7- شبیهسازی هیدروسیکلون با آسیا در مدار بسته202-8- تعیین درصد جامد بهینه جداکننده مغناطیسی شدت متوسط20 فصل سوم: ارایه نتایج و تحلیل دادهها223-1- طراحی مجدد آسیای گلولهای خط چهارم تولید کنسانتره مجتمع گلگهر223-2- انتخاب اندازه گلولههای آسیای گلولهای خط چهارم تولید کنسانتره مجتمع گلگهر233-3- بررسی شرایط کنونی جریانهای بخش خردایش و جداکنندهی MIMS243-4- بررسی دانهبندی محصول آسیای گلولهای253-5- بررسی جریانهای کنسانتره و باطله جداکننده MIMS253-6- موازنه جرم و تعدیل خطاها263-7- آزمایش تعیین توزیع زمان ماند273-8- افزایش میزان پرشدگی گلوله293-9- نسبت خردایش قبل و بعد از اعمال تغییرات303-10- کاهش متوسط دانهبندی محصول آسیا323-11- بررسی کارایی جداکننده MIMSقبل و بعد از اعمال تغیرات323-12- تعیین درصد جامد بهینه آسیای گلولهای343-13- تعیین دانهبندی بهینه خوراک جداکننده MIMS363-13-1- تغییر دبی خشک ورودی به آسیای گلولهای363-13-2- آنالیز بخشهای مختلف ابعادی خوراک و کنسانتره جداکننده MIMS393-14- تعیین اندازه هیدروسیکلون413-14-1- تعیین مشخصات هندسی هیدروسیکلون433-14-2- شبیهسازی هیدروسیکلون با آسیا با نرم افزار USIM PAC433-14-3- تعیین مکان مناسب برای هیدروسیکلون473-15- موازنه آب بخش اولیه خط چهارم تولید کنسانتره شرکت معدنی و صنعتی گلگهر493-16- تعیین درصد جامد بهینه جداکننده MIMS49فصل چهارم: نتیجهگیری و پیشنهادها514-1- نتایج514-2- پیشنهادها53 منابع56پیوست56 فهرست شکلهاشکل1- 1- نحوه ی خردایش ذرات در آسیاهای گردان.1شکل1- 2- خردایش ذرات در آسیا گلوله ای.2شکل1- 3- شمای حرکت بار داخل آسیا نسبت به سرعت بحرانی3شکل1- 4- شمایحرکتذرات داخل آسیا درسطوح مختلف بار.4شکل1- 5-ارتباط حرکت بار داخل آسیا با زاویه بالابری5شکل1- 6- ارتباط حرکت بار داخل آسیا با شکل وتعداد بالابرها.6شکل1- 7- مدار بخش سنگ شکنی کارخانه پلی کام12شکل1- 8- مدار تولید خط چهارم تولید کنسانتره ...........................................................................................13شکل 2- 1- ارتفاع سطح گلوله داخل آسیا قبل از اعمال تغییرات.....................................................................16شکل 2-2- ارتفاع سطح گلوله داخل آسیا بعد از اعمال تغییرات.....................................................................16شکل 2-3- مدار آسیا گلوله ای با هیدروسیکلون در محیط نرم افزار USIM PAC..........................................20شکل 3- 1- نمودار تعيين زمان ماند براساس برازش با مدل N-Mixer28شکل 3- 2- اندازه گیری فاصله سطح گلوله تا سقف آسیا29شکل 3- 3- اضافه نمودن گلوله به آسیا30شکل 3- 4- نسبت خردایش قبل و بعد از اعمال تغییر31شکل 3- 5- تغییرات P80 آسياي گلوله‌اي قبل و بعد از اعمال تغيير32شکل 3- 6- تغییرات نسبت غنی شدگی قبل و بعد از اعمال تغییر33شکل 3- 7- تغییرات عیار آهن کنسانتره MIMS قبل و بعد از اعمال تغییر33شکل 3- 8- دانه‌بندي محصول آسياي گلوله‌اي در درصد جامد‌هاي مختلف35شکل 3- 9-بازدهی جدایش جداکننده MIMSدر درصد جامدهای مختلف35شکل 3- 10- بازدهی جدایش جداکننده LIMSدر درصد جامدهای مختلف36شکل 3- 11- منحنی دانه بندی محصول آسیا در دبیهای متفاوت خوراک آسیا گلولهای36شکل 3- 12- تغییرات نسبت خردایش آسیا گلولهای در تناژهای متفاوت خوراک37شکل 3- 13- اثر اندازه ذرات بر عیار آهن کنسانتره MIMS38شکل 3- 14- اثر اندازه ذرات بر بازیابی آهن کنسانتره MIMS38شکل 3- 15- اثر اندازه ذرات بر عیار گوگرد کنسانتره MIMS39شکل 3- 16- عیار آهن در بخش های متفاوت ابعادی خوراک و کنسانتره MIMS39شکل 3- 17- عیار گوگرد در بخش های متفاوت ابعادی خوراک و کنسانتره MIMS40شکل 3- 18- بازدهی جدایش در بخش های مختلف ابعادی دانه بندی40شکل 3- 19- مدار آسیای گلوله ای با هیدروسیکلون در محیط نرم افزار USIM PAK43شکل 3- 20- وارد نمودن پارامترهای مربوط به شبیه سازی آسیاگلولهای در نرم افزار USIM PAK43شکل 3- 21- وارد نمودن پارامترهای مربوط به شبیه سازی هیدروسیکلون در نرم افزار USIM PAK44شکل 3- 22- آسیا و جداکننده MIMSخط چهارم تولید شرکت معدنی و صنعتی گل گهر48شکل 3- 23- مکان در نظر گرفته شده برای هیدروسیکلون در کارخانه پلیکام48شکل 3- 24- موازنه آب در بخشهای مختلف مدار49شکل 3- 25- عیار و بازیابی آهن کنسانتره MIMS در درصد جامدهای مختلف50شکل 6- 1- شمای هیدروسیکلون از دو نمای متفاوت56شکل 6- 2- شما واندازه ورودی هیدروسیکلون58شکل 6- 3- شما واندازه بخش استوانه ای هیدروسیکلون59شکل 6- 4- شما واندازه بخش مخروطی هیدروسیکلون60شکل 6- 5- شما واندازه سرریز هیدروسیکلون61شکل 6- 6- شما واندازه ته ریز هیدروسیکلون62 فهرست جداولجدول2-1- تغییر دبی ورودی به آسیا و جداکنندهمغناطیسی............................................................................17جدول 2-2- ارتباط D50Cبرای توزیع دانه بندی مشخص.............................................................................18جدول2-3-درصد جامدهای مورد آزمایش خوراک جداکننده MIMS..........................................................21جدول 3-1- ارتباط ضریب عدم کارایی و درجه کنترل اندازه محصول ..........................................................22جدول 3-2-تغییرات توان آسیا نسبت به سایر مشخصات آسیا...........................................................................23جدول 3-3- ترکیب گلولههای لازم برای آسیاهای گلولهای ..........................................................................24جدول3-4- نتایج بدستآمده از نمونهبرداری جریان........................................................................................25جدول3-5- موازنه و تعدیل خطا جریانهای خوراک HPGR، آسیا گلولهای و MIMS...................................26جدول3-6-موازنهجرم و تعدیل خطا جریان باطله جداکننده MIMS...............................................................27جدول3-7-موازنهجرم جریان کنسانتره جداکنندهMIMS.................................................................................27جدول 3-8- نتايج آزمايش تعيين زمان ماند با استفاده از نرم افزار RTD.........................................................28جدول3-9- بررسي آماري نتايج نسبت خردایش آسیا قبل و بعد از تغييرات...............................................31جدول3-10- بررسي آماري نتايج عیار آهن کنسانتره قبل و بعد از تغييرات (آناليز واريانس)............................34جدول 3-11- دبی آب اضافه شده به آسیا در درصد جامدهای مختلف.........................................................34جدول3-12- بدست آمده آسیا در اثر تغییر دبی ورودی به آسیا................................................................37جدول 3-13- نمونهای از یک آنالیز ابعادی ورودی و خروجیهای جداکننده MIMS....................................41جدول3-14- نتایج شبیهسازی خوراک تازه ورودی به آسیای گلولهای.........................................................45جدول3-15- نتایج شبیهسازی خوراک ورودی به آسیای گلولهای..............................................................45جدول3-16- نتایج شبیهسازی خوراک ورودی به هیدروسیکلون...................................................................46جدول3-17- نتایج شبیهسازی سرریز هیدروسیکلون....................................................................................46جدول3-18- نتایج شبیهسازی تهریز هیدروسیکلون.......................................................................................47 فصل اول: مقدمهتجهيزات نرم كني كه در صنعت فرآوري مواد معدني مورد استفاده قرار مي گيرند، اغلب از نوع آسياهاي گردان مي باشند. انواع مختلفي از آسياها مانند آسياهاي ميله اي، گلوله اي و آسياهاي نوع خودشكن وجود دارند. عمل نرم كني با ايجاد حركت نسبي بين ذرات ماده معدني و واسطه خردايش (ميله، گلوله يا قلوه سنگ) انجام مي شود. اين حركت مي تواند بصورت برخورد همراه با شكست كه توسط ضربه اعمال مي شود و يا بصورت غلطش همراه با شكست كه سايش را ايجاد مي كند، انجام گيرد[1]. هدف از خردایش سنگ معدن جداسازی کانی های با ارزش از گانگ است؛ در خردایش اولیه ذرات با ارزش به درجه آزادی لازم نمی رسند به همین دلیل سنگ معدن به خردایش ثانویه نیاز پیدا میکند که این عمل توسط آسیاها انجام میشود[2].شکل1- 1- نحوهی خردایش ذرات در آسیاهای گردان[2].جدار داخلی آسیاها از جنس مقاومی پوشیده شده است و قسمتی از حجم آنها توسط بار خردکنندهای مثل میلههای فولادی، گلولههای فولادی یا سرامیکی، قلوهسنگهایی از جنس مقاوم و یا قطعات درشتی از خود ماده معدنی پر شده است. با گردش آسیا، بار خرد کننده تا ارتفاعی که بستگی به سرعت گردش آن دارد، بالا می رود و با رها شدن از بدنهی آسیا بر روی ماده معدنی سقوط میکند. در نتیجه، دانههای ماده معدنی در اثر ضربه، فشار و سایش مواد توسط یکدیگر یا توسط بار خردکننده و همچنین جدار داخلی آسیا خرد میشوند (شکل1-1)[3]. در آسیاهای گلوله ای، با قرار گرفتن ذرات بین گلولهها عمل خردایش صورت میگیرد(شکل1- 2)[4]شکل 2‑1-خردایش ذرات توسط گلوله در آسیا گلولهای[4]..شکل1- 2- خردایش ذرات در آسیا گلوله ای[4].كارآيي آسياهاي گلوله‌اي، ميزان كاهش انرژي مورد نياز براي خردايش مناسب هر تن ماده معدني تعريف مي‌شود. کارآیی آسیاکنی به حرکت گلولهها در طی فرآیند آسیاکنی و شرایط عملیاتی از قبیل سرعت گردش آسیا، پرشدگی گلوله، اندازه آسیا بستگی دارد[5]. از دیگر عوامل مؤثر بر آسیاکنی می توان به ابعاد و شكل آسترهاي آسيا، نحوه‌ي آماده سازي خوراك، بسته يا باز بودن مدار اشاره نمود. براي بهبود خردايش بايد عواملي مانند درصد جامد وزني پالپ ورودي، ميزان پرشدگي گلوله داخل آسيا و اندازه گلوله‌هاي شارژ مجدد را بهينه كرد زیرا عوامل دیگر قابل تغيير نيستند و يا به علت نوسان زياد قابل کنترل نمي‌باشند. دانسيته پالپ خوراک بايد تا آنجا که امکان دارد بالا باشد ولي با جريان يافتن پالپ در طول آسيا سازگار باشد و معمولاً گلولهها بايد با لايهاي از کانه پوشيده شوند. پالپ رقيق باعث افزايش برخورد فلز با فلز و مصرف بيش از حد فلز مي‌شود و کارآيي را نيز کاهش مي‌دهد. درصد جامد آسياهاي گلوله‌اي بسته به نوع کانه، بين 65-80% پالپ است. ويسکوزيته پالپ با کاهش اندازه ذرات افزايش مي‌يابد بنابر اين در مواردي که خردايش بسيار ريز نياز است، درصد جامد بايد کمتر درنظر گرفته شود[3].سرعت گردش آسیاهای گردان به نحوی انتخاب میشود که سرعت نسبی سقوط بارخردکننده بر روی بار ورودی آسیا حداکثر باشد. مسیر بار خردکننده را میتوان به دو مرحله تقسیم کرد. در مرحلهی اول این بار به حالت چسبیده بر روی جدار داخلی آسیا، یک مسیر صعودی را طی میکند. در مرحله دوم در لحظهای که وزن این بار از نیروی گریز از مرکز تجاوز میکند، از جدار آسیا رها میشود و سقوط میکند. هرگاه سرعت دوران آسیا از حدی که آنرا "سرعت بحرانی[1]" مینامند تجاوز کند، نیروی گریز از مرکز در تمام طول مسیر بیشتر از نیروی وزن است و بار خردکننده در تمام مدت گردش دستگاه به جدار داخلی آسیا چسبیده باقی خواهند ماند.(شکل1-3)[6].شکل1- 3- شمای حرکت بار داخل آسیا نسبت به سرعت بحرانی 60%a=، 70%b=، 80%c=، 90%d= [6]کاهش سطح بار در داخل آسیا باعث میشود که حرکت آبشاری بار در سطح آزاد داخل آسیا به درستی صورت نگیرد(شکل1-4)[6]. این مسئله منجر به برخورد بار به آستر و سایش آن و همچنین عمل خردایش ذرات به درستی صورت نمیگیرد[6].شکل1- 4- شمایحرکتذرات داخل آسیا درسطوح مختلف بار 50%=a، 40%=b، 30%=c، 20%=d، 10%=a [6]. 1-1-1-3- زاویه بالابریمیزان فرسایش پوشش آسیاها علاوه بر جنس پوششها، به نحوهی کار آسیا بستگی دارد. این فرسایش در آسیاهایی که با سرعتی حرکت میکنند که بار خردکننده در داخل آنها بر روی هم میغلتد، به مراتب بیشتر از حالتی است که بار خردکننده بر روی هم سقوط کند[7]. مطالعاتی که توسط Bond انجام شده، نشان داده است که به طور متوسط فرسایش آسترها و همچنین بار خردکننده، متناسب با انرژی مصرف شده در آسیااست. با گذشت زمان زاویه و ارتفاع بالابرها کاهش مییابد. زاویه رهایی بالابرها بر حرکت بار داخل آسیا و برخورد بار به پاشنه تأثیر گذار است. کاهش بیش از حد زاویه رهایی منجر به عدم تشکیل حرکت آبشاری بار و عدم خردایش ذرات طی مکانیزم ضربه میشود(شکل 1-5) [6]. شکل1- 5-ارتباط حرکت بار داخل آسیا با زاویه بالابری 85=a، 60=b، 45=c، 5/22=d[6]. 1-1-1-4- شکل بالابرهادر آسیا، آسترها اغلب به صورت بالا-پایین نصب میشوند. بدین صورت که یکی بلند و دیگری کوتاه است. سایش بالابر با ارتفاع کمتر، بیشتر از بالابر بلند میباشد در نتیجه زمانیکه بالابر بلند به نصف ارتفاع اولیه خود رسید بالابر کوچکتر را باید تعویض نمود[2]. حرکت بار داخل آسیا با توجه به تعداد بالابرها و شکل آنها متفاوت خواهد بود(شکل1-6).شکل1- 6- ارتباط حرکت بار داخل آسیا با شکل وتعداد بالابرها[6]. 1-1-1-5- پرشدگی گلولهميزان پرشدگي گلوله يكي از مهم‌ترين پارامترهاي آسياكني در آسياهاي گلوله‌اي است. در ميزان كم پرشدگي به علت كشيدگي بار به طرف شانه و نبود كشيدگي بار به طرف پاشنه، سهم مكانيزم ضربه از مكانيزم سايش بيشتر است كه اين امر موجب درشت‌تر شدن محصول مي‌گردد [2]. با افزايش پرشدگي، سهم مكانيزم سايش نيز به علت تشكيل پاشنه و سر خوردن بيشتر گلولهها روي بار، زيادتر مي‌شود كه باعث ريز‌تر شدن محصول مي‌گردد همچنين ميزان پرشدگي بالا باعث افزايش ضربات در واحد حجم شده و مانع خروج سريع پالپ در طول آسيا مي‌شود [8]. ميزان پرشدگي گلوله داخل آسيا در حدود 40-50 % است که در حدود 40% از اين حجم، فضاي خالي است. توان کشي آسيا با افزايش ميزان پرشدگي افزايش مي‌يابد و در حدود 50% پرشدگي به بالاترين ميزان توان کشي مي‌رسد. معمولاً در آسياهاي سرريز شونده ميزان پرشدگي 40% است اما در آسياهاي داراي شبکه خروجي اين مقدار بيشتر است. برای محاسبه میزان پرشدگی گلوله، سطح گلولهها تا سقف آسیا اندازهگیری میشود [2،3].هیدروسیکلون مهم ترین وسیله برای طبقه بندی ذرات در ابعاد ریز در صنعت کانه آرائی می باشد. درصنعت فرآوري آهن يكي از معادن كمپاني اريك[2] كلاسيفاير هاي مارپيچي خودرا از مدار خارج و به جاي آنها از هيدروسيكلون استفاده نمود كه مزاياي زيررا به دنبال داشت:به خاطر اينكه هيدروسيكلونها از لحاظ ساختاري و مكانيكي بسيار ساده اند و اجزاي متحرك نيز ندارند، امكان تحقيقات پيشرفته با صرف زمان كمتري نسبت به كلاسيفاير هاي پيچيده تر براي آنها وجود دارد. به همين دليل است اين وسيله توانست خيلي زودجاي خود را در صنايع گوناگون باز كند[9] . موادی که به حالت پالپ به داخل هیدروسیکلون هدایت می شوند تحت تأثیر دو نیرو قرار می گیرند: نیروی گریز از مرکز در جهت داخل به خارج و نیروی مقاومت در جهت خارج به داخل، نیروی گریز از مرکز باعث افزایش سرعت ته نشینی مواد می شود. به این ترتیب مواد بر اساس ابعاد و چگالی طبقه بندی می شوند[10]. ذرات با سرعت ته نشيني زياد به سمت ديواره حركت ميكنند. و از دهانه ته ريز بيرون مي روند. به دليل عمل نيروي مقاومت سيال، ذرات با سرعت ته نشيني كم به سمت منطقه كم فشار در امتدادمحور حركت مي كنند و به طرف بالا از طريق ديافراگم به سر ريز حمل مي شوند. با توجه به وجود ناحیه ای در امتداد جداره که در آن حرکت مواد به طرف پایین و ناحیه ای در امتداد محور هیدرو سیکلون که در آن حرکت مواد به سمت بالا است، لازم است که در مکانی سرعت قائم مواد برابر صفر باشد. این مکان به صورت سطحی در سرتاسر بخش بزرگی از هیدرو سیکلون گسترش یافته است. دانه هایی که تأثیر نیروی گریز از مرکز روی آنها بیشتر است به خارج این سطح منتقل شده، از طریق ته ریز خارج می شوند و دانه هایی که تأثیر نیروی مقاومت بر آنها بیشتر است در داخل این سطح قرار می گیرند و به طرف محور هدایت شده و از طریق سرریز خارج می شوند. ذرات منطقه با سرعت صفر[3] دارای احتمال مساوی برای انتقال به سرریز و یا خروج از ته ریز می باشند