WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

Сотрём в нанопорошок

Питерские конструкторы разработали аппарат, способный не только добывать алмазы из отвалов, но и создавать наноматериалы для электроники и биотехнологий.

Дробление и измельчение материалов самые распространенные производственные процессы в промышленности и сельском хозяйстве. Именно на эти процессы сегодня расходуется более 20% всей вырабатываемой на планете электроэнергии. Внедрение, прежде всего в горнодобывающей промышленности, разработанных питерскими учеными планетарных мельниц (вместо применяемых ныне барабанных шаровых) сократит энергопотребление процессов измельчения руды вдвое. При этом извлекаемость полезного компонента из обогащаемых руд, сейчас редко превышающая 70%, может приблизится к 100%.

Планетарные мельницы могут произвести революцию не только в горнорудной промышленности, но и в химической и металлургической, а также в цементном, керамическом и лакокрасочном производстве.

Не менее важное направление создание новых материалов и технологий за счет использования порошков субмикронных размеров, механически активированных в планетарных мельницах.

От ступки к барабанам Пещерный человек для измельчения корней, зерен, минералов для краски использовал пару камней, затем появилась ступка, затем изобрели жернова. Перетирка сырья между жерновами оставалась основной технологией измельчения многие века, прежде чем была придумана барабанная мельница. Работает она просто: куски породы, загруженной в «положенный на бок» и вращающийся вокруг своей оси барабан, увлекаются его стенкой, затем падают вниз и измельчаются за счет ударов и истирания. Этот принцип востребован до сих пор и применяется в так называемых мельницах самоизмельчения.

В шаровых мельницах внутри барабана помещаются металлические шары (раньше их заменяла кремневая галька). Изза дополнительного истирания между шарами процесс измельчения материала становится намного интенсивнее, а размер помола легче регулировать на выходе получается более равномерно смолотый порошок. Первые промышленные образцы шаровых мельниц выпустила датская компания Smidt & K° в 80х годах XIX века. В XX веке шаровые мельницы произвели настоящую революцию в горнообогатительном, цементном, химическом и металлургическом производствах. Патенту на изобретение шаровой мельницы уже около 180 лет, но инженерное решение, реализованное в ней, остается актуальным и сегодня большая (ВЕРСТКА! О ПОД УДАРЕНИЕМ) часть материалов перемалывается именно ими. В мире разрабатывается около 110 тыс. месторождений минерального сырья, и на каждом из них работает от 10 до 50 шаровых мельниц (на самом крупном в России горнодобывающем предприятии Лебединском ГОКе таких машин около сорока). У самых производительных мельниц, перемалывающих до 100 тонн породы в час, диаметр барабана достигает 6 метров, а его длина превышает 15. Чтобы раскрутить весящую сотни тонн махину, нужен соответствующий электропривод. Потребляемые одной мельницей четыре мегаватта не являются чемто экстраординарным в горнорудной промышленности, а мельницурекордсмен крутит 10мегаваттный двигатель. Таким образом, даже в развитых странах в технологическом процессе обогащения минерального сырья до двух третей капитальных и эксплуатационных затрат приходится именно на механическое измельчение. Развитие этой технологии зашло в тупик, и не только изза ее чудовищной энергозатратности. На шаровых мельницах не удается получить более тонкий порошок, востребованный в последние десятилетия. Сегодня изза истощения сырьевой базы все чаще приходится разрабатывать те месторождения, где размер фракции полезного компонента не превышает 20 микрон. К тому же в этих мельницах отсутствует какаялибо избирательность вмещающую породу или полезный минерал они будут измельчать одинаково. В результате переизмельченности или недомола резко страдает эффективность последующих звеньев технологической цепочки переработки сырья, заточенных под определенный диапазон размеров обрабатываемых частиц. Из добытой руды при такой обработке порой не вытягивается до 20% полезного компонента.



«Классическая шаровая мельница слишком тупая машина для интеллигентного перемола, зато его вполне может обеспечить мельница планетарная», утверждает Владимир Кочнев, генеральный директор питерской компании «Техника и технологии дезинтеграции» (ТТД), где разработаны первые в мире промышленные планетарные мельницы непрерывного действия. Он продолжает: «Судите сами, в советское время, когда питерский институт 'Механобр', головной разработчик обогатительного оборудования, находил техническое решение, позволяющее вытягивать на шаровых мельницах хотя бы один дополнительный процент меди из руды, его сотрудники катались как сыр в масле на них сыпались премии и звания. А использование наших планетарных мельниц сразу повышает эффективность обогащения на порядок достать оставшиеся после шаровых мельниц 20%, правда, обещать не могу, но за десять ручаюсь точно».

Вокруг двух осей Все основные принципы устройства планетарной мельницы описывает американский патент, выданный еще в 1889 году. Идея создания планетарной мельницы не случайно возникла в одно время с появлением первых промышленных шаровых мельниц ведь в основе ее работы заложены те же принципы, что и в шаровом измельчителе. Но, в отличие от барабанных шаровых мельниц, планетарные имеют обычно три или четыре барабана. Эти барабаны вращаются вокруг центральной оси планетарного механизма (подобно планетам вокруг Солнца), а кроме того, каждый из них вращается в противоположном направлении вокруг собственной продольной оси.

Благодаря движению барабана вокруг своей оси, помещенные в него шары получают центростремительное ускорение, намного превышающее ускорение силы тяжести (в Новосибирском институте геологии и геофизики разработали лабораторные планетарные мельницы с ускорением до 400 g, правда, после нескольких минут работы их приходилось выбрасывать). Интенсивность измельчения материала увеличивается на порядки, а изменение скоростных режимов работы мельницы позволяет более тонко регулировать размер частиц (чистоту помола). Самое же главное появлялась возможность создания супертонких порошков, помол которых в шаровых машинах в принципе невозможен.

Простота идеи создала иллюзию такого же простого ее воплощения в начале прошлого века сотни инженеров из Англии, Германии, Франции и США пытались построить планетарную мельницу. Но сразу же столкнулись с трудностью, которая им тогда представлялась главной: как создать систему непрерывной загрузки исходного материала в быстро вращающиеся вокруг двух осей барабаны? Только в начале 50х во Франции был выдан первый патент на «непрерывную» планетарную мельницу, но до 70х годов создать работающий образец никто не смог.

В 1956 году авторское свидетельство на подобное изобретение получил инженеризобретатель Института геологии и геофизики Сибирского отделения АН СССР Сергей Голосов. К этому времени он уже создал серию лабораторных центробежных планетарных измельчительных машин с периодической загрузкой, которые могли переработать несколько сотен граммов вещества.

В 60х годах лабораторные планетарные мельницы начали выпускаться на Западе сначала в Германии, компаниями Fritsh и Retsch. Позднее они появились в Японии (Saisin) и США.

Простое решение В начале 70х Южноафриканская горнорудная палата выделила приличный бюджет под 15летнюю программу разработки высокопроизводительных (от нескольких тонн) промышленных планетарных мельниц непрерывного действия, в первую очередь для алмазной промышленности. Небольшое сообщение о проводимых в Йоханнесбурге работах, проскочившее в специализированном журнале, не оставил без внимания сотрудник ЯкутНИИпромалмаза Анатолий Лейтес. Руководство института посчитало перспективным предложение Лейтеса создать непрерывную планетарную технологию измельчения для более глубокого извлечения алмазной крошки. Лейтес собрал группу молодых конструкторов, куда и вошел Владимир Кочнев, темой диссертации которого впоследствии стал так называемый центробежный питатель для непрерывной планетарной мельницы.





Уже в 1972 году такой питатель (устройство, непрерывно подающее в работающую мельницу сырье) был создан. «Это простое механическое решение», скромно говорит о своей разработке Кочнев, удивляясь тому, что в ЮАР интернациональный коллектив инженеров, использующий опыт немецких компаний и многомиллионные субсидии, после десятилетней работы не справился с этой задачей (в 1982 году работы там были прекращены).

В 1978 году опытный образец непрерывной планетарной мельницы был собран в ЯкутНИИпромалмазе. Мельница производительностью 10 тонн в час прошла 100часовые промышленные испытания. Успех якутских разработчиков вверг в состояние эйфории отраслевых начальников. К началу 80х по теме публиковались сотни статей в год. Тематику по созданию планетарных мельниц включили в свои планы 25 организаций союзного значения, однако повторить успех якутских конструкторов никто не смог. Например, вышло постановление Совмина СССР по созданию 100тонной планетарной мельницы для цементной промышленности институт «Гипроцемент», взяв под козырек и освоив выделенные деньги, никакого результата не достиг. В 1985 году по документации ЯкутНИИпромалмаза была построена последняя сорокатонная машина, но она отработала всего 30 часов. Закончилась очередная пятилетка, прекратилось финансирование, и началась перестройка. Работа над промышленной планетарной мельницей прервалась.

На службе у африканских алмазов В перестроечные годы взлетел спрос на небольшие лабораторные планетарные мельницы: их покупали НИИ и выделявшиеся из научных организаций кооперативы, число которых росло в геометрической прогрессии им были нужны тонкие порошки для различных исследований. Руководимая Кочневым группа, работающая в молодежном научнотехническом центре при Ленинградском военномеханическом институте, не успевала выполнять заказы. «До начала девяностых мы жили припеваючи, работа была очень интересной. Мы разрабатывали целую гамму высокооборотистых лабораторных мельниц для измельчения различных материалов стекла, пигментов, химических препаратов для пожаротушения и бог знает еще для чего», рассказывает Кочнев.

В 1991 году он организует компанию ТТД, куда уходит костяк коллектива молодежного центра. Была надежда, что новая экономика востребует более эффективную и производительную технику, и малопомалу компания начинает «отщипывать» из своих доходов на НИОКР по созданию промышленных планетарных мельниц. На советские многотонные масштабы не замахивались и начали работу над машинами с производительностью от нескольких десятков до сотен килограммов в час. Советский опыт показал, что система загрузки не самое страшное, главное это достижение механической надежности мельниц, ведь при испытаниях даже хваленые немецкие подшипники «летели» уже через 15 часов работы.

В 1994 году отщипывать стало не от чего: небольшие научные коллективы разорялись или уезжали на Запад, а у НИИ просто не было денег для приобретения научного оборудования. Компанию спасли южноафриканские алмазники их заинтересовали разработки ТТД. «Не перестаю удивляться новым русским хозяевам горнорудных и алмазных предприятий, говорит Владимир Кочнев, неужели они не заинтересованы в повышении эффективности своих производств? Десятки публикаций в специализированной российской периодике, прямая рассылка предложений, и реакция ноль. А тут дали малюсенькую заметку в англоязычном журнале, и нас не только пригласили к участию в нескольких выставках, но мы получили десятки откликов с просьбой рассказать подробнее о наших технологиях». Несколько оставшихся с Кочневым сотрудников увезли в ЮАР две лабораторные планетарные мельницы непрерывной и периодической загрузки. Смонтировали их и стали зарабатывать. Мололи образцы пород, брали деньги за показ техники, пока наконец непрерывной мельницей не заинтересовались представители De Beers. Кочнев и его коллеги сразу отклонили предложение о постоянной работе в De Beers, подписав вместо этого в 1995 году «приличный», по словам Кочнева, контракт, который регулярно продлевается до сих пор.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.