Дополнительный раздел к дисциплине “ Метрология, стандартизация и сертификация ” для студентов, обучающихся по направлению “ горное дело ”
Бастан П. П., Б олошин Н. Н. Усреднение руд на горнообогатительных предприятиях. – М.: Недра, 1981. – 262 с. Бызов В. Ф. Управление качеством продукции карьеров: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1991. – 239 с. Ломоносов Г. Г. Горная квалиметрия. – М.: изд.-во МГГУ, 2000. – 201 с. Новожилов М. Г., Ройзен Я. Ш., Эрперт А. М. Качество рудного сырья черной металлургии. – М.: Недра, 1977. – 415 с.
Основные понятия горной квалиметрии Современные требования к качеству минерального сырья и готовой продукции горных предприятий 2.1. Качество железной руды и продуктов переработки 2.2. Требования к качеству продукции марганцеворудных предприятий 2.3. Качество флюсо-доломитной продукции Формирование качества полезных ископаемых Управление качеством продукции горного производства
Горная квалиметрия составляет область знаний о методах количественной оценки качества продукции горного производства, его сырьевой базы, а также технологий добычи и переработки полезных ископаемых. Качество продукции горного производства представляет собой совокупность свойств добытого минерального продукта, обусловливающих пригодность его использования в виде сырья, а также для эксплуатации или потребления.
Общее выражение качества продукции горного производства: Q=f(Q c, Q p, K n ) Q – качество добытого полезного ископаемого; Q c – качество полезного ископаемого в промышленных контурах карьера; Q p – качество горных работ; K n – показатель, характеризующий сложность природных условий производства горных работ. Так как месторождения полезных ископаемых не равноценны, то и условия для формирования качества продукции не одинаковы.
Качество горных работ – комплексное понятие, включающее в себя технический, технологический и организационный уровень горных работ, определенный степенью их соответствия геологическим и горнотехническим условиям разработки конкретного месторождения. Показатели качества горных работ: уровень извлечения полезного ископаемого из недр разубоживание полезного ископаемого степень обеспечения стабильности качества полезного ископаемого в процессе его добычи
Стабилизация качества полезного ископаемого составляет многостадийный процесс формирования однородного состава ископаемого при его добыче и первичной переработке. Одним из методов стабилизации качества минерального сырья является усреднение, которое представляет собой смешивание разнокачественного сырья в определенных пропорциях с целью выравнивания его состава. Управление качеством продукции горного производства – это совокупность технических, технолого-экономических и организационных действий, направленных на обеспечение в процессе горного производства как абсолютного уровня качества продукции, так и его стабильности.
Продукция железорудных предприятий Наименование Способ получения Руда Добыча из карьеров и шахт Концентрат Обогащение руды Агломерат Спекание концентрата и руды Окатыши Окомкование и обжиг концентрата
Наименование Область применения ДСТУ Классификация продукции; Общие технические требования к продукции; Отбор проб, их подготовка к испытаниям; Методы испытаний ТУУ Технические требования к окатышам СТП Технические требования к руде, концентрату, агломерату Нормативная документация
Выделение типов и сортов – требование к качеству минерального сырья. Выделяемые сорта могут отличаться химико-минералогическим составом, структурой, формой связи полезных и вредных минералов, физико-механическими свойствами. Для железных руд Кривбасса выделяют два типа – неоки сленные и окисленные кварциты. Для неокисленных применяют магнитные методы обогащения, для окисленных – обжиг-магнитные, флотационные и магнитно-флотационные.
В основу требований к качеству сырья положены его потребительские свойства для конкретных производств. Основные требования к качеству железной руды: содержание полезного компонента содержание вредных и шлакообразующих включений влажность сырья стабильность качественного состава
Наиболее ценными являются гематитовые руды с содержанием железа 55…65% и более. Высоким качеством характеризуются титано-магнетитовые руды, в состав которых помимо железа входит титан. Богатые руды добывают на подземных рудниках Кривбасса. Эти руды после дробления, сортировки по крупности и стабилизации направляются в качестве товарной руды на металлургические заводы.
Железные руды с содержанием железа 25…35% добываются открытым способом и направляются на обогатительные фабрики. Основные задачи обогащения: повышение концентрации металла снижение содержания вредных элементов улучшение гранулометрического состава стабилизация качества Основные вредные компоненты в железных рудах – сера и фосфор.
Для удаления серы в металлургическую шихту добавляют повышенное количество извести. Однако при этом ухудшается режим работы печи, снижается ее производительность. Содержание серы в рудах, предназначенных для непосредственной плавки, допускается до 1%, для руд, направляемых на агломерацию, – до 3%. Фосфор практически не удаляется при доменном процессе. Содержание фосфора в железных рудах, идущих на производство мартеновских и бессемеровских чугунов, допускается соответственно до 0,15 и 0,03%.
Гранулометрический состав сырья оказывает существенное влияние на переработку железных руд. Крупнокусковая руда требует предварительного дробления, а мелкая – окомкования или гранулирования. При нормальном процессе плавки размеры кусков в поперечнике должны быть не выше 120…150 мм для гематитовых руд 70…100 мм для магнетитовых руд 50 мм для титаномагнетитовых руд 200 мм для бурожелезняковых руд
Требования к железорудному концентрату регламентируют стандарты предприятий (СТП). Основные показатели качества в зависимости от способов обогащения: содержание железа – не менее 64…69% содержание двуокиси кремния SiO 2 – не более 5…9% содержание класса - 0,053 – не менее 94…95% Требования к окатышам излагаются в технических условиях (ТУУ): содержание железа – не менее 62…65% прочность, определяемая содержанием класса +5 мм, – не менее 95,5% сопротивление истиранию, характеризуемое содержанием класса -0,5 мм, – не более 4,2% прочность на сжатие – не менее 1960 Н/ ок
Марганцевая руда добывается в Украине подземным и открытым способами на Марганецком и Орджоникидзевском ГОКах. Марганцевые руды используются в черной и цветной металлургии. При плавке металла марганец оказывает легирующее действие на сталь, улучшая ее прочность, твердость и вязкость. Марганец вызывает также разжижение шлака, способствует удалению серы из металла, предохранет его от чрезмерного окисления. Сплавы цветных металлов, имеющие в своем составе марганец, обладают антикоррозийной устойчивостью. Марганцевые руды крупность от 0 до 150 мм используются для доменного производства, от 0 до 50 мм – для ферросплавного и агломерационного производств.
Требования к качеству марганцевых руд регламентируются техническими условиями (ТУУ). Марганцевые руды в зависимости от минералогического состава разделяют на три типа: оксидная карбонатная оксидно-карбонатная Руда поставляется классифицированная и неклассифицированная по крупности. По минералогическому, химическому, гранулометрическому составу и физическим свойствам марганцевая обогащенная руда разделяется по сортам. Массовая доля марганца в зависимости от сорта руды колеблется от 23 до 43%. Массовая доля влаги для марганцевых руд является базовым, но не браковочным показателем и определяется в каждой контролируемой партии. Массовая доля фосфора и диоксида кремния также не являются браковочными показателями и определяются в среднемесячных пробах.
Качество марганцеворудной продукции Нормативные показатели каче ства марганцевого концентрата определяются в стандарте ДСТУ 3821. В зави симости от крупности концентрат разделяют на шесть классов. Класс Наименование Крупность, мм 1 Крупнокусковой свыше 10 2 Мелкокусковой 3 – 10 3 Крупнозернистый 0,16 – 3 4 Мелкозернистый 0,05 – 0,16 5 Тонкозернистый До 0,05 6 Неклассифицированный 0 – 100 В зави симости от минералогического состава, группы и подвида содержание марганца в концентрате должно быть не менее 17…47%, а содержание оксида кремния – не более 5…10%
Агломерат марганцевый в зависимости от качества исходного сырья и назначения разделяют на марки АМВ, АМ-1, АМ-2, АМ-3. Технические требования к агломерату Наименование показателей Нормативные значения АМВ АМ-1 АМ-2 АМ-3 Массовая доля марганца, %, не менее 48,0 43,0 40,0 37,5 Крупность, мм 5-200 5-200 5-200 5-200 Массовая доля класса 0-5 мм, %, не более 19,0 19,0 19,0 20,0 Показатель прочности (по классу свыше 5 мм), %, не менее 76,0 74,0 74,0 72,0
Крупными разработчиками флюсо-доломитной продукции являются Докучаевский флюсо-доломитный комбинат, Комсомольское и Балаклавское рудоуправления. Флюсо-доломитную продукцию разделяют на марки в зависимости от области применения и показателей качества. Технические требования к флюсо-доломитной продукции излагаются в технических условиях (ТУУ), кроме требований к доломитам металлургическим, которые регламентируются стандартами. К основным показателям качества флюсовых известняков для доменного и агломерационного производства относится суммарное содержание оксидов кальция и магния, которое должно быть не менее 51…54%. Вредными является содержание серы и фосфора, которое допускается не более 0,06% и 0,15% соответственно. Прочность известняков должна быть не менее 60 Мпа.
Номенклатура флюсо-доломитной продукции ЧАО “ Докучаевский флюсо-доломитный комбинат ”
Наименование продукции Крупность, мм Наименование НТД 1. Известняки флюсовые, обычные марки Ч-1, Ч-2, С-1, С-2, Ф-1, Ф-2 5-20, 20-50, 40-80, 80-130 ТУ У 14.1-00191856-005-2003 2. Известняки флюсовые доломитизированные марки ЧД-1, ЧД-2, ЧДУ-1, ЧДУ-2, КДУ-1, КДУ-2 20-50, 5-25 ТУ У 14.1-00191856-005-2003 3. Известняки флюсовые для производства технологической извести марки Т-1, Т-2 0-20, 20-50, 40-80, 80-130 ТУ У 14.1-00191856-005-2003 4. Известняки флюсовые для сахарной промышленности марки ИС 40-80, 50-150 ТУ У 14.1-00191856-005-2003 5. Щебень и щебеночно-песчаная смесь для дорожного строительства 5-10, 5-20, 10-20, 20-40, 0-5, 0-10,0-20 ТУ У 3.88-00191856-025-99 6. Доломит сырой металлургический марки ДСМ-1, ДСМ-2, ДСМ-3 5-25 ГСТУ 322-14-006-97 7. Доломит обожженный металлургический марки ДОМ-1, ДОМ-2, ДОМ-3, ДОМ-5 2-20, 0.3-4 ГСТУ 322-14-005-97 8. Мука доломитовая обожженная марки ДМО-1, ДМО-2 0-3 ТУ У 14.1-00191856-006-2004 9. Мука доломитовая полуобожженная марки ДМП 0-1 ТУ У 14.1-00191856-006-2004 10. Флюс доломитовый ожелезненный для доменного и конвертерного производства марки ОДФ-Д, ОДФ-К 5-40 ТУ У 14.1-00191856-006-2003 11. Доломит флюсовый для черной металлургии марки ДФ 20-40, 10-40, 40-80, 20-50 ТУ У 14.1-00191856-008-2003 12. Доломит маложелезистый марки ДМ 20-40, 5-25, 20-50 ТУУ 14.1-00191856-010-2007
ТУ У 322-16-76-97 ТУ У 322-16-75-97 Фракции: 0-10,10-20,20-40, 20-50, 40-80, 80-130мм Физико-химические показатели Массовая доля CaO+MgO, % 53,5-55,5 Массовая доля MgO, % 2-3.5 Массовая доля SiO 2, % 05-1.5 Область применения: для производства извести, используемой в качестве флюсующей добавки при выплавке стали и ферросплавов, в качестве флюсов в доменной шихте, в составе агломерата и окатышей.
ТУ У 322-16-76-97 ТУ У 322-16-75-97 Фракции: 0-25, 20-50мм Физико-химические показатели Массовая доля CaO+MgO, % 52, 5-53, 0 Массовая доля MgO,% 7-9 Массовая доля SiO 2,% 0,5-1,5 Область применения: для производства извести, используемой в качестве флюсующей добавки при выплавке стали и ферросплавов, в качестве флюсов в доменной шихте, в составе агломерата и окатышей.
ГСТУ 322-14-006-97 Фракция: 5-25мм Физико-химические показатели Массовая доля MgO, % 16-19 Массовая доля SiO 2, % 0,5-3 Массовая доля Al2O3+Fe 2 O 3, % 0,5-3 Область применения: предназначен для обжига на металлургический доломит, а также для стекольной промышленности.
ГСТУ 322-14-005-97 Фракция: 2-20мм Физико-химические показатели Массовая доля MgO, % 32-34 Массовая доля SiO 2, % 2-3,5 Массовая доля Al 2 O 3 +Fe 2 O 3, % 3-4 Область применения: предназначен для ремонта и заправки сталеплавильных печей.
Фракция: 0-5мм Физико-химические показатели Массовая доля MgO, % 16 Массовая доля SiO 2, % 0,6 Массовая доля Fe 2 O 3, % 0,2 Массовая доля Al 2 O 3, % 0,4
Массовая доля CaCO 3, % 95-98 Массовая доля MgCO 3, % 1-2 Массовая доля Al 2 O 3 +Fe 2 O 3, % 0,2-0,6 ДСТУ 1451-96 Фракции: 40-80, 50-150мм Физико-химические показатели Область применения: для получения извести и диоксида углерода, используемых при очистке диффузионного стока.
ТУ У 322-16-121-96 Фракция: 0-20мм Физико-химические показатели Массовая доля CaCO 3, % 95-98 Массовая доля MgCO 3, % 1-2 Область применения: используется как компонент при производстве цемента.
ГСТУ 322-14-005-97 Фракция: 0,3-4мм Физико-химические показатели Массовая доля MgO, % 32-34 Массовая доля SiO 2, % 2-3,5 Массовая доля Al 2 O 3 +Fe 2 O 3, % 3-4 Область применения: предназначен для ремонта и заправки сталеплавильных печей.
Массовая доля MgO, % 32-34 Массовая доля SiO 2, % 2-3,5 Массовая доля Al 2 O 3 +Fe 2 O 3, % 3-4 ГСТУ 322-14-005-97 Фракции: 0,3-4; 2-20мм Физико-химические показатели Область применения: предназначен для ремонта и заправки сталеплавильных печей.
Добытое полезное и скопаемое обладает рядом свойств в числе которых можно выделить полезные, вредные и нейтральные. Полезные свойства определяют основное назначение минерального сырья. Они выражаются содержанием металлов в руде, длиной и прочностью волокон асбеста, теплотворной способностью углей и сланцев, содержанием окиси кальция, кварца и глинозема в цементном сырье. Вредные свойства усложняют технологический процесс переработки и обогащения, удорожают стоимость продукта производства и снижают его качество. Например, содержание глинистых примесей в сырье удорожает процесс переработки и снижает качество щебня. Вредными примесями для железных руд являются фосфор и сера.
Для некоторых видов минерального сырья в первую очередь учитывается содержание вредных компонентов. Качество магнезитового сырья лимитируется содержанием кремнезема и окиси кальция. Обогащение песков для производства стекла заключается главным образом в удалении вредных красящих веществ: окислов железа, титана. К нейтральным свойствам относятся такие качества минерального сырья, которые не используются данным перерабатывающим производством, не влияют ни на процесс переработки, ни на качество произведенного продукта. Деление на полезные, вредные и нейтральные свойства имеет смысл для конкретного вида производства и на определенном уровне его развития.
Формирование каче ства Качество полезных ископаемых теоретическое промышленное оптимальное потребитель ское интегральное Категории качества полезного ископаемого
Теоретическое качество определяется совокупностью объективных свойств полезного ископаемого: химическим составом, физическими, техническими и технологическими характеристиками. Промышленное качество – комплекс таких свойств полезного ископаемого, которые могут быть полезно использованы на современном уровне развития общества. Потребительское качество односторонне оценивает свойства минерального сырья, рассматривая его лишь с позиций конкретного потребителя, его уровня технологии и экономики.
Интегральное качество определяется на основе учета показателей всех производств, участвующих в создании конечного продукта. Предел повышения требований к качеству полезного ископаемого – минимум затрат на производ ство конечной продукции, т. е. оптимальное качество. Качество добытого полезного ископаемого формируется под воздействием факторов: природных технологических экономических
Природные факторы : условия залегания природное качество физико-технические свойства наличие вредных примесей изменчивость показателей качества
Технологические факторы : эксплуатационные границы последовательность и порядок отработки залежи способ вскрытия система разработки и ее параметры рабочие параметры выемочно-погрузочного оборудования вид транспорта полезного ископаемого и организация его работы тип склада руды и применяемые усреднительные технологии способы и организация контроля качества полезных ископаемых технологическая возможность эффективного обогащения руд данного типа
Экономические факторы : цены на конечную продукцию и полезное ископаемое ценность полезного ископаемого затраты на переработку и обогащение требования кондиций форма стимулирования за качество
Природные факторы относятся к неуправляемым. Управляемые факторы – технологиче ские, включающие технику и организацию горного производства. Экономические факторы определяют эффективность разработки месторождения, целесообразность принятия того или иного технического, технологического и организационного решения. В свою очередь экономические показатели добычи и переработки во многом зависят от природных и технологических факторов и от конъюнктуры рынка.
Определяющими уровень качества продукции горного производства в значительной мере являются природные и экономические условия, диктующие главные технические и технологические решения. С другой стороны, технология горных работ существенно влияет на экономические показатели. Технология горных работ может воздействовать и на природные условия, преодолевая или смягчая их негативное влияние на качество продукции. В некоторых случаях приходится добывать полезное ископаемое ниже экономически целесообразного: в период доработки месторождения; при отсутствии более богатых месторождений в условиях дефицита данного вида сырья; при необходимости обеспечить занятость населения в данном регионе.
Формирование качества Каче ство добытого полезного ископаемого Природные факторы Дефицит сырья, социальные причины Экономиче ские факторы Технологиче ские факторы Взаимодей ствие факторов влияющих на качество добытого полезного ископаемого
Обоснование требований к качеству полезных ископаемых Возможные технические и технологические решения Выбор эффективных решений Алгоритм формирования качества продукции горнодобывающего предприятия
Горно-технологические методы управления качеством полезного ископаемого делят на усреднительные (смесительные) и разделительные (сепарационные )
Усреднительные : изменение порядка и последовательности отработки запасов месторождения (залежи) смешивание разнокачественных рудопотоков, поступающих из очистных блоков и участков регулирование режима выпуска руды из очистного пространства стабилизация рудной массы в подземных усреднительных системах усреднение рудной массы в складах на поверхности рудника
Разделительные: изменение систем разработки и их параметров селективная отбойка и доставка руды и породы раздельная выемка, обособленная доставка и складирование типосортов полезного ископаемого внутрирудничная предконцентрация или сортировка рудничной массы подземное обогащение рудной массы
