Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet A KŐKA Kft. Alsózsolcai Kavicsbánya üzemében a finom homok visszanyerésének vizsgálata Szakdolgozat Készítette: Czagány Gábor Nyersanyagelőkészítési szakirány Konzulensek: Belső konzulens: Dr. Faitli József Intézetigazgató, egyetemi docens Miskolci Egyetem Külső konzulens: Gyurcsik Péter okl. bányamérnök, bányaüzemvezető KŐKA Kő- és Kavicsbányászati Kft. Alsózsolca Miskolc, 2014. november 23.
Eredetiségi nyilatkozat Alulírott Czagány Gábor, a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karának hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy: A KŐKA Kft. Alsózsolcai Kavicsbánya üzemében a finom homok visszanyerésének vizsgálata című szakdolgozat önálló munkám, a dolgozat készítése során betartottam a szerzői jogról szóló 1999. évi LXXVI. tv. szabályait, valamint az Egyetem által előírt, a dolgozat készítésére vonatkozó szabályokat. A dolgozatban csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem. Kijelentem, hogy az elektronikusan feltöltött és a papír alapú dokumentum mindenben megegyezik. Jelen nyilatkozat aláírásával tudomásul veszem, hogy amennyiben bizonyítható, hogy a dolgozatot nem magam készítettem vagy a dolgozattal kapcsolatban szerzői jogsértés ténye merül fel, a Miskolci Egyetem megtagadja a dolgozat befogadását és ellenem fegyelmi eljárást indíthat. A dolgozat befogadásának megtagadása és a fegyelmi eljárás indítása nem érinti a szerzői jogsértés miatti egyéb (polgári jogi, szabálysértési jogi, büntetőjogi) jogkövetkezményeket. Miskolc, 2014. november 23.... a hallgató aláírása
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés... 1 2. Magyarország kavicslelőhelyei... 2 3. Észak-Magyarország kavicsbányászata... 3 4. KŐKA Kő- és Kavicsbányászati Kft.... 4 5. KŐKA Kft. Alsózsolcai Kavicsbánya... 5 5.1. A bánya története... 5 5.2. Elhelyezkedése... 5 5.3. Hidrogeológiai viszonyok... 6 5.4. Vízrajzi viszonyok... 6 5.5. A bányatelek adatai... 7 5.6. A rétegek felépítése... 7 5.7. Haszonanyag... 8 5.8. A fekü... 8 6. A termelési folyamat technológiájának bemutatása... 9 6.1. Kitermelés... 9 6.2. A kitermelt anyag szállítása... 13 6.3. Az elő- és mosóosztályozó rendszer... 15 7. Vonatkozó szakirodalom... 18 7.1. Szitálás... 18 7.2. Hidrociklon... 21 7.2. Hidrociklon tervezésének folyamata... 23 8. Átalakítás előtti mérések... 26 8.1. A finomhomok veszteségének csökkentése... 36 9. Átalakítás utáni mérések... 40 Összefoglalás... 41 Summary... 44 Köszönetnyilvánítás... 45 Irodalomjegyzék... 46
1. Bevezetés 2010-ben kezdtem tanulmányaimat a Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Karán. Mindig is érdekelt a homok-kavics kitermelése, előkészítése, így a kötelező szakmai gyakorlatomat is egy kavicsbányában töltöttem, méghozzá az Alsózsolcai Kavicsbányában. Ám ez a szakdolgozat megírásához önmagában kevés lett volna, mivel a kavicsbányák történetét és az ott történő működést már számos más mű taglalja. A bányavezetővel való konzultálás után kaptam egy érdekes feladatot: készítenem kellett egy technológiát, amivel a finomanyagot hatásosan vissza tudják nyerni. A bánya legfőbb problémája az volt, hogy a kétsíkú szitára feladott anyag finomszemtartalma az alsó szitán a vízzel együtt távozott. Így ez a frakció hiányos volt a kitermelés szempontjából. Ahhoz, hogy ez ne vesszen el, terveznem kellett rá egy technológiát, ami visszanyeri ezen anyagot, így növelve a hatásfokot. Hathetes szakmai gyakorlatom során megmintáztam a szállítószalagon lévő anyagot, és az elvesztett anyagot is. A Miskolci Egyetemen lehetőségem volt osztályozni az anyagokat, és ez alapján megválasztani a megfelelő berendezést a cél megvalósítására. Az választásom a hidrociklonra esett, ami egy nedves áramkészülék. A berendezésnek a feladata az volt, hogy a befolyó zagyból kiszűrje a számunkra fontos frakciót/kat. A WEIR Minerals Hungary Kft. biztosította számunka a berendezést. Miután betelepítették, újabb méréseket végeztem. Egy mérést az alsó, és egyet a felső terméken. Így a két-két eredményt összehasonlítva megkaptam, hogy mennyiben változtatta meg a hidrociklon a kitermelt anyag szemcseösszetételét. Szakdolgozatom további részeiben ezen folyamatot fogom széles körben tárgyalni. Először egy kis szakirodalmi rész a kavicsbányászatról, majd a bányáról, végül pedig maguk a számítások és eredmények. 1
2. Magyarország kavicslelőhelyei Magyarországon a kavics-előfordulások a fiatalkorú pliocén, pleisztocén üledékekhez és zömmel a meglévő folyókhoz vagy folyóvölgyekhez kapcsolódnak. Jelentősebb területeink Nyugat-Magyarországon a Rábához, a Duna felső folyásához, valamint a Kisalföldhöz kapcsolódnak. A Duna-völgyében, Budapesttől a déli országhatárig húzódó kavicstelepekre jellemző, hogy déli irányba csökken az átlagos szemcseméret. A keleti területeken a Tiszához és mellékfolyóihoz köthetőek a főbb kavics előfordulások. Ilyen területek a Sajó- és Hernád-völgye, a felső Tisza és mellékfolyóinak vonala, illetve a Körösök mentén lévő lelőhelyek. 1. ábra: Hasznosítható kavicselőfordulás Magyarországon [ 8 ] Az előfordulások telepes kifejlődésűek, ami azt jelenti, hogy a horizontális kifejlődésük meghaladja a vertikálist. Az előfordulások 60%-ában 20 méter alatt van a kavicstelepek vertikális kiterjedése, de némely területen meghaladja a 40 métert is. Dél- Borsod területén fúrásos kutatások alapján több helyen a 100 méteres rétegvastagság is található. (Bőhm és társai, 2007) A kavicsot fedő meddőréteg változó vastagságú, a folyók alsó folyási szakaszai felé növekszik. Nagyobb területeken 1-5 méter között van a fedőréteg vastagsága, míg a Tisza völgyében, a Körösöknél és a Duna déli szakaszán a 10 métert is meghaladja. 2
3. Észak-Magyarország kavicsbányászata A régiónkban a bányák számát és készleteit tekintve Borsod-Abaúj-Zemplén megye emelkedik ki. Előnyös földrajzi adottságával magyarázható, mint például a 100 méter vastagságot megközelítő Tisza, Sajó és Hernád kavicsteraszai. A kitermelés feltételei kedvezőek, mivel a fedőréteg vastagsága nem jelentős. Régiónk nagyobb bányái is borsodi területeken találhatóak, melyek termelése megközelíti az 1 Mt-t évente. Ezek olyan korszerű nagyüzemek, amelyek stabil vevői háttérrel vagy olyan feldolgozó részlegekkel rendelkeznek, melyek a termelési volumen állandóságát biztosítják. Ilyen feldolgozóüzemek a betonelem-gyárak, vakolatgyárak, készbeton előállító egységek, útépítési elemeket gyártók. A kisebb bányák főleg a környékükön lévő útépítést és építkezéseket látják el homokkal és kaviccsal, esetleg meddőanyaggal. Hullámzó termelésük miatt gyakran rövidebb, hosszabb ideig nem termelnek. Felszerelésük gyakran nem túl korszerű eszközökből áll. A kitermelt anyag kiszállítása leginkább tehergépkocsikkal történik, de néhány bányában a vasúti szállítást is igénybe veszik. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] 3
4. KŐKA Kő- és Kavicsbányászati Kft. A KŐKA Kft. fogja össze a BAU HOLDING STRABAG Konszern magyarországi építőipari alapanyag-bányászati érdekeltségeit. 2000. január 31-én az addig önállóan működő bányavállalatok (SZOKA Kft., ALKA Kft., MECSEKKŐ Kft., IDOKŐ DOLOMIT Kft., ÖKA Kft.) összeolvadása révén alakult, majd 2000. augusztus 31-én a CSEHIKŐ Kft, és a Magyar Aszfalt Kft. érdekeltségéhez tartozó Felsőbabádi Kavicsbánya is a Kft. részévé vált. 2. ábra:kőka Kő- és Kavicsbányászati Kft. üzemeinek országos elhelyezkedése [ 10 ] Hatásköre beton adalékanyagokra, út- és vasútépítési zúzott, illetve osztályzott kőanyag-halmazokra, vízépítési kövekre, üveg- és kerámia ipari nyersanyagokra, töltésanyagok kitermelésére, gyártására, értékesítésre terjed ki. A termékek a vonatkozó termékszabványokban előírt minőségben kerülnek előállításra. A KŐKA Kft. 8 működő kő, illetve kavicsbányája 2005-ben 4440 ezer tonna terméket termelt, dolgozott fel, illetve értékesített.a Kft. 2000-től ISO 9001:2000 szabvány szerinti minőségirányítási rendszerrel, 2003-tól ISO 14001:1996 szabvány szerinti környezetirányítási rendszerrel, 2006-tól pedig OHSAS 18001:1999 szabvány szerint tanúsított munkahelyi biztonsági irányítási rendszerrel rendelkezik. 4
5. KŐKA Kft. Alsózsolcai Kavicsbánya 5.1. A bánya története Kavicsbánya Vállalat néven 1963-ban kezdte meg bányászati tevékenységét. Elsődleges célja az volt, hogy alapanyaggal lássa el az akkor megépült alsózsolcai 6. sz. Építőelem-gyárat. A rendszerváltást követően átalakult ALKA Alsózsolcai Kavicsbánya Kft.-vé. Értékesítési piaca ebben az időben átalakult és kiterjedt a környék betonkeverő üzemeinek és kisebb vállalkozásainak kiszolgálására is. Termékskálája kibővült az új korszerű törtkavics technológia segítségével előállított osztályozott zúzott kaviccsal. KŐKA Kő- és Kavicsbányászati Kft. keretein belül a Kft. megalakulása ót működik. 5.2. Elhelyezkedése A kavicsbánya a Sajó és a Hernád folyók által közrezárt területen, a Zemplénhegység, a Bükk és a Cserehát között elterülő sík vidéken, azok közös hordalékkúpján helyezkedik el. Megközelíthető Alsózsolca község felől, valamint a 37. számú fő út 8-as kilométerkövéről leágazó Alsózsolcai Ipari Park bekötő útján. A bányatelket déli irányból a Sátoraljaújhely-Miskolc vasútvonal, északról magasfeszültségű vezeték, kelet felől a volt Nagymiskolci Állami Gazdaság öntözőcsatornája, míg nyugatról az Alsózsolcai Ipari park határolja. Az alábbi képen látható a bányató és a bánya területe. Hozzá kell tenni, hogy a fejtés már előrébb jár, mint ahogy azt a kép mutatja. 5
3. ábra: A bánya elhelyezkedése [ 13 ] 5.3. Hidrogeológiai viszonyok Magas agyagtartalma van a fekünek és a kavicstelepen elhelyezkedő fedőrétegnek, ezért mindkettő vízzáró rétegként viselkedik. Ennek az a következménye, hogy egy esős időszak után felgyülemlő víz akadályozni fogja a fedő letakarítását. Így ezt érdemesebb csapadékmentes időszakban elvégezni. A talajvíz szintje alatt elhelyezkedik el a kavicstelep (kisebb kiemelkedések kivételével). Ez azonban a fejtést sajátosságai miatt nem befolyásolja. 5.4. Vízrajzi viszonyok A talajvíz helyi áramlási iránya: ÉK-DNy-i. Természetes és mesterséges vízfolyások határozzák meg a terület vízföldrajzát. A felszíni vizek betáplálási forrása a Sajó és a Hernád folyók vízgyűjtő területei. A felszíni vizek megcsapolása a térségben a Hejőmenti-csatorna és vízbázis kútjai által történik. A bányatelek területén helyi funkciójú csővezetékek és vízelvezető árkok találhatók. A terep alatt mintegy 5 m-re a kavicsrétegben, a 105 mbf-i szint körül ingadozik a talajvízszint. 6
5.5. A bányatelek adatai Az Alsózsolcai Kavicsbánya bányászati tevékenységét a Miskolci Kerületi Bányakapitányság 1030/1982. számú határozatával megállapított, hogy : Alsózsolca - I. "kavics" védnevű bányateleken végzi. A bányatelek jellemző adatai: A bányatelek alaplapja: 76,3 m Bf (a fekü legalacsonyabb pontja). A bányatelek fedőlapja: 110,0 m Bf (a terep legmagasabb pontja). A bányatelek határoldalai: az 1-8 töréspontok által képzett poligon kerületére illeszkedő, a fedő és fekü síkra merőleges síklapok összesége, A bányatelek területe: 190,7 ha Terep átlag magasság szintje: 109,40 mbf Kavicstelep átlagos felszín magasság szintje: 106,2 mbf Fedő átlag vastagsága: 3,2 m Kavicsréteg átlag vastagsága: 20,9 m Bányató vízszint: 105,5 mbf /2009-es mérés/ Bányató vízfelületének területe: 63,29 ha 2009-ben hites bányamérő által korrigált új védő- és határpillérek figyelembe vétele mellett lehatárolt műrevaló ásványvagyon 32 400 000 m 3, amiba nincs belekalkulálva a bányatóban lévő visszamaradó ásványvagyon. [ 7 ] 5.6. A rétegek felépítése A kavicstelep felett elhelyezkedő 1,3-5,4 méter vastag fedőréteg két jól elkülöníthető rétegből áll: az egyik, azaz a felső réteg körülbelül 0,5 méter vastag humuszos termőréteg. A másik, az alatta lévő iszapos agyagréteg. Ezen réteg és a kavicstelep közötti átmeneti részben finomhomokréteg található, mely magas agyagtartalma miatt néha meddőnek minősül. 7
4. ábra: A fedőréteg felépítése 5.7. Haszonanyag A hasznosítható homokos-kavicsréteg felső-pannon korú Hernád-Sajó hordalék. A kavics 80%-a kvarcit, míg a többi rész üledékes és metamorf magmás kőzet. A kavicstelep nagyrésze 50% feletti kavicstartalommal rendelkezik, ami felett változó vastagságú homokréteg, valamint 10-160 cm vastagságú agyagos-iszapos közbetelepülések találhatóak. 5.8. A fekü A fekü felső-pannon korú, erősen kötött, gyengén meszes,szürke színű iszapos agyagréteg, amely keleti irányban fokozatosan mélyül. A fekü felszíne a terep alatt 17-32 m között ingadozik. Átlagosan a felszín alatt 24 m-re helyezkedik el. [ 6 ] 8
6. A termelési folyamat technológiájának bemutatása Homok- és kavicsbányászatban kitermelés és hasznosítás céljára létesített előkészítési technológia felépítése általánosságban függ: - a nyersanyag előkészítéstechnikai jellemzőitől - a helyi körülményektől, - a kitermelés módjától, - a nyersanyag eredetétől, előfordulásától, - gazdasági, műszaki és környezetvédelmi lehetőségektől, - a homok-kavics felhasználási területeitől - a megfogalmazott minőségi elvárásoktól. 6.1. Kitermelés A bányaművelési mód a hasznosítható ásványi nyersanyag kitermelésére kialakított rendszer, amely lehet mélyművelés, külfejtés, fúrólyukas kitermelés vagy víznívó alóli kitermelés. Az utóbbi csoport egyik legkérdésesebb eleme a víz alól történő kavics- és homokkitermelés, ugyanis több szerző szerint külfejtéshez tartozik. Ezen gondolatmenetet követve az alábbiakra juthatunk: a víz alatti kavics- és homokbánya felszíni típusú, nem víztelenített külfejtésnek minősül, tehát mesterségesen létrehozott, és mélysége a termelő által meghatározott, míg kiterjedés korlátozott. Ezzel szemben a másik oldalt tekintve: a víznívó alóli kitermelés speciális jövesztő és szállítógépei a száraz külfejtésekben használt művelési rendszerektől eltérnek. Ezt a szempontot tekintve a kavics és a homok víznívó alóli kitermelésbe való sorolása jogos. Víznívó alóli kitermelés homok- és kavicsbányák esetén akkor alakul ki, ha a talajvizet nem csapoljuk le. A fejtés üzemelése a felszín közelében lévő telepes vagy telepszerű rétegekben történik. A telepek közel szintesen vagy vízszintesen települnek. A víz miatt a jövesztést végző berendezések vagy a parton helyezkednek el vagy a vízen úsznak, így csak alsókotrást lehetséges. A hasznosítható ásványi nyersanyag vastagságát csak ritkán haladja meg a fedő rétegek vastagsága, ezáltal a letakarítási arány jelentősen 1 alatt van. Ebből következik, hogy a meddőhányók aránylag kisméretűek lesznek és a fejtés során keletkező bányagödörnek csak töredékét tölti ki a belsőhányó. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] 9
A kavicsbányászatban nagyon elterjedtek a markoló kotrók. Egyik legnagyobb előnye, hogy nem korlátozott a jövesztési mélység, ami akár 180 méter is lehet, így a vastagabb előfordulások és mélyebb tavak teljes kitermelésénél nélkülözhetetlenné teszi. A nagyméretű vándorkövek és a kavicstelepbe ágyazott uszadékfák sem zavarják a munkát. Hat csoportja van az úszó markoló kotróknak: - billenő gémes, - forgógémes, - futómacskás katamarán, - futómacskás pontonos, - merev gém csúszdával, - egyéb markoló kotrók. A legszembetűnőbb különbség az úszó-test (ponton) kialakításában, a markoló pofák mozgatásában, a markoló kanál felfüggesztésében van. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] A bányában a kitermelést billenőgémes, markoló úszókotró végzi: 5. ábra: MBA-110 típusú úszókotró [ 13 ] 10
A billenő gémes kotró esetében a markoló kanál a ponton felett helyezkedik el. A ponton középső részén a kotró ablak található, amelyen keresztül mozoghat a kanál. A gém billentésével, előredöntésével mozgatható a megtelt, felhúzott markoló az ürítő garat fölé. Hidraulikus hengerekkel történik a gém billentése. Az agyagot és a nagy szemeket leválasztó rács az ürítő garaton helyezkedik el. A rács alatt egy kisméretű bunker található, ami kismértékű kiegyenlítő funkciót lát el a termelő és az elszállító egység között. A bunker alatt egy víztelenítő szita, ami a nevéből adódóan víztelenítést végez az elszállítás előtt, található. Közepes teljesítményű berendezésekről van szó, amelyek közepes mélységtartományban tudnak dolgozni. A kis felületű kotróablak miatt viszonylag gyakran kell átállni a jövesztés közben. ( Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] A berendezés névleges teljesítménye 110 m 3 /h, míg a kanál mérete 4 m 3. A kotró kitermelési ciklusainak ideje legfőképpen a mélységtől függ, amely jelen esetben átlagosan 1-2 perc. A markolás eredményessége és a kanál teltségi foka nagymértékben függ a bányató feküjén lévő összlet fizikai paramétereitől. 11
6. ábra: A kotró munka közben [ 13 ] A kitermelt és a természetben előforduló homok és kavics csak nagyon ritkán kerülhet előkészítés nélkül felhasználásra. Jó példa erre az alábbi felhasználási területek, melyeknél csak meghatározott minőségi feltételek mellett használhatók fel: útépítés, útburkolat előállítás, betongyártás, parképítés, stb. Ezen feltételek elsősorban szemcseméretre, szemcsealakra, kémiai alkotókra, ásványtani-kőzettani összetételre, iszaptartalomra vonatkozik. A minőségi jellemzők egy része (szemcseösszetétel, iszaptartalom) előkészítési eljárásokkal módosítható, míg más jellemzők (kémiai alkotók, stb.) nem, vagy csak korlátozott mértékben változtatható. Az előkészítési folyamat egymást követő eljárásból áll. Az ásvány előkészítése magába foglalja a teljes anyagfeldolgozással járó dolgokat, így a gépeket, berendezések technológiai és szerkezeti kialakítását, előkészítési rendszereket, folyamatok tervezését, a rendszer automatizálását egyaránt. A kavicsbányászatban alapvetően mechanikai eljárásokat használnak, amelyek során a nyersanyagban kémiai változás nem történik. 12
Ilyen előkészítési feladatok: - Anyagleválasztás - Aprítás - Iszap eltávolítása - Osztályozás - Szervesanyag leválasztása - Víztelenítés (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] Kanálürítés során az anyag a kotrón lévő adagoló bunkerbe kerül. Onnan a bunker suber ajtaján keresztül, a kiömlő mennyiség szabályozásának lehetősége mellett, a lineáris mozgást végző kétsíkú osztályozó berendezésre kerül. A felső szita 40*40 mm-es, míg az alsó szita 12*0,5 mm-es elválasztási szemcsemérettel rendelkezik. A felső síkon fennmaradó nagyméretű szemek, agyagdarabok, fa, illetve egyéb nagyméretű szennyezők a szitasík végére szerelt nadrágszár surrantón keresztül távoznak a vízbe. Az alsó sík alatt távozik a víz és a finomszem tartalom egy része. Az alsó síkon fennmaradó 0/40 mm-es víztelenített és leválasztott frakció a 180 m hosszú úszó pontonokra szerelt gumihevederes szállítószalag-rendszer segítségével jut el a partig, ahol a parti szalagrendszer végzi a további anyagmozgatást. 6.2. A kitermelt anyag szállítása A termelőgéptől valamilyen feladóhelyig kavicsszállítás történik a bányában. A feladóhely általában egy tároló bunker, tárolótér, előkészítőmű feladópontja. Előfordul, hogy közvetlenül a bányából történik a kiszállítás. Ilyenkor a termelőgép vagy segédberendezés közvetlenül az elszállító berendezésre rakodik. Folyamatos és szakaszos eszközökkel történhet a bányán belüli szállítás. Szakaszos eszköz lehet a tolólapos kotró, azaz a dózer, folyamatos eszköz a csőszállító vagy a szállítószalag. Utóbbit fogom részletesebben taglalni. A gumihevederes szállítás fontos szerepet játszik a külfejtések kialakulásában, de az építőiparban és egyéb iparágakban is egyre több helyen alkalmazzák. Folyamatos üzeme, egyszerű szerkezete, nagy szállítókapacitása miatt közkedvelt a kavicsbányászatban. Felépítése más szállítóeszközökéhez képest egyszerű: először is a heveder, ami magát az anyagot szállítja és egyben erőátviteli szerkezet. A szalagváz acélszerkezet és a végtag szerkezete, előbbi a beépített felső és alsó görgőkkel, míg utóbbi 13
a visszaterelő dobbal és feszítő szerkezettel. Legvégül a hajtófej acélszerkezetű váza a hajtódobokkal, a motorokkal és a hajtóművel. A meghajtó fej rövidebb szalagoknál egy meghajtó dobbal, míg hosszabb szalagoknál két vagy három dobbal rendelkezik. Ez leginkább a szalagcsúszás veszélyének csökkentésére szolgál és számuk a szükséges teljesítményhez igazodik. Az alváz a görgők szerkezeti felépítéséhez alkalmazkodva sokféle kivitelben készülhet. A felső ágon legalább három görgő használnak fel vályúszerűen kialakítva, de füzérgörgők esetében öt vagy több is lehet. Utóbbit főleg széles, egy méter feletti szalagoknál használják. A szállítási ellenállás nagy részét a görgők végzik, és ehhez szükséges, hogy golyós csapágyazásúak legyenek. A hevedereknek két fő csoportja van: a szövetbetétes és acélbetétes. 1-6 szövetbetét található a hevederekben, amik anyaga lehet poliészter, poliamid vagy egyéb műszálból készült szövet. A fedlap vastagsága döntően befolyásolja a heveder élettartamát. Kis esési magasság, kis sebességkülönbség az anyagáram és a szalag között, valamint a feladási és átadási pontok gondos kialakítása. Ez mind fontos a hevederkopás szempontjából. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] 7. ábra: Szállítószalag a bányatavon [ 13 ] 14
6.3. Az elő- és mosóosztályozó rendszer A szállítószalagról a homokos kavics az előosztályozóra, majd azt követően a mosó-osztályozó szalagrendszerére kerül. Az úszókotrón előállított 0/40-es frakciót a partiszalag rendszer szállítja a 2. számú szállítószalagra. A 3-as számú szalag végzi a 7-es számú osztályozóra történő feladást. Innen a 0/22-es frakció és a mosás technológiai vize a dehidrátorba, a 22/32-es frakció a 4. számú szalagra, míg a 32-nél nagyobb frakció pedig a kavicsmosót követően 5. számú szalagra kerül. A víztelenített homokos kavics a 9. számú szalag segítségével kerül a köztes depóra. A dehidrátor túlfolyóvíz mennyisége a zagyszivattyú segítségével hasznosul újra a 7. számú osztályozón. A köztes depó alatt lévő, acélszerkezetű alagútban elhelyezkedő kihordószalag végzi a 0/22 frakció feladását arra a szállítószalagra, amely a 12. számú osztályozóra adja fel az anyagot. A kétsíkú vibrátorok elvégzik a méretszerinti osztályzást. A keletkező 4/8-as a 19. számú, a 8/16-os a 15. számú, a 16/22-es a 14. számú szállító szalagok segítségével kerülnek a depótérre. 1. táblázat: Géptechnológia [ 13 ] 15
8. ábra: Osztályozó technológia [ 13 ] A 0/4-es frakció a dehidrátor segítségével víztelenítődik és a 17-es számú szalag deponálja ki. Az osztályozó technológia 0/16 és 4/16-os termékek gyártását is képes elvégezni. Ehhez szükség van a 13/2-es számú osztályozón beépítésre került kézi működtetésű váltólapok átállítására, a 18/2 számú tárolótartály és a 18/1, 18/3 számú szállítószalagok működtetésére is. A 0/4 es frakció víztelenítését végző dehidrátor túlfolyó vízének újrahasznosítására is van lehetőség. Ezt a zagyszivattyú végzi az osztályozókra történő víz visszatáplálásával. 16
KPE csövek segítségével történik a technológiai víz elvezetése. Ezek talajba süllyesztettek és a depózási úttestek alatt acélcsővel lettek megerősítve. A késztermékek elszállítása teherautókkal történik. Rakodásukat kanálmérleggel ellátott homlokrakodó végzi. 9. ábra: Elő- és mosóosztályozó berendezések [ 9 ] 17
7. Vonatkozó szakirodalom Fontos egy kicsit külön is kitérnünk az osztályzásra, főleg a szitára (szitálás) és a hidrociklonra. Mind a technológiai folyamat miatt, mind pedig a későbbi részekben lévő feladattal kapcsolatban. 7.1. Szitálás Az osztályzás méret szerinti szétválasztási eljárás. A szétválasztás során a különböző (x) méretű elemeket tartalmazó, bizonyos szemcsemérettől-szemcseméretig terjedő (x min -x max ), F(x) eloszlású anyaghalmazból, a feladásból bizonyos méretnél (x elv ) szétválasztva, két eltérő szemcseméret összetételű terméket, F a (x) eloszlással jellemezhető, x min -x max terjedő szitaáthullás és F f (x) eloszlással jellemezhető x min -x max terjedő szitamaradvány terméket állítunk elő. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] A sziták nyílásokkal rendelkező szitalapjára vezetett anyag (ez maga a szitafeladás) finom szemcséi áthullanak, míg a durvább szemcséi, amik a nyílásméretnél nagyobbak, a szitalapon maradnak és a végén távoznak. Így két termék keletkezik: a szitaáthullás, azaz a finomtermék és a szitamaradvány, azaz a durvatermék. A szitalapok többsége négyzetes nyílású. Ilyen szitalapon a szemcse középső mérete dönti el, hogy átesik-e az adott nyílásméreten vagy sem. A másik két méret csak abban az esetben döntőek, ha a statisztikai átlagtól jelentősen eltérnek. (Pethő, 1987) [ 4 ] 10. ábra: Laboratóriumi szitaberendezés [ 12 ] 18
A szitálás feltételei: - az osztályozandó anyag szemcséinek egymáshoz képesti relatív elmozdulás - az osztályozandó anyag és az osztályozó felület egymáshoz képesti relatív elmozdulás - meghatározott nyílásmérettel rendelkező osztályozó felület. Bármely feltétel hiánya eredménytelenné teheti az osztályzást. Az elválasztás élességét a következő tényezők határozzák meg: - a szitalap hossza, azaz a szemcse szitalapon való tartózkodási időtartama, - a szemcse és a szitanyílás alakja, - a szemcse és a szitanyílás méretének viszonya, - a szemcsemozgás sebessége és iránya, - a szitalap terhelés, azaz az anyagréteg vastagsága, - a feladás nedvességtartalma. Meghatározott nyílásokkal rendelkező szemipermeabilis felület a szitalap, amely alakja szerint lehet: - sík - henger (dobszita) - adott körívnek megfelelő hengerpalást rész (ívszita) - pálcákból, rudakból felépülő osztályozó felület (rács). A szitalapok nyílásokkal bíró felületek, amelyeknél a cél az, hogy e nyílásoknál kisebb keresztmetszetű szemcsék az áthullásba, a nyílásoknál nagyobb keresztmetszetű szemek a szitamaradványba kerüljenek, A szitalapok lehetnek: párhuzamos rudak,illetve drótok, lyukasztott lemezek vagy huzalok szövéssel, hegesztéssel készített szitaszövetek, vagy műanyagból, gumiból készített szitaelemek. Durva osztályozásra a párhuzamos rudak, finom osztályozásra a huzalszövetek használhatóak. Párhuzamos rudak alkotják a mozgatott és álló rácsok szitafelületét. Álló rácsként egymástól megfelelő távolságban rögzített sínek, kör vagy trapéz keresztmetszetű acélrudak. Lyukasztott lemez szitalapok réz, bronz, acél, acélötvözet, stb. lemezekből különböző mintájú lyukasztó tüskékkel készülnek. A lyuk lehet kör, négyzet, hosszúkás négyszög. Finomabb szemnagyságra hosszúkás nyílás a megszokottabb. Bár a vastagabb lemez hosszabb ideig bírja, de drágább és könnyebben eldugul. A huzalszövet szitalapokat leggyakrabban monelfém-, réz-, acél-, rozsdamentes acél-, bronzdrótokból, a finom szálakat selyem vagy műanyag fonalakból szövik. Az 19
egymást keresztező drótszálak meg vannak gyűrve az elmozdulás megakadályozása miatt. A nyílások hosszúkás négyszög vagy négyzetes alakúak. Műanyag szitalapok téglalap vagy négyzetes keresztmetszetű nyílásokkal ellátott egységek. Nagyobb elválasztási méret esetén alkalmazzák. Nagy az öntisztuló képességük. Kicsi kopás és alacsony környezetre átadott zajterhelés jellemzi. A szitálás eredményét nagymértékben befolyásolhatja: - szabad szitafelület - szitanyíláshoz közeledő szemcsék kinetikai energiája és mozgásállapota - a feladott anyag rétegvastagsága - a szitalappal közvetlenül érintkező szemcsék feletti réteg nyomása. A szitálás egyik legfontosabb eleme a szitanyílás relatív nagysága. Ha a szemcse és a szitanyílás nagyságának az egységhez közeledik, akkor a lyuknál kisebb szemcse áthullásának valószínűsége fokozatosan romlik, így a lyuknál nagyobb szemcsék okozta eldugulás veszélye fokozatosan nő. A szita teljesítményét és hatásfokát elsősorban a lyukbőséggel közel azonos méretű (a lyukbőség fele és másfélszerese közé eső), nehezen szitálható kritikus szemek határozzák meg. A szemcsék alakja is fontos, hiszen a gömbölyded és szögletes szemcsék átesésének nagyobb valószínűsége van, mint a hosszúkás vagy lapos szemeknek. 11. ábra: Nagyüzemi szitaberendezés [ 11 ] 20
A sziták lehetnek állók és mozgatottak. A mozgatott sziták dobsziták és síksziták lehetnek. Az utóbbi fő típusai a rezgősziták (vibrátorok), a vízszintes síkban körforgó mozgást végző rosták és a hossz- vagy keresztirányban rázott sziták (lengősziták). A rezgőszitákon a finomabb szemeknek a nyíláson átesésével szembeni ellenállásokat legyőző átszitáló erők a szemcséknek a szitalappal való ütközésekor jelentkező impulzus változásából adódnak, és ezek arányosak a szemcsék és a szitalap ütközése pillanatában észlelhető relatív sebességkülönbséggel. Nagy sebességkülönbségnél erős szitálásról, kis sebességkülönbségnél kíméletes szitálásról beszélünk. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] Az osztályozás során egyik leggyakrabban használt függvény a Tromp függvény. A Tromp értéke az adott elemien kis szélességű szemcsejellemző frakció leválasztott mennyisége a feladott mennyiséghez képest. A Tromp függvény nem monoton növekvő, de korlátos (0-1 tartományban vannak az értékei). ( Faitli és társai, 2014) [ 3 ] A Tromp értékek kiszámításához az alábbi képletet alkalmaztam: T i X Ki 1 1 1 d X l Ki N A képlet alapján: - ϕ = szita-konstans - d = szitanyílás szélessége - l = szitanyílás hossza - N = ráesések száma -x ki = osztályközép 7.2. Hidrociklon A hidrociklon henger és kúp palástjából összeillesztett, függőleges tengelyű nedves áramkészülék. Az berendezés működési elve az, hogy a szivattyú által szolgáltatott fejnyomás hatására a zagy a kör keresztmetszetű feladócsövön a hidrociklonba áramlik. A bevezetés tangenciális, így a közeg az edény fala miatt körmozgásra kényszerül. Az ébredő centrifugális erő hatására történik a leválasztás, ezért fontos a tangenciális bevezetés. A csúcsnyílás egyszerű kiképzésű. 21
12. ábra: A ciklon felépítése /WEIR Minerals Hungary Kft./ A ciklon közepében található egy örvénykereső cső, aminek az a feladata, hogy megakadályozza a szabálytalanul örvénylő zagy azonnali távozását az áramkészülékből. Három sebességkomponense van a hidrociklonban kialakuló téráramlásnak. Az egyik a tangenciális, ami a centrifugális erőteret hozza létre. A másik az axiális, ami a közeget a nyílások felé juttatja, míg a harmadik a radiális, ami az elválasztási szemcseméretet határozza meg. A három komponens együtt külső és belső spirális pályájú áramlást hoz létre. A belső pályán azok a finomszemcsék haladnak, amelyek leváltak a külső pályáról, ezzel növelve a szétválasztás élességét. A hidrociklonba lépő zagy átlagos sebességével megegyezik a kezdeti tangenciális sebesség. Kis sebesség esetén nem alakul ki a szükséges nagyságú erőtér, a ciklon tölcsérként fog viselkedni és a zagy szétválasztás nélkül távozik. A berendezésben lévő nagy túlnyomás a köröző anyagot nagy radiális sebességgel kényszeríti a kihordónyílások felé. Centrifugális erő nélkül a közeg minden 22
szemcsét befelé sodorna. A tangenciális komponens a palást mentén a legkisebb, a sugár pedig a legnagyobb, így a centrifugális erő csak a legnagyobb (tömegű) méretű szemcséket tudja külső pályára állítani. A legnagyobb szemcsék spirális pályán a ciklon palástja mentén gyorsan haladnak a csúcsnyílás felé, mivel itt a legnagyobb a csúcsirányba mutató axiális sebességkomponens. A kisebb (tömegű) szemcséket a közeg befelé kényszeríti, ahol nagyobb a centrifugális gyorsulás. Az örvénykereső cső csövénél kisebb sugarú tartományban csökken a tangenciális sebesség, a radiális sebesség és a centrifugális gyorsulás is. Az axiális komponens a köröző szemcséket nagy menetemelkedésű spirális mentén az örvénykereső cső felé szállítja. A ciklonban három zóna alakul ki: a belsőben a legkisebb szemcsék az örvénykereső cső felé, a külsőben a legnagyobb szemcsék a csúcsnyílás felé haladnak, míg a középső szakaszban lévő szemcsék méretüknek megfelelően eltérő sugáron köröznek, és lassabban fognak távozni a ciklonból, mivel az axiális sebesség közel zérus. A hidrociklon legfőbb előnye az egyszerűsége. Emellett kis beszerzési költsége és minimális helyszükséglete van, valamint alkalmas összetapadt szemcséket tartalmazó szuszpenziók szétválasztására is (a benne fellépő nyíróerők miatt). Hátrányai között meg kell említeni, hogy nem eléggé élesen választ szét és viszonylag nagy tömeghányadú zagyot bocsát ki magából osztályozás nélkül.(schultz, 1990) [ 5 ] 7.2. Hidrociklon tervezésének folyamata A WEIR Minerals Hungary Kft. biztosította a bánya számára a hidrociklont. Az általuk tervezett technológiát méréseimmel és számításaimmal ellenőrzöm. Először is a visszafolyó térfogatáramot kellett meghatározniuk, azaz a Q szuszp, majd meg kellett állapítaniuk e mennyiség összetételét. Fontos volt, hogy van-e értelme, vagyis tartalmaz-e megfelelő mennyiségű finomanyagot ahhoz, hogy érdemes legyen visszanyerni. Ha igen, akkor számolható a szemcsesűrűség és szemcseeloszlás. Hidrociklonok esetében figyelniük kellett arra, hogy kényes a stabil feladásra, így általában szükség van egy homogenizáló tartályra, ami túlfolyó peremmel rendelkezik. E két eszközt pedig összhangban, alapos tervezés után lehet betelepíteniük. Másrészt a ciklon esetében a beépítési magasság is fő szempont volt: az apex (alsó) és örvénykereső cső (felső) kifolyásának közel szabadon (atmoszférára) kell történnie. 23
13. ábra: a hidrociklon kapacitása a méret és a fejnyomás függvényében [ 2 ] Fontosnak tartották a puffer tartály aljába leeresztő csapot beépíteni, illetve egy tolózárat. E tartály a zagyszivattyú szívó csonkjához csatlakozik, amivel ráfolyásos üzem jön létre. A szivattyú nyomócsonkja csővezetéken keresztül a hidrociklonhoz csatlakozik. Az alsó terméket a szállítószalagra vezették vissza. A felső terméket (víz+iszap) a visszafolyó vezetékbe vezették vissza. Nagyon fontos volt a csőátmérő, vagyis a keresztmetszeti átlagsebesség megválasztása. Nagy sebesség esetében nagy a kapacitás, de így nő az energiaköltség is. Hidrociklonnál nagyobb fejnyomásnál kismértékben jobb lesz a leválasztás és nagyobb lesz a sebesség. A kisebb ciklon fázisszétválasztáshoz tökéletes megoldás, mivel nagyobb nyomásesésre és nagyobb sebességre képes, így jobb leválasztást eredményez. Amikor a csővezeték átmérője már megvolt, hozzá igazították a feladó cső és az örvénykereső cső méretét. 24
A hidrociklonnál a bevezető involute legvégén a legszűkebb a bevezetés keresztmetszete, ami szintén fontos a további tervezésben. A téglalap szelvényű bevezető involute legszűkebb keresztmetszeti méretei (magasság és szélesség) is szükségesek. Az utolsó fontos elemek a ciklon kúp és az apex. A hidrociklon működését az apex méretével is lehet befolyásolni, így érdemes cserélhetőt választani, amire takarószoknyát célszerű elhelyezni a fröcsögés elkerülése végett. Következhet a próbaüzem, amellyel az apex végleges méretét kísérletezhetjük ki. A számítások következő lépésénél alap elválasztási szemcseméretet kell kiszámítani, amit három szorzó tényezővel korrigálunk: feladási koncentráció tényezője, nyomásveszteség korrekciós tényezője és szemcsesűrűség. Fontos kiválasztani a megfelelő teljesítményű szivattyút és kiszámolni a csővezeték nyomásveszteségét. (Faitli, 2010) [ 2 ] 25
8. Átalakítás előtti mérések A finomanyag visszanyerésére szolgáló technológia vizsgálatához méréseket kellett végeznem a bányában. Az Alsózsolcai Kavicsbányában két helyen kellett megmintáznom az anyagot az szókotrón, a szállítószalagról és az alsó szitasík alól. A kétsíkú szitáról a szállítószalagra került (kiszállított) termékből vettem először mintát. Ehhez persze szükséges volt, hogy leállítsák a termelést. A szállítószalag egy folyóméterről levettem a nedves anyagunkat, amit aztán a Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnika Intézet laborjában vizsgáltam. 14. ábra: Kétsíkú szita termékei [ 13 ] Szárítószekrényben 105 -on tömegállandóságig kiszárítottam a nedves anyagomat, hogy megtudjam, mennyi a száraz tömege, majd a nagy anyagmennyiségre való tekintettel, Jones-féle mintakisebbítővel lenyolcadoltam az anyagomat. Ez a mérések megkönnyítését segíti elő. A megfelelő szitasor összeállítása után nedvesen leszitáltam a mintaanyagot. 26
Újból 105 -on tömegállandóságig kiszárítottam a szárítószekrényben, majd megmértem a szárazanyag tömegét frakciónként. A kapott értékek alapján szemcseeloszlást számoltam. A kapott eloszlásra ráillesztettem a Rosin-Rammler függvényt. x Fn (x ) 1 exp ln 2 x 50 n, ahol: - x 50 (50%-os szemcseméret) - x (szemcsenagyság) - n (hatványkitevő) x i -x i+1 X ki m (kg) m i (%) F (x) (%) 45 < 54,25 0 0 100 31,5 45 38,25 0,58 2,526132 100 22-31,5 26,75 1,725 7,513066 97,47387 16 22 19 2,16 9,407666 89,9608 8 16 12 4,485 19,53397 80,55314 4 8 6 3,55 15,46167 61,01916 2 4 3 2,5 10,8885 45,55749 1 2 1,5 2,12 9,233449 34,66899 0,5-1 0,75 2,04 8,885017 25,43554 0,25-0,5 0,375 2,64 11,49826 16,55052 0,125-0,25 0,1875 1 4,355401 5,052265 0,063-0,125 0,094 0,12 0,522648 0,696864 < 0,063 0,0315 0,04 0,174216 0,174216 22,96 100 2. táblázat: A kiszállított anyag szemcseeloszlása (balra) és eloszlásfüggvénye (jobbra) [ 13 ] Piknométeres sűrűségmérés végeztem, melynek során az alábbi eredményt kaptam: ρ sz = (m 2 -m 1 ) /( m 4 -m 3 +m 2 -m 1 ) = 2,49 g / cm 3, ahol: -m 1 : az üres piknométer tömege, -m 2 : a piknométer + szárazanyag tömege, -m 3 : a piknométer + anyag + víz tömege, -m 4 : a piknométer + víz tömege. Kiszámoltam a nedvességtartalmát is, ami : w = 9,87 % (víz tömege/szilárd tömege) 27
A tóba visszahulló anyagot öt ponton mintáztam meg. A mintavétel jelen esetben akadályokba ütközött. Speciális mintavevő edényeket készítettem, mely segítségével a szita két oldalán állva egy deszka segítségével mintát vehettem. A szitát öt egyenlő részre osztva megfelelő edény segítségével mintáztam. Itt is, mint az előző anyagnál, ugyanúgy osztályoztam: szárítottam tömegállandóságig 105 -on, lemértem a tömegeit, nedvesen szitáltam, megmértem a frakciónkénti tömegeket és végül eloszlásfüggvényeket csináltam. 15. ábra: A tóba visszahulló anyag [ 13 ] A kapott pontokra ráillesztettem a Rosin-Rammler függvényt: x i -x i+1 m (g) m i (%) F (x) (%) 1 < 6,68 0,751288 100 0,5-1 54,41 6,119396 99,24871 0,25-0,5 320,69 36,06744 93,12932 0,125-0,25 254,15 28,5838 57,06188 0,063-0,125 61,19 6,881931 28,47808 <0,063 192,02 21,59615 21,59615 889,14 100 3. táblázat: Az első mintaanyag eloszlása (balra) és eloszlásfüggvénye (jobbra) 28
Itt is és a további négy esetben is a kiszállított terméknél használt sűrűség meghatározást fogom használni. Az első mintaanyag sűrűsége: ρ s z = 2,51 g / cm 3, míg nedvességtartalma: w=72,55 % x i -x i+1 m (g) m i (%) F (x) (%) 1323,85 100 4. táblázat:a második mintaanyag eloszlása (balra) és eloszlásfüggvénye (jobbra)[13] A második mintaanyag sűrűsége: ρ sz = 2,57 g / cm 3, míg nedvességtartalma: w = 71,3 % x i -x i+1 M (g) m i (%) F (x) (%) 1 < 55,34 4,180232 100 0,5-1 75,38 5,693999 95,81977 0,25-0,5 465,68 35,17619 90,12577 0,125-0,25 385,75 29,1385 54,94958 0,063-0,125 79,05 5,97122 25,81108 <0,063 262,65 19,83986 19,83986 1 < 0,52 0,087927 100 0,5-1 18,91 3,197497 99,91207 0,25-0,5 187,53 31,7095 96,71458 0,125-0,25 207,2 35,03551 65,00507 0,063-0,125 45,5 7,693608 29,96956 <0,063 131,74 22,27596 22,27596 591,4 100 5. táblázat: A harmadik mintaanyag eloszlása (balra) és eloszlásfüggvénye (jobbra) [13] 29
A harmadik mintaanyag sűrűsége: ρ sz = 2,47 g / cm 3, míg nedvességtartalma: w = 78,3 % x i -x i+1 m (g) m i (%) F (x) (%) 1213,81 100 6. táblázat: A negyedik mintaanyag eloszlása (balra) és eloszlásfüggvénye (jobbra) [ 13 ] A negyedik mintaanyag sűrűsége: ρ sz = 2,49 g / cm 3, míg nedvességtartalma: w = 65% x i -x i+1 m (g) m i (%) F (x) (%) 1 < 1,74 0,14335 100 0,5-1 54,44 4,485051 99,85665 0,25-0,5 481,93 39,70391 95,3716 0,125-0,25 390,18 32,14506 55,66769 0,063-0,125 64,48 5,312199 23,52263 <0,063 221,04 18,21043 18,21043 1 < 0,78 0,190718 100 0,5-1 12,4 3,031933 99,80928 0,25-0,5 131,97 32,26808 96,77735 0,125-0,25 144,56 35,34647 64,50927 0,063-0,125 34,76 8,499193 29,1628 <0,063 84,51 20,6636 20,6636 408,98 100 7. táblázat: Az ötödik mintaanyag eloszlása (balra) és eloszlásfüggvénye (jobbra) [ 13 ] 30
Az ötödik mintaanyag sűrűsége: ρ sz = 2,57 g / cm 3, míg nedvességtartalma: w = 74,4% 16. ábra: Finomanyag eloszlások [ 13 ] Az öt helyről vett mintaanyagom függvényeit összesítettem egy ábrán. Ennek az a célja, hogy meglássuk, mennyiben különböznek a szemcseméret eloszlások. Az értékek egymáshoz közelítenek, vagy majdnem azonosak, így a kidolgozott mintavételi módszer jónak bizonyult. Összesítettem a sűrűségértékeket: 8. táblázat: Összesített sűrűségértékek ( g / cm 3 ) [ 13 ] 31
Az alábbi összesítő táblázat pedig tartalmazza a kiszállított és a tóba visszahulló anyag (ebben az esetben mind az öt minta összesítve van) esetében mért értékeket: x i -x i+1 x ki f K f T F K (x) F T (x) 45< 54,25 0 0 1 1 31,5-45 38,25 0,02526 0 1 1 22-31,5 26,75 0,07513 0 0,974739 1 16-22 19 0,09408 0 0,899608 1 8,0-16 12 0,19534 0 0,805531 1 4,0-8,0 6 0,15462 0 0,610192 1 2,0-4,0 3 0,10889 0 0,455575 1 1,0-2,0 1,5 0,09233 0,0147 0,34669 1 0,5-1 0,75 0,08885 0,04869 0,254355 0,985304 0,25-0,5 0,375 0,11498 0,35865 0,165505 0,936619 0,125-0,25 0,1875 0,04355 0,31213 0,050523 0,577971 0,063-0,125 0,094 0,00523 0,06437 0,006969 0,265844 <0,063 0,0315 0,00174 0,20147 0,001742 0,201474 1 1 9. táblázat: Összesített eloszlás [ 13 ] Az F K (x) a szállítószalag által kiszállított anyag, míg a F T (x) a tóba visszahulló anyag. Következhetett a szita modellezése, amit az alábbi ábra szemléltet: 17. ábra: Modellezendő szita [ 13 ] Az alsó szitasík két termékének szemcseméret eloszlását méréssel vizsgáltam, és a kiszállított termék tömegáramát is megmértem. Probléma az volt, hogy két ismeretlenem 32
volt: az egyik a teljes kihozatal, a másik a szitamodell N értéke, azaz a ráesések száma. A következő iteratív módszerrel becslést adok az N értékre és a kihozatalra a mért és szimulált értékek alapján. Először az ismert adatok alapján kiszámoltam a kiszállított anyag tömegáramát: ṁ K = v * m = 22,96 kg / m * 1,8 m / s = 41,33 kg / s, ahol a v a szalagsebesség, az m egy folyóméterről levett anyag tömege. A további számításokhoz szükséges f K -t, azaz a kiszállított anyag tömeghányadait, illetve az f T -t, azaz a tóba visszahulló anyag tömeghányadait már korábban kiszámoltam. (lásd: 9. táblázat) Következhetett a Tromp függvény meghatározása. Mindkét termék és a feladás értékei alapján kezdtem el kiszámolni a Tromp értékét. Megkerestem az ún. legvalószínűbb tömegkihozatal értékét, amikor az összes frakcióra vonatkoztatva a kétféle, mért és számított Tromp értékek a legjobban egyeznek, vagyis a frakciónként számított Trompok közötti eltérések összege minimális. A kihozatal értékét T = 0 és T = 1 között változtattam és megkerestem a hiba minimumát. (Faitli és társai, 2014) [ 3 ] Első lépésként a tóba visszahulló anyag tömegáramára vettem fel értéket, ami jelen esetben: ṁ T = 41,33 kg / s. Ezen érték változtatásával kapjuk meg a hiba minimumát. A tömegkihozatal kiszámítása egy felvett értékre például: η T = ṁ K / ṁ Ö = 41,33 kg / s 82,66 kg / s = 0,5, ahol az ṁ Ö a két anyag tömegáramának összege. A Tromp értékek kiszámítása során a szitálás fejezetben használt képletre volt szükségem, amihez az alábbi értékek tartoznak: - ϕ = 0,9 (szita-konstans) - d = 0,5 mm (szitanyílás szélessége) - l = 12 mm (szitanyílás hossza) - N = 2 (ráesések száma) (ez is egy felvett szám) -x ki = osztályközép 33
f T f k f k *η T f T *(1-η T ) f f T mért T számított Hiba 0 0 0 0 0 0 0,02526 0,0126307 0 0,012631 0 0,07513 0,0375653 0 0,037565 0 0,09408 0,0470383 0 0,047038 0 0,19534 0,0976699 0 0,09767 0 0,15462 0,0773084 0 0,077308 0 0,10889 0,0544425 0 0,054443 0,0146956 0,09233 0,0461672 0,00734779 0,053515 0,862697 1 0,018852 0,0486856 0,08885 0,0444251 0,02434281 0,068768 0,646015 1 0,125305 0,3586482 0,11498 0,0574913 0,17932408 0,236815 0,242768 0,611572876 0,136017 0,3121265 0,04355 0,021777 0,15606323 0,17784 0,122453 0,199173927 0,005886 0,0643705 0,00523 0,0026132 0,03218527 0,034799 0,075096 0,075583536 2,37E-07 0,2014736 0,00174 0,0008711 0,10073681 0,101608 0,008573 0,025253552 0,000278,5 0,5 1 0,022026 10. táblázat: Tromp értékek 0,5-ös tömegkihozatalnál [ 13 ] Megpróbáltam két szélsőséges értéket felvenni a 0,5-höz képest. Így megtudtam, hogy növelnem kell az értéket. T mért T számított Hiba 0,72920,073332 0,438875 1 0,314862 0,120802 0,611572876 0,240856 0,056428 0,199173927 0,020376 0,033627 0,075583536 0,00176 0,003692 0,025253552 0,000465 0,050127 T mért T számított Hiba 0,961734 1 0,001464 0,879517 1 0,014516 0,561865 0,611572876 0,002471 0,358217 0,199173927 0,025295 0,245155 0,075583536 0,028754 0,033432 0,025253552 6,69E-05 0,005582 11. táblázat: Hibaértékek 0,3-as (balra) és 0,8-as (jobbra) tömegkihozatali értéknél [ 13 ] 34
T mért T számított Hiba 0,957038 1 0,001846 0,866138 1 0,017919 0,531983 0,611572876 0,006335 0,330983 0,199173927 0,017374 0,223523 0,075583536 0,021886 0,029746 0,025253552 2,02E-05 0,005029 T mért T számított Hiba 0,94962,002538 0,845558 1 0,023852 0,490264 0,611572876 0,014716 0,295089 0,199173927 0,0092 0,195871 0,075583536 0,014469 0,025285 0,025253552 1,01E-09 0,004983 12. táblázat: Hibaértékek 0, 78-as (balra) és 0,75-ös (jobbra) tömegkihozatali értékeknél [ 13 ] Végül a legkisebb hibaértéket az T = 0,76 értéknél kaptam meg. x i -x i+1 x ki f T f K f K *η T f T *(1-η T ) f f T mért T számított Hiba 45< 54,25 0 0 0 0 0 31,5-45 38,25 0 0,02526 0,01919 0 0,0191 22-31,5 26,75 0 0,07513 0,05709 0 0,0570 16-22 19 0 0,09408 0,07149 0 0,0714 8,0-16 12 0 0,19534 0,14845 0 0,1484 4,0-8,0 6 0 0,15462 0,11750 0 0,1175 2,0-4,0 3 0 0,10889 0,08275 0 0,0827 1,0-2,0 1,5 0,01469 0,09233 0,07017 0,0035 0,0737 0,952,00229 0,5-1 0,75 0,04868 0,08885 0,06752 0,01168 0,0792 0,8524 1 0,02176 0,25-0,5 0,375 0,35864 0,11498 0,08738 0,08607 0,1734 0,5037 0,61157 0,011619 0,125-0,25 0,1875 0,31212 0,04355 0,0331 0,07491 0,1080 0,3064 0,19917 0,01151 0,063-0,125 0,094 0,06437 0,00523 0,00397 0,01544 0,0194 0,2045 0,07558 0,016626 <0,063 0,0315 0,20147 0,00174 0,0013 0,04835 0,0496 0,0266 0,02525 1,96E-06,76 0,24 1 0,004908 13. táblázat: A kiszámított eredmények a megfelelő tögmegkihozatali értékkel [ 13 ] 35
A hiba minimum értékénél az N=2 értéket kaptam az iteráció során. Ez egyben azt is jelenti, hogy a szita nem élesen választ szét, valószínűleg rövid. Az T = 0,76 értéket megkapva ki tudtam számolni a tóba visszahulló anyag tömegáramát: η T = ṁ K / ṁ Ö => ṁ Ö = 41,33 kg / s 0,76 = 54,38 kg / s. Egy egyszerű kivonással megkapjuk az eredményt: ṁ T = ṁ Ö - ṁ K = 54,38 kg / s - 41,33 kg / s = 13,05 kg / s Az alábbi képen a teljes szitamodell látható. A felső szitasíkot adtatok hiányában nem tudtuk modellezni, de sem a technológia, sem a feladat szempontjából nem fontos. 18. ábra: Teljes szitamodell az átalakítás előtt [ 13 ] 8.1. A finomhomok veszteségének csökkentése A kavicsbányászatban a kitermelt nyersanyag egyik legértékesebb része a mosottosztályozott 0-4 mm szemcseméretű homok, azon belül a 0-1mm és a 0-2mm szemcseméretű rész. A nedves kitermelés és előkészítési technológia során pont ennek a frakciónak a legnagyobb a vesztesége. A kitermelést követő első víztelenítési fázis a legnagyobb veszteségforrás. A veszteség mértéke a termelés helyétől és a kitermelt nyersanyag szemcseméret összetételétől, illetve az előkészítési technológia felépítésétől függ. 36
MOHR kotróval termelő kavicsbányák esetén a kitermelés és az előkészítés során minden olyan helyen jelentkezhet veszteségforrás, ahol a rendszerből víz távozik. Ezt különböző mérések és azok eredményei is alátámasztják. A tóba visszavezetett anyag, vagyis zagy mennyisége nem, vagy csak nehezen mérhető, így vesztesége csak becsülhető. A MOHR típusú kotróval dolgozó bányákban a kitermelt homo-kavics tömegének 5-10%- át is elérheti a tóba visszavezetett szilárd anyag mennyisége, ami 80-90%-ban 63μm feletti szemcsékből áll. A parton üzemelő osztályozó-iszaptalanító berendezések nem mutatnak jelentős finomhomok veszteséget. A finomhomok veszteség csökkentése, illetve megszüntetése érdekében a kitermelést követő, de az elszállítást megelőző víztelenítésnél kell a finomhomok visszanyerését megoldani. A rendszer kialakításánál fontos figyelembe venni a kitermelési technológia, a rendelkezésre álló helyet és a visszanyert szilárd anyag kiszállítási lehetőségét. Ebből az következik, hogy a termelés és a víztelenítő szita alsó terméke mennyiségben és összetételben nem állandó. A MOHR típusú úszókotrók esetében a kotróhajóra tervezett rendszernek az ott üzemelő durvaleválasztó és iszaptalanító-víztelenítő rendszerhez kell igazodnia. Figyelembe kell venni a hajóstabilitási szempontokat is. Két megoldás lehetséges: - nem mechanikus felszíni áramkészülék (hidrociklon) - mechanikus áramkészülék (hidrociklon) A kitermelő rendszerhez igazodó és jól üzemeltetett berendezéssel a finomhomok veszteség 60-80%-kal csökkenthető, és a beruházás 1-2 éven belül megtérül. (Bőhm és társai, 2007) [ 1 ] A WEIR Minerals Hungary Kft. által tervezett technológia betelepítésre és beüzemelésre került. A feladat megoldására egy 100 WGR zagyszivattyút és egy Linatex HK 100 hidrociklont javasoltak beépíteni. 100 WGR zagyszivattyú méretezési paraméterei: Kapacitás: Q=108 m3/h zagy (22 t/h homoktartalom) Teljes Emelőmagasság: H=23 m; Szilárd anyag sűrűsége: S=2,65 kg/dm 3 ; Víz sűrűsége: S V = 1kg/dm 3 ; Zagy sűrűség: S m = 1.13 kg/dm 3 ; Szilárdanyag : c v = 8% 37
Szilárdanyag : c w = 20 % Ráfolyás a szivattyúnál: 1 m vízoszlop Szívócső hossz: max 2 m Szívócsőátmérő: 125 mm Nyomócső hossz: max 15 m Nyomócső átmérő 125 mm Geodetikus emelőmagasság: H g = 6 m Szivattyú fordulatszám: 1329 1/perc Linatex gumikopóbélések; Linatex gumiborítású járókerék; Villamos motor meghajtás: 15 KW (4p,50Hz,380kW); Ékszíjhajtás; CV kivitel szivattyú fölé telepített motor; 19. ábra: A hidrociklon zagyszivattyúja [ 13 ] 38
20. ábra: A hidrociklon technológiai rajza / WEIR Minerals Hungary Kft./ 21. ábra: A hidrociklon [ 13 ] 39
9. Átalakítás utáni mérések A hidrociklon beüzemelése után újbóli méréseket végeztem. Mintát vettem a hidrociklon alsó termékéből (apex), valamint a felső termékéből (vortex). 22. ábra: Az apexen kiáramló anyag mintavevőhelye [ 13 ] 23. ábra: Az örvénykereső csövön kiáramló anyag mintavevőhelye [ 13 ] 40
A mintavétel során tömegáramokat szerettem volna mérni, de ezt az adott körülmények nem engedték meg. Mindkét anyagot az eddigi vizsgálatokhoz hasonlóan osztályoztam. Elméletben a vortexes mintában a szemcseméretnek 0,063 mm alatt kellett volna lennie, ami a mérések után igazolta is magát minimális eltéréssel. 14. táblázat: Hidrociklonból vett mintaanyagok eloszlás [ 13 ] A hidrociklon betelepítése előtt a 0,063 mm feletti frakció arány kb. 80% volt, azaz a számomra fontos 0-4 mm-es frakció elveszett. Amint az a táblázatban is látható, hogy kb. 99%-ban csak 0,063 mm alatti szemcsék találhatóak a finomiszapban, a többi anyag az apexen keresztül a szállítószalagra kerül. Így sikerült kinyernem a zagyból a számomra fontos frakciót. A hidrociklon méretezése során a ciklonfeladást nem tudtam mérni. Mivel a hidrociklonra az alsó szitasíkon áthulló anyag kerül feladásra, így a beüzemelés előtti mérésékből vett számításokat használom alapként, azaz a ciklonra a tóba visszahulló általam mért anyagmennyiséget adom fel (lásd: 13. táblázat). Jelen esetben nem tudtam a tömegáramokat, csak a mért értékek alapján kiszámított eloszlásokat, valamint a ciklonfeladás koncentrációját tudtam kiszámolni: c * V * ρ s = m s, ahol: - ρ s = 2,6 kg / l - m s = 4,44 kg Önmagában ez a képlet kevés, mert sok az ismeretlen. Alkalmazni kell a következőt is: V * [c*ρ s + (1-c)*ρ v ] = m m, ahol: m m = 15,68 kg A két képletet egymással elosztva kapom meg az eredményt: ( V * [c*ρ s + (1-c)*ρ v ] ) (c * V * ρ s ) = m m m s A megfelelő átrendezés után megkaptam a ciklonfeladás térfogat koncentrációját: c = 0,13 = 13 % 41