Одна из проблем горно-металлургических предприятий — выброс частиц минералов, которые в процессе переработки и сушки руды выходят в атмосферу и загрязняют ее. Помимо экологического ущерба это ведет и к экономическим потерям: ценное сырье в буквальном смысле слова выбрасывается на ветер. Профессор Уральского государственного горного университета (УГГУ) Владимир Макаров нашел оригинальное решение этой проблемы.
Специалисты УГГУ предложили решения для модернизации технологии сушки хризотил-асбестовой руды на предприятии АО «Костанайские минералы» (Казахстан). Комбинат является одним из крупнейших производителей хризотил-асбестовой руды в мире, ежегодно он перерабатывает более 10 млн тонн сырья, а готовый продукт составляет 5-8% от этого количества. Воздушный инерционно-гравитационный противоточно-поворотный сепаратор — разработка Владимира Макарова — позволяет сократить потребление газа более чем на 50% и снизить объем выбросов в 35 раз.
В основе разработки лежит конвергентный подход с использованием природоподобной аналогии. Принципиальное отличие разработки заключается в том, что она реализует процессы сушки и сепарации руды аналогично процессам, происходящим при взаимодействии листьев с атмосферными осадками, солнечной энергией и воздушно-пылевыми аэрозолями. Все эти процессы происходят через энергетическое взаимодействие устойчивых и присоединенных вихрей.
— Сейчас актуальна проблема энергоэффективности экономики, особенно в горно-металлургическом комплексе. Если действовать классическими методами — сначала создавать пыль во время сушки руды, а потом с ней бороться — получаются двойные затраты. Мы теряем, во-первых, часть минералов, а во-вторых, много энергии, чтобы решать экологические проблемы. Мы разработали конструкторско-технологические решения, которые позволяют в едином сушильном пространстве одновременно осуществлять сушку и сепарацию тех частиц, которые до этого выносились теплоносителем. Те частицы руды, которые выносились в атмосферу и загрязняли ее, сейчас остаются в качестве концентрата и повышают выход готового продукта, — рассказал «ОГ» автор технологии доктор технических наук Владимир Макаров.
Как объяснил ученый, использование циклонов для сепарации частиц руды недостаточно эффективно.
— Мы с вами знаем, что такое центробежная сила. Сидя в автомобиле, мы начинаем поворачивать — и нас выбрасывает с дороги. Принцип работы циклона в этом и заключается. Теплоноситель вместе с частицами руды тангенциально попадает в цилиндрическую или коническую бочку, и за счет центробежной силы частицы руды — так как они тяжелее воздуха — отбрасываются к периферии и уходят в бункер, а газ уходит на улицу. Но поскольку частицы обладают разной массой, размером и влажностью, коэффициент эффективности циклонов изменяется в широком диапазоне от 40 до 80%, а все остальное уходит в атмосферу. Вторая проблема — пыль собирается в бункера, а оттуда ее снова надо собирать, и в этот момент тоже происходит пыление. А в данном случае все это происходит в самой печи, — пояснил исследователь.
В основе разработки — принцип природоподобной соразмерности, который Владимир Макаров изучал в течение нескольких лет, сначала в сфере вентиляционных систем, затем — на горно-металлургических предприятиях. При исследовании турбомашин, используемых на горных предприятиях, в нефтегазовом комплексе, вдохновением послужило устройство крыла птицы, его взаимодействие с атмосферным воздухом в процессе изменения траектории полета, а при создании инерционно-гравитационных противоточно-поворотных сепараторов, интегрированных непосредственно в сушило шахтных печей для АО «Костанайские минералы» (Казахстан), — обыкновенный «лист тополя».
— Природа всегда права, не надо с ней бороться — надо за ней внимательно смотреть. Например, как листья собирают пыль? Я изучал их под микроскопом. Берешь лист: там виден скелет и шероховатость на поверхности. Когда я начал обдувать лист, в этих шероховатостях возникали вихри, как в циклоне. Возникает депрессия — разряжение. Пылинку в листик затянуло — и она прилипла, и дальше лист ее перерабатывает. То есть частица должна находиться в определенном вращающемся потоке. По сути, этот эффект мы в печи и используем, — поделился ученый.
Модернизация печей на АО «Костанайские минералы» должна завершиться к концу следующего года, к тому времени все печи будут использовать технологию уральского исследователя. Кроме того, интерес к разработке проявляют и другие зарубежные предприятия, отметил Владимир Макаров.
Ранее «Областная газета» рассказывала о том, что в Екатеринбурге прошел научный форум общества «Знание» для школьников.
Опубликовано в №232(10043) от 16 октября 2024 года.
