Τεχνικοοικονομική διερεύνηση διεργασιών παραγωγής αδρανών υλικών

Transcript

1 Τεχνικοοικονομική διερεύνηση διεργασιών παραγωγής αδρανών υλικών 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος, Τσακαλάκης Κ., Ε.Μ.Π., 1

2 Τεχνικοοικονομική διερεύνηση διεργασιών παραγωγής αδρανών υλικών Κωνσταντίνος Γ. Τσακαλάκης Καθηγητής Ε.Μ.Π. Σχολή Μηχ. Μεταλλείων-Μεταλλουργών, 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος

3 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διαδικασία παραγωγής αδρανών υλικών είναι μια σχετικώς απλή διεργασία, εμπεριέχει όμως παραμέτρους, που αξίζει να διερευνώνται διεξοδικά κατά περίπτωση ώστε να είναι αποδοτική και οικονομική. Η περιβαλλοντική διάσταση των διεργασιών παραγωγής αδρανών υλικών, όσον αφορά στο ποσοστό απόληψης χρήσιμων κλασμάτων υλικού από τη συγκεκριμένη διαδικασία, είναι επίσης σημαντική. Επειδή τα μηχανήματα ελάττωσης μεγέθους (θραυστήρες) έχουν την ουσιαστικότερη επίπτωση στις διεργασίες παραγωγής αδρανών υλικών, στην παρούσα εργασία γίνεται προσπάθεια διερεύνησης της επίδρασης διαφόρων τύπων θραυστήρων στην ποσοστιαία (% κατά βάρος) κατανομή των παραγόμενων προϊόντων με στόχο τη μείωση του ποσοστού του λεπτόκκοκου υλικού (-5 mm, άμμος). 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 3

4 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΔΡΑΝΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 4

5 ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΔΡΑΝΩΝ-ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΩΝ 5

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (συνέχεια) Όπως είναι γνωστό, το ποσοστό του λεπτόκοκκου (-5 mm) υλικού αυξάνει από την πρωτογενή στη δευτερογενή και στα επόμενα στάδια θραύσης και εξαρτάται σημαντικά από το στάδιο θραύσης, τον τύπο μηχανήματος και τον τύπο του πετρώματος. Επίσης, το ποσοστό του υλικού αυτού στο προϊόν της πρωτογενούς θραύσης εξαρτάται σημαντικά από τη διαδικασία ανατίναξης (blasting). Η εξόρυξη ενός πετρώματος χωρίς τη χρήση εκρηκτικών μπορεί να μειώσει σημαντικά (μέχρι 10-15%) το ποσοστό των λεπτομερών που παράγονται στο στάδιο της πρωτογενούς θραύσης, λόγω μείωσης του φαινομένου των ρωγματώσεων του πετρώματος. 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 6

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ (συνέχεια) Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η παραγωγή αδρανών υλικών από τη διαδικασία ελάττωσης μεγέθους ασβεστολιθικού υλικού, μέγιστου μεγέθους τεμαχίων 700 mm, για την παραγωγή κατάλληλων κοκκομετρικών κλασμάτων (διαβαθμίσεων) αδρανών υλικών σκυροδέματος με εφαρμογή των παρακάτω τριών διαφορετικών μεθοδολογιών: Με συνδυασμό θραυστήρα σιαγόνων ως πρωτογενή θραυστήρα και με χρησιμοποίηση κωνικού θραυστήρα για τη δευτερογενή θραύση Με συνδυασμό θραυστήρα σιαγόνων ως πρωτογενή θραυστήρα και με χρησιμοποίηση κωνικών θραυστήρων για τη δευτερογενή και τριτογενή θραύση Με συνδυασμό θραυστήρα σιαγόνων ως πρωτογενή θραυστήρα και με χρησιμοποίηση κρουστικού-περιστροφικού θραυστήρα για τη δευτερογενή θραύση Η δυναμικότητα της εγκατάστασης παραγωγής αδρανών υλικών είναι 500 t/h, δηλαδή για λειτουργία της μονάδας 14 ώρες=2 βάρδιες/24ωρο), η συνολική ετήσια παραγωγή (300 ημέρες λειτουργίας) είναι t/χρόνο

8 ΠΕΔΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΤΥΠΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ ΣΤΑΔΙΑ ΘΡΑΥΣΗΣ Πρωτογενής, Primary Τύπος πετρώματος 1. Εκρηξιγενή + Μεταμορφωμένα (Igneous + metamorphic) 2. Ασβεστολιθικό (Limestone) 3. Χαλαζιτικό (Sandstone) Ποσοστό λεπτομερών (-5 mm) στο προϊόν του θραυστήρα (% κατά βάρος) % (Σιαγονωτός) έως 10-15% (Γυροσκοπικός) % (Σιαγονωτός) έως 20% (Κρουστικός) % (Σιαγονωτός) έως 15-20% (Σιαγονωτός & Γυροσκοπικός) Δευτερογενής, Secondary 1. Εκρηξιγενή + Μεταμορφωμένα (Igneous + metamorphic) 2. Ασβεστολιθικό (Limestone) 3. Χαλαζιτικό (Sandstone) % (Κωνικός) % (Κωνικός) έως <30% (Κρουστικός) % (Κωνικός) Τριτογενής κ.ο.κ., Tertiary 1. Εκρηξιγενή + Μεταμορφωμένα (Igneous + metamorphic) 2. Ασβεστολιθικό (Limestone) 3. Χαλαζιτικό (Sandstone) % (Κωνικός) έως 40% (Κρουστικός) 2. <20% (Κρουστικός) έως 40% (Σφυρόμυλος) 3. ~15% (Κωνικός) έως 40% (Κρουστικός) 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 8

9 ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ ΣΙΑΓΟΝΩΝ 9

10 ΚΩΝΙΚΟΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ 10

11 ΚΩΝΙΚΟΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ 11

12 Κρουστικός θραυστήρας 12

13 ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΘΡΑΥΣΗΣ ΚΡΟΥΣΤΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ 13

14 ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ ΠΡΟΙΟΝΤΩΝ ΘΡΑΥΣΗΣ ΔΙΑΦΟΡΩΝ ΤΥΠΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ % Αθροιστικό διερχόμενο y = 0,0002x 3-0,0377x 2 + 3,067x + 9,4486 R 2 = 0,9997 (3) y = -0,0003x 3 + 0,0316x 2 + 0,3502x + 3,1645 R 2 = 0,9969 (2) 3 2 y = 2E-06x 3-0,0006x 2 + 0,4319x + 0,4908 R 2 = 0,9977 (1) Μέγεθος τεμαχίων, mm 1 (1) ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΣ (2) ΚΩΝΙΚΟΣ (3) ΚΡΟΥΣΤΙΚΟΣ 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 14

15 ΠΟΣΟΣΤΙΑΙΑΙΑ (%) ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΩΝΙΚΟΥΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΕΣ +38 mm mm mm mm -5 mm Ρύθμιση ανοίγματος αποκένωσης του θραυστήρα, mm 51 mm 45 mm 38 mm 32 mm 25 mm 22 mm ,5 16, % Ποσοστό κοκ. κλάσματος στο π ροϊόν του κωνικού θραυστήρα 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 15

16 ΠΟΣΟΣΤΙΑΙΑΙΑ (%) ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΚΡΟΥΣΤΙΚΟΥΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΕΣ + 38 mm mm mm mm -5 mm 200 mm ,2 4,8 5 Ρύθμιση ανοίγματος αποκένωσης θραυστήρα 150 mm 100 mm 80 mm 60 mm 50 mm ,5 23, ,2 17,5 19, , mm % Ποσοστό κοκ. κλάσματος στο προϊόν του κρουστικού θραυστήρα 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος

17 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- 2 ΚΩΝΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ ΑΝΟΙΓΜΑΤOΣ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 22 mm 17

18 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- 2 ΚΩΝΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ ΑΝΟΙΓΜΑΤOΣ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 25 mm 18

19 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- 2 ΚΩΝΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ ΑΝΟΙΓΜΑΤOΣ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 38 mm 19

20 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- 2 ΚΡΟΥΣΤΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ ΑΝΟΙΓΜΑΤOΣ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 50 mm 20

21 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- 1 ΚΡΟΥΣΤΙΚΟΥ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑ ΑΝΟΙΓΜΑΤOΣ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 60 mm 21

22 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- 2 ΚΡΟΥΣΤΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ ΑΝΟΙΓΜΑΤOΣ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 60 mm 22

23 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΥ- ΚΩΝΙΚΩΝ ΘΡΑΥΣΤΗΡΩΝ (ΤΡΙΑ ΣΤΑΔΙΑ) ΑΝΟΙΓΜΑΤΩΝ ΑΠΟΚΕΝΩΣΗΣ 51 mm ΚΑΙ 20 mm 23

24 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Διαπιστώνεται ότι, με χρήση κωνικών θραυστήρων στη θέση των κρουστικών-περιστροφικών, το ποσοστό του επί τοις % παραγόμενου λεπτόκοκκου υλικού (-5 mm) είναι σε κάθε περίπτωση μικρότερο τουλάχιστον κατά 7.5% περίπου από αυτό που παράγεται με χρήση κρουστικών θραυστήρων. Αυτό δικαιολογείται από το σημαντικά μικρότερο λόγο κατάτμησης των κωνικών έναντι των κρουστικών θραυστήρων. Το αποτέλεσμα αυτό έχει σημαντική επίπτωση στην οικονομικότητα της διεργασίας παραγωγής, εφόσον η μείωση αυτή αντιστοιχεί σε αύξηση των χρήσιμων προϊόντων περίπου κατά t/χρόνο για την ετήσια δυναμικότητα ( τόνοι) της μονάδας. Η αύξηση των εσόδων από την πώληση των εμπορεύσιμων προϊόντων (για μέση τιμή πώλησης αδρανών 4 / t) αναμένεται να είναι: t/χρόνο 4 / t = / χρόνο 24

25 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΟΣΟΣΤΩΝ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΩΝ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΩΝ ΘΡΑΥΣΗΣ - ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΔΥΝΑΜΙ- ΚΟΤΗΤΑ ΚΥΚΛΩ- ΜΑΤΟΣ 500 t/h Παραγόμενα κοκκομετρικά κλάσματα, Ποσοστό % κατά βάρος ΠΡΩΤΟΓΕΝΗΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ ΣΙΑΓΟΝΩΤΟΣ (Άνοιγμα αποκένωσης 175 mm) Α. ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ (Κωνικός) c.s.s.: 22, 25 και 38 mm Άνοιγμα 22 mm Άνοιγμα 25 mm Άνοιγμα 38 mm ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗΣ- ΤΡΙΤΟΓΕΝΗΣ ΘΡΑΥΣΗ ΜΕ ΚΩΝΙΚΟΥΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΕΣ Β. ΔΕΥΤΕΡΟΓΕΝΗΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ (Κρουστικός) c.s.s.: 50 και 60 mm Άνοιγμα 50 mm Άνοιγμα 60 mm mm mm mm mm ΣΥΝΟΛΟ c.s.s. (closed side setting): κλειστό άνοιγμα αποκένωσης θραυστήρα 25

26 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (Συνέχεια) Το αυξημένο κόστος αγοράς των κωνικών έναντι των κρουστικών θραυστήρων αναμένεται να αποσβεστεί σε δύο έως τρία χρόνια λειτουργίας της εγκατάστασης θραύσης. Αν όμως ληφθεί υπόψη το σημαντικό περιβαλλοντικό όφελος από την παραγωγή συμπληρωματικού χρήσιμου υλικού, από τη μείωση της εξορυσσόμενης ποσότητας ασβεστολιθικού υλικού, από τη μειωμένη επιφάνεια απόθεσης του λεπτόκοκκου υλικού και από τα μικρότερα έξοδα συντήρησης των κωνικών θραυστήρων έναντι των κρουστικών, γίνεται ακόμη περισσότερο φανερό το όφελος από τη χρήση κωνικών έναντι των κρουστικών θραυστήρων στη διαδικασία παραγωγής αδρανών υλικών. Τα παραπάνω επιβεβαιώνουν τις διαπιστώσεις των Mitchell & Benn (2007) και Τσακαλάκης (2008h). 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 26

27 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (Συνέχεια) Οι πρώτοι, χρησιμοποιώντας κατάλληλο λογισμικό που ανέπτυξαν, ασχολήθηκαν με τη βελτιστοποίηση των κυκλωμάτων παραγωγής αδρανών υλικών και ο δεύτερος διερεύνησε διεξοδικά τη δυνατότητα βελτιστοποίησης των κυκλωμάτων θραύσης ταξινόμησης εξετάζοντας πολλές εναλλακτικές περιπτώσεις και συνδυασμούς τόσο μηχανημάτων (θραυστήρες-κόσκινα) όσο και ρυθμίσεών τους. 16 ο Συνέδριο Σκυροδέματος Οκτωβρίου 2009, Πάφος Κύπρος 27