CC BY
56
УДК 622.771
Черкасов Владимир Георгиевич Vladimir Cherkasov
АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ВОДОСБЕРЕГАЮЩЕГО ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ПРИ ПРОМЫВКЕ МЕТАЛЛОНОСНЫХ ПЕСКОВ
APPARATUS REGISTRATION CONCENTRATING COMPLEX AT WASHING METALL CONTAINING SANDS WITH MINIMIZATION OF WATER EXPENSES
Обоснованы конструктивные позиции по созданию ресурсосберегающей техники и технологии переработки минерального сырья на объектах россыпной металлодобычи. Представлены технические решения, позволяющие повысить мобильность и автономность транспортно-обогатительных комплексов. Приводятся варианты аппаратурного оформления системы водоподготовки, обеспечивающие защиту естественных водотоков от загрязнения
Ключевые слова: водоснабжение, оборотная вода, технические решения, аппараты, обогатительный комплекс, россыпные месторождения, промывка песков, модули, мобильность, автономность
In the article constructive aspects on formation of resource-sparing technique and technology of mineral raw materials processing at sites of alluvial metal recovery are grounded. Technical solutions, permitting to increase the mobility and autonomist of transport ore dressing complexes, are presented. The apparatus design variants of water preparing system, providing protection of natural water streams from pollution, are given
Key words: Water-supply, circulating water, technical decisions, vehicles, concentrating complex, deposits, washing of sands, modules, mobility, non-interaction
Гидромеханизированная переработка
минерального сырья на россыпных месторождениях с использованием мобильных обогатительных комплексов (переставных промывочных приборов, драг, модульных фабрик), а также промывка минерального сырья самоходными агрегатами типа «Pioneer», «Wash-all», «Universal» (США), «Bavaria» (Германия), SK-2 (Польша), ЭТ-1А (Россия) и др. базируется на водоемких операциях с раходом до 12.. .18 м3 технологической воды на 1 м3 промываемых песков или до 1000.2000 м3/ч на один промывочный агрегат. Существующие методы кондиционирования оборотной воды через грунтовые пруды-отстойники исчерпали свои потенциальные возможности и выступают сдерживающим фактором в совершенство-
вании мобильных обогатительных комплексов, востребованность которых постоянно растет, что вызвано истощением сырьевой базы страны и вовлечением в переработку мелких и высокоглинистых россыпей. По существу, в настоящее время распространенные обогатительные комплексы — про-мприборы «привязаны» к системе водо-подготовки, а действующая транспортная схема «пески к промприбору», а не наоборот — «промприбор к пескам» не отвечает энергосберегающим технологиям. Инертность в развитии водоподготовительного этапа в технологическом цикле россыпной металлодобычи исключает потенциальную возможность существенного снижения общих энерго- и водозатрат, а система временно возводимых грунтовых отстойников
остается основным источником загрязнения естественных водотоков, прилегающих к району ведения горных работ.
Кроме того, сооружение каскада плотин, дамб, руслоотводных каналов требует значительных затрат времени до 10.15 % от промывочного сезона и в таких же пределах средств от себестоимости добытого металла. Такие показатели ставят под сомнение разработку мелких месторождений, где доля затрат на гидротехнические сооружения еще выше. Уровень развития системы кондиционирования оборотной воды оказывается ключевой и при ведении работ в безводной местности.
Другой смежной проблемой по выделению твердой фазы из гидровзвеси, образующейся при промывке металлоносных песков, являются высокие безвозвратные потери (до 45.50 %) тонких фракций ценного компонента.
Применение известных технических решений, используемых на стационарных обогатительных фабриках, распространение на россыпях не находит из-за специфических условий эксплуатации оборудования, требующих от конструкций низкой энергоемкости, простоты и мобильности в эксплуатации, технологической гибкости.
С учетом этих особенностей в ЗабГУ разработаны и испытаны в производственных условиях тонкослойные аппараты в виде модулей ( рис. 1) для создания локальных контуров в системе кондиционирования оборотной воды при промывке высокоглинистых металлоносных песков. Заложенная в их основе энерго- водосберегающая технология позволяет многократно сократить объемы оборотной воды вне контакта с грунтом. Аппаратурное оформление процесса кондиционирования оборотной воды для мобильных обогатительных комплексов базируется на трех принципах:
Рис. 1. Батарея тонкослойных модулей в технологической цепи водоподготовки:
1 — обогатительный модуль, 2 — модуль-осветлитель, 3 — модуль-сгуститель
1) преемственность специфических требований к оборудованию, работающему в сложных условиях приисков, а именно — мобильность и автономность;
2) минимизация объема оборотной
воды вне контакта с естественным грунтом без дополнительного энергопотребления с обеспечением нормального функционирования основного технологического оборудования;
3) обеспечение технологической гибкости разделительной системы аппаратов для различных по составу и объему массо-потоков гидровзвеси, а также различных конструкций обогатительных комплексов.
В результате примененных новых технических решений [1; 2; 3] по сравнению с аналогами достигнуто многократное снижение удельной массы аппарата и его габа-
50
ритов до значений, соизмеримых с обогатительным комплексом (промприбором) , что имеет существенное значение для мобильных устройств. Удельные масса и габариты разработанного модуля относительно номинальной пропускной способности по гидровзвеси эфельных хвостов составляют соответственно 5...9 кг/м3/ч и 0,04...0,05 м3/м3/ч (рис. 2).
съ
I-
о
съ
СО
£
СО
со
о
о
со
С*
со
3-
о
40
30
20
10
2 /у
1 у ОЛз
б
2 а 7
О
500
ЮОО
1500
2000
Пропускная способность по гидровзвеси, м3/ч
Рис. 2. Влияние производительности батареи тонкослойных модулей в режиме подготовки технологической воды (выход в слив 80...85 %) на массу аппарата в целом при диаметре модулей, мм:
1 - 530; 2 - 630; 3 - 820 (концентрация твердого вещества в сливе:
а — до 1 г/дм3 с расходом флокулянта до 4 г/м3; б — до 10 г/дм3 без использования реагента для среднепромывистых песков)
По сравнению с аналогами известных конструкций фирм «8а1а>>, «КерШп М1сго-Аок», «Degгemont>, «Иеакз», «Уралмеха-нобр», «Завод Труд» и др. эти показатели снижены в 8.10 раз, что важно для создания мобильных конструкций. Кроме того, расширены функциональные возможности разработанных тонкослойных модулей: за счет дифференцированного вывода сгущенного продукта по плотности улавливаемых частиц они могут работать как обогатительные аппараты, улавливать и выводить тонкодисперсную тяжелую фракцию [4; 5].
Исследования тонкослойных модулей в производственных условиях на объектах
россыпной металлодобычи показали высокую их эффективность по выделению тонкодисперсной твердой фазы из массопотока эфельных хвостов [6]. В режиме осветления они восстанавливают до 80.90 % технологической воды. При содержании илисто-глинистой фракции в питании до 100 г/ дм3 на выходе в сливе остаточное содержание твердой фазы достигает 10 г/дм3 (без применения водорастворимых полимерных добавок) и до 1 г/дм3 — с использованием флокулянтов (Санфлок, DPI) при дозах до 4 г/м3. Для промывочных приборов (МДП, ПГШ, ПКС, ПГБ), используемых в настоящее время при россыпной металлодо-
быче, установлено потребное количество тонкослойных модулей. Так, при выходе эфельных хвостов в объеме 1000 м3/ч при обогащении среднепромывистых песков количество модулей составляет 8.16 единиц с общей массой батареи 19.21 т (см. рис. 1). Использование водорастворимых полимерных добавок из расчета 3.5 кг/ч на весь объем массопотока сокращает количество модулей и массу аппарата в целом в 3,5.4 раза. Учитывая их высокую степень готовности при частой смене мест промывки, можно сократить объемы грунтовых прудов-отстойников в 10.15 раз и в таких же объемах — затраты на гидротехнические сооружения, а себестоимость подготовки 1 м3 технологической воды на 5.8 %.
Достигнутый фактор мобильности системы водоподготовки путем замыкания всего массопотока гидровзвеси на тонкослойные модули позволил развить техническое решение по компактному аппаратурному оформлению процесса переработки эфельных хвостов в едином агрегате типа поточной линии. Даны принципиальные решения [7; 8; 9] конструкций поточных линий, позволяющих реализовать грубую и тонкую стадии разделения эфельных хвостов и транспортировку образующихся потоков.
Мобильный обогатительный комплекс по производительности и технологии работ тесно увязан с другой группой энергоемких машин, обеспечивающих подачу песков и удаление хвостов, определяющих основные транспортные расходы. Так как тонкослойный аппарат (ТА) позволяет одновременно выделять и тяжелую фракцию ценного компонента, то открывается возможность объединить функции поточных линий, обогатительного устройства и транспортной системы в единый самоходный агрегат типа комбайна (рис. 3), представляющий перспективу по совершенствованию обогатительных комплексов.
Аппаратурной основой как по обогащению ценного компонента, так и по вы-
делению технологической воды служат унифицированные тонкослойные аппараты разного функционального назначения с гибкой системой соединения в батарею. Путем объединения системы тонкослойных аппаратов 1 и 2, станции приготовления и дозирования реагента 5, силовой установки 21, погрузочно-разгрузочных узлов на общей подвижной базе, образуется мобильный агрегат ( промывочный комбайн, [10]) с локальным контуром водоподготов-ки. Учитывая, что главные энергозатраты в режимах передвижения и промывки песков сопоставимы, то для упрощения конструкции и уменьшения ее массы основной насос и ходовая часть может быть замкнута на один двигатель. Совмещение на самоходном шасси оборудования транспортного и технологического цикла промывки песков с аппаратурным оформлением процесса разделения твердой фазы в ТА увеличивает их полезную суммарную отдачу. Эскизная проработка этого варианта показывает, что при общей массе конструкции до 20 т можно перерабатывать до 50.70 т/ч металлоносных песков.
Объединение комплекса транспортного, технологического, водоподготовительного оборудования на самоходном шасси исключает подготовительно-заключительные этапы в работе промывочного агрегата, что составляет 10.20 % основного времени работы, например, промприбора. При этом сокращаются энергозатраты на транспортировку исходных песков к месту промывки, координально меняя технологическую схему ведения горных работ, а исключение из процесса на первой стадии обогащения основной массы пустой породы повышает эффективность извлечения ценного компонента. Кроме того, мобильный агрегат с ограниченным объемом оборотной воды повышает экологическую безопасность прилегающих естественных водотоков от загрязнения и создает благоприятные условия для ведения работ в безводной местности, а также в геологоразведке.
Рис. 3. Компоновка промывочного агрегата (комбайна):
а — вид сбоку; б — поперечный разрез; в — схема массопотоков
1, 2 — ТА для улавливания ценного компонента и выделения илисто-глинистой фракции; 3 — тонкослойные секции; 4 — загрузочное устройство; 5 — реагентная станция; 6 — транспортер; 7 — шнек; 8-11 — насосы; 12 — бункер; 13, 14 — грохоты; 15, 18 — зумпфы; 16 — вибратор;17 — улавливающие карманы; 19 — монитор; 20 — шасси; 21 — дизель-гениратор; 22 — патрубки; 23
— гибкий рукав с регулятором подпитки
Такой подход к решению комплекса вопросов в области разработки россыпных месторождений требует детальных исследований конструкторско-технологических, экологических, экономических сторон, однако уже на стадии эскизной проработки видны реальные достоинства самоходных промывочных агрегатов типа комбайнов,
востребованность которых, диктуемая сложившимися противоречиями, высока. Учитывая высокий уровень их унификации по комплектующим узлам, работа в данном направлении может дать мощный импульс дальнейшему развитию отечественного обогатительного машиностроения.
Литература
1. Пат. 1692028 Российская Федерация, МПК B01D 21/02. Тонкослойный разделитель минеральных частиц в потоке / В.Г. Черкасов, В.П. Мязин, Е.П. Маккавеев, Ю.С. Шевченко; патентообладатель Чит. гос. ун-т. — № 4809502/26; заяв. 26.02.1990; опубл. 30.10.91, Бюл. № 40.
2. Пат. 2248848 Российская Федерация, МПК В03В 5/68. Тонкослойный разделитель минеральных частиц / В.Г. Черкасов, О.А. Баландин, В.П. Мязин; патентообладатель Чит. гос. ун-т.
— № 2003131549/03; заяв. 27.10.2003; опубл. 27.03.2005, Бюл. № 9.
3. Пат. 2385771 Российская Федерация, МПК В03В 5/62. Тонкослойный сепаратор поли-минеральной гидровзвеси / В.Г. Черкасов, В.С. Силинский, О.С. Цыдапова, А.В. Веретельников; патентообладатель Чит. гос. ун-т. — № 2009113181/03; заяв. 08.04.2010; опубл. 10.04.2010, Бюл. № 10.
4. Мязин В.П. Расширение технологических возможностей тонкослойных аппаратов / В.П. Мязин, В.Г. Черкасов // Горный журнал. — 2006. — № 9. — С. 51-63.
5. Черкасов В.Г. Конструкторско-технологические аспекты при разработке обогатительных аппаратов для тонкодисперсных минеральных комплексов / В.Г. Черкасов // Горн. информ.-анал. бюлл. - М.: МГГУ, 2002. - № 12. - С. 208-211.
6. Мязин В.П., Черкасов В.Г. Разработка систем водооборота для мобильных обогатительных фабрик // Обогащение руд. — 2004. — № 2. — С. 35-37.
7. Пат. 1380006 Российская Федерация, МПК В03В 7/00. Поточная линия для обезвоживания хвостов промывки / В.П. Мязин, В.Г. Черкасов, В.Р. Личаев, А.П. Курылев; патентообладатель Чит. гос. ун-т. — № 4066793/31-26; заяв. 11.05.1986; опубл. 27.05.2004, Бюл. № 15.
8. Пат. 1462543 Российская Федерация, МПК В0Ш 21/624. Поточная линия для обезвоживания хвостов промывки / В.П. Мязин, В.Г. Черкасов, А.Г. Близнецкий; патентообладатель Чит. гос. ун-т. — № 4272665/31-26; заяв. 30.06.1987; опубл. 27.05.2004, Бюл. № 15.
9. Пат. 1774542 Российская Федерация, МПК В03D 21/24. Поточная линия для обезвоживания и удаления хвостов промывки / В.Г. Черкасов, В.П. Мязин; патентообладатель Чит. гос. ун-т. — № 4855322/26; заяв. 25.07.1990; опубл. 27.05.2004, Бюл. № 15.
10. Пат. 2187370 Российская Федерация, МПК В03В 5/00. Промывочный комплекс / В.Г. Черкасов, О.А. Баландин, А.В. Черкасов, А.П. Лисичников; патентообладатель Чит. гос. ун-т. — № 2001103446/03; заяв. 05.02.2001; опубл. 20.08.2002, Бюл. № 23.
Коротко об авторе__________________________________________________Briefly about the author
Черкасов В.Г., д-р техн. наук, профессор кафед- V. Cherkasov, Doctor of Technical Sciences, profes-
ры технологии лесопереработки и механики, Забай- sor, Technology of woodworking and mechanics de-
кальский государственный университет (ЗабГУ) partment, Zabaikalsky State University
Служ. тел.: (3022) 41-69-13
Научные интересы: машины и аппараты горно- Scientific interests: machines and vehicles of ore min-
обогатительного производства ing and processing production
