К вопросу эффективной работы гидросайзеров Текст научной статьи по специальности «Физика»

© А.С. Кириарский, А.Н. Иванченко, 2002

А.С. Кирнарский, А.Н. Иванченко К ВОПРОСУ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ ГИЛРОСАЙЗЕРОВ

В конце XX века в практике рудо-и углеобогащения наметился возврат к традиционным процессам гравитационного обогащения тонкодисперсного минерального сырья ввиду их универсальности, простоты и природощадящего характера. Особенно актуально применение технологий нового поколения в условиях тотального истощения богатых, легкообога-тимых руд, с одной стороны, и ужесточения требований к качеству товарных концентратов при одновременном снижении цен на том же мировом рынке, с другой стороны.

Традиционными новые технологии остаются только по принципу действия, а по аппаратурному оформлению, схемной реализа-

ции, качеству машиностроительного исполнения, технологической разрешающей способности, надежности они значительно отличаются от своих прототипов.

Типичным примером такой технологии является обогащение некоторых полезных ископаемых, например, песков тяжелых металлов, угольных шламов, с применением так называемых гидросайзе-ров. Известны гидросайзеры "Stokes", "Floatex". Более совершенной конструкцией считается последний аппарат, который выпускается известной фирмой "Karpko". В настоящей работе предпринята попытка сравнить эти разделительные устройства, установить доминирующий разделительный признак и выявить диапа-

а)

б)

Исходный

а) б)

зон крупности, при котором возможна надежная и технологически эффективная их эксплуатация.

Описание конструкции и принципа работы гидросайзеров

Гидросайзер представляет собой типичный противоточный гидроклассификатор (рис. 1, 2).

Классический гидросайзер "Stokes" имеет ограниченную производительность и незначительную технологическую эффективность. Это обусловлено разгрузкой зернистой части исходного продукта непосредственно из рабочей зоны, что сопровождается истечением значительного объема воды, которая обеспечивает восходящий поток разделительной среды и, как результат, имеют место колебания в работе установке (рис. 1,б). Для устранения этих недостатков гидросайзеры нового поколения оборудованы несколькими разгрузочными клапанами, что стабилизирует режим разделения.

Гидросайзеры "Floatex" (рис. 2) отличаются тем, что в них реализуется принцип стесненного осаждения в восходящем потоке воды, создаваемом системой трубок, установленных на определенном расстоянии друг от друга. По вертикали рабочую камеру аппарата условно можно разделить на три части (рис. 3): верхняя зона А, расположенная выше подачи, средняя зона В, которая занимает промежуточное положение между подачей и точкой добавки воды, а также зона С ниже добавки воды.

Исходная пульпа подается в гидросайзер тангенциально через центральный питающий стакан, который занимает приблизительно треть длины основного корпуса. Восходящие струи воды подаются по всей площади поперечного сечения рабочей камеры через равномерно распределенные водоводы. По мере поступления пульпы в основную зону (В) разделения минеральные частицы взаимодействуют с

Рис. 1. Гидросайзер "Stokes".

а) разгрузочный клапан закрыт;

б) разгрузочный клапан открыт

Рис. 2. Гидросайзер "Floatex".

а) разгрузочный клапан закрыт;

б) разгрузочный клапан открыт

РЕЗУЛЬТАТЫ ОБОГАЩЕНИЯ ИЛЬМЕНИТОВЫХ РОССЫПЕЙ В ГИАРОСАЙЗЕРЕ "ПОАГЕХ" (ДАННЫЕ ФИРМЫ КАкРКО)

Класс крупности, мм Питание Слив

Выход, V, % Содержание ТПОг, а, % Излечение, 6, % Выкод к продукту, Упр, % Выкод к исходному, Уисх ,% Содержаие ТІО2, и, % Извлечение, 6, %

+0,4 6,8 8,4 6,8 - - - -

-0,4+0,3 14,1 18,9 14,4 - - - -

-0,3+0,2 22,9 26,3 22,9 17,5 6,3 1,9 27,5

-0,2+0,15 24,7 29,8 24,7 23,0 8,2 3,5 33,2

-0,15+0,10 18,1 30,3 18,1 21,9 7,8 11,8 43,1

-0,10+0,075 7,0 26,7 7,0 19,6 7,0 26,7 100

-0,075+0,0 6,4 38,1 6,4 18,0 6,4 38,1 100

Итого 100,0 26,4 100,0 100,0 35,7 15,8 -

предварительно сформировавшейся постелью, которая находится во взвешенном состоянии за счет восходящего потока воды, скорость которого определяется гранулометрией и плотно-метрией питания, необходимой плотностью разделения(др). Разделение по крупности и плотности имеет место в зоне В, при этом относительно тонкие (более легкие) частицы уходят в слив

(зона А), в то время как относительно крупные (более тяжелые) частицы разгружаются через зону С. Механизм разделения частиц в гидросайзере при их свободном и стесненном осаждении наглядно можно представить в следующем виде (рис. 4).

Из рис. 4 видно, что стесненные условия уменьшают влияние крупности зерен и способствуют проявлению другого разделительного признака - плотности материала, в чем и состоит аутогенный характер разделительной среды в условиях противо-точной гидроклассификации. Это подтверждается экспериментальными данными и практикой про-

мышленного применения такого оборудования (таблица).

Определение технологических возможностей гидросайзера

Пользуясь данными таблицы, определяем граничную крупность разделения для обогащения иль-менитовых россыпей, которая составляет 0,15мм (рис. 5). Задаваясь этим значением граничного зерна разделения, вычисляем эффективность гидроклассификации по формуле Фоменко Т.Г., которая составляет 53,17%.

Такое значение эффективности разделения по крупности не дает преимуществ гидросайзеру по сравнению с известными аппаратами, например, гидроциклонами и механическими спиральными классификаторами.

Эффективность гидроклассификации в гидросайзере зависит от правильного расчета скорости восходящей струи V так

Рис. 3. Схема сепаратора по плотности "Ноа1ех"

Рис. 4. Механизм разделения частиц в свободных (а) и стесненных (б) условиях

Рис. 5. Определение граничной крупности разделения в гидро-сайзере

Пески

Выкод к про- Выкод к исход- Содержаие Извлечение,

дукту, Упр, % ному, Уисх ,% тао2, р, % 6, %

10,5 6,8 8,4 100

22,0 14,1 18,9 100

25,9 16,6 35,6 72,5

25,6 16,5 42,8 66,8

16,0 10,3 44,3 56,9

100,0 64,3 32,3 -

как в случае ее недостаточности даже наиболее тонкие легкие, например, угля, не могут подняться в зону А, а при чрезмерно большой скорости V в слив уносятся даже наиболее крупные куски тяжелого минерала (породы для условий углеобогащения). Оптимальной считается скорость восходящей струи, при которой все куски угля, включая самые крупные классы, выносятся вверх, а все частицы породы,

включая самые тонкие, ются вниз.

Обозначим через К0, скорость свободного осаждения наиболее крупных кусков угля, а через У02 -наиболее мелких кусков породы в обогащаемом материале. Результирующая скорость падения частицы в восходящем потоке составляет У= V - V

Если V = V то частица находится во взвешенном состоянии. Принимая диапазон крупности исходного материала 1,5-0,1 мм, делаем допущение, что предельная крупность угольных частиц составляет 1,5 мм, а минимальная крупность породных частиц равна 0,1 мм.

Согласно данным Фоменко Т.Г. [3] скорость осаждения породной частицы плотностью 2080 кг/м3 и крупностью 0,1 мм составляет 0,005 м/с (0,351 см/с), в то время как скорость падения угольной частицы плотностью 1350 кг/м3 и крупностью 1,5 мм составляет 0,048 м/с (4,48 см/с). При таких условиях породные частицы уходят в слив, а концен-тратные зерна оседают в сгущенный продукт. Наиболее подходящий диапазон крупности для обеспечения эффективной работы гидросайзера составляет 0,51,0 мм, так как в этом случае крупное угольное зерно (1,0 мм) оседает со скоростью 3,17 см/с, в то время как породная частица (0,5 мм) падает несколько быстрей (3,9 см/с).

Следовательно, при обогащении угольных шламов гидросайзе-ры работоспособны в узком диапазоне крупности (0,5-1,0 мм).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чан Б. Объединение различных методов физической сепарации для горной промышленности (Предложения фирмы Кагрко) // Материалы международной научно технической конференции "Обогащение -2000". - Россия. -Санкт-Петербург - 2000. - С. 1-13.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------

2. Фоменко Т.Г, Бутовецкий В.С., Почерцива В.М. Исследование углей на обогатимость. - М.: Недра, 1978. - 262 с.

3. Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения полезных ископаемых. - М.: Недра, 1966. - 322 с.

Кирнарский А. С., Иванченко А.Н. - Национальная горная академия Украины, г. Днепропетровск.

© А.С. Кирнарский, В.В. Гаевой, А.Ф. Нестеренко, А.Г. Рулниикий, 2002

УДК 622.791:622.333

А.С. Кирнарский, В.В. Гаевой, А.Ф. Нестеренко, А. Г. Рулниикий ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ДЕСУЛЬФУРАЦИЯ УГЛЯ

В настоящее время в технологиях обогащения, применяемых на углеобогатительных фабриках Украины, десульфурация угля является процессом,

осуществляемым попутно с обогащением по золе, при этом его эффективность резко снижается при наличии соединений серы в виде органической составляющей или

тонковкрапленных в угольное вещество зерен пирита. В этом случае необходимо применение химических методов десульфурации с использованием активных агентов-окислителей, позволяющих переводить сернистые соединения в растворимые соли или инертные соединения. Как свидетельствуют данные патентной и научнотехнической литературы, наиболее часто применяют химические методы, предусматривающие

окисление серы угля в атмосфере кислорода, насыщенного водяного пара или в растворе перекиси водорода. Однако, первые два требуют для своей реализации высо-