Моделирование технологических показателей гидроциклона Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © О.Н. Шагарова, 2013

УДК 622.73/75

О.Н. Шагарова

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГИДРОЦИКЛОНА

Представлена методика для подбора оптимального разгрузочного отношения гидроциклонов для конкретной технологической схемы обогащения кварцевых песков.

Ключевые слова: гидроциклон, разгрузочное отношение, классификация, песковая насадка, сливной патрубок, технологическая схема обогащения, моделирование.

Применение гидроциклонов в технологических схемах обогащения полезных ископаемых является общепринятым техническим решением классификации материалов по крупности, обезвоживания и обогащения по плотности частиц. Это объясняется сочетанием простоты конструкции аппарата с высокой производительностью, низкой энергоемкость и надежностью [1].

Технологические показатели гидроциклона определяют качество получаемых концентратов.

Основным показателем, определяющим стабильность работы гидроциклона, является длительность межремонтного периода его рабочих элементов, т.е. сохранение им оптимальных рабочих параметров гарантирующих высокие технологические показатели.

На технологические показатели работы гидроциклонов влияет следующий комплекс факторов: диаметр гидроциклона, угол конусности; содержание твердого вещества в пульпе; гранулометрический состав твердой фазы пульпы; длина сливного патрубка; размер сечения питающего патрубка; диаметр сливного патрубка; диаметр пескового насадка; разгрузочное отношение.

Рассмотрим технологическую схему обогащения кварцевых песков из вскрышных пород на примере Егорьевского месторождения (рис. 1).

• вскрышные породы

Рис. 1. Схема цепи аппаратов обогащения кварцевых песков для стекольной промышленности: 1 - питатель; 2 - конвейер; 3 - промывочный барабан; 4 - гидроциклон; 5 - классификатор; 6 - грохот; 7 - сборный конвейер

Гидроциклоны, в технологической линии обогащения кварцевых песков из вскрышных пород при комплексной отработке Егорьевского месторождения, перерабатывают гидроабразивную пульпу с твердостью компонентов до 7 единиц по Моосу, с величиной зерна от +2,5 до -0,05 мм, при давлении от 1*104Па до 1,5*104 Па.

Для данной технологической схемы первые шесть факторов, влияющих на технологические показатели работы гидроциклона, являются достаточно стабильными и полностью удовлетво-

ряют в течении длительного периода требованиям технологии обогащения. Последние три фактора, в особенности внутренние диаметры пескового насадка и сливного патрубка, в результате гидроабразивного изнашивания рабочих поверхностей быстро меняются, в результате этого песковый насадок и сливной патрубок имеют наименьший межремонтный период от 1,3 до 8,9 месяцев среди других рабочих элементов гидроциклона.

В то же время, наиболее важным фактором, влияющим на все технологические показатели работы гидроциклонов, является стабильность разгрузочного отношения | — | - отношение

I ¿с )

внутреннего рабочего диаметра пескового насадка к внутреннему рабочему диаметру сливного патрубка. Все другие факторы имеют второстепенное значение [2,3,6,8].

Оптимальное разгрузочное отношения подбирается для гидроциклонов в каждой технологической линии обогащения полезных ископаемых.

Разгрузочное отношение гидроциклонов для данной технологической схемы определялось на основе методики [4] и составляло 0,45 (диаметр пескового насадка 90 мм, диаметр сливного патрубка 200 мм). При данном разгрузочном отношении потери полезного ископаемого составляли 17 % от общей массы.

Для определения оптимального разгрузочного отношения гидроциклонов на обеих стадиях обесшламливания в технологических линиях обогащения кварцевых песков из вскрышных пород Егорьевского месторождения были проведены исследования. Разгрузочное отношение изменялось за счет изменения внутреннего диаметра пескового насадка, как наиболее слабого конструктивного звена, имеющего наименьший межремонтный период, и являющегося лимитирующим звеном гидроциклона.

Для каждого значения разгрузочного отношения производилось 10 анализов на содержание полезного компонента в сливе гидроциклонов. Максимальное отклонение в каждой точке составило 2,6 %. Для построения точки на графике брали среднее значение потерь полезного ископаемого из 10 анализов. Данные исследования приведены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание кварцевых песков в сливах и шламов в песках гидроциклона в зависимости от величины разгрузочного отношения

Разгрузочное отношение гидроциклона di/dc Содержание полезного компонента в сливах от его общего количества в поступающей на гидроциклон пульпы, % Содержание шламов в полезной компоненте от их общего количества в поступающей на гидроциклон пульпы, %

0,45 17 0,4

0,5 12 1,1

0,55 7 2

0,60 3 3,1

0,65 2 7,8

0,70 1 15

0,75 0,3 22,5

На основании анализа изменения конструктивного параметра установлены зависимости содержания полезной компоненты в шламах:

Pk = 226,19 ^^ j - 326,5 ^^ j + 118,25 , (1)

где Pk - содержание полезной компоненты в шламах, %, — —

dc

разгрузочное отношение, и содержания шламов в полезной компоненте от разгрузочного отношения:

Sh = 346,19 ^^ j - 344,07 ^^j + 85,767 , (2)

где Sh - содержание шламов в полезной компоненте, %, —

разгрузочное отношение гидроциклона, представленные на рис.2, которые с достаточной для практики точностью описывают данные процессы.

Увеличение разгрузочного отношения, как видно из графика, хотя и уменьшает потери полезного ископаемого до 2 %, но резко увеличивает содержание шламов в продукте с 3 % до 7,8 %. Уменьшение же разгрузочного отношения практически дает обратный эффект, т.е. увеличиваются потери полезного ископаемого с 3 % до 7 % и уменьшается с 3 % до 2 % шламовая составляющая в готовом продукте [5,7].

Рис. 2. Влияние изменения разгрузочных отношений на потери кварцевых песков со сливами и содержание шламов в песках

Наличие твердой фазы в сливах и шламов в песках говорит о недостаточной эффективности работы гидроциклона как классифицирующего аппарата. Количество шламов в песках и песков в сливах, указанных в табл. 2, можно представить как часть общего потока пульпы, поступающей в гидроциклон, и неподвергающейся классификации (рис. 3).

Таблица 2

Поток пульпы, не подвергшийся классификации

Разгрузочное отношение Объем содержания шламов в песках от общего количества поступающей на гидроциклон пульпы, % Объем содержания песка в сливах от общего количества поступающей на гидроциклон пульпы, % Суммарное содержание песков в сливах и шламов в песка от общего количества поступающей на гидроциклон пульпы, %

0,45 4,25 0,3 4,55

0,5 3 0,825 3,825

0,55 1,75 1,5 3,25

0,6 0,75 2,325 3,075

0,65 0,5 5,85 6,35

0,7 0,25 11,25 11,5

0,75 0,075 16,875 16,95

Рис. 3. Распределение потока пульпы, не подвергшегося классификации

Разгрузочное отношение гвдроциклона Рис. 4. Величина потока пульпы, не подвергшегося классификации

Обработка результатов наблюдений (рис. 2) позволила получить уравнение:

где Р - величина потока, не подвергшегося классификации, %,

— разгрузочное отношение гидроциклона, из которого

следует, что рациональным значением разгрузочного отношения гидроциклона является 0,572 (рис. 4).

Из этого следует, что чем меньше величина потока, не подвергшегося классификации, тем эффективнее работа гидроциклона, а разгрузочное отношение, при котором достигается минимум этого потока, является оптимальным для этого вида гидроциклонов при переработке конкретной пульпы.

1. Торопов O.A. Современные гидроциклоны как эффективное классифицирующее оборудование, Горный Журнал, 2005, №6 с.65—66;

2. Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках, М.: Недра, 1978.

3. Соколов В.И. Ценрофутирование, М.: Химия,1978.

4. Дзимбо М. Классификация зернистых материалов гидравлическим способом - (Перевод В.И.Н.И.Т.И. №30485/2), 1960г., т.24, №9, с. 717-724.

5. Шагарова O.H. Зависимость технологических показателей от изменения конструктивных параметров гидроциклона, / Деп. рук. №422/1105, 4 стр., М.: МГГУ, ГИАБ, 2005.

6. Шагарова O.H. Энергетическая характеристика гидроциклона, М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень, №10, 2010.

7. Шагарова O.H. Гидроабразивное изнашивание рабочих поверхностей гидроциклона в зависимости от гранулометрического состава и содержания твердой фазы в пульпе, М.: МГГУ, Горный информационно-аналитический бюллетень, №4, 2006.

8. Торопов O.A. Расчет конструктивных параметров гидроциклонов нового поколения, исходя из заданных показателей разделения продуктов операции гидроциклонирования, издательство МГГУ, Горный информации-онно-аналитический бюллетень, №1, 2009 г., 25-34 с. и'.'-^

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Шагарова Ольга Николаевна - доцент, кандидат технических наук, докторант, Московский государственный горный университет, [email protected]

P

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ