Тяжелосредное обогащение углей
Шрифт:
Выбор оптимального соотношения горизонтального (транспортного) и вертикального (восходящего) потоков позволяет несколько улучшить равномерность поля плотности суспензии, однако при любых соотношениях потоков полностью ликвидировать участки неравномерной плотности не удается. Радикальным способом создания более равномерного поля плотности и общего улучшения гидродинамических условий разделения в рабочей ванне сепаратора является оптимизация ее формы.
Исследование методом ЭГДА ванн наиболее распространенных отечественных двухпродуктовых тяжелосредных сепараторов с наклонным (СК) и вертикальным (СКВ) элеваторными колесами позволило получить гидродинамическую картину движения потоков суспензии.
Оценка поля скоростей производилась с помощью коэффициента неравномерности
Гидродинамическое
где Sз – площадь застойных зон в центральном сечении ванны сепаратора (зон с минимальными скоростями потока); Sв – общая площадь сечения ванны.
В результате исследований установлено, что внутри проточной части ванн сепараторов СК и СКВ имеются застойные зоны, расположенные преимущественно под загрузочным и разгрузочным (для легкой фракции) желобами у боковых стенок. В сепараторе СКВП желоба вынесены за пределы ванны, улучшена конфигурация проточной части, кроме того, с помощью специального загрузочно-распределительного устройства упорядочена подача горизонтального потока суспензии.
Сравнение коэффициентов Кн и Кс, полученных И.А. Доброхотовой и В.И. Жорником. приведено ниже:
Внутри ванны оптимальной формы (сепаратор СКВП) отсутствуют зоны со значительной неоднородностью скоростей, вызывающей циркуляционные потоки, а также зоны с малыми значениями скоростей (застойные зоны), что способствует повышению производительности сепаратора и эффективности разделения обогащаемого материала.
Опыты на лабораторном сепараторе для углей крупностью 13–25 мм показали, что в ванне оптимизированной формы разделение проходит более интенсивно по сравнению с разделением в ванне обычной формы: время разделения уменьшается почти вдвое (соответственно растет производительность), а эффективность разделения существенно улучшается (Еpm = 48 кг/м3 и Еpm = 25 кг/м3 соответственно).
Более детальные экспериментальные исследования были проведены на полупромышленном сепараторе также с ваннами двух типов (стандартной и оптимизированной), имевшими одинаковую ширину 0,44 м.
Рис. 2.2. Зависимость показателя эффективности разделения Еpm от производительности Q для ванны стандартной (1) и оптимизированной (2) форм
В качестве примера на рис. 2.2 показана зависимость эффективности разделения от производительности для одного и того же весьма труднообогатимого угля крупностью >13 мм при обогащении в сепараторе с ваннами двух типов.
Увеличение нагрузки на ванну стандартной формы сопровождается резким ухудшением эффективности разделения во всем диапазоне производительностей. Ванна оптимизированной формы позволяет достичь лучшей эффективности разделения до предела нагрузочной устойчивости,
В промышленных сепараторах суспензия обычно загрязнена угольным и породным шламами, что ухудшает ее реологические свойства. Поэтому снижение вязкости и предельного напряжения сдвига рабочей суспензии является одним из средств воздействия на результаты обогащения.
Введение в концентрированные, сильно зашламленные суспензии реагента-пептизатора (например, гексаметафосфата натрия) при расходе 1–1,5 кг/м3 заметно улучшает реологические параметры среды и повышает эффективность разделения.
В опытах, проведенных на полупромышленном тяжелосредном сепараторе, было показано, что добавка гексаметафосфата натрия (1 кг/м3) в суспензию плотностью 1800 кг/м3 (концентрация шлама около 35 %) снижает ее вязкость с 11,2·10– 3 до 9,4·10– 3 Па·с, а предельное напряжение сдвига – с 12 до 7,8 Н/м2. При этом эффективность разделения соответственно улучшается с Еpm = 62 до Еpm = 38 кг/м3.
Преимущества обогащения в тяжелосредных сепараторах узких классов углей (при уменьшенном отношении dmax /dmin), вытекающие из теоретических представлений, были подтверждены экспериментальным путем. Так, при обогащении угля крупностью 6-25 мм в тяжелосредном сепараторе в суспензии плотностью 1800 кг/м3 эффективность разделения Еpm составила 70 кг/м3, а при обогащении того же угля раздельно по классам 6-13 и 13–25 мм – 67 и 48 кг/м3 соответственно. Принцип обогащения узких классов углей был реализован в опытном образце промышленного сепаратора СКВД-32, в котором, например, класс 6-25 мм обогащался с эффективностью Еpm = 80 кг/м3, а этот же класс в составе более широкого класса крупности 6-350 мм – с эффективностью Еpm = 150 кг/м3, т. е. значительно худшей.
Оптимизация гидродинамической формы ванны и рациональная система подачи горизонтального потока улучшают распределение скоростей суспензии и уменьшают масштаб турбулентных вихрей. Однако создание сепаратора, в ванне которого полностью были бы исключены циркуляции суспензии и скорость равномерна, практически невозможно. В связи с этим реальная скорость продвижения разделяемого материала в горизонтальном направлении меньше скорости суспензии, так как циркуляционные вихри притормаживают перемещение слоя угля. Кроме того, у стенок ванны скорость перемещения несколько меньше, чем в центральной части.
Усредненная скорость продольного транспортирования материала тр связана с усредненной горизонтальной скоростью потока суспензии с поправочным коэффициентом:
где
Рис. 2.3. Зависимость времени пребывания в ванне сепаратора легких зерен (крупность 100 мм) от разности плотностей зерен и суспензии з– с, кг/м3