В связи с постоянно растущей потребностью промышленности в высокосортном топливе и сырье для производства кокса количество обогащаемого угля непрерывно растет. За последний период наметилась устойчивая тенденция к увеличению содержания мелких классов и их зольности в углях, поступающих на обогащение.
В рядовых углях количество мелких классов крупностью менее 0,5 мм составляет около 30%. Кроме того, имеет место дополнительное шламообразование при транспортировке и других технологических операциях.
Несовершенство обезвоживающей аппаратуры приводит к накоплению в системе оборотных вод шламов, переработка которых, как правило, сопряжена с большими трудностями.
Опыт работы ряда обогатительных фабрик, а также имеющиеся исследования института УкрНИИуглеобогащения показали, что эффективность обогащения крупнозернистых шламов гравитационными методами очень низка.
Мало эффективно обогащение этих шламов и флотационным методом. На ряде фабрик малозольные шламы 1 стадии сгущения частично или полностью направляется в присадку к мелкому концентрату отсадочных машин.
Не менее острая проблема возникает при обезвоживании крупнозернистого шлама. В частности, на рассматриваемой схеме шлам 1 стадии сгущения поступает на обезвоживание в конические грохота вместе с мелким концентратом отсадочных машин. Циркулируя в системе «пирамидальные сгустители – конические грохота», крупнозернистый шлам накапливается в значительных количествах и резко ухудшает работу обезвоживающей аппаратуры. Одновременно заметно ухудшается работа всей водно-шламовой системы фабрики, увеличивается количество и крупность шлама, поступающего на флотацию. В этой связи в настоящей работе поставлена задача разработать рациональную технологическую схему переработки шламов 1 стадии сгущения, обеспечивающую снижение циркуляции потоков и повышение эффективности процессов обогащения.
Следует отметить, что проблема переработки крупнозернистого шлама не до конца решена и на целом ряде родственных предприятий. На обогатительных фабриках Ясиновацкого КХЗ и на ЦОФ Чумаковская крупнозернистый шлам циркулирует в системе, поступая на контрольную машину и отсадку мелкого угля соответственно. На Ц0Ф Узловская часть крупнозернистого шлама идет в присадку к мелкому концентрату без обогащения после предварительного обезвоживания на ленточных вакуум-фильтрах. Другая часть потока обогащается пенной сепарацией в машинах. Недостаток этой схемы - низкая зольность хвостов после сепарации. Рациональной представляется схема переработки зернистых шламов, при которой выполняются следующие условия:
- минимальное накопление и циркуляция шлаков в технологических узлах; - эффективное обезвоживание, обеспечивающее достаточно высокий вывод шламов из системы; - снижение нагрузки на флотацию и уменьшение верхнего предела крупности частиц; - уменьшение влажности основных продуктов гравитационного отделения. Последнее весьма существенно в условиях обогатительных фабрик, где не предусмотрена термическая сушка продуктов обогащения.
Гидравлическая классификация и сгущение шламовых вод осуществляется в пирамидальных отстойниках общей площадью 108 м2с параллельной схемой подключения ячеек, что обеспечивает одинаковую характеристику по крупности в сгущенном продукте каждой ячейки.
Поступающая в них пульпа значительно разбавлена (130 г/л), что обеспечивает хорошее осаждение зернистого материала. Работу пирамидальных отстойников оценивают по показателю эффективности осветления:
nосв=(Bпит-Bсл)/Bпит*100,
где nосв – эффективность осветления,%, Bпит – содержание твердого в питании, г/л; Bсл - содержание твердого в сливе, г/л;
Показатель эффективности осветления угля пирамидальных сгустителей зависит не только от содержания, но и в большой степени определяется удельной нагрузкой по пульпе, содержанием твердого в оборотной воде. В условиях работы изучаемого объекта показатель эффективности осветления составляет:
nосв=(130-100)/130*100=23%.
Гидравлическая классификация в пирамидальных сгустителях рассматривается как разделение взвешенного материала в зависимости от крупности, плотности и формы верш. На гидравлическую классификацию существенное влияние оказывает удельная нагрузка по пульпе и твердому, гранулометрический состав пульпы. В пирамидальных классификаторах с горизонтальным потоком, работающих без подачи нижней воды, механизм разделения по высоте слоя среды происходит в неодинаковых условиях. Вблизи зеркала олива, где пульпа более разжижена, происходит свободное или близкое к нему осаждение зерен. По мере опускания зерен содержание твердого в пульпе увеличивается и разделение зерен происходит в стесненных условиях. Разделение материала в густых пульпах происходит при турбулентном перемешивании взвеси, вследствие чего происходит засорение получаемых конечных продуктов не свойственными им зернами.
Экспериментально установлено, что разделение шлама происходит тем быстрее, чем разжижение взвеси и чем больше разница в гидравлической крупности зерен. Так как шлам в пирамидальном классификаторе находится весьма ограниченное время, которое определяется нагрузкой и рабочим объемом классификатора, взвесь разделяется частично.
Обезвоживающие грохота являются одним из широко распространенных видов углеобогатительного оборудования. Важным узлом обезвоживающих грохотов, который существенно влияет на качественно-количественные показатели их работы, является рабочая поверхность. В последнее время с целью улучшения технологических показателей процесса обезвоживания мелкого угля и шлама на грохотах созданы и доведены до серийного выпуска тканые сетки с прямоугольными ячейками «волна» и др.
На эффективность обезвоживания в большей степени влияет характеристика шлама и интенсивность разрыхления его при перемещении по рабочей поверхности. При интенсивном встряхивании шламов расширяются каналы для выделения свободной влаги, увеличивается водоотделение, снижается влажность обезвоживаемого продукта. Процесс обезвоживания шламов исследовался на механическом встряхивателе с отверстиями тканых сит в 0,5 мм.
При рассмотрении результатов следует, что с увеличением толщины слоя материала на грохоте снижается извлечение класса 0-0,5 мм в подрешетный продукт и увеличивается влагообезвоженного шлама. Наряду с этим увеличивается выход надрешетного продукта и существенно уменьшается содержание класса более 0,5 мм в подрешетном продукте. Исследования показали, что с увеличением удельной нагрузки на обезвоживающий грохот свыше 3 т/(м2*ч) возрастает извлечение тонкозернистого шлама в надрешетный продукт.
Результаты исследования показывают, что с увеличением плотности питания с 250 до 500 г/л снижается влажность продукта на 4%, несмотря на увеличение мелочи в надрешетном продукте. Наряду с этим в подрешетном продукте уменьшается с 6,3 до 0,5 %содержание класса более 0,5 мм.
Таким образом, увеличение производительности грохота и соответственно слоя надрешетного продукта препятствует уносу зерен крупнее 0,5 мм в подрешетный продукт, а также способствует частичному улавливанию и выводу из системы тонкозернистого шлама.
Таким образом, и с точки зрения обезвоживания крупнозернистого шлама на грохотах, требуется снизить нагрузки по питанию на пирамидальные сгустители, чтобы повысить качество сгущенного продукта.
Для обезвоживания угольных шламов на обогатительных фабриках широкое распространение получили дисковые и ленточные вакуум-фильтры. Вакуум-фильтры, в отличии от других обезвоживающих аппаратов (грохоты, осадительные центрифуги, гидроциклоны и др.) характеризуются наиболее высоким извлечением твердого в осадок. При обезвоживании шламов на дисковых вакуум-фильтрах извлечение составляет 84-86%, на ленточных вакуум-фильтрах–94-96%. Практически все крупнозернистые и большая часть тонких шламов остаются в осадке и выводятся из системы.
На работу вакуум-фильтров существенное влияние оказывает характеристика обезвоживаемого продукта. Водонепроницаемость, пористость осадка в большей степени определяется крупностью фильтруемого материала.
Одним из способов повышения производительности вакуум-фильтров является искусственное увеличение проницаемости осадка посредством добавки к фильтруемому материалу крупнозернистых шламов. Присадка к флотационному концентрату крупнозернистого шлама приобретает весьма важное значение в тех случаях, кода в питании флотации преобладают тонкие шламы. Если флотационные концентраты имеют зернистую характеристику, влияние присадок менее существенно.
Для изучения процессов обезвоживания шламов при помощи фильтрования применялись лабораторные установки периодического действия с погружным фильтром и наливной фильтрующей воронкой.
При проведении опытов на установке поддерживаются определенные заранее заданные условия фильтрования – перепад давления, концентрация твердого в исходной суспензии, время фильтрования и др.
Время набора и сушки осадки для погружного фильтра рассчитывается исходя из необходимой частоты вращения дисков и соотношения зон, заданная величина вакуум в зоне набора и просушки регулируется. Каждый опыт дублировался три раза. Основными технологическими показателями фильтрования суспензии являются: производительность, влажность обезвоженного продукта и чистота получаемого фильтрата.
Производительность фильтрованного оборудования выражается объемом перерабатываемой суспензии, массой сухого обезвоженного осадка или объемом получаемого фильтрата в единицу времени. При исследовании на лабораторном стенде наиболее удобным показателем производительности является удельная производительность по сухому обезвоженному осадку q т/(м2*ч). По этому показателю в работе и оценивалась производительность фильтров. Важным показателем фильтрования является влажность обезвоженного осадка, так как она предопределяет затраты средств на его термическую сушку. Унос твердого с фильтратом связан с временной, а иногда и с безвозвратной потерей твердого продукта, а также с чистотой фильтрата.
Загрязнённые фильтраты отрицательно влияют на процессы обогащения и осаждения, протекающие с использованием оборотных вод, к которым присоединяется фильтрат. Основными факторами, влияющими на технологические показатели фильтрования, являются: перепад давления по обе стороны фильтрованной перегородки, характеристика твердой фазы суспензии, концентрация исходной суспензии, продолжительность фильтрования.
Однако на практике это влияние является более сложным. Изменение производительности с изменением перепада давления зависит также от концентрации питания, зернистости пульпы. Перепад давления оказывает существенное влияние также на влажность обезвоженного осадка. Это объясняется увеличением расхода просасываемого воздуха и, следовательно, удаляемой влаги с возрастанием вакуума. В литературе приводят характерные данные о влиянии вакуума на удельного производительность фильтра и влажность угольных шламов различной крупности. Крупнозернистые осадки подвержены влиянию действия вакуума больше, чем мелкозернистые.
Исследования, проведенные со шламами пирамидальных сгустителей на погружных фильтрах показывают, что увеличение вакуума с 300 до 500 мм рт. ст. оказывает существенное влияние на показатели фильтрации. Влажность осадка уменьшается с 26 до 18%, удельная производительность увеличивается с 225 до 400 кг/(м2*ч).
Увеличение вакуума почти не влияет на унос твердых частиц с фильтратом. При плотности питания 350 г/л содержание твердого в фильтрате не превышало 30 – 40 г/л, извлечение твердого в осадок составляло 86-88%.
Влияние характеристики твердой фазы суспензии на показатели фильтрования особенно значительно. Филътрование и просушка проводились в течение 40 с при вакууме 400 мм рт.ст. Концентрация суспензии составляла от 200 г/л до 500 г/л. Как видно из значение удельной производительности крупнозернистого шлама (класс 0-1 мм) значительно превосходит удельные производительности мелкозернистого шлама (0-0,5 мм). Чем больше концентрация суспензии, тем больше разница удельных производительностей .фильтра для крупнозернистых и мелкозернистых шламов. Объясняется это тем, что при повышении концентрации суспензии наблюдается уменьшение удельного сопротивления осадка для крупнозернистых шламов в большей степени, чем для мелкозернистых.
Для изучаемых шламов лабораторные исследования показали, что, несмотря на увеличение производительности, одновременно несколько снижается и влажность осадка.
Увеличение концентрации суспензии существенно снижает унос твердых частиц с фильтратом (от 80 г/л при концентрации 200 г/л до 40-30 г/л при 350 – 500 г/л). Проведенные исследования свидетельствуют о том, что предварительное сгущение шламов в пирамидальных сгустителях до большой плотности и добавления их к флотационному концентрату при обезвоживании на вакуум-фильтрах является мощным фактором увеличения производительности фильтровального оборудования. Однако, следует учитывать, что при добавлении крупнозернистых шламов могут наблюдаться случаи расслоения пульпы в ванне. Расслоение пульпы чаще наблюдается при фильтровании разжиженных пульп и при меньшем вакууме.
При расслоении пульпы возникает необходимость разгрузки осевшего продукта через отверстия в днище ванны, что значительно снижает производительность фильтра и приводит к циркуляции шлама.
Поэтому для обезвоживания преимущественно быстро осаждающихся суспензий с неоднородной крупностью твердой фазы предназначены ленточные вакуум-фильтры. Ленточные вакуум-фильтры представляют собой аппараты непрерывного действия, работающие под вакуумом, конструктивно оформленные в виде горизонтально расположенного стола, состоящего из отдельных камер, снабженных бесконечной движущейся эластичной лентой, покрытой фильтровальной тканью. На ленточном фильтре разделение фаз осуществляется при совпадении направления движущихся сил процесса – гравитационной и силы, обусловленной разностью давлений со стороны перегородки.
Таким распределением сил, вызывающим сегрегацию дисперсной фазы на фильтровальной перегородке, объясняется осуществление наиболее благоприятного вида фильтрования. На горизонтальной фильтрующей перегородке создается оптимальная структура осадка с более высокой скоростью фильтрования, а удельная производительность выше, чем у вакуум-фильтров других конструкций. Этим также объясняется пригодность ленточных вакуум-фильтров для обезвоживания быстро осаждающихся, расслаивающихся крупнозернистых шламов первой стадии сгущения. Таким образом, приведенный обзор свидетельствует о преимуществах ленточных вакуум-фильтров перед фильтрами другого исполнения. Кроме более высокой удельной производительности, они снижают влажность осадка в связи с тем, что съем последнего осуществляется без применения сжатого воздуха, увлажняющего осадок.
Анализ работы узла сгущения шламов свидетельствует о несовершенстве технологии их обработки, следствием чего является потеря органической массы и ухудшение эффективности регенерации оборотных вод.
Детальное исcледование причин неудовлетворительной работы системы переработки крупнозернистых шламов позволило разработать мероприятия по их устранению. На основании выполненных исследований вытекают следующие выводы:
1. Циркуляция крупнозернистого шлама в системе "пирамидальные сгустители - конические грохоты ГК" приводит к перегрузу по твердому и воде центрифуги и пирамидального сгустителя. В результате этого повышается влажность мелкого концентрата и затрудняется процесс классификации шламов, поступающих на сгущение. В свою очередь это приводит к попаданию на флотацию зерен крупнее 0,5 мм, которые теряются с отходами. 2. С помощью математического моделирования теоретически обоснована целесообразность реализации технологической схемы, обеспечивающей вывод крупнозернистого шлама из циркуляции в узел самостоятельной переработки. 3. Найдены зависимости содержания твердого в продуктах разделения от изменения величины извлечения твердого узлом обезвоживания крупнозернистого шлама. 4. Установлена высокая эффективность обезвоживания крупнозернистых шламов в пирамидальных сгустителях, на обезвоживающих грохотах и фильтрах.
1. Руденко К.Г., Шемаханов М.М. Обезвоживание и пылеулавливание. Учебник для вузов. 2-е издание, перераб. и доп. - М.: Недра, 1981, 350с.
2. Чуянов Г.Г. Обезвоживание, пылеулавливание и охрана окружающей среды.: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1987 - 260с.
3. Справочник по обогащению углей. - М.: Недра, 1974. - 488с.
4. Андреев С.Е., Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. - М.: Недра, 1980. – 415с.