Целесообразность использования винтовых сепараторов для обогащения крупнозернистого шлама.

Автор: Рахманов С.О.

Источник: Сборник тезисов докладов научно-технической конференции молодых обогатителей Украины. Донецк – 2012 г.

Особую проблему для углеобогатительных фабрик и углеподготовительных цехов коксохимического производства представляет обогащение зернистого шлама (0,5-3 мм). В настоящее время этот продукт при применении типовых схем углеобогащения, включающих процессы разделения в тяжелых средах (сепараторы, циклоны), отсадкой и флотацией практически не обогащается, так как эффективность разделения в этих аппаратах для классов крупности 0,5-3 мм очень низкая. Добавление в необогащенном виде этого класса в угольную шихту, поступающую на коксование, приводит к ухудшению качества кокса, а для энергетических углей снижает их энергетическую ценность. Так же практика эксплуатации углеобогатительных фабрик и специальные исследования показали, что изменение свойств среды от увеличения содержания твердого в циркуляционной воде более 50 г/л - для сильноглинистых и 80 г/л - для слабоглинистых шламов весьма отрицательно влияет на эффективность таких процессов, как обогащение, сгущение шламов, осветление вод и обезвоживание продуктов обогащения.

Особенности таких гравитационных процессов сепарации, как тяжелые среды и отсадка, не позволяют их эффективно употреблять для обогащения крупнозернистого шламов. Для этих целей применяют тяжелосредные гидроциклоны, концентрационные столы, винтовые сепараторы, винтовые шлюзы и другие устройства, использующие гравитационные принципы сепарации в сочетании с эффектами, возникающими при взаимодействии взвесенесущего потока с твердой поверхностью. Рациональный диапазон крупности для них - 0,2...3мм.

Для угольных шламов крупностью <0,5 мм пригодна пенная флотация, которая особенно чувствительна к верхнему пределу крупности. Если он превышает 0,5 мм, то подъемной силы воздушных пузырьков недостаточно для извлечения в пенный продукт гидрофобных угольных частиц и они остаются в камерном продукте флотации, т.е. в отходах. Этим и обусловлен нижний предел машинного класса для отсадочных машин в типовой схеме обогащения угля, но, исходя из сепарационных возможностей процесса гидравлической отсадки, следует его увеличивать до 1...3 мм.

На рисунке 1 приведены кривые относительной эффективности способов обогащения угольных шламов в различных аппаратах. Из приведенных графиков видно, что наибольшая эффективность разделения для угольных шламов крупностью 0,2-1,5 мм соответствует применению винтовых сепараторов.

Рис. 1. Эффективность методов обогащения в зависимости от крупности обогащаемого материала

Для винтовых сепараторов показатель Е_pm лучше для крупного зерна и одинаков для мелкого зерна сравнительно с отсадочной машиной. Применение винтовых сепараторов сравнительно с отсадочной машиной снижает затраты на строительство и обслуживание комплекса переработки зернистых шламов.

Сравнивая, винтовую сепарацию и обогащение зернистого шлама в тяжелосредных гидроциклонах следует сказать, что для углей легкой и средней обогатимости экономически выгоднее применять винтовые сепараторы. Поэтому на фабриках с тяжелосредными установками для снижения нагрузки по мелкому углю отдано предпочтение винтовым сепараторам.

Установлено, что результаты разделения в винтовых сепараторах зависят от хорошей классификации исходного материала с целью получения зерен крупностью 0,5-3 мм.

Процесс разделения зернистого материала на винтовом желобе согласно представлениям ряда исследователей имеет два этапа (фазы):

1. Расслаивание материала по вертикали и переход тяжелых минералов в придонный слой.

2. Смещение (перераспределение) зерен в радиальном направлении, образование минерального веера продуктов сепарации.

Достигнув равновесного состояния, далее зерна движутся по своим винтовым траекториям.

Первый этап является общим для всех процессов разделения в тонком слое пульпы, движущейся по наклонной поверхности. Расслоение зерен проходит в соответствии с принципами, изложенными выше. Большое значение при этом имеют турбулентные пульсации потока, а также явления сегрегации при движении сплоченного придонного слоя. На этом этапе в придонные слои избирательно переходят крупные тяжелые зерна и менее избирательно - тяжелые мелкие зерна. Основными факторами разделения здесь одновременно являются и крупность, и плотность зерен. Придонный слой обогащается тяжелой мелкой фракцией.

Второй этап концентрации связан с явлением поперечной циркуляции потока. Однако поперечное перемещение зерен вызывается также: неодинаковой продольной скоростью легких зерен, занимающих верхние слои, и тяжелых зерен, движущихся в придонных слоях, что приводит к возникновению неодинаковых центробежных сил. Верхние зерна вынуждены под действием этих сил сместиться к внешнему борту; тангенциальной составляющей от веса зерна, которая возникает из-за наклона винтовой поверхности в сторону оси винтового желоба для зерен, движущихся в сплоченном состоянии по дну желоба.

В результате поперечного перераспределения зерна приобретают установившийся характер движения формируют отдельные слои потока (концентрат, промпродукт, хвосты) которые легко снимаются за счет конструкции винтовых сепараторов.

Основное перераспределение зерен заканчивается после прохождения примерно двух или трех витков, после чего зерна движутся на постоянных радиусах. Случайно попавшие зерна не “в свою зону” перераспределяются далее. Этому способствует смывная вода, которую подают в зону внутреннего борта желоба.

Кинетика расслаивания зерен на винтовом сепараторе является типичной для многих массовых процессов: скорость расслаивания зерен является экспоненциальной функцией от времени (или от длины пробега пульпы по желобу). Скорость разделения зерен по высоте потока характеризуется образованием донного слоя тяжелых минералов уже на этапе формирования потока на винтовом желобе, т. е. на первых двух витках, где скорости потока и зерен еще не установились. Высокой скорости расслоения в этот начальный период способствует и то, что пульпа имеет еще высокую степень разрыхления.

Оптимальная длина желоба три витка. Снижение показателей с увеличением длины желоба вызывается перемешиванием слоев пульпы, что для процесса вредно.

Общепринятая схема обогащения крупного шлама в винтовых сепараторах. Содержание крупнозернистого шлама 15% в р/у.

Рис. 2. Схема обогащения крупнозернистого шлама.

Целесообразность использования винтовых сепараторов на ОФ заключается в том, что улучшается процесс разделения в отсадочной машине за счет уменьшения крупнозернистых шламов в рядовом угле. При этом увеличивается зольность породы и увеличивается выход концентрата на 0,7%.

Список использованной литературы:

1. Линев Б.И., Дебердеев И.Х., Давыдов М.В. Техника и технология глубокого обогащения углей. Под ред. В.А. Чантурия. – М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2008. – 283 с. ISBN 978-5-98191-033-3

2. Антипенко Л.А., Кирюхин Ю.Е., Кириченко А.В., Силютин С.А. Техника и технология обогащения углей: Справочное пособие. – Прокопьевск: ОГУП «Полиграф-объединение», 2008. – 330 с., ил.

3. Кулешова М. А. Обогащение зернистых шламов коксующихся углей в винтовых сепараторах на обогатительной фабрике «Распадская». Статья. 2011

4. Полулях А.Д., Пилов П.И., Егунов А.Е. Практикум по расчетам качественно-количественных и водно-шламовых схем обогатительных фабрик. Учеб. пос. – Днепропетровск: Национальный Горный Университет, 2007. – 504 с.