Более 20 лет гидросепараторы успешно используются для извлечения угольной мелочи из отвалов пустой породы. В последние годы они стали применяться и для переработки углей, добытых открытым или подземным способом. Необходимость в обогащении угольной мелочи растет постоянно по мере расширения использования высокомеханизированных методов угледобычи. К примеру, при подземной добычи угля можно ожидать до 20% фракций крупностью менее 0.5 мм.
Применение гидросайзера является решением отмеченных выше проблем, поскольку последние обеспечивают высокоэффективное извлечение угольной фракции крупностью до 5 мм. Метод сочетает относительно низкие капитальные и эксплуатационные затраты с простым, автоматическим режимом работы.
Компенсация возмущений на процесс со стороны нагрузки и состава исходного материала происходит автоматически, без какого либо ущерба на качество продукции.
Установка гидросепаратора в существующую схему обогащения относительно проста и может применяться в тех случаях, когда, например, необходимо снизить нагрузку и поднять эффективность работы систем с тяжелыми средами или пенной флотации.
Типичными областями применения гидросепаратора являются:
Продукты процесса - литейный песок, песок для стекольной промышленности, каолин, отмытый мелкий уголь.
Гидросайзер представляет собой классификатор с принудительным осаждением, состоящий из цилиндрической камеры для стока воды с параллельными стенками. В установке используется восходящий поток воды, создающий взвешенный слой в емкости или камере. Восходящий поток воды вводится под постоянным давлением (не более 1 атм) и заданной скорости потока в камеру давления, откуда он равномерно распределяется в основание гидросайзера через распределительную пластину. Восходящий поток воды подается отдельным насосом из бака с постоянной подпиткой воды. Для каждого гидросайзера устанавливается по одному такому насосу, хотя можно использовать и общий бак подачи воды. Допускается также вариант подачи воды из постоянно подпитываемого напорного бака. В любом случае следует обращать внимание на согласованность подающей системы трубопроводов, чтобы исключить перепад давления при подаче в водяную камеру гидросепаратора. Для достижения требуемого значения скорости восходящего потока при запуске установки предусмотрена система клапанов регулировки потока вместе с расходомерами.
Через верхнюю часть в гидросепаратор непрерывно загружается исходный уголь в виде пульпы, с содержанием 40-60% твердой фазы по массе. Оптимальное содержание твердой фракции - 600 г/л (50%) - достигается за счет обработки исходного материала в гидроциклоне. По мере попадания частиц в восходящий поток воды происходит их разделение. Твердая фаза в гидросайзере разделяется, таким образом, что более крупные (или тяжелые) частицы концентрируются в нижней части сепаратора, а тонкодисперсные (легкие) частицы - в верхней части. Таким образом, взвешенный слой образуется на подложке из тяжелых фракций, которая поддерживает слой более легкой фракции - угля. Вновь поданные порции исходного материала вытесняют мелкую и легкую фракции угля через слив гидросепаратора в сливной желоб.
Плотность взвешенного слоя поддерживается регулируемым сбросом избытка материала через разгрузочные клапана гидросепаратора. Крупные (тяжелые) частицы удаляются через клапана, которые управляются системой автоматического регулирования. На рассчитанном уровне взвешенного слоя в емкости гидросайзера устанавливается зонд. Датчик давления, размещенный в основании зонда, преобразует сигнал в электрический, который в конечном итоге управляет электрогидравлическим приводом клапана разгрузки при превышении заданного значения плотности слоя. Материал разгружается через клапан, пока плотность слоя не снизится до заданного, после чего клапан закрывается. Привод способен перемещаться на 40 мм, что обеспечивает нужное положение шаровых клапанов.
Эффективность обогащения угольной мелочи очень зависит от постоянства плотности взвешенного слоя, что обеспечивается равномерным распределением восходящего потока воды при постоянной скорости и давлении, а также контролем накопления твердого во взвешенном слое.
Эффективность обогащения на гидросайзере во многом определяется ситовым составом как угольной фракции, так и породной исходного материала. Максимальный размер частицы чистого угля ограничен только массой частицы, которая может выгрузиться через верхний слив. В общем случае, для углей с плотностью 1.3 г/см3 такой размер составляет примерно 5 мм. Нижний предел по крупности для чистого угля отсутствует.
Скорость сброса через разгрузочный клапан подбирается, таким образом, чтобы обеспечить стабильность взвешенного слоя, в этой связи нельзя устанавливать слишком большой зазор в клапане. Таким образом максимальная крупность исходного угля составляет 5 мм. Имеется небольшой страховочный допуск, чтобы исключить всякое запирание клапана.
Нижний предел размера частиц тяжелой фракции определяется минералогическим составом исходного материала, обычно выделяется материал мельче 75 мкм. Чем меньше размер частиц, тем больше в нем содержится илов, что приводит к увеличению вязкости восходящего потока, что ухудшает качество концентрата. Скорость осаждения тонкой частицы в потоке со стоксовском режиме обратно пропорциональна вязкости жидкости. По этой причине не рекомендуется использовать загрязненную воду для создания восходящего потока. Очевидно, по мере увеличения вязкости циркулирующих потоков необходимо снижать скорость восходящих потоков воды. Это приведет к заметному возрастанию плотности разделения и к ухудшению качества конечного продукта. Вывод - для формирования восходящего потока рекомендуется использовать воду с содержанием в ней твердого до 5 г/л.
Абсолютные значения плотностей концентрата и отделяемой породы сами по себе не имеют существенного значения. Однако, важно, чтобы разница в плотностях двух продуктов обеспечивала возможность формирования взвешенного слоя с нужной плотностью разделения. Соотношение между массами частиц выделяемых продуктов определяет возможность использования гидросайзера для переработки угольного сырья. Таким образом, все указанные выше параметры конструкции не могут рассматриваться по отдельности, на практике следует учитывать комбинацию соотношений между размером, плотностью и формой частиц угля и породы.
Обогащение угля подземной добычи с помощью гидросайзеров осуществляется сравнительно недавно, поэтому подробные эксплуатационные характеристики будут обсуждаться только на основе практики обогащения отвалов пустой породы. Предварительные результаты недавно запущенной установки по обработке продукции подземной выработки приводятся для сравнения (табл. 3). Результаты, указанные в таблицах 1 и 2, получены в ходе эксплуатационных испытаний в Университете Кардиффа для типичной операции обогащения слежавшихся отвалов с использованием одноступенчатого гидросайзера диаметром 1.8 м.
Показатели эффективности |
Размер фракции |
||
+ 1 мм |
0.5 - 1 мм |
0.25-0.5 мм |
|
Плотность разделения |
1.38 |
1.53 |
1.89 |
Вероятная ошибка, Epm |
0.038 |
0.063 |
0.195 |
Дефект, I |
0.1 |
0.119 |
0.219 |
Общая эффективность |
86.9 |
98.4 |
94.0 |
Размер фракции |
Исходное Верхний слив Сброс (восстановленное)(чистый продукт)(Отходы) |
|||||
Выход,% |
Зола,% |
Выход,% |
Зола,% |
Выход,% |
Зола,% |
|
+ 1 мм |
16.11 |
13.13 |
12.23 |
2.78 |
22.72 |
30.71 |
0.5-1 |
23.25 |
29.11 |
21.65 |
5.37 |
25.97 |
69.55 |
0.25-0.5 |
23.35 |
37.60 |
17.97 |
10.62 |
32.51 |
83.53 |
Итого |
62.71 |
28.17 |
51.85 |
6.58 |
81.40 |
64.13 |
|
Размер фракции |
Исходное Верхний слив Сброс (восстановленное)(чистый продукт)(Отходы) |
|||||
Выход,% |
Зола,% |
Выход,% |
Зола,% |
Выход,% |
Зола,% |
|
+ 1 мм |
21,28 |
28,99 |
17,44 |
2,56 |
45,55 |
65,79 |
0.5-1 |
25,45 |
27,61 |
27,19 |
4,28 |
33,53 |
78,24 |
0.25-0.5 |
23,25 |
16,23 |
23,38 |
9,59 |
17,78 |
83,35 |
Итого |
69,98 |
24,25 |
68,01 |
5,66 |
96,86 |
73,32 |
Показатели эффективности, приведенные в табл. 1, рассчитаны в соответствии с требованиями стандартов Великобритании BS 3620; 1963. Критическая точка по Тромпу или плотность разделения возрастает с 1.38 для частиц с размером 1 мм до 1.89 для фракции 0.5-0.25 мм. Соответственно и эффективность разделения, которая характеризуется средним вероятным отклонением, изменяется от 0.038 до 0.195 для фракций с указанными выше размерами.
Данные таблиц 2 и 3 показывают, что применение гидросайзера позволяет получить обогащенный угольный продукт с низкой зольностью и весьма приемлемым содержанием золы в породном продукте. К тому же установка позволяет добиваться таких результатов как при переработке продукции подземной выработки, так и при обогащении считавшихся раннее нерентабельными отвалов пустой породы.
Недавно в целях независимой оценки в Университете Кардиффа была смонтирована пилотная модель гидросайзера. Результаты ее испытаний приводятся в таблицах 4 и 5. Для оценки использовали рядовой уголь подземной выработки и пустую породу из отвалов.
Показатели эффективности |
Размер фракции |
||
+ 1 мм |
0.5 - 1 мм |
0.25-0.5 мм |
|
Плотность разделения |
1,36 |
1,51 |
1,86 |
Вероятная ошибка, Epm |
0,050 |
0,150 |
0,197 |
Дефект, I |
0,139 |
0,294 |
0,229 |
Общая эффективность |
- |
- |
- |
|
Размер фракции |
Исходное Верхний слив Сброс (восстановленное)(чистый продукт)(Отходы) |
|||||
Выход,% |
Зола,% |
Выход,% |
Зола,% |
Выход,% |
Зола,% |
|
+ 1 мм |
6,98 |
33,01 |
4,10 |
3,22 |
- |
- |
0.5-1 |
21,02 |
16,63 |
20,56 |
4,71 |
- |
- |
0.25-0.5 |
31,08 |
21,5 |
32,47 |
7,63 |
- |
- |
Итого |
59,08 |
21,43 |
57,13 |
6,26 |
- |
- |
Анализ приведенных в таблицах данных показывает, что при обогащении угольной мелочи и на лабораторном гидросайзере можно добиваться результатов, сходных с промышленной установкой. Заложенные в данной установке перспективные преимущества ее использования для обработки легких угольных шламов связаны с возможностями снижения серы, которая может появляться из-за наличия свободных пиритов.
В июне 1998 г на ЦОФ "Чумаковская" введен в эксплуатацию комплекс по обогащению шламов производительностью 120 т/час с гидросайзером фирмы "Stokes", Англия диаметром 3 м.
В состав комплекса входит следующее оборудование:
Вновь установленное оборудование размещается на свободных площадях в главном корпусе, отделении флотации и фильтр-прессовом отделении.
Действующее оборудование флотации сохранено до полного освоения новой технологической схемы. Производительность комплекса по данным выполненного рабочего проекта по исходному шламу составляет 120 т/час при исходной зольности 28-36%. Выход концентрата от исходного шлама на гидросайзере составляет от 68 до 76% при зольности 6-8%. Зольность отходов более 70%.
В таблице 6 приведены данные о работе установки в период освоения по данным опробования с 28-30.05.98 г.
Из-за большого выхода класса +1 мм в отходах гидросайзера обезвоживание его по схеме, принятой в проекте (на фильтр-прессах) оказалось невозможным. Обезвоживание отходов гидросайзера производится на центрифуге и скребковым конвейером направляется в бункер и автотранспортом вывозится в отвал.
На рис.2 приведена технологическая схема обогащения шламов на комплексе с гидросайзером, принятая в рабочем проекте.
Особенности этой схемы предопределены планом строительства и реконструкции ЦОФ "Чумаковская", по которому отделения флотации и фильтрации расположены в разных корпусах. Для обеспечения эффективной работы гидросепаратора применяется предварительная обработка исходного шлама в гидроциклонах для удаления тонких илистых частиц. В каждом конкретном случае на обогатительных фабриках за рубежом определяется размер частиц, направляемых для обогащения в аппарат.
Схемы обработки шлама могут быть одноступенчатые с установкой одного гидросепаратора (для частиц 3-0.075 мм) либо двухступенчатые с последовательной установкой двух аппаратов (для частиц 5-0.075 мм).
Обычно гидросайзеры поставляются комплектно со специальным компрессором и аппаратурой управления разгрузкой нижнего продукта обогащения. Расчетная производительность гидросайзеров определяется диаметром этого аппарата. Выпускаются аппараты с диаметром 1.5; 2.4; 3 м.
К преимуществам новой технологии обогащения шламов на гидросайзере относятся:
Гидросайзер - простая установка с низкой себестоимостью, которая может эффективно использоваться для рентабельного процесса обогащения угольной мелочи. С его помощью можно получать кондиционный угольный концентрат.