ПРИМЕНЕНИЕ CROSS FLOW СЕПАРАТОРА В АМЕРИКАНСКОЙ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Jaisen N. Kohmuench & Michael J. Mankosa, Eriez Manufacturing, Erie, PA. Rick Q. Honaker, University of Kentucky, Dept. of Mining Engineering, Lexington, KY. Robert C. Bratton, Virginia Tech, Dept. of Mining and Minerals Engineering, Blacksburg, VA.
Общее. Hindered-bed сепараторы признаны дешевыми, высокопроизводительными аппаратами для классификации и разделения частичек по плотности; однако с момента их появления было внесено несколько существенных изменений в фундаментальной технологии. Недавно, Эйраз доказал при помощи моделирования и испытательной установки, что инновационный подход к подаче питания, представленный в Cross Flow сепараторе, обеспечивает лучшее сырье для металлургии по сравнению с традиционными сепараторами или спиральными классификаторами. Эта особенность проекта препятствует проникновению избытка воды в камеру разделения и разрушению бурлящего потока в пределах зоны колебаний. Недавно промышленные испытания подтвердили, что эта технология усовершенствует общую эффективность и одновременно уменьшает граничный размер разделения. Применительно к обогащению, данные полномасштабных испытаний показывают, что Cross Flow сепаратор обеспечивает хорошую эффективность разделения, высокую производительность сепаратора и использование сырья в металлургии, как на лабораторных, так и на испытательных установках.
Введение. Teeter-Bed сепараторы. Общее. Гидравлические сепараторы часто используют в обогатительной промышленности для классификации тонкодисперсных частиц по размеру, форме или плотности. Несмотря на то, что существует много типов оборудования, teeter-bed сепаратор – это аппарат, который получил признание в последние годы. Традиционная конструкция сепаратора состоит из открытой конусообразной емкости, в которую вводится классификационная вода через ряд распределительных труб, равномерно расположенных в основании камеры. На протяжении процесса твердое питание подается в верхнюю секцию сепаратора для последующего оседания. Восходящий поток классификационной воды создает “кипящий слой” суспензионных частички. Маленькие промежутки, находящиеся в постели, создают высокоинтенсивные скоростные потоки, которые препятствуют проникновению медленно осаждающихся частичек. В результате маленькие легкие частички накапливаются в верхней части сепаратора и выносятся в сборник с переливом. Большие тяжелые частички, которые оседают быстрее, чем поднимаются восходящие потоки воды, в итоге проходят через “кипящий” слой и разгружаются в один или несколько отверстий в нижней части сепаратора. Гидродинамические исследования показывают, что в “кипящем” слое сепаратора должны существовать неподвижные/не турбулентные состояния, для поддержания высокой эффективности разделения. Чрезмерная турбулентность или изменение параметров потока могут привести к неправильному разделению частиц и снижению эффективности разделения. К сожалению, в гидродинамических сепараторах типично используется система впрыскивания питания, которое попадает прямо в главную разделительную камеру. Такая упрощенная система подачи питания состоит из вертикальной трубы, которая заканчивается на 1/3 в главной части сепаратора. Разгрузочная труба обычно оборудуется разделительной пластиной, чтобы уменьшить скорость потока и рассеять питание, но такой подход создает турбулентность внутри сепаратора, которая оказывает негативное влияние на эффективность разделения. Другая проблема в системе подачи питания – неоднородность скорости потока, созданная дополнительной водой, которая поступает с питанием и направляется в сливной желоб. Ниже точки подачи питания, скорость потока воды обуславливается только бурлящим водным потоком. Такая ситуация необходима, так как это позволяет оператору точно контролировать разделение частиц, регулируя бурлящую скорость потока. Однако выше точки подачи питания, скорость потока – это сумма подачи воды и кипящего потока. Фактически при повышенной скорости подачи питания, объем воды, поступающий с питанием суспензии, может быть больше чем объем потока бурлящей воды. Неоднородность, созданная подачей воды, часто приводит ко вторичной границе раздела “кипящего” слоя, которая постоянно изменяется, так как содержание твердых частиц в питании изменяется. Увеличенный/переменный поток имеет огромное влияние на разделение, увеличивая граничную крупность разделения, тем самым, снижая эффективность и снижая производительность. Обслуживание оборудования – так же важная проблема в проекте гидравлического сепаратора. В обычной модели камеры сепаратора используется ряд боковых труб или стальная плита, расположенная в центральной части разделительной зоны. Эти трубы и плита равномерно перфорированы с большим числом отверстий маленького диаметра. Классификационная вода впрыскивается через эти отверстия по всему поперечному сечению сепаратора. Отношение больших скоростей водных потоков в сочетании с маленькими диаметрами отверстий, делают анализирующее устройство восприимчивым к засорению отверстий из-за загрязнителей в воде. Когда несколько отверстий забиваются, появляется мертвая зона в “кипящем” слое камеры, приводя к потере работы в этой области. В результате обычные сепараторы имеют свойственный недостаток модели, который ограничивает объем и эффективность единицы.
Теория осаждения частиц. Было развито несколько теорий для описания характеристики осаждения частиц в пределах скрытого состояния. Эмпирические методы обычно используются для определения максимальной концентрации частиц. Фактически, проводимые испытания с использованием Cross Flow сепаратора показали, что изменение граничного размера оказывает большое влияние на максимальную концентрацию частиц потонувшего продукта. Этого стоило ожидать, так как тонкодисперсные частички имеют тенденцию заполнять пустоты, которые образуются между более крупными частицами; однако, так как тонкие частицы выносятся в слив (т.е. выше границы разделения), эти пустоты остаются пропорциональными выходу. Чтобы определить этот эффект, были проведены испытания, в которых граница раздела, а также максимум уплотнения были определены экспериментально. Данные испытаний показывают, что существует линейная зависимость между максимальной концентрацией частиц и граничным размером частиц.
Teeter-Bed сепаратор: гравитационное обогащение. Скорость осаждения любой частички – это функция размера частички и плотности. Из-за этой свойственной взаимозависимости эти сепараторы обычно используются для классификации подобных частиц (т.е. кварцевого песка). Однако, если гранулометрический состав находится в допустимых пределах, сепараторы могут использоваться для разделения частиц, основанных на различии в плотности. Разделение по плотности включает концентрацию тяжелых минералов или угля. Тяжелые минералы имеют естественный плотный гранулометрический состав – это общепринятое значение в угольной отрасли, что размер должен находиться в диапазоне не более чем 6:1 для минимизации классификационных эффектов. Данные с фабрики показывают, что эффективная концентрация может быть достигнута только, если размер частиц находится в диапазоне от 75 мкм (200 меш) до нескольких мм в диаметре. Для фактической плотности разделения, частицы с большой плотностью оседают, при увеличении восходящего потока воды, и создают постель колеблющихся частиц, разделенных по массе. Этот сплошной слой имеет очевидную плотность намного выше, чем классификационная вода. Так как скорость осажденной частицы зависит от разницы в плотности между твердой и жидкой фазами, скорость осаждения частиц уменьшается за счет увеличения теоретической плотности пульсирующей постели. Эта искусственная постель заставляет частицы с маленькой плотностью всплывать и создавать перелив, а частицы с большой плотностью оседать. Была развита сбалансированная совокупная модель для оценки режима работы Cross Flow сепаратора. Модель используется для прогноза количества всплывшего и потонувшего продуктов, разделения по размеру частиц и восстановлению различных компонентов по плотности. Входные данные к модели включают скорость подачи питания, процентное содержание твердого в питании по массе, гранулометрический состав, скорость бурлящего потока и более двух компонентов плотности. Дискретная модель построена с использованием ряда хорошо перемешиваемых зон. В сепараторе аналогичных образцов смешивания и режимов потоков используются три различные зоны, которые представляют собой области в сепараторе (область подачи питания, область колебаний и область сгущенного продукта). Разработка и утверждение этой модели были описаны в другой работе. Для иллюстрации характеристик разделения по плотности, использовалась совокупная балансовая модель, для исследования эффекта различия по плотности восстановления. В этом случае было исследовано питание, состоящее из двух компонентов плотности. Моделирование проводили, изменяя соотношения по плотности двух компонентов. Первый компонент изменялся в пределах от 3,0 до 1,25, при сохранении плотности второй составляющей компоненты в 3,0. С этой целью распределение плотности питания поддерживалось эквивалентным для 9 классов между размерами 1,20 и 0,100 мм. При постоянном наборе рабочих параметров, составная 1 и составная 2 имеют равные шансы (50%) оседания сгущенного в сепараторе, когда плотность обоих компонентов идентична. По мере того как составная компонента 1 уменьшается относительно компоненты 2, восстановление компоненты 1 существенно увеличивается.
Вернуться в библиотеку