Самылин В.Н. Конспект лекций по дисциплине Переработка, обогащение и комплексное использование полезных ископаемых

Подождите немного. Документ загружается.

влагоемкость углей. Методы обезвоживания. Дренирование.

Центрифугирование. Фильтрование через пористую перегородку.

Термическая сушка.

3 Вспомогательные процессы обогащения

К вспомогательным относятся следующие процессы: обезвоживание,

обеспыливание, обесшламливание, пылеулавливание.

Обезвоживание

Обезвоживание это процесс отделения влаги от минералов и продуктов их

обогащения. Необходимость процесса вызвана тем, что после обогащения

в водной среде в продуктах остаётся часть влаги, являющаяся балластом.

Для дальнейшего передела продуктов влагу следует удалить, доведя до

нормативных показателей. В углеобогащении влажность концентрата

должна быть в пределах 8 – 10 %.

Общие сведения о влаге

По характеру связи с минералом различают следующие виды влаги.

1. Внутренняя – химически связанная с минералом;

2. Гигроскопическая, образующая на поверхности мономолекулярную

плёнку, которая удерживается адсорбционными силами;

3. Капиллярная, заполняющая поры в частицах. Удерживается в порах

силами капиллярного давления;

4. Свободная влага, содержащаяся в промежутках между частицами.

Из перечисленных видов влаги только свободная удаляется механическим

способом. Остальные виды влаги удаляются с помощью термической

сушки.

Факторы, влияющие на влагоёмкость углей

1. Степень метаморфизма (углефикации). Молодые угли содержат

большее количество внутренней и гигроскопической влаги.

Влажность бурых углей составляет 30 %, каменных – 4-7 %.

2. Гранулометрический состав. Чем мельче уголь, тем больше его

поверхность, тем выше его влагоёмкость.

Методы обезвоживания

На обогатительных фабриках применяют следующие методы

обезвоживания.

1. Дренирование (естественная фильтрация) – стекание свободной

влаги через слой материала под собственным весом;

2. Центрифугирование – обезвоживание в центробежном поле;

3. Фильтрование через пористую перегородку под действием

вакуума;

4. Сгущение - гравитационное осаждение шлама под действием силы

тяжести частиц;

5. Термическая сушка;

6. Естественная сушка на складах (площадках).

1 Дренирование

Дренированию подвергаются материалы гравитационной крупности.

Как правило, это продукты гравитационного обогащения: концентрат,

промпродукт, порода. Дренирование осуществляется:

1. В бункерах;

2. На обезвоживающих грохотах;

3. В обезвоживающих элеваторах

1. В бункерах эффективно обезвоживается крупный концентрат (13 – 100

мм). Влажность после обезвоживания составляет 4-5 %. Время

обезвоживания – 6 – 8 часов. Время обезвоживания мелкого концентрата

(0.5 – 13 мм) – 16 –24 часа. В настоящее время обезвоживание в бункерах

применяется крайне редко.

2. На грохотах обезвоживаются продукты обогащения. Время

обезвоживания на грохотах значительно меньше по сравнению с

бункерами. Это объясняется постоянным разрыхлением материала,

лежащего на сите грохота. При этом расширяются промежутки между

частицами, что способствует эффективному отделению влаги. Для

обезвоживания применяются грохоты с направленным колебанием рабочей

поверхности типа ГИСЛ.

Влажность крупного концентрата после обезвоживания на грохотах

составляет 4 –5 %, мелкого – 15 – 17 %.

3. В элеваторах обезвоживаются тяжёлые продукты отсадочных машин

(порода, промпродукт). Рабочим органом обезвоживающего элеватора

является бесконечная цепь с перфорированными ковшами. Цепь

устанавливается в наклонном кожухе, который соединяется с

пирамидальной частью отсадочной машины и составляет с ней систему

сообщающихся сосудов (рис.10.1).

Длина надводной части элеватора, где происходит непосредственно

обезвоживание, определяется исходя из времени обезвоживания продукта

в элеваторе (t = 25 с.) и скорости движения цепи (V = 0.25 м/с.). Исходя из

этого, для обезвоживания требуется длина надводной части, равная S= Vt

= 0.25  0.5 = 6.25 м.

Угол наклона элеватора 60 – 75

. В промышленных элеваторах ширина

ковша колеблется в пределах 400 – 1000 мм, ёмкость - от 20 до 125 литров.

Рисунок 10.1 – Обезвоживающий элеватор:

1- пирамидальная часть отсадочной машины; 2 – кожух элеватора; 3 –

цепь с перфорированными ковшами; 4 – перфорированный ковш; 5 –

звено цепи; Н – высота надводной части элеватора

2 Центрифугирование

Центрифугирование это операция обезвоживания в центробежном поле.

Этот процесс используется как вторичная стадия обезвоживания мелкого

концентрата после обезвоживающих грохотов с целью снижения

влажности до 6 – 8 %.

Идея центрифугирования состоит в следующем. Внутрь вращающегося

перфорированного ротора подаётся влажный материал (W = 15 –17 %).

Под действием центробежных сил влажный уголь прижимается к стенкам

ротора. Влага уходит через перфорацию. Обезвоженный осадок, в

зависимости от конструкции центрифуги, под действием собственного

веса, либо с помощью шнека, либо под действием вибраций разгружается в

приёмный бункер. Отфильтрованная влага вместе с тонкими частицами

угля (фугат) направляется на переработку шламовых вод.

Все центрифуги по назначению делятся на две группы:

1. Фильтрующие, предназначенные для обезвоживания материалов

крупностью 0.5 – 13 мм;

2. Осадительные, предназначенные для обезвоживания шламов

крупностью 0 – 3 мм.

Фильтрующие центрифуги, в зависимости от способа разгрузки осадка,

подразделяются на следующие типы:

1. с центробежной разгрузкой осадка;

2. с вибрационной разгрузкой осадка;

3. со шнековой разгрузкой осадка

вода

Порода

(Промпро

дукт)

Центрифуга с центробежной разгрузкой осадка приведена на рисунке 10.2.

Рисунок 10.3 – Фильтрующая центрифуга с центробежной разгрузкой

осадка

Осадительные центрифуги

Осадительные центрифуги применяются для обезвоживания шламов.

Обезвоживание осуществляется в сплошном роторе, установленном

горизонтально (рис.10.4). Конечная влажность зернистого шлама (0.5 –3

мм) после обезвоживания составляет 16–25 %, мелкого шлама (0 – 0.5 мм)

– 25 –33 %.

Рисунок 10.4 – Осадительная центрифуга: 

– скорость вращения

шнекового ротора; 

- скорость вращения сплошного ротора

Исходная пульпа через окна шнекового ротора попадает на внутреннюю

поверхность вращающегося сплошного ротора. Под действием

центробежных сил происходит разделение пульпы на твёрдую и жидкую

фазы. Твёрдая фаза (осадок) шнеком разгружается через окно 3. Фугат

удаляется через окно 4.

Исход. м-л

Осадок

1 – вал ротора;

2 – диск разбрасывателя;

3 – перфорированный

ротор;

4 – кожух;

5 – кольцевой желоб

фугата;

6 – подшипники

Исходное

питание



Осадок

Фугат

1 – сплошной ротор;

2 – шнековый ротор;

3 – окно разгрузки осадка;

4 – окно разгрузки фугата;

5– окно в шнековом роторе;

Для эффективной разгрузки осадка скорость вращения шнека 

на 5 –10 %

ниже скорости вращения сплошного ротора 

Фактор разделения

Фактор разделения Ф

– это безразмерный показатель, характеризующий

центрифугу как разделительный аппарат. Он определяется из

соотношения:



где С и G центробежная сила и сила тяжести, действующие на частицу.



; так как





, то

nRm

900

222





;

mgG 

Подставляя значения C и G найдём:

3 Фильтрование через пористую перегородку

Этот процесс применяется для обезвоживания флотационного концентрата и

обеспечивает его влажность 22 – 24 %. Процесс реализуется в вакуум –

фильтрах (рис 10.5).

Вакуум – фильтр состоит из ванны специального профиля. В верхней части,

вдоль всей ванны устанавливается вал. На валу имеется 12 – 16 продольных

каналов. На вал устанавливается 8 – 14 дисков, состоящих из 12 – 16

секторов. Каждый сектор связан с соответствующим каналом вала. По

торцам вала устанавливаются головки, связанные с вакуумной линией и

линией сжатого воздуха.

В процессе работы ванна фильтра заполняется пульпой

(флотоконцентратом). Вал с дисками медленно вращается (0,5 – 2 об/мин).

При

погружении дисков в пульпу на сектора, покрытые фильтровальной тканью,

воздействует вакуум. Происходит прилипание материала к секторам дисков и

900



фильтрация влаги. При выходе секторов из пульпы вакуумная система

продолжает работать. Происходит просушка материала. При подходе сектора

с обезвоженным материалом к разгрузке включается клапан мгновенной

отдувки и обезвоженный материал сжатым воздухом отдувается от сеток

секторов.

Рисунок 10.5 – Вакуум – фильтр (вид сверху)

В процессе работы диски вакуум – фильтров проходят три зоны (рис.10.6):

1 зону фильтрации, в которой идёт интенсивное удаление влаги;

2 зону просушки, в которой удаляются остатки влаги;

3 зону отдувки, в которой удаляется обезвоженный материал (кек) с

помощью сжатого воздуха

Вакуум

Сжатый воздух

1 – ванна;

2 – вал;

3 – диск;

4 – головки;

I (вакуум)

II (вакуум)

III (сжатый воздух)

1 – ванна;

2 – диск;

3 – вал;

Питание

Кек

Фильтрат

Рисунок 10.6 – Рабочие зоны вакуум – фильтра: I – зона фильтрации;

II – зона просушки; III – зона отдувки (поперечный разрез)

В связи с тем, что поверхность фильтруемого материала (класс 0 – 0.5 мм)

очень большая механическим способом не удаётся получить влажность

материала ниже 22 %.

Для интенсификации процесса обезвоживания, который обусловлен

наличием пор между частицами и текучестью жидкости, применяют

следующие мероприятия.

1. Добавляют крупнозернистый шлам в питание вакуум – фильтра;

2. Подогревают пульпу паром;

3. Добавляют в пульпу флокулянт, обеспечивающий образование

флокул (укрупнение частиц)

Термическая сушка

Термическая сушка является второй стадией обезвоживания

флотоконцентрата после вакуум – фильтров с целью снижения влажности

до 6 – 8 % .Для термической сушки могут быть использованы различные

агрегаты.

1. Барабанные сушилки;

2. Трубы – сушилки;

3. Сушка в кипящем слое

Барабанная сушилка

Барабанные сушилки предназначены для сушки флотоконцентрата,

крупнозернистого шлама (0.5 – 3 мм), частично мелкого концентрата

отсадки (0.5 –13 мм). Схема установки барабанной сушилки приведена на

рисунке 10.7.

Газ

Шлак

Суш-й мат-л

Пыль Шлам. вода

1000 – 1100

Рисунок 10.7 – Схема барабанной сушилки:

1 – бункер топлива; 2 – питатель;3 – топка; 4 – подвижная колосниковая

решетка; 5 – бункер влажного продукта; 6 - питатель; 7 – сушильный

барабан; 8 – зубчатый венец привода барабана; 9 – опорные катки

барабана; 10 – батарейный циклон; 11 – дымосос; 12 – скруббер

Принцип действия

Сушка влажного материала осуществляется при его контакте с горячим

газом, который образуется в топке. С помощью дымососа горячий газ

(700-800

С) просасывается через сушильный барабан, где контактируется

с влажным материалом. Происходит испарение влаги. Сушёный материал

удаляется через разгрузочную камеру. Отработанный газ вместе с

частицами пыли попадает в систему пылеулавливания – батарейные

циклоны и выбрасывается в атмосферу, пройдя мокрую очистку в

скруббере.

Показатель напряжение сушилки по испаренной влаге характеризует

удельную производительность сушильного барабана (37 – 115 кг/м

 ч).

Для лучшего контакта горячего газа с влажным материалом на внутренней

поверхности барабана устанавливаются лопасти, разрыхляющие материал.

Промышленные модели сушильных барабанов: СБ 2.8 – 14 – ЛС; СБ 3.5–

18 – ЛС; СБ 3.5 – 22 – ЛС; СБ 3.5 – 27 – ЛС.

Контрольные вопросы:

1. Вспомогательные процессы. Назначение. Виды.

2. Обезвоживание. Технологическое назначение.

3. Виды влаги.

4. Влияние степени метаморфизма и гранулометрического состава на

влагоемкость углей.

5. Назовите методы обезвоживания.

6. Дренирование. Сущность процесса.

7. Центрифугирование. Назначение операции.

8. Фактор разделения.

9. Фильтрование через пористую перегородку. Назначение операции.

Технологические показатели.

10. Вакуум-фильтр. Принцип действия.

11. Термическая сушка. Назначение.

12. Схема установки барабанной сушилки.

Литература 1-4

Лекция № 11

Опробование и контроль технологических процессов

Вопросы, выносимые на лекцию: Опробование. Назначение операции.

Продукты, подвергаемые опробованию. Основные требования к пробе.

Технология обработки проб. Механизация отбора проб.

Опробование и контроль технологических процессов осуществляется с

целью обеспечения заданной технологии переработки полезных

ископаемых и своевременного устранения возникших отклонений.

Опробованию подвергаются следующие продукты:

1. Рядовой уголь, поступающий на обогащение. При опробовании

рядового угля устанавливается соответствие между его

нормативной и фактической зольностью. Кроме того,

контролируется количество поступающего материала.

2. Продукты гравитационного обогащения: крупный концентрат,

мелкий концентрат, промпродукт, отходы. Контролируется

зольность, влажность, количество.

Пробы продуктов гравитационного обогащения отбираются в течение всей

смены и характеризуют работу гравитационного отделения за смену. Текущим

или оперативным способом контроля гравитационного обогащения является

экспресс анализ, цель которого состоит в определении взаимного засорения

продуктов разделения.

Экспресс анализ выполняется путём расслоения порции (2 кг) концентрата

в хлористом цинке плотностью 1800 кг/м

. Потонувший продукт в баке с

хлористым цинком покажет величину засорения концентрата породой.

Аналогично расслаивают породу в хлористом цинке плотностью 1500 кг/м

Гравитационный процесс считается оптимальным при засорении

концентрата породой 0.5 –1 % и породы концентратом 0.5 – 1.5 %.

3. При контроле питания флотации определяют непрерывно:

количество поступающей пульпы, плотность поступающей пульпы.

4. При контроле качества продуктов флотации контролируют:

флотоконцентрат (зольность, влажность, количество); хвосты

(зольность, количество).Зольность и влажность продуктов

определяется за смену.

Основные требования к пробе

Проба – это часть опробуемого продукта, используемая для исследования

его состава или свойств. Проба должна быть представительной, т.е. должна

достоверно отражать состав и свойства всего продукта.

Представительность пробы обеспечивается тщательным усреднением

порций, отобранных через определённые промежутки времени.

Масса пробы должна быть тем больше, чем крупнее опробуемый материал.

М = d

max

(0.04 d

max

+ 1), кг

Технология обработки проб

Для выполнения ряда анализов требуются малые количества угля.

Например, для определения зольности и влажности требуется навеска угля весом

в 1 грамм. Поэтому перед анализом проба проходит несколько этапов обработки:

смешивание, деление, сокращение, измельчение.

Пример – схема разделки рядового угля.