скачать книгу бесплатно
Вязкость магнетитовой суспензии зависит от плотности, дисперсности утяжелителя, его содержания, дисперсности и петрографического состава угольного шлама. Суспензии магнетита плотностью до 2000 кг/м
имеют достаточно низкую вязкость (до 5,5 · 10
Па·с). Содержание шлама в суспензии, особенно глинистого, является определяющим фактором при оценке пригодности суспензии. При высокой плотности суспензии накопление в ней тонких частиц угля и пород ведет к резкому возрастанию вязкости и предельного напряжения сдвига. Магнетитовые суспензии тех плотностей, которые обычно применяются при обогащении углей, относятся к структурно-вязким системам, обладающим в некоторой области (при содержании твердого более 27,5-32,5 %) пластической текучестью. В этой области резко ухудшается эффективность разделения обогащаемого материала.
Для магнетитовых суспензий вязкость не является постоянной величиной и изменяется в зависимости от касательного напряжения сдвига и градиента скорости среды: практически она прямо пропорциональна ее плотности. При критической плотности суспензии происходит резкое возрастание ее вязкости. Предельное напряжение сдвига и вязкость возрастают с увеличением плотности суспензии и содержания в ней тонких угольных и породных шламов.
Породные шламы в неразмокаемых породах влияют в меньшей степени, чем угольные, на вязкость и предельное напряжение сдвига суспензии. Наличие в породе глинистых сланцев и глины значительно повышает эти показатели. По данным многочисленных исследований, установлено, что нормальные условия разделения для углей крупностью более 10(13) мм обеспечиваются при вязкости рабочей суспензии, не превышающей 7 · 10
Па·с. Общее содержание твердой фазы в магнетитовой суспензии, включая шлам крупностью 0–1 мм, не должно превышать 32,5 % по объему. В этом случае обеспечивается поддержание вязкости суспензии на допустимом уровне при соотношениях магнетита и шлама, соответствующих данным табл. 1.15.
Таблица 1.15
Предельно допустимое содержание магнетита и шлама в суспензии, кг/м
При обогащении мелких классов углей в поле действия центробежных сил (в гидроциклонах) содержание шлама в рабочей суспензии может быть в 2–3 раза выше указанных норм – объемная концентрация твердой фазы может достигать 40 %, а вязкость – 4 ·10
Па·с.
В промышленных условиях вязкость измеряют по времени истечения 500 мл суспензии из воронки через капилляр диаметром 5 мм и длиной 100 мм, пользуясь воронкообразным полевым вискозиметром СПВ-5 вместимостью 700 мл (рис. 1.13). Измеренная вязкость выражается в относительных единицах. Относительная вязкость определяется по формуле
где ?
– относительная вязкость исследуемой суспензии, Па·с; ?
= 0,001 Па·с – вязкость воды при температуре 20°С; ?
и ?
– плотность соответственно суспензии и воды (?
= 1000 кг/м
), кг/м
; t
и t
– время истечения соответственно суспензии и воды через капилляр, с.
В лабораторных условиях для определения реологических параметров суспензии наибольшее распространение получили капиллярные вискозиметры. ИОТТ и Укрнииуглеобогащением для измерения вязкости суспензии рекомендуется капиллярный вискозиметр, работающий под давлением.
Рис. 1.13. Переносной вискозиметр СПВ-5:
1 – воронка диаметром 165 мм, длиной 440 мм; 2 – стека; 3 – ручка-кронштейн; 4 – капилляр 5?100 мм; 5, 6 – кружка вместимостью 500 см
и 200 см
Рис. 1.14. Схема установки капиллярного вискозиметра: 1 – резервуар; 2 – воронка; 3, 4 – патрубки; 5 – манометр; 6 – баллон сжатого воздуха (азота)
Вискозиметр состоит из стеклянного герметичного резервуара с мешалкой (рис. 1.14). Суспензия вводится в вискозиметр через воронку, после чего воронка закрывается, и в резервуар через патрубок от баллона подается сжатый воздух или азот. Резервуар патрубком сообщается с дифференциальным манометром, измеряющим внутреннее давление, при котором происходит истечение суспензии через капилляр. Давление сжатого воздуха или азота регулируется редуктором и изменяется от 0 до 0,122 МПа. Вязкость и предельное напряжение сдвига суспензии рассчитываются по изменению скорости истечения суспензии через капилляр в зависимости от давления. Время истечения суспензии регистрируется секундомером.
Устойчивость суспензии – это способность сохранять плотность в различных по высоте слоях в течение сравнительно длительного периода времени. Устойчивость суспензии существенно влияет на эффективность обогащения и во многом определяет конструкцию основного и вспомогательного оборудования. Скорость осаждения частиц утяжелителя зависит от гранулометрического состава твердой фазы, плотности суспензии, степени засорения ее шламами и формы отдельных зерен. Магнетитовые суспензии статически неустойчивы, в спокойном состоянии зерна магнетита осаждаются. Как низкая, так и чрезмерно высокая устойчивость суспензии отрицательно влияют на эффективность обогащения.
Вследствие расслоения малоустойчивой не загрязненной шламами суспензии в сепараторе фактическая плотность разделения угля может значительно отклоняться от плотности суспензии. С увеличением зашламленности устойчивость суспензии растет, однако одновременно увеличивается и ее вязкость, что снижает эффективность разделения угля и ухудшает отмывку частиц магнетита с поверхности продуктов обогащения.
Статическая устойчивость суспензии измеряется по скорости образования осветленного слоя в измерительном цилиндре за определенное время. При определении динамической устойчивости суспензии в сепараторе измеряется плотность ее в верхнем и нижнем слоях. Устойчивость магнетитовой суспензии оценивается величиной объема осветленной воды (% к общему объему) при отстаивании пульпы плотностью 2000 кг/м
в цилиндре диаметром 50 мм и вместимостью 500 см
в течение 5 мин. Магнетит считается пригодным, если объем чистой воды, образовавшийся за указанный промежуток времени, составляет 15–25 % для размагниченного материала и 25–40 % для намагниченного материала с хлопьями.
При обогащении углей в сепараторах необходимо обеспечить стабильность суспензии, в особенности постоянство ее плотности и вязкости.
В производственных условиях стабилизация магнетитовой суспензии осуществляется различными способами:
подбором магнетита определенной крупности;
повышением содержания шлама до определенного предела, границей которого является максимально допустимая вязкость;
перемешиванием ее механизмами, используемыми для выгрузки продуктов обогащения;
созданием вертикальных восходящих и горизонтальных транспортных потоков, подбором их оптимальной скорости;
применением реагентов-пептизаторов для снижения вязкости суспензии при одновременном повышении ее устойчивости.
1.4. Подготовка угля к тяжелосредному обогащению
1.4.1. Границы машинных классов при тяжелосредном обогащении угля
Машинный класс – часть твердого полезного ископаемого определенной крупности, предназначенная для разделения на компоненты в обогатительном аппарате определенной конструкции.
Условно различают 6 машинных классов угля для обогащения:
– класс +13 мм в тяжелосредных сепараторах;
– класс 3-13 мм в отсадочных машинах, тяжелосредных гидроциклонах;
– класс 1–3 мм на винтовых сепараторах, концентрационных столах, гидросайзерах и тяжелосредных гидроциклонах;
– класс 0,5–1,0 мм на винтовых шлюзах;
– класс 0,005-0,5 мм в флотомашинах;
– класс -0,005 мм (илы) не предназначается для обогащения и направляется непосредственно в отходы.
Следовательно, для получения максимального технологического эффекта необходимо стремится к обогащению угля пятью машинными классами [18–20].
Границы машинных классов могут изменяться в зависимости от технологической или экономической целесообразности.
Выделение машинных классов на углеобогатительных фабриках осуществляется в основном в узлах подготовительного грохочения, обесшламливания и обезиливания с помощью ситовой и гидравлической классификации.
Для этих операций используются грохоты и гидрогрохоты, неподвижные и подвижные сита, багер-зумпфы и гидроклассификаторы, гидроциклоны, классификаторы и сгустители.
Качество машинного класса оценивается величиной его верхней и нижней границ, а также величиной содержания в нем некондиционных по крупности частиц.
Рекомендациями по обогащению угля в магнетитовой суспензии [16] установлено следующие нижние границы крупности машинных классов:
для тяжелосредных сепараторов – 13 мм с возможностью ее снижения до 6 мм;
для тяжелосредных гидроциклонов – 0,5 мм с возможностью ее снижения до 0,2 мм.
Верхняя граница машинных классов ограничивается конструктивными параметрами обогатительных аппаратов.
Практика показала, что верхний предел крупности машинного класса для тяжелосредных сепараторов доходит до 300 мм, тяжелосредных гидроциклонов до 50 мм. При переобогащении в гидроциклонах промпродукта традиционным машинным классом является класс 0,5-13 мм. Промпродукт крупнее 13 мм додрабливается до -13 мм.
Традиционно (исходя из необходимости получения сортового топлива) обогащение угля осуществляется двумя машинными классами: крупный машинный класс +13 мм обогащается в тяжелосредных сепараторах, мелкий машинный класс 0,5-13 мм – в тяжелосредных гидроциклонах. При содержании класса +50 мм в рядовом угле менее 15 % он может быть додроблен до крупности -50 мм и обогащаться в тяжелосредном гидроциклоне одним машинным классом 0,5-50 мм, или в двух тяжелосредных гидроциклонах двумя машинными классами, например, 0,5-13(20) мм и 13(20)-50 мм.
1.4.2. Подготовка крупного угля к тяжелосредному обогащению
Подготовка крупного угля к тяжелосредному обогащению в сепараторах с магнетитовой суспензией представляет собой выделение из рядового угля крупного машинного класса крупностью +13 мм в узле подготовительного грохочения.
Подготовительное грохочение по указанной крупности может осуществляться сухим и мокрым способах на вибрационных грохотах и гидрогрохотах с неподвижной и комбинированной поверхностью.
Грохоты для сухого подготовительного грохочения описаны в [21, 22], мокрого в [23, 24], гидрогрохоты – в [25].
Технические характеристики оборудования для подготовительного грохочения углей приведены в табл. А1-А6, а общие виды некоторых специальных грохотов, вибрационных грохотов и гидрогрохотов – на рис. 1.15-1.17.
Рис. 1.15. Грохоты для сухого подготовительного грохочения угля:
а – ГИЛ-52; б – ГШ1000; в – Ливелл; г – валковый; д – барабанный
Рис. 1.16. Грохоты для мокрого подготовительного грохочения угля:
а – типа ГИСТ; б – типа ГИС; в – типа ГИСЛ; г – типа ГВЧ; д – типа «Банан»; е – типа «Tabor”
Рис. 1.17. Гидрогрохоты типа:
а – ГГН; б – ГНК; в – УМГ; г – ГГИК-К
Сухая классификация рекомендуется при нижнем пределе крупности машинного класса не менее 25 мм и влажности исходного угля не выше 7 %. При влажности исходного угля ниже 5 % сухая классификация может быть применена для машинного класса крупностью +13 мм.
При обогащении угля до нуля и 0,5 мм следует применять мокрую классификацию.
Во всех остальных случаях рекомендуется сухая классификация исходного угля с последующим обесшламливанием (мокрой классификацией) машинного класса.
Удельные нагрузки на классификационные грохоты при сухом подготовительном грохочении приведены в табл. 1.16.
Таблица 1.16
Удельные нагрузки на вибрационные классификационные грохоты при сухом подготовительном грохочении
При мокрой классификации эти нагрузки возрастают для сит с отверстиями 25, 13, 10 и 6 мм соответственно в 1,5; 2; 2,5 и 2,8 раза.
Для мокрой классификации используется оборотная вода с содержанием шлама до 80 г/л. Для обесшламливания рекомендуется примерно одну треть воды подавать в приемный желоб грохота, остальную – через одно-два брызгальных устройства, расположенных над грохотами. Нормы расхода воды на мокрую классификацию приведены в табл. 1.17.
Таблица 1.17
Нормы расхода воды на мокрую классификацию
Удельные нагрузки на гидрогрохоты и удельные расходы воды на них приведены в табл. 1.18.
Подлежащий обогащению в магнетитовой суспензии крупный уголь не должен содержать сверх установленной нормы частицы, крупность которых меньше нижней границы крупности машинного класса. Особенно жестко ограничивается содержание частиц крупностью меньше 1 мм, которые составляют шлам.
Таблица 1.18
Удельные нагрузки и удельные расходы воды на гидрогрохоты
Это требование обосновано тем, что мелкие частицы, содержащиеся в машинном классе, являются наиболее вероятным источником засорения продуктов обогащения, а шламовые частицы, сверх того, ухудшают реологические свойства суспензии. При обогащении крупного угля содержание класса крупностью меньше 1 мм не должно составлять более 1,5–2%. Общее содержание частиц меньших, чем нижний предел крупности машинного класса, при расчетах рекомендуется принимать:
нижний предел крупности машинного
Кроме того, на качество машинных классов при обогащении в тяжелосредных аппаратах накладывается ограничения по содержанию воды в них, излишество которой приводит к разбавлению кондиционной суспензии и снижению ее плотности. Влажность крупного машинного класса не должна превышать 10 %.
1.4.3. Подготовка мелкого угля к тяжелосредному обогащению
Подготовка мелкого угля к тяжелосредному обогащению в гидроциклонах с магнетитовой суспензией представляет собой выделение из подситного продукта узла подготовительного грохочения мелкого машинного класса крупностью 0,5(1–3) – 13 мм путем его обесшламливания и обезвоживания.
Обесшламливание мелкого угля осуществляется в основном мокрым способом на неподвижных и подвижных ситах, вибрационных грохотах, багер-элеваторах, смачивателях.
Обезвоживание осуществляется в элеваторах и вибрационных грохотах.
Оборудование для обесшламливания мелкого машинного класса на неподвижных и подвижных ситах описаны в [26–28], вибрационных грохотах – в [24, 29, 30], багер-элеваторах – в [31], обесшламливателях – в [32].
Оборудование для обезвоживания мелкого машинного класса на вибрационных грохотах описано в [33–35], багер-элеваторах – в [34, 35].
Технические характеристики этого оборудования приведены в табл. А7-А10, а общие виды некоторых сит, вибрационных грохотов, багер-элеваторов и смачивателей – на рис. 1.18-1.19.
Границы крупности мелкого машинного класса определяются применяемой технологией не только его, но и крупного машинного класса и шламовых продуктов.
Как правило, обесшламливание и обезвоживание мелкого машинного класса выполняется непосредственно в схеме самой гидроциклонной установки.
Для тяжелосредных гидроциклонов практикой установлены различные машинные классы, охватывающие как мелкие, так и средние классы угля и других твердых горючих ископаемых.
Рис. 1.18. Конусные и дуговые сита для обесшламливания мелкого машинного класса:
а – ГК; б – OSO; в – СтДуГд; г – СтВГд
