Страница 2 из 31
1 – винтовые сепараторы; 2 – концентрационные столы; 3 – тяжелосредные циклоны; 4 – отсадка; 5 – гидроциклоны; 6 – флотация
Анализ технологических схем вновь строящихся углеобогатительных фабрик как в Украине [5], так и за рубежом [6, 7], а также материалы XVI и XVII конгрессов по углеобогащению [8, 9] свидетельствуют, что для обогащения мелкого машинного класса угля повсеместно используются только тяжелосредные гидроциклоны с магнетитовой суспензией. Целесообразность их применения вместо гидравлических отсадочных машин подтверждается известными данными по значениям Еpm для этого оборудования. Так, по данным статьи [1], при низкой плотности разделения (1600 кг/м3) разность в значениях Еpm для отсадочной машины Батак и тяжелосредного гидроциклона для крупности 35-100 мм составляет 54–16 = 38 кг/м3, для крупности 18-5 мм – 60–22 = 38 кг/м3, для крупности 5-18 мм – 66–22 = 44 кг/м3, для крупности 0,5–5 мм – 96–40 = 56 кг/м3. Тоже при высокой плотности разделения 1800 кг/м3 соответственно 72–20 = 52; 80–26 = 54; 84–24 = 60; 120 – 46 = 74 кг/м3.
Исходя из проведенных по этим данным расчетов [10], можно прогнозировать снижение потерь горючей массы при обогащении мелкого машинного класса по любой плотности разделения практически в 2 раза. Следовательно, с технологической точки зрения замена гидравлической отсадки на операции обогащения мелкого угля на тяжелосредные гидроциклоны целесообразна. Естественно, что эта замена должна проводиться в первую очередь на углеобогатительных фабриках, применяющих тяжелосредные сепараторы для обогащения крупного машинного класса.
Развитие техники и технологии тяжелосредного обогащения угля позволяет увеличивать глубину обогащения практически до 0 мм. В этих случаях обесшламливание мелкого машинного класса не производится [11, 12], однако значительно увеличивается фронт регенерации суспензии и регенерации оборотной воды. Таким образом, в ближайшей перспективе могут появиться тяжелосредные фабрики, обогащающие угли только в гидроциклонах с магнетитовой суспензии.
1.1.2. Термины и определения
Обогащение в тяжелых средах – метод разделения углей по плотности в истинных тяжелых жидкостях или минеральных суспензиях.
Истинные тяжелые жидкости – водные растворы неорганических солей и органические жидкости – в производственных условиях имеют ограниченное применение. Их используют в основном для разделения углей по плотности при фракционном анализе и контроле качества продуктов обогащения.
Взвеси в воде тонкоизмельченных утяжелителей – минеральные суспензии – широко распространены во всем мире в качестве разделяющей среды при обогащении углей.
В отечественной и зарубежной практике применяют преимущественно минеральные суспензии, в которых в качестве утяжелителя используют магнетитовый концентрат, позволяющий получать плотность разделяющей среды, достаточную для успешного обогащения всех видов твердых горючих ископаемых (каменных и бурых углей, антрацитов, горючих сланцев).
В некоторых странах в качестве утяжелителей в ограниченных масштабах используют барит, кварцевый песок, глину, лёсс и другие материалы, однако эти утяжелители не выдерживают конкуренции с магнетитом.
Следует отметить следующие особенности метода обогащения в тяжелых средах:
простоту регулирования и широкую возможность автоматизации производственного процесса;
малую чувствительность к колебаниям нагрузки (в пределах нагрузочной устойчивости оборудования) и качественного состава питания;
возможность эффективного обогащения углей с трудной и очень трудной характеристикой обогатимости и высоким содержанием свободной породы;
возможность разделения обогащаемого сырья в широком диапазоне крупности – от самых крупных штучных кусков (размером 500 мм и более) до мелкого материала (примерно до 0,2–0,5 мм и менее);
высокую точность разделения, обеспечивающую минимальное засорение конечных продуктов посторонними фракциями;
широкий диапазон изменения плотности разделения (от 1300–1350 до 2000–2200 кг/м3) с предельно точной регулировкой плотности разделяющей среды;
незначительное шламообразование в обогатительных аппаратах, возможность удаления размокающей породы в начале технологического процесса;
наименьший (по сравнению с другими мокрыми процессами обогащения) расход технологической воды.
Перечисленные достоинства тяжелосредного метода обогащения относятся к технологии обогащения как крупного, так и мелкого угля и угольного шлама. Обогащение крупного угля в магнетитовой суспензии осуществляется в тяжелосредных сепараторах, мелкого угля и угольного шлама – в тяжелосредных гидроциклонах.
Условия разделения частиц обогащаемого угля в тяжелой среде определяется соотношением сил, действующих на частицу: силы тяжести Fg и подъемной (архимедовой) силы FА, с учетом сил сопротивления среды и механического взаимодействия частиц при их соприкосновении. Равнодействующая G сил, действующих на частицу в неподвижной среде:
С учетом того, что Fg = Vδчg и FА = Vδсg, где V – объем частицы; δч и δч – плотность частицы и среды; g – ускорение свободного падения, получим
Возможны три условия разделения частиц: δч > δс; δч < δс и δч = δс. В первом случае G > 0 и частица тонет, во втором G < 0 и частица всплывает, в третьем G = 0 и частица находится во взвешенном состоянии.
С уменьшением размеров зерен снижается разность скоростей их падения и резко возрастает время, необходимое для их разделения.
Интенсифицировать процесс обогащения мелких зерен угля можно в поле действия центробежных сил, возникающих при вращательном движении суспензии. Центробежную силу Fц, действующую на частицу, определяют по формуле
где m – масса частицы; ω – окружная скорость вращения; r – радиус вращения; ω2/r – центробежное ускорение.
С учетом того, что m = Fg /g и ω = 2πrn/60, где n – частота вращения, получим
Подставив числовые значения для π и g, окончательно получим
Из полученного выражения следует, что значение центробежной силы в значительно большей степени зависит от частоты вращения суспензии, чем от радиуса вращения тела.
Для разделения мелкого угля по плотности в центробежном поле используют тяжелосредные гидроциклоны. Мелкий уголь вместе с суспензией (с определенной скоростью и под давлением) тангенциально вводят в гидроциклон. Плотность разделения угля в тяжелосредном гидроциклоне может быть равной ил выше плотности суспензии, подаваемой в него вместе с углем. Частицы угля, плотность которых меньше плотности разделения, удаляются из гидроциклона вместе с суспензией через сливной патрубок, а частицы с большей плотностью разгружаются через песковую насадку гидроциклона.