Згущення

Згущенням називають процес виділення частини рідкої фази з обводнених тонкозернистих продуктів (пульп, суспензій) під дією сил тяжіння, відцентрових сил, магнітного поля з метою отримання згущеного продукту (осаду) і якомога чистішої рідкої фази (зливу). На збагачувальних фабриках згущення – операція підготовки шла­мів з метою надання їм необхідної густини перед подальшою обробкою (збагаченням, зневодненням), а також отримання обігової води.

Процес згущення здійснюється в різних відстійниках, радіальних і циліндроконічних згущувачах, осаджувальних центрифугах і гідроциклонах.

Умовні позначки згущувачів наведені в табл. 4.2.

Таблиця 4.2. – Умовні позначки згущувачів

Літерні позначки	Цифрові позначки
Ц – радіальний згущувач з центральним приводом П– радіальний згущувач з периферійним приводом С – циліндроконічний згущувач	D – діаметр згущувача, м

При згущенні пульп у відстійниках, радіальних і циліндроконічних згущувачах осадження частинок відбувається під дією сили ваги, при згущенні в осаджувальних центрифугах і гідроциклонах – під дією відцентрових сил. Метою згущення є одержання кінцевого густого (згущеного) продукту і чистої рідкої фази (зливу).

У згущувачах гравітаційного типу при оптимальному заповненні і сталому режимі існує три зони (рис. 4.7).

У верхньому шарі створюється зона проясненої рідини А, де рух твердих частинок відбувається за законами вільного падіння у водному середовищі. Швидкість руху частинок у цій зоні залежить від їх розміру і густини.

У середній зоні В відбувається накопичення частинок, внаслідок чого створюються умови стисненого падіння. При цьому дрібні частинки затримують осадження крупних, швидкості їх падіння вирівнюються і частинки осаджуються зімкненою масою.

Унизу знаходиться зона згущення осаду С. Тут вода витискується з осаду під тиском частинок, що знаходяться вище, і переміщується вгору. Вертикальна складова швидкості руху частинок стає практично рівною нулю, а густина осаду досягає максимуму.

Для згущення тонких продуктів на збагачувальних фабриках найпоширеніші радіальні згущувачі (рис. 4.8) з центральним і периферійним приводом діаметром від 2,5 до 100 м.

Згущувачі на збагачувальних фабриках призначені для згущення різних пульп, що містять тверді частинки малої крупності (шлами). Крім того, внаслідок згущення пульп здійснюється прояснення оборотної (обігової) води, що дозволяє зменшити забір свіжої води із зовнішніх джерел водопостачання і запобігти забрудненню рік та водойм.

Радіальний згущувач складається з металевого (при малих діаметрах) або залізобетонного (при великих діаметрах) чана 1 з конічним днищем. Завантаження вихідної пульпи здійснюється через центральну завантажувальну лійку 3 з сіткою 7 для уловлювання випадкових крупних предметів. У центрі чана на підшипниках обертається вал 5, на якому закріплена рама 6 з гребками. Тверді частинки під дією сили власної ваги осаджуються на дно чана і гребками переміщуються до центра днища. В центрі конічного днища передбачена лійка 4, через яку розвантажується згущений продукт. Прояснена вода переливається через зливний поріг у кільцевий жолоб 2 і далі у бак оборотної води.

Швидкість осадження частинок у згущувачах дуже мала, тому що розміри частинок в основному не перевищують 0,5 мм. Для інтенсифікації процесу згущення у пульпу добавляють спеціальні реаґенти – коагулянти і флокулянти (вапно, луги, сірчану кислоту, крохмаль, алюмінат натрію, поліакриламід, поліоксиетілен та ін.). Реаґенти сприяють злипанню дрібніших частинок у крупні аґреґати, що швидко осаджуються.

Найбільше розповсюдження в практиці збагачення корисних копалин одержав поліакриламід (ПАА) – високомолекулярний водорозчинний полімер з такою структурною формулою:

NН₂

При застосуванні флокулянтів питомі продуктивності згущувачів значно збільшуються, так при витраті 20 – 40 г/т флокулянтів (поліакриламіду, поліоксиетілену, «Метасу», «Комети» і ін.) швидкість осадження твердої фази збільшується в 40 – 60 разів. Крім того, питоме навантаження і швидкість осадження залежать від вмісту твердого у вихідному і згущеному продуктах.

Навантаження на згущувачі розраховують за питомими продуктивностями:

F = Q / q, м², (4.1)

де F – необхідна площа згущення, м²; Q – продуктивність за твердим продуктом, що згущається, т/год; q – питома продуктивність згущувача, т/год∙м².

За обчисленою площею згущення визначається діаметр згущувача:

D = (4 F /π) ^0,5≈ 1,13 F ^0,5, м (4.2)

Відповідно до отриманого результату приймають стандартний згущувач з діаметром, близьким до розрахункового.

Для більш ефективного зневоднення відходів флотації вуглезбагачення на фільтр-пресах з подальшим складуванням їх разом з крупними відходами застосовують циліндроконічні згущувачі, які дозволяють одержати згущений продукт з вмістом твердого до 500 – 600 кг/м³ (в радіальних згущувачах тільки до 300 кг/м³). Циліндроконічні згущувачі являють собою металеву циліндроконічну ємність діаметром 10 м і висотою циліндричної частини 7 м, конічної – 12,5 м.

При використанні для згущення пульп гідроциклонів (п. 2.3.4) і осаджувальних центрифуг (п. 4.1.3) чистий злив, як правило, не виділяється. При установці гідроциклонів перед згущувачами злив гідроциклонів є живленням для радіальних згущувачів, а згущені продукти обох апаратів об’єднуються. В результаті виділення найбільш крупних класів у гідроциклоні умови роботи згущувача поліпшуються, а також зменшуються витрати флокулянту.

Ефективність процесу згущення залежить від мінерального і ґранулометричного складу твердої фази, густини і форми частинок, вмісту твердого у вихідній пульпі і згущеному продукті, в’язкості, показника рН і температури пульпи (п. 2.3.2), а також від конструктивних особливостей згущувальних апаратів.