9.1.3. Сгущение

Сгущением называется процесс разделения твердой и жидкой фаз, основанный на естественном осаждении мине­ральных частиц в жидкости под действием силы тяжести.

Осаждение частиц при сгущении подчиняется законам стесненного падения твердых тел в жидкой среде. Скорость осаждения возрастает с увеличением крупности и плотности частиц, повышением тем­пературы и разбавлением сгущаемой пульпы, вызывающих уменьшение ее вязкости. Тонкодисперсные частицы оседают медленно из-за малой скорости падения, броуновского движе­ния и взаимного отталкивания при одноименном заряде их по­верхности. По этим причинам оседание частиц меньше 0,1 мкм практически прекращается. Решение проблемы сгущения тон­кодисперсных частиц достигается применением реагентов, вы­зывающих их слипание или агрегацию в результате коагуля­ции или флокуляции.

Коагуляция под действием сил Ван-дер-Ваальса происхо­дит при уменьшении или нейтрализации заряда поверхности частиц при использовании неорганических реагентов (кисло­ты, извести, железного купороса и др.). Флокуляция обуслов­лена действием органических реагентов, вызывающих или гидрофобизацию поверхности частиц и стремление их при этом сократить поверхность контакта с более полярной жидкостью — водой (при использовании реагентов-собирателей: ксанто-генатов, жирных кислот, аминов и др.), или сцепление частиц «мостиками» полимерных молекул, закрепляющихся одновре­менно своими полярными группами на разных частицах (при использовании реагентов-флокулянтов: полиакриламида, сепа-рана, суперфлока, полиокса и др.). Магнитная флокуляция ча­стиц минералов, обладающих повышенной магнитной воспри­имчивостью, обеспечивается созданием магнитного поля.

Рис. 9.1. Схема зон осаждения пульпы в сгустителях (а) и конструкции одноярусных радиальных сгустителей с центральным (б) и периферическим (в) приводом

В настоящее время сгущение производится в основном в цилиндрических (радиальных) сгустителях с механической раз­грузкой осадка. При установившемся режиме в сгустителе мож­но выделить (рис. 9.1, а): зону А осветленной жидкости, уда­ляемой в слив; зону Б пульпы исходной плотности, в которой происходит (в зависимости от содержания твердого) свобод­ное или стесненное падение зерен; зону Г уплотнения, в кото­рой дополнительное выделение жидкости происходит в ре­зультате сжатия осадка под давлением находящегося выше материала; промежуточную зону В. Разгрузка сгущенного ма­териала осуществляется медленно вращающимся в центре сгу­стителя устройством, перемещающим осевшие твердые части­цы к отверстию в средней части его днища. По расположению приводного механизма различают сгустители с центральным и периферическим приводом.

Сгуститель с центральным приводом может быть одно-или многоярусным. Одноярусный радиальный сгуститель (рис. 9.1, б) состоит: из цилиндрического чана 1 диаметром от 2,5 до 50 м и глубиной от 1,5 до 5 м с горизонтальным (при малом диаметре) или коническим (при большом диамет­ре) днищем и кольцевым желобом 2 для удаления слива; раз­грузочной воронки 3, заглубленной по отношению к уровню слива примерно на 0,5—1 м и снабженной металлической ре­шеткой для гашения скорости потока и дефлектором — рас­пределителем поступающей пульпы; механизма для разгрузки сгущенного продукта.

У сгустителей небольшого диаметра (до 18—24 м) меха­низм разгрузки осадка крепится на ферме 7. Он представляет собой вращающийся от привода 8 вал 5 с граблинами б в ви­де крестовины с наклонными гребками (или в виде полуспи­ралей), позволяющими перемещать осадок к разгрузочному конусу 4 в центре днища. У сгустителей большего диаметра (до 50 м и более) вал заменяется сварной конструкцией, опи­рающейся на центральную колонну. Для предотвращения по­ломок механизма при перегрузках сгустителя, регистрируе­мых указателем 10, вал вместе с граблинами может переме­щаться в вертикальном направлении вручную или автомати­чески механическим устройством 9.

Разгрузочный механизм сгустителей с периферическим при­водом (рис. 9.1, в) диаметром до 100 м и глубиной до 7 м име­ет вид рамы с гребками 3, которая опирается на центральную колонну 1 и монорельс 5, уложенный вкруговую на стенке ча­на 6. У периферии рама заканчивается кареткой 4, на которой размещены электропривод, редуктор, приводной ролик и бал­ласт для увеличения силы сцепления ролика с рельсом при вра­щении рамы 2 вокруг центральной оси.

Окружная скорость движения граблин или гребковой ра­мы у периферии составляет обычно 0,1 м/с; она уменьшается до 0,05 м/с при сгущении тонких шламов и возрастает до 0,2 м/с при сгущении грубозернистых пульп. Удельная производи­тельность составляет при этом от 0,1 до 2 т/(м²∙сут) и только при сгущении магнетитовых и титаномагнетитовых концен­тратов магнитной сепарации благодаря их магнитной флокуляции достигает 6—8 т/(м²∙сут).

Для откачки продукта, сгущенного до плотности 60—70 % твердого, из сгустителей малого диаметра применяют диафрагмовые насосы, а из сгустителей большего диаметра — центре бежмые песковые насосы. Слив сгустителей используется в качестве оборотной воды. Для предотвращения потерь пены с ним при сгущении флотационных концентратов перед слив­ным порогом устанавливают пеноотбойник (экран), заглуб­ленный ниже уровня слива. Исходная пульпа поступает в сгу­ститель по трубопроводу или желобу, проложенным по не­подвижной ферме 7.

Рис. 9.2. Схема цилиндрического сгустителя с осадкоуплотнителем (а) и пластинчатого сгустителя (б)

В последнее время на угольных фабриках для сгущения шламов и хвостов флотации кроме радиальных сгустителей используются также цилиндроконические сгустители с осад­коуплотнителем (рис. 9.2, а), состоящие из цилиндрической 1 и конической 2 частей, питателя 3, сливного кольцевого жело­ба 4 и разгрузочного устройства 5 для сгущенного продукта. Цилиндрическая часть обеспечивает необходимую степень оса­ждения тонких зерен, а коническая — уплотнение осадка до 80 ° о твердого при удельной производительности на 1 м² по­верхности несколько большей, чём у радиальных сгустителей. Для сгущения рудных тонкодисперсных продуктов начи­нают применять пластинчатые сгустители (рис. 9.2, б), представляющие собой камеру 1, в которой установлены пакеты параллельных плоскостей 2 общей площадью до 1000 м², из сте­клопластика или нержавеющей стали, расположенных на рас­стоянии 30—50 мм друг от друга под углом 25—60° к гори­зонту. Это позволяет разделить поток на струи 4 с ламинар­ным движением, значительно уменьшить путь оседания твер­дых частиц и тем самым резко увеличить удельную производительность сгущения на горизонтальную площадь всех пло­скостей. Твердые частицы оседают на наклонные плоскости, перемещаются вниз и удаляются через патрубок 5; осветлен­ная жидкость поднимается вверх и сливается через патрубок 3. Разгрузка сгущенного продукта до 60—75 % твердого может быть автоматизирована; регулирование его плотности при этом может осуществляться с использованием гамма-лучей, ульт­развука или электропроводности пульпы, а изменение скоро­сти разгрузки — «наложением» на пакет пластин вибрации с малой амплитудой колебаний.

Для сгущения пульп, содержащих быстрооседающую твер­дую фазу, например магнитную фракцию сепарации железных руд, применяют гидросепаратор, представляющий собой не­высокий сгуститель с центральным приводом и используемый обычно как классифицирующий аппарат. Его использование позволяет совместить две операции — сгущение и удаление шламистых частиц породы, что очень важно при сгущении, например, магнетитовых и титаномагнетитовых концентра­тов. Эффективность этих операций повышается при исполь­зовании специальных магнитных дешламаторов, отличающих­ся от гидросепараторов наличием намагничивающего устрой­ства, состоящего из четырех катушек, расположенных в пита­ющей воронке.

Для предварительного сгущения продуктов иногда исполь­зуют пирамидальные отстойники и гидроциклоны, сливы ко­торых поступают в радиальные сгустители, а сгущенные про­дукты аппаратов обычно объединяются. В отстойниках пуль­па поступает в головную часть и движется к сливному порогу на противоположной стороне. По пути движения пульпы твер­дые частицы оседают в камеры и выпускаются через специ­альные разгрузочные отверстия вручную через патрубки с кранами, при помощи диафрагмовых насосов и автоматически через шлюзовой питатель. Обезвоживающие гидроциклоны и мультициклоны устанавливают обычно перед сгустителем.