книги из ГПНТБ / Циперович, М. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях

В общем виде энтропия, являющаяся мерой неупорядоченности системы, выражается как

П П

где Ру и Р 2 — доля первого и второго компонентов.

Логарифмы берутся при основании, равном 2, а единицу энтропии называют двоичной единицей, или бит.

При Р = 0 и Р = 1 Н - 0 , а при Ру = Р г = \ Н = Я гаах =

=1 бит, т. е. равна одной единице неопределенности (энтропии). Предложенная формула для определения энтропийной эффектив­

ности имеет вид

2 ytHi

где У[ — выхода продуктов; H t — энтропия продуктов; Н н — энтро­ пия исходного.

—Ру) log2 (1 — -Рх)] табулированы.

Вобщем виде порядок определения цэ следующий: выбирается критерий разделения; определяются выхода продуктов обогащения;

находятся по таблицам значения энтропии исходного материала

ипродуктов обогащения;

определяется энтропийная эффективность по формуле (64). Критерием разделения при оценке работы сепараторов с тяжелой

суспензией, так же как и для отсадочных машин, является плотность. Необходимыми данными для расчета являются выходы продуктов обогащения и содержание в них фракций выше и ниже плотности разделения.

111

Т а б л и ц а 44

Результаты обогащения в сепараторе СВ-4

Энтропия исходного (г = 1) и продуктов (i = 2,3) обогащения находится

с помощью таблиц как суммарная энтропия долей Р,- — фракции < 1 ,8 г/смэ и (1 — Pi) — фракции )> 1,8 г/смэ.

Я п= - [ P s log2 P3 + (1 -P a ) log2 (1 -Pa)]= -(0 ,0 0 7 log2 0,007 + 0,993 log2 0,993) =

= — (-0,0501 —0,0101)= 0,0602;

0,56-0,1415+0,44-0,0602 = 0,8930, или 89,3%.

0,9928

При разделении исходного продукта на три конечных продукта определяются раздельно коэффициенты энтропийной эффективности обогащения легких т)J и тяжелых ц £ фракций:

Общий коэффициент энтропийной эффективности

Анализ получаемых для различных условий обогащения значе­ ний т)э показывает, что энтропийная эффективность в какой-то мере характеризует качество разделения в данном обогатительном аппа­ рате.

При отсутствии изменений в качестве продуктов на входе и вы­ ходе процесса цэ = 0, а при идеальном разделении цэ = 1. Показа­ тель т]э корреспондируется со значениями Е р или / , т. е. для угля, например, постоянного фракционного состава с повышением Ер

112

или J снижается цэ. Показатель т)э изменяется также при изменении плотности разделения. Это обстоятельство должно непременно учиты­ ваться, т. е. для расчета ri3 необходимо по кривым дисперсии определять фактическую плотность разделения. Между тем авторы [26] способа оценки по энтропии принимают плотность разделения во всех случаях постоянной — 1,5 и 1,8 г/см3. Таким образом, расчетные значения т]э будут отличаться от тех, которые бы имели место при фактической плотности разделения.

Расчеты показывают также, что при постоянных значениях плотности разделения, Ер или J коэффициент энтропийной эффектив­ ности увеличивается с повышением содержания смежных или промежуточных фракций, т. е. ц э в отличие от Е зависит от обогатимости угля. -Таким образом, сравнение эффективности обога­ щения в различных аппаратах по показателю ц э можно производить только в случае постоянства качества исходного угля и режима разделения.

При определении энтропийной эффективности уголь рассматри­ вается как двухили трехкомпонентная смесь, что является упро­ щением, которое приводит к искажению значенийцэ. Так, например, если подсчитать значения энтропии для угля постоянного состава, разделенного на узкие и укрупненные фракции (табл. 45), то в каж­ дом случае они существенно различаются. Энтропия укрупненных фракций всегда ниже суммы энтропий, подсчитанной для отдельных фракций, входящих в укрупненную, а т]э — выше.

Для случая, приведенного в табл. 45, т)э, рассчитанный для условий разделения исходного угля по плотности 1,5 г/см3 на два продукта (концентрат с выходом 61% и породу), составит

если исходный уголь и продукты обогащения рассматривать как многокомпонентные смеси и

как двухкомпонентные.

Кроме того, до сих пор не решена обратная задача — расчет ожидаемых показателей обогащения по заданному значению г)э.

Таким образом, энтропийный метод оценки эффективности работы аппаратов в предложенном виде имеет ряд существенных недостатков и требует доработки.

Из изложенного следует, что каждый из рассмотренных методов оценки эффективности обогащения угля имеет определенные досто­ инства и недостатки.

Предпочтение следует отдать методу оценки по кривым разделе­ ния Тромпа — Терра, который достаточно хорошо обоснован, не зависит от обогатимости исходного угля и позволяет рассчитать ожидаемые качественно-количественные результаты обогащения.

114

Глава V

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЕЙ

. В ТЯЖЕЛЫХ СУСПЕНЗИЯХ

V

Обогащение углей в суспензии производится в сепараторах. По принципу действия сепараторы могут быть разделены на два типа: сепараторы, в которых производится разделение только на основе действия гравитационных сил, и сепараторы, в которых разделение производится под действием центробежных сил (гидроциклоны различных типов).

Сепараторы для гравитационного разделения применяют для обогащения крупного и мелкого угля, а сепараторы для центробеж­ ного обогащения — только для обогащения мелкого угля.

§ 1. СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ОБОГАЩЕНИЯ

Общие сведения

Сепараторы для гравитационного обогащения представляют собой ванны различной формы из листовой стали, снабженные механиз­ мами для управления и удаления продуктов обогащения. Последние по конструкции могут быть самые разнообразные, но обязательным для них являются непрерывное и полное удаление из ванны как всплывших, так и утонувших продуктов обогащения, а также нахо­ дящихся во взвешенном состоянии (например, угля, плотность кото­ рого близка к плотности суспензии).

Сепараторы для обогащения угля относительно просты и имеют небольшое количество мало движущихся частей. Однако вследствие работы движущихся частей в суспензии, обладающей большими абразивными свойствами, предъявляются высокие требования к износоустойчивости металла, из которого изготовлены сепараторы.

Сепараторы для обогащения крупного угля должны:

быть пригодны для обогащения углей в широких пределах круп­ ности;

обеспечивать возможность обогащения углей по любой плотности в пределах 1,3—2,0 г/см3;

обеспечивать возможность обогащения самых различных по обогатимости углей;

иметь высокую производительность.

Капитальные затраты на сооружение и монтаж сепараторов, а также эксплуатационные расходы не должны быть высокими.

Сепараторы для обогащения в тяжелой суспензии могут быть классифицированы:

1) по форме ванны сепаратора:

глубокие (сепараторы с пирамидальной ванной и конусные); мелкие (корытные, барабанные и сепараторы с элеваторным

колесом);

2)по числу выдаваемых продуктов: сепараторы для разделения на два продукта; сепараторы для разделения на три продукта;

3)по способу стабилизации суспензии:

сепараторы с неподвижной суспензией, устойчивость которой обеспечивается как свойствами утяжелителя, так и слабым механи­ ческим перемешиванием, осуществляемым приспособлениями для транспортирования продуктов обогащения;

сепараторы с вертикальным перемещением суспензии — как вос­ ходящим, так и нисходящим;

сепараторы с горизонтальным перемещением суспензии; сепараторы с комбинированным движением суспензии (в гори­

зонтальном и вертикальном направлениях).

Аналогичная классификация сепараторов предложена Т. С. Лясковским. Эта классификация графически изображена на рис. 43. Некоторые аппараты устарели, но в основном классификация соот­ ветствует современному положению в промышленности различных стран.

Кроме сепараторов для обогащения в суспензии предложены сепараторы для обогащения в псевдоожиженном слое (аэросуспензии) минеральных частиц, подобном минеральной суспензии. В качестве утяжелителей для получения аэросуспензии применяют смеси: магнетит и песок или барит и песок.

Форма ванны сепаратора определяется рядом факторов: необходимостью достижения максимальной стабильности сус­

пензии; стремлением к максимальному увеличению производительности

сепаратора при одновременном уменьшении его размеров; необходимостью устройства механических приспособлений

для удаления продуктов обогащения и для обеспечения спокойного ввода угля в суспензию.

Одним из недостатков метода обогащения в минеральных суспен­ зиях является абразивное действие утяжелителя на движущиеся металлические детали сепаратора, соприкасающиеся с суспензией. Поэтому желательно максимально уменьшить количество движу­ щихся металлических частей, погруженных в суспензию. Одно время наиболее распространенным приспособлением для удаления продуктов обогащения являлись металлические скребковые кон­ вейеры. Однако большое количество шарнирных соединений в цепи конвейера приводило к быстрому их износу и необходимости в связи

116

с этим довольно частого ремонта цепи конвейера. Поэтому в послед­ нее время конструкторы сепараторов стремятся избежать установки скребковых конвейеров для удаления продуктов обогащения, заме­ няя последние вращающимися колесами и спиралями, механическими лопатами, вращающимися лопастями, резиновыми лентами, что в ряде случаев предопределяет форму сепаратора.

Между тем, по литературным данным, расходы на ремонт корот­ кой цепи скребкового конвейера не так уж велики, и при констру­ ировании сепараторов необходимо руководствоваться не стремле­ нием заменить скребковые конвейеры другими приспособлениями во избежание дорогостоящих ремонтов, а технологическими усло­ виями процесса, главным образом, необходимостью обеспечения стабильности суспензии и возможностью непрерывного удаления находящегося во взвешенном состоянии угля, плотность которого близка к плотности суспензии.

лучшие результаты обогащения получены при предварительном смачивании угля перед его поступлением в сепаратор. Кроме того, при вводе угля в суспензию желательно избегать падения кусков с высоты. Для крупных кусков угля, обладающих большой подвиж­ ностью, это обстоятельство не имеет большого значения, так как они быстро всплывают на поверхность суспензии. Мелкие же куски угля при таком вводе в суспензию могут в большом количестве ока­ заться в отходах, как и крупные куски, плотность которых близка к плотности суспензии. Поэтому перед поступлением угля в суспен­ зию желательно, во-первых, смочить его, во-вторых, обеспечить спокойный ввод угля в суспензию, чтобы предотвратить его падение с большой высоты.

Важнейшим показателем, характеризующим сепаратор, является его производительность. На производительность сепаратора влияет большое количество факторов и, в первую очередь, следующие:

1.Подвижность обогащаемых частиц, зависящая от размера угля, количества фракций, плотность которых близка к плотности суспензии, и вязкости суспензии.

2.Скорость удаления продуктов обогащения. Скорость удаления

продуктов обогащения механическим путем не может превышать определенной величины, чтобы предотвратить образование завихре­ ний и турбулентного движения, так как в последнем случае стабиль­ ность суспензии будет нарушена и нормальный процесс расслоения угля по плотностям прекратится. При удалении продуктов обога­ щения скребковыми конвейерами скорость их не должна превышать

100—200 мм/сек [144].

3. Степень разрыхления угля в верхнем слое суспензии. Чем полнее разрыхление слоя угля, тем точнее происходит разделение частиц по плотностям, но тем меньше производительность сепара­ тора. Всплывшие угольные зерна частично находятся под уровнем

117

зеркала суспензии, значительная их часть выступает над уровнем суспензии примерно на г/3 своей высоты. Для лучшего разделения необходимо, чтобы толщина всплывшего угольного слоя не превы­ шала высоты максимального куска обогащаемого угля. Однако при этом резко падает производительность сепаратора, поэтому реко­ мендуется поддерживать высоту слоя всплывшего угля равной трой­ ному диаметру крупных обогащаемых кусков угля при доста­ точном его разрыхлении.

Производительность сепараторов относят к 1 м ширины ванны. В настоящее время в сепараторах наиболее удачной конструкции достигнута производительность для крупного угля (класс 25— 100 мм) 70—80 т/м ширины зеркала суспензии в ванне по всплыв­ шему продукту. Для угля с размером кусков 6—25 мм производи­ тельность на 1 м ширины ванны не превышает 30—35 т/ч.

Сепараторы для обогащения крупного угля

Глубокие сепараторы

Для обогащения в минеральных суспензиях значительное рас­ пространение получили глубокие сепараторы. К ним относятся сепараторы с пирамидальной ванной и конусные.

для получения двух продуктов обогащения (концентрата и промпродукта, состоящего из смеси породы и сростков или чистой по­ роды и концентрата в смеси со сростками);

для получения трех продуктов в одном аппарате (концентрата, сростков и породы).

При разделении угля на два продукта уголь направляют в верх­ нюю часть ванны, имеющую прямоугольное сечение (рис. 44).

Всплывший продукт удаляется скребковым конвейером, распо­ ложенным почти по всей длине ванны. Конвейер двигается со ско­ ростью от 150 до 200 мм/с и углублен на 150 мм ниже поверхности суспензии. Отходы (смесь промпродукта и породы) погружаются

120

в ванну и извлекаются элеватором. Концентрат перемещается скреб­ ковым конвейером по щелевидному ситу, на котором отделяется суспензия, возвращающаяся обратно в ванну. Затем концентрат сбрасывается на грохот, где прилипшие к поверхности угля частицы утяжелителя отмываются струей воды.

При регулировании и испытании описанного аппарата [123] было установлено, что при стабильном состоянии суспензии в ванне накапливается промежуточный продукт, плотность которого близка к плотности суспензии. Для удаления скопляющегося промежуточ­ ного продукта были применены восходящие и нисходящие потоки. С этой целью суспензию вводили в ванну через трубу на уровне, расположенном ниже верхнего уровня суспензии на 900 мм, причем поток вводимой суспензии направляли против движения угля. При таком вводе суспензии образуются частично восходящие, ча­ стично нисходящие потоки.

С помощью регулирования слива избытка суспензии из ванны через кожух породного элеватора поддерживается скорость восхо­ дящего потока в ванне, равная 0,03 см/сек, и скорость нисходящего' потока 0,1 см/сек. Такая значительная скорость нисходящего по­ тока способствует более точному отделению концентрата от проме­ жуточного продукта.

Восходящий поток повышает плотность разделения на 0,04 г/см* по сравнению с плотностью суспензии.

Для уменьшения вязкости среды циркулирующая суспензия подогревается до 35° С отработанным паром. Опыт показал, что даже незначительное повышение температуры среды, в которой происхо­ дит разделение угля, резко уменьшает ее вязкость и улучшает точ­ ность разделения угля по плотностям. Однако повышение темпера­ туры свыше 35° С заметного эффекта не дает.

Контроль процесса несложен и заключается в определении через каждый час плотности, вязкости и температуры суспензии. Откло­ нения в плотности суспензии достигают примерно ±0,01 г/см3.

При обогащении в аппарате, разделяющем уголь на два про­ дукта, для выделения высокозольной породы из промпродукта по­ следний приходится снова обогащать в последовательно располо­ женном втором аппарате по более высокой плотности, что усложняет схему обогащения.

Для одновременного получения трех продуктов обогащения (концентрата, сростков и породы) конструкция описанного аппарата

ная труба 2, в которой образуется восходящий поток суспензии насосом 3, создающим циркуляцию суспензии между трубой и ко­ жухом элеватора 4 для удаления породы. В результате образования восходящего вертикального потока плотность разделения в трубе 2" значительно повышается, поэтому промежуточный продукт, спу­ скающийся вместе с породой в коническую часть ванны, подхва­ тывается соответственно отрегулированным восходящим потоком

121