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

Сепаратор заполняется суспензией заданной плотности. Уголь размером +13 мм (25 мм) вместе с суспензией по желобу поступает в сепаратор. Всплывшая часть угля выносится потоком в разгру­ зочный желоб. Часть всплывшего угля подхватывается кольцевым элеватором и также сбрасывается в желоб 7.

Утонувшая порода транспортируется спиралью 2 к кольцевому элеватору 3, поднимается из суспензии, обезвоживается на перфо­ рированных лопастях кольцевого элеватора и сбрасывается в же­ лоб 6.

Сепараторы для гравитационного обогащения мелкого угля

Время, необходимое для гравитационного разделения мелкого угля (—6 мм) в тяжелой среде по любой плотности, возрастает с уменьшением размера частиц. Для более полного разделения частиц слой угля должен быть возможно меньше, что приводит к необхо­ димости увеличения площади зеркала суспензии, а следовательно, и ширины ванны сепаратора.

Ниже приведено значение ширины ванны при уменьшении частиц угля, разделяемого в тяжелой среде в статических условиях [116]:

Отсюда видно, что удельная производительность сепаратора резко уменьшается по мере снижения верхнего предела крупности обогащаемого угля. Поэтому обогащение мелкого угля в тяжелых средах не получило развития, хотя и было предложено несколько способов такого обогащения. Ниже приводится описание сепарато­ ров для обогащения мелкого угля в суспензии в гравитационном поле.

Сепаратор «Блофиф» [110] (рис. 72) имеет форму опрокинутой на вершину пирамиды с прямоугольным основанием. Подача угля, подвергающегося обогащению, происходит по всей ширине сепара­ тора, причем суспензия нагнетается через сопла непосредственно в рядовой уголь, благодаря чему достигается разрыхление угля, поступающего с дешламационных грохотов в виде комков, и облег­ чение выноса легкого продукта на поверхность суспензии.

152

Порог, расположенный ниже уровня тяжелой суспензии, раз­ граничивает зону загрузки, характеризующуюся завихрениями, от спокойной зоны, в которой происходит обогащение и вынос лег­ кого продукта.

Легкий материал всплывает в суспензии, продвигается через порог и направляется к разгрузочному порогу в верхней части сепа­ ратора. Тяжелый продукт оседает и собирается в нижней части сепаратора. Установленное разгрузочное устройство периодически

открывается и закрывается. Благодаря ритмичной работе ниж­

него затвора:

вводимая суспензия теряется по­ переменно то с всплывшим, то с осевшим продуктом и этим ограни­ чивается объем циркулирующей су­ спензии;

Рис. 73. Схема действия добавочной суспензии,. вводимой в сепаратор «Блофиф» :

а — при открытом нижнем отверстии; б — при

закрытом нижнем отверстии

происходит вынос (разгрузка) тяжелого продукта в чередующемся ритме, что в несколько меньшей степени отражается и на разгрузке легкого продукта;

происходит быстрое и эффективное разделение исходного мате­ риала, полное всплывание легких зерен в концентрат и оседание более тяжелых в отходы.

Ввод добавочной суспензии приблизительно на половине высоты сепаратора оказывает следующее действие (рис. 73).

Если отверстие для разгрузки тяжелого продукта закрыто, то в верхней части сосуда образуется восходящий поток. При этом легкие фракции поднимаются восходящей струей вверх, чему спо­ собствует подъемная сила более легких частиц концентрата.

Если разгрузочное отверстие для тяжелого продукта открыто, то в нижней части сосуда возникает обратно направленный поток, который практически не влияет на режим в верхней части сепаратора. Открытие разгрузочного отверстия препятствует движению потока суспензии вверх. Несмотря на это, легкий продукт все же всплывает под влиянием подъемной силы и импульса, который сообщается легкому продукту, пока отверстие было закрыто.

153-

В нижней части сепаратора происходит обратный процесс. Если отверстие для разгрузки тяжелого продукта открыто, то суспензии сообщается скорость, которая передается падающему продукту и складывается с собственной скоростью падения. Когда же раз­ грузочное отверстие закрывается, тяжелые зерна продолжают па­ дать при суммарном действии своей скорости падения и скорости импульса, которую они воспринимают при открытии разгрузочного отверстия. Вследствие непрерывного чередования открытия и закры­ тия вентиля разгрузки тяжелого продукта скорости всплывания легкого продукта и погружения тяжелого повышаются. По мнению

3

автора предложенного процесса, такое чередование открытия и за­ крытия отверстия для удаления тяжелого продукта способствует более точному разделению мелкого угля, чем в прочих аппаратах.

Производительность сепаратора «Блофиф» шириной 1 м при обогащении угля класса 1—10 мм составляет 15—20 т/ч.

Сепаратор В. Я. Топоркова [90] предназначен для обогащения мелкого угля класса 0,5—10 мм в неустойчивой крупнозернистой суспензии. На рис. 74 показан сепаратор с центральным питанием,

ана рис. 75 — сепаратор с периферийным питанием.

Всепаратор с центральным питанием исходный уголь и суспен­ зия подаются через питающую трубу 3 и попадают на неподвижный диск 4. Здесь суспензия и уголь, получив горизонтальное направле­ ние, растекаются радиально от центра к периферии аппарата. При этом происходит разделение исходного материала по их плотностям. Тяжелые зерна, плотность которых больше плотности суспензии, погружаются вниз, а легкие зерна, плотность которых меньше плотности суспензии, всплывают наверх. Зерна угля, плотность

которых равна или близка к плотности суспензии, движутся с гори­

154

полученного после отсадки угля размером 1—6 мм, в котором класс —1 мм составлял 7%. Проектная производительность сепаратора 100 т/ч, а фактическая производительность, установленная при испытании, не превышала 60 т/ч промежуточного продукта.

При разделении промежуточного продукта в суспензии плот­ ностью 1,8 г/см3 зольность снизилась с 34 до 9,5%.

Такая же установка была смонтирована в Северной Франции для обогащения мелкого угля крупностью 1—10 мм. Производи­ тельность установки не превышала 38 т/ч, при этом в обогащаемом угле содержалось 5% угольной пыли размером —1 мм.

Сепаратор Фогеля [147] предназначен для обогащения мелкого угля с целью получения весьма чистого угля в неустойчивой суспензии.

ном ленточном конвейере. Ленточный сепаратор предназначен для обогащения мелкого угля в ламинарном потоке суспензии. На опыт­

и натяжным барабанами лента поддерживается боковыми роликами, придающими ленте форму желоба, шириной 500 мм и глубиной менее 700 мм. В нижней ветви конвейера, где отсутствуют поддер­ живающие ролики, лента сохраняет плоскую форму.

Со стороны хвостового барабана в движущийся желоб, образу­ емый изогнутой лентой, направляется суспензия с углем. Скорость суспензии, вводимой в желоб, должна равняться скорости пере­ движения желоба. Поэтому суспензия, подаваемая в желоб, оказы­ вается по отношению к нему в состоянии покоя. Следовательно, процесс разделения угля по плотностям практически происходит в статических условиях.

Ввод суспензии с определенной постоянной скоростью дости­ гается регулированием высоты, подбором суспензии и размером со­ ответствующего сопла. Уголь подается специальным питателем.

Поток суспензии с всплывшим и утонувшим в ней продуктами обогащения при сходе с головного барабана разрезается передвиж­

156

ным ножом на два слоя. Верхний слой с всплывшим углем и нижний с утонувшей породой отводятся отдельными желобами. Выход про­ дуктов обогащения можно регулировать изменением положения ножа.

Для того чтобы процесс расслоения угля в ленточном сепара­ торе протекал по возможности свободно и быстро, уголь необходимо подавать так, чтобы толщина его слоя не превышала максимального размера зерна обогащаемого материала.

Глубина потока при разделении угля берется равной 2,5—4-крат­

благоприятные условия для разделения угля по плотностям, так как в нем практически отсутствует относительное движение суспен­ зии по отношению к желобу. Однако, так как абсолютно четкого разделения материала на два слоя — верхний (концентрат) и ниж­ ний (отходы) — достигнуть невозможно и часть материала нахо­ дится во взвешенном состоянии, погрешности при разделении угля ножом в конце желоба неизбежны.

К недостаткам ленточного сепаратора следует отнести также его большую длину, значительный расход суспензии для обеспечения необходимой скорости потока (скорость потока суспензии составляет 1,2—1,5 м/сек), для чего необходима мощная насосная установка, а также сложность синхронизации скорости подачи угля и суспен­ зии со скоростью ленты. Нарушение синхронизма приводит к вихре-

Для обогащения крупного угля в суспензии применяют в основ­ ном три типа сепараторов: сепараторы, снабженные скребковыми конвейерами для удаления продуктов обогащения; сепараторы с эле­ ваторными колесами и неподвижной ванной и барабанные сепара­ торы с встроенными спиралями и элеваторными колесами для уда­ ления тяжелого продукта.

В настоящее время наиболее приемлемыми сепараторами для обогащения крупного угля являются сепараторы с элеваторным колесом типа СК и СКВ. В таком сепараторе можно обогащать уголь любого верхнего предела крупности, причем срок эксплуата­ ции его приспособлений для удаления продуктов обогащения зна­ чительно больше, чем в других типах сепараторов, так как детали этих механизмов находятся вне суспензии и весьма незначительно подвергаются ее абразивному действию. Кроме того, конструкция транспортирующих устройств позволяет изготовить сепаратор с шириной ванны 5 м, что повышает общую производительность сепаратора, позволяет в ряде случаев ограничиться установкой од­ ного сепаратора, что в значительной степени упрощает схему обо­ гащения и регенерации суспензии и, следовательно, уменьшает капи­ тальные и эксплуатационные затраты на 1 т обогащаемого угля.

Из рассмотренных типов сепараторов для обогащения мелкого угля наибольший интерес представляет сепаратор В. Я. Топор­

157

кова. Он также обладает значительно большей производительностью,

механизм, подвергающийся абразивному действию суспензии и тя­ желого продукта из вершины конической части сепаратора, кон­ струкция которого чрезвычайно проста. Однако для обогащения мелкого угля в суспензии в настоящее время предложены более эффективные сепараторы — аппараты с применением центробеж­ ной силы, которые вытеснили сепараторы для обогащения в суспен­ зии мелкого угля в гравитационном поле.

§2. СЕПАРАТОРЫ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ МЕЛКОГО УГЛЯ

ВЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ (ГИДРОЦПКЛОНЫ)

Гидроциклон для обогащения угля в суспензии (рис. 78) состоит из конуса 1 и цилиндрической части 2, укрепленной болтами к ос­ нованию конуса. Рядовой уголь вместе с суспензией вводится под избыточным давлением 0,5—2 кгс/см2 в гидроциклон через тангенциаль­ ный патрубок 3. Концентрат вместе с частью суспензии удаляется из сепаратора через цилиндрический стакан 4, вмонтированный в крышку аппарата. Материал более высокой плотности перемещается по спирали по стенкам конуса 1 и удаляется с частью суспензии через вершину ко­ нуса 5. Концентрат выводится из

сепаратора через патрубок 6. Впервые в СССР гидроциклон

был исследован и испытан Вос­ точным научно-исследовательским углехимическим институтом в полу­ промышленных условиях на ОФ Губахинского коксо-химического завода [104]. Были определены оптималь­ ные конструктивные и технологиче­ ские параметры гидроциклонов. На основе этих исследований ВУХИНом был испытан несколько модернизиро­ ванный гидроциклон Уфимского за­

вода горного оборудования на ОФ Карагандинского комбината для обогащения промпродукта отсадочных машин. Конструкция гидро­ циклона приведена на рис. 79.

Техническая характеристика гидроциклона

Размер отверстия питающего патрубка, мм . . . , . 140X140

158

Фракционный анализ продуктов обогащения показал высокую эффективность обогащения в гидроциклоне. При плотности разде­ ления 1,35 г/см3 среднее вероятное отклонение Ер составило 0,022— 0,025. Содержание фракций плотностью > 1 ,4 г/см3 в концентрате

159

составило всего лишь 2,6%, а < 1 ,4 г/см3 в промпродукте 11,5% [53]. На Максимовской ЦОФ УкрНИИУглеобогащением испыты­ валась опытно-промышленная гидроциклонная установка произво­ дительностью 50 т/ч. Опыты показали, что на установке можно эффективно обогащать труднообогатимые угли крупностью 0,5— 13 мм [41].

В процессе испытания и эксплуатации вертикально установлен­ ных гидроциклонов высокого избыточного давления (1,5—3 кгс/см2) отмечалось, что по мере снижения давления в нижний продукт, т. е. в отходы, все в большем количестве попадал чистый уголь. Было установлено, что причиной попадания легких частиц в отходы является уменьшение центробежной силы и относительное увели­ чение силы тяжести. При снижении давления слой суспензии, лежа­ щий непосредственно у воздушного столба, увлекается вниз силой тяжести и выходит через нижнее отверстие вместе с отходами. В этом слое содержатся легкие частицы угля, которые под влиянием центро­ стремительной силы направляются к оси циклона, а затем под воз­

то составляющая силы тяжести имеет уже меньшее значение, и лег­ кие частицы, находящиеся у стенок воздушного столба, не увле­

избыточном давлении 0,4 кгс/см2 можно получить удовлетворитель­ ные результаты обогащения.

Переход к обогащению в гидроциклонах при пониженном давле­ нии уменьшает износ оборудования и расход электроэнергии, а также упрощает схему установки и позволяет снизить высоту произ­ водственного помещения.

Преимущества установки гидроциклона в наклонном положении: меньший расход энергии: на обогатительной установке с вертикально установленным циклоном расход электроэнергии составляет при­ мерно 2,9 квт/т обогащаемого угля, а на установке с наклонно установленным циклоном — 1,9 квт/т; меньший расход магнетита: 0,55 кг/т вместо 1 кг/т; меньший расход воды: 3 м3/т обогащаемого угля вместо 5—6 м3/т; меньший износ аппаратуры; меньшая высота производственного помещения.

Несмотря на значительное снижение давления, результаты обо­ гащения вполне удовлетворительные. В табл. 50 приведены резуль­ таты обогащения на гидроциклонной установке.

Во время обследования работал один гидроциклон. Производи­ тельность установки в период опробования колебалась от 32 до 41 т/ч. Плотность суспензии составляла 1,41 г/см3, плотность разделения — 1,56 г/см3, крупность частиц угля — 0,5—10 мм, избыточное да­ вление на вводе — 0,63 кгс/см2.

В последние годы схемы обогащения в гидроциклонах значи­ тельно упростились ввиду установки криволинейных сит. На дуго-

160