книги из ГПНТБ / Технология добычи и обогащения углей в Печорском бассейне [коллектив. моногр

fi(x) =fl + — ;

X f(x) = axb\

f(x) = a + bIn x.

Окончательный вид уравнений выбирается на основании зна­ чений их оценочных параметров (коэффициентов множественной корреляции и ошибок аппроксимации).

Из анализа уравнений регрессии, полученных для данных условий, видно, что при высокой стадии метаморфизма углей со слабой минерализацией и окисленностью можно достигнуть хоро­ ших результатов флотации, используя спиртсодержащий реагент. При низкой стадии метаморфизма и сильной минерализации и окисленности для достижения наилучших результатов флотации углей следует применять смеси керосина со спиртсодержащими веществами с содержанием последних в смеси 25% и более. При флотации углей средней стадии метаморфизма и степени минера­ лизации целесообразно использовать смеси с более высоким содер­ жанием спиртсодержащих веществ.

Таким образом, можно сделать основной практический вывод, что на фабриках флотация углей разной характеристики должна осуществляться раздельно для достижения возможной оптимиза­ ции реагентного режима в зависимости от свойств обогащаемых углей.

§ 7. И С С Л Е Д О В А Н И Е П Р О Ц Е С С А О С В Е Т Л Е Н И Я Ш Л А М О В Ы Х В О Д В Г И Д Р О Ц И К Л О Н Е

Гидроциклоны являются одним из видов эффективного обору­ дования, применяемого для осветления шламовых вод. Гидроциклоны выгодно отличаются от пирамидальных отстойников, а в некоторых случаях и радиальных сгустителей.

На углеобогатительных фабриках широкое распространение получили низконапорные гидроциклоны диаметром 650 мм и бо­ лее.

Целесообразность замены пирамидальных отстойников гидро­ циклонами доказана работами УкрНИИУглеобогащения.

Улучшение процесса осветления в гидроциклонах достигается заменой действующей силы тяжести центробежной силой. Это увеличивает активные силы воздействия на частицы в сотни раз и значительно увеличивает скорости перемещения этих частиц в жидкой среде.

Основные преимущества гидроциклонов заключается в высокой производительности (абсолютной и отнесенной к занимаемому объему или площади), более четком выделении тонких зерен по сравнению с аппаратами других типов, простоте конструкции и невысокой их стоимости, возможности работы на более плотных пульпах.

249

Для выполнения отдельных технологических операций в про­ мышленных условиях при использовании гидроциклонов часто не учитываются различия в гидродинамических и технологических

Воркутауголь гидроциклоны являются единственным оборудова­ нием., применяемым для осветления оборотных вод и сгущения шламов.

Анализу работы гидроциклонов посвящены многие научно-ис­ следовательские работы. Однако в большинстве этих работ опре­ делялись парные зависимости влияния отдельных факторов на эффективность осветления. При такой постановке исследований не представляется возможным одновременно оценить влияние от­ дельных факторов на процесс осветления.

В этой работе наряду с определением влияния отдельных фак­ торов на результаты осветления необходимо было установить параметры работы гидроциклона, при которых достигается мак­ симальный эффект осветления шламовых вод.

Для проведения лабораторных исследований процесса освет­ ления шламовых вод в гидроциклоне диаметром 75 мм выбраны параметры регулировки: содержание твердого в исходной пульпе, диаметр питающего патрубка, диаметр сливной насадки, диаметр песковой насадки, содержание класса —0,076 мм в пульпе, длина центральной трубы.

Для определения эффективности осветления принята формула

Е = 100, %, ' (64)

где Qa — масса твердой фазы в питании в единицу времени; Qc — масса твердой фазы в сгущенном продукте в единицу времени.

При проведении лабораторных исследований угол конусности гидроциклона принят постоянным, равным 20°.

Исследования проводились на установке (рис. 102), которая состоит из сборной емкости, насоса, гидроциклона и аппаратуры для производства регулировки параметров и их замеров.

Конструкция гидроциклона, предусматривающая возможность изменения основных параметров, приведена на рис. 103.

Работа на установке производилась с таким расчетом, чтобы пульпа объемом 20 л помещалась в сборную емкость, после чего включался насос, с помощью которого пульпа тщательно переме­ шивалась в течение 5 мин. Во всех опытах время перемешивания пульпы принято постоянным, с тем чтобы влияние измельчения шлама в насосе и гидроциклоне на процесс осветления было одинаковым. После перемешивания отбирались пробы исходной пульпы, слива и сгущенного продукта гидроциклона.

Производительность продуктов определялась замерами вре­ мени заполнения известной емкости.

250

В отобранных пробах определялось содержание твердого и составлялись балансы продуктов гидроциклона по каждому опыту.

По формуле (64) вычислялась эффективность осветления. Планирование опытов производилось о применением формали­

зованного симплекс-метода.

Рис. ГО2. Лабораторная установ­ ка гидроциклона

На основе имеющихся сведений о процессе осветления шламо­ вых вод в гидроциклоне выбирались основные уровни переменных факторов и интервалы их варьирования.

Результаты лабораторных исследований обработаны методами математической статистики, в результате чего на ЭЦВМ «Проминь» получены множественные корреляционные зависимости.

Проведено две серии опытов, которые отличались давлением на входе в гидроциклон. В первой серии принято давление, равное

251

Из анализа полученных результатов видно, что эффективность процесса по центру симплекса в почти стационарной области при производительности 5,1 м3/ч составила 70%. Ниже приведены параметры гидроциклона и пульпы этого опыта:

При Тех же параметрах поставлен контрольный опыт, эффек­ тивность осветления составила 68%. Относительное отклонение

эффективности, полученной в контрольном опыте, составило

gg_70

——— -100 = —2,9%- Это указывает на хорошую сходимость ре­

зультатов.

Для более полной характеристики работы гидроциклона при параметрах опыта № 9 в пробах продуктов гидроциклона опреде­ лен ситовый состав, на основании которого рассчитаны извлече­ ния отдельных классов в продукты и определено граничное зерно разделения.

Ситовая характеристика продуктов гидроциклона (первая се­ рия) приведена в табл. 68.

Кривые разделения по крупности показаны на рис. 104, из которого видно, что граничное зерно разделения равно 0,04 мм, что подтверждает высокую эффективность разделения в гидро­ циклоне.

В опытных данных, обработанных на ЭЦВМ «Проминь», дана зависимость эффективности осветления вод в гидроцихлоне от

252

зывают диаметры сливной и песковой насадок. Меньшее влияние оказывает длина сливного стакана и нагрузка на гидроциклон. Качество пульпы (содержание и зернистость твердого) на эффек­ тивность осветления оказывает незначительное влияние.

Для удобства пользования уравнение множественной корреля­ ционной зависимости приведено в виде номограммы (рис. 106).

Пользуясь номограм­ мой, можно подбирать параметры регулировки процесса осветления в гидроциклоне таким об­ разом, чтобы получить максимальную эффек­ тивность.

Аналогично первой се­ рии опытов проведены исследования процесса осветления в гидроцик­ лоне при давлении 25 м вод. ст.

во второй серии, составляет 74,7%.

Ситовая характеристика продуктов гидроциклона и граничное зерно разделения при оптимальных параметрах его работы (вто­ рая серия) приведена в табл. 69 и на рис. 107.

255

При сравнении результатов осветления шламовой воды, полу­ ченных при оптимальных параметрах работы гидроциклона и разном давлении, установлено, что качество исходной пульпы в обоих случаях было одинаковым (см. табл. 71 и 72) по содержа­ нию твердого и ситовой характеристике. Эффективность осветле­ ния, полученная в обоих случаях, практически одинакова и нахо­ дится на уровне 70—75%; производительность гидроциклона в первом случае равнялась 8,01 м3/ч, во втором — 11,17 м3/ч; гра­ ничные зерна разделения соответственно равны 0,04 и 0,05 мм.

При оптимальных параметрах гидроциклона диаметром 75 мм можно достигнуть эффективности процесса осветления, равной

70—75%.

От давления на входе в гидроциклон эффективность процесса осветления практически не зависит. Повышение давления приво­ дит к увеличению производительности гидроциклона.

На эффективность процесса осветления шламовых вод в гид­

став и содержание твердого) на эффективность процесса осветле­ ния оказывает незначительное влияние.

§ 8. МАКСИМАЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ ВЛАГОЕМКОСТЬ ВОРКУТСКИХ ШЛАМОВ

Максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ) является важным показателем для оценки и сравнения физических свойств различных продуктов углепереработки, особенно если учесть, что эти продукты в конечной стадии обработки подвергаются опера­ циям обезвоживания.

При обезвоживании угольных шламов (сгущенного продукта гидроциклонов) на вакуум-фильтрах оценку эффективности про­ цесса обезвоживания можно производить сравнением влажности конечного продукта (кека) с величиной максимальной молеку­ лярной влагоемкости. В этом случае максимальная молекулярная влагоемкость представляет предел влажности, определяемый мак­ симальной смачиваемостью осадка, т. е. соответствует такому ко­ личеству воды в осадке, которое невозможно удалить механиче­ ским способом. Эта вода настолько прочно связана с твердыми частицами молекулярными силами, что освободиться от нее мож­ но только дополнительной сушкой.

Максимальная молекулярная влагоемкость воркутского шла­ ма определялась по методу влагоемких сред (41]. Этот способ ос­ нован не на механическом отжатии воды из влажного материала, а на более стабильном способе отделения влаги средой с несоиз­ меримо большей удельной поверхностью от среды с меньшей удельной поверхностью.

256

Предварительно взвешенная npoda (около 500 г) угольной ме­ лочи, доведенной до воздушно-сухого состояния, разделяется на три класса: 3—6, 1—3, 0—1 мм (для классов крупнее 6 мм ММВ не определяется, поскольку ее значения практически совпадают с величиной внутренней влаги угля).

От класса 0—1 мм отбирается навеска, соответствующая при­ мерно 50 г, и увлажняется водой до образования густой кашицы.

металлической линейкой. После этого шаблон снимается, а полу­ ченная «лепешка» прикрывается сверху вторым кусочком ткани. Приготовленный образец помещается между двумя пакетами фильтровальной бумаги диаметром 90 мм. В каждый пакет за­ кладывается по 20 листов размером 100X100 мм.

Для получения наиболее полного контакта влагоотнимающей среды (фильтровальной бумаги) с исследуемой пробой, подготов­ ленный образец с пакетами бумаги сжимается в течение 10 мин при давлении 65—70 кгс/см2 с применением гидравлического пресса.

Затем угольная лепешка извлекается, разламывается на не­ сколько частей и в ней стандартным методом определяется влаж­ ность. После прессования влажность лепешки представляет со­ бой максимальную молекулярную влагоемкость пробы угля.

Определение производится дважды для каждой пробы. За ве­ личину ММВ принимается средняя из двух анализов.

С учетом практики механического обезвоживания величина ММВ теоретически характеризует возможную влажность угля. Для перехода от теоретических значений ММВ к практическим необходимо вводить в экспериментально полученные значения ММВ существенные поправки (для тонкодисперсных шламов ме­ нее 74 мк поправочный коэффициент равен 1, 67).

Исследования максимальной молекулярной влагоемкости уг­ лей комбината Воркутауголь проводились на шахтах № 17, 25, 26 и «Заполярная». Сгущенный продукт гидроциклонов ОФ этих шахт подвергался обезвоживанию под прессом.

Результаты лабораторных экспериментов и характеристика шламов ОФ комбината Воркутауголь приведены в табл. 70.

Из табл. 70 видно, что величина ММВ в соответствии с теоре­ тическими предпосылками возрастает с уменьшением размера ча­ стиц. Пределы колебаний этой величины для классов +0,076 мм не превышают 1,5%, Для классов —0,076 мм разброс значительно шире — от 13,58 до 17,54%, т. е. в 3 раза больший.

Из анализа зольности каждого узкого класса видно, что зна­ чения ММВ не связаны с зольностью частиц и величина ММВ может быть одинаковой при различной зольности (табл. 70).

Максимальная молекулярная влагоемкость, рассчитанная для

Т а б л и ц а 70

Продолжение табл. 70

сгущенных продуктов гидроциклонов каждой шахты с учетом со­ держания отдельных классов и их ММВ, по своей величине оказа­ лась очень близкой к значе­ ниям, полученным для этих продуктов экспериментальным путем без их рассева на клас­

сы (рис. 108).

Средневзешенные значения ММВ для различных классов исследованных шламов, рас­ считанные по данным табл. 70, приведены в табл. 71.

Рис. 108. График для сравнения расчетных среднединамических и экспериментальных значений ММВ

258