книги из ГПНТБ / Фоменко Т.Г. Водно-шламовое хозяйство углеобогатительных фабрик

Глава VII

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ДРЕНИРОВАНИЕМ

Обезвоживание дренированием — снижение содержания влаги в раз­ личных шламах естественным стенанием воды под действием соб­ ственного веса, осуществляемое в статических условиях, когда ча­ стицы шлама неподвижны относительно друг друга, или в кинети­ ческих, когда частицы шлама находятся в движении. Эта операция осуществляется на дренажных площадках, грохотах, реже в эле­ ваторах.

Во влажных шламах углеобогатительных фабрик различают

Внутренняя влага связана химически с веществом угля и ие может быть удалена средствами, используемыми на фабриках.

Гигроскопическая влага удерживается в угле адсорбционными силами. Ее содержание в шламах различных углей составляет: в бурых до 14%, длиннопламенных 8—10%, в коксующихся 2—4%. Гигроскопическую влагу можно удалить термической сушкой.

Капиллярная влага удерживается в капиллярах силами капил­ лярного давления, образуя с частицами шлама мениски. Чем меньше размер частиц шлама, тем меньше промежутки между ними и тем

поры. Она может удаляться под действием собственного веса, т. е. дренированием.

В практике углеобогащения обычно различают два вида влаги: внешнюю и внутреннюю. Под внешней понимается вся влага в шламе или в другом продукте за исключением химически связанной и ги­ гроскопической. т. е. внутренней.

Количество влаги, которое нельзя удалить механическими сред­ ствами, зависит от максимальной молекулярной влагоемкости обез­

воживаемого шлама. Максимальная влагоемкость

шлама рассчитывается по формуле

100-И Ѵ

Wmax = W DH ' -И7 100

(80)

где И7Ш| — содержание внешней влаги, %; Wa — содержание влаги в аналитической воздушио-сухой пробе, %.

и поэтому сосредоточивается в наиболее узких промежутках между частицами, главным образом, в точках их контактов.

Поверхностное натяжение воды в менисках, образуемых малыми объемами воды вокруг точек контакта частиц, удерживает их друг

132

возле друга в определение положении (рис. 63) и нем эти частицы меньше, тем легче их удержать [58].

Изменение влажности различных шламов после обезвоживания их дренированием характеризуется данными табл. 42.

1. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ НА ДРЕНАЖНЫХ ПЛОЩАДКАХ

Процесс обезвоживания на дренажных площадках основан па дренировании внешней влаги в порах, образованных частицами шлама. Количество дренирующей воды и влажность шлама умень­ шаются неравномерно. В начале обезвоживания наблюдается наи­ более интенсивный дренаж. Причем чем выше слой и мельче шлам, тем продолжительнее его обезвоживание.

Большое влияние на обезвоживание оказывают климатические условия. В летний период времени просушка отходов флотации.на дренажных площадках происходит весьма эффективно, но в дождли­ вое время и особенно в зимний период этот метод обезвоживания становится малоэффективным и вызывает большие трудности в ра­ боте фабрики.

При обезвоживании методом дренирования в промышленных условиях время отстаивания является основным фактором. Обезво­ живанию на дренажных площадках подвергают угольные и антра­ цитовые шламы и отходы флотации. Причем шлам на дренажные площадки загружается после его обезвоживания и уплотнения в на­ ружных секционных отстойниках.

Продолжительность цикла обезвоживания шлама на дренажных

щадки; П — время зачистки и промывки дренажных решеток и сточ­ ных канав.

С учетом неравномерности разгрузки наружных отстойников

или площадь одной площадки будет

где Q — объем сгущенных шламов (угольных или отходов флотации),

133

получаемый за время Т, м3; h — допустимая высота слоя, позволяющая в течение времени t 2 получать обезвоженный шлам, м.

Влажность шламов, вынимаемых из наружных отстойников грейферным краном для складирования на дренажную площадку, не должна превышать для отходов флотации 45%, для угольных шламов 35%.

При более высокой влажности материал сильно растекается по площадке и в этом случае его нужно обваловывать высушенным материалом илн устанавливать ограничительные борта.

Влажность обезвоженного продукта зависит от характера ма­ териала, первоначальной его влажности, времени просушки и кли­ матических условий.

Просушенный материал, отгружаемый с дренажных площадок,

Порядок загрузки, просушки материала и его отгрузки с дренаж­ ных площадок производится по устаиовлепному графику для ка­ ждой фабрики на летний и зимний периоды времени.

2. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ НА ГРОХОТАХ

Обезвоживание шлама с перемещением частиц относительно друг друга производится на различных грохотах.

Процесс обезвоживания шламов на грохотах несколько отли­ чается от обезвоживания на дренажных площадках. Если на дренаж­ ных площадках обезвоживаемый материал неподвижен, а отделяемая вода перемещается в промежутках между отдельными частицами и частично испаряется, то на обезвоживающих грохотах вода от­ деляется в процессе передвижения материала по решету. Это в зна­ чительной степени интенсифицирует процесс обезвоживания, осо­ бенно на подвижных грохотах, где материал не только движется по грохоту, но и все время разрыхляется и перемешивается. Такое состояние шлама способствует резкому сокращению времени обез­ воживания.

Основная масса воды на обезвоживающих грохотах удаляется под решето на первой его половине. На более удаленных от загрузки материала участках грохота количество удаляемой воды невелико.

Дополнительное снижение влаги при обезвоживании угольного шлама на грохотах происходит при ополаскивании движущегося слоя струей чистой воды под напором 180—200 н/м2. Снижение влаги при этом составляет 1,8% и объясняется смывом с поверх­ ности угольных частиц глинистого вещества. Попутно снижается

изольность шлама.

Вкачестве брызгал применяются трубы с отверстиями 3—4 мм, насадки и специальные желоба со сливным порогом. Расход воды

для ополаскивания шлама составляет 0,75—1 м3/т.

Глава VIII

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ

Процесс обезвоживания шламов с использованием центробеж­ ных сил осуществляется в центробежных обезвоживающих аппара­ тах. К ним относятся осадительные центрифуги, гидроциклоны, конические сита ОСО и дуговые сита. Эффективность обезвоживания

.материала в таких аппаратах определяется соотношением между скоростями осаждения частиц и движения пульпы.

Скорость движения твердой частицы в центробежном поле опре­ деляется по формуле

Принцип действия, устройство, характеристика и данные ра­ боты гидроцпклонов конических спт ОСО и дуговых сит рассмот­ рены в главе V. так как по своему принципу и характеру работы эти устройства относятся больше к классификаторам. Здесь будут рассмотрены только осадительные центрифуги, поскольку они больше являются обезвоживающими аппаратами, чем классифицирующими.

Использование сил центробежного поля, которое в сотни раз превосходит по величине силу тяжести, обеспечивает высокую ин­

фактор разделения, равный отношению ускорения центробежной силы к ускорению силы тяжести

где п — частота вращения ротора, об/мин; R — радиус вращения, м. Фактор разделения для конкретной центрифуги можно легко

определить по номограмме, показанной на рис. 64.

130

В СССР ранее выпускались два типоразмера осадительных центрифуг: диаметром 1100 мм (УЦМ-1) и 1350 мм (УЦМ-2).

Диаметр ротора, м

Рис. 64. Номограмма для определения фактора разделения

В/иастоящее время на базе центрифуги УЦМ-2 выпускаются осадительные центрифуги НОГШ-1350 (непрерывнодействугощая, осадительная, горизонтальная, шнековая с ротором диаметром 1350 лхм) (рис. 65).

137

Принцип действия центрифуги основан на осаждении твердых шламовых частиц из жидкости, а затем их обезвоживании в сфор­ мировавшемся осадке под действием центробежных сил.

Исходная пульпа подается в ротор 1 по питающей трубе 2 через конический шнековый ротор 4 и патрубки 3. Пульпа равномерно распределяется направляющими 11.

Внутри вращающегося ротора образуется жидкостная ваина (зона осаждения), уровень которой регулируется заслонками 6 на торцовой крышке ротора. Осевший на внутренней стенке ротора твердый материал транспортируется шнеком в узкую часть конуса. Шнек выполнен в виде ленточной спирали 12 в цилиндрической части ротора и имеет сплошную спираль 5 в конической части.

Слой осадка из зоны осаждения поступает в зону обезвоживания (незаполненная жидкостью часть конуса), где от пего дополни­ тельно отделяется вода, стекающая по наклону конуса в зону осажденпя.

Обезвоженный продукт выгружается через отверстия 7 в роторе. Осадок поступает в разгрузочную камеру и удаляется из машины. Осветленная вода через сливные окна направляется в камеру фугата и далее по трубопроводу удаляется из центрифуги.

Вращение центрифуги осуществляется от электродвигателя че­ рез клиноременную передачу и шкив 9. Относительное вращение ротора и шнека обеспечивается дифференциальным редуктором 8. В случае аварийной остановки центрифуги пли заклинивания шнека автоматически срабатывает предохранительный клапан 10, напра­ вляющий питающий поток мимо машины.

Центрифуга НОГШ-1350 устанавливается па фундаментных амор­ тизаторах.

На базе центрифуги УЦМ-1 создана шнековая осадительная центрифуга с ротором диаметром 1100 мм (НОГШ-1100). Ротор этой центрифуги в осадительной частя разделен на два концентри­ ческих перфорированных шнековых барабана, увеличен объем жид­ костного стакана благодаря удлинению цилиндрической части ро­ тора при одновременном увеличении угла конусности конической части. В зоне обезвоживания установлен разрезной обезвоживающий шнек. Питание подается по короткой трубе со стороны узкого торца. Осадок разгружается через радиально-торцевые разгрузочные

окна.

Эта центрифуга дает высокую степень осаждения. Технологиче­ ская эффективность работы центрифуг оценивается влажностью обезвоженного осадка и содержанием твердого в фугате. Влажность обезвоженного шлама в осадительных центрифугах зависит главным образом от гранулометрического состава поступающего в центри­ фугу материала и особенно от содержания в нем топких фракций.

Помимо этого, глубина обезвоживания в осадительных центри­ фугах зависит в определенной степени от величины центробежной

•138

подачи материала в центрифугу. В осадительных центрифугах ак­ тивной силой, под действием которой происходит обезвоживание осадка, является тангенциальная составляющая центробежной силы. Эта составляющая направлена вдоль спирального шнекового канала. Унос твердого в фугат зависит не только от наличия тонких фракций

вшламе, но в значительной степени и от нагрузки на центрифугу

ицентробежной силы.

Выход обезвоженного осадка можно определить по формуле

где р — динамическая вязкость воды; а — коэффициент, доли ед., определяемый в зависимости от объемного содержания шлама круп­ ностью менее 45 мкм по кривой (см. рис. 4); с — объемное содер­ жание шлама крупностью менее 45 мкм;

с

G_

б >

G — содержание частиц крупностью менее 45 мкм в единице объема пульпы; б — плотность твердого; плотность потока

139

средний радиус ротора равен

Критерий X одновременно рассматривается как число Рейнольдса при условии, что характерная скорость потока представляет собой окружную скорость B cw. Тогда

X2= Re.

Но следует иметь в виду, что критерий X является только част­ ным случаем числа Re, так как характеризует влияние на потоки сил Кориолиса.

Критерий 1] рассматривается как отношение осевой скорости потока к окружной скорости ротора, что характерно для внутрироторного потока.

Тогда средний размер частиц, выход которых в слив и осадок

где к — коэффициент

Г і Г 1'®

й — коэффициент, учитывающий стесненность движения твердых частиц

й = (1— ср)3 = 0,78;

/ — поправка на сферичность формы твердых частиц равная я« 0,7; ДЭф— эффективная плотность Дэф = 6 — А; £ — коэффициент, рав­ ный 0,2929; Ѵсл — объем сливного цилиндра; Нраб — рабочий объем ротора; m — параметр окружного отставания для шнековых цен­ трифуг

п — параметр, характеризующий распределение скоростей по глу­ бине потока в меридиональной плоскости.

140