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

Дпот= 1,4 • 0,107 + 1 -0.893= 1,043 г/см3.

Далее определим кинематическую вязкость потока по формуле (89)

0,0108

: 0,0104 см2/с.

1,043

Определим среднюю осевую скорость нсР потока п средний радиус ротора Я ср по формулам (90) и (91)

77ср — 110+ 80 = 47,5 см.

Значение параметров Я и ц определяем по формулам (92) и (93)

9.3 • 104

J04ll= ++5T1ÖÖ = 19'6-

Эффективная плотность

Дэф= 1,4 — 1 = 0,4 г/см3.

Имея данные, рассчитаем dcp по формуле (94) п dKp по формуле (96)

Практика эксплуатации осадительных центрифуг типа УЦМ п НОГШ показывает, что крупность граничного зерна при различных режимах и характеристике шлама колеблется в широких пределах и составляет 40—80 мкм и более.

141

142

Главг IX

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ФИЛЬТРОВАНИЕМ

Процесс обезвоживания фильтрованием заключается в образова­ нии осадка твердых частиц на фильтрующей перегородке и удаленны жидкой фазы через слой осадка и перегородку.

Шндкая фаза проходит через образующийся осадок и фильтру­ ющую перегородку под влиянием разности давления, создаваемого но обеим сторонам перегородки.

Процесс фильтрования по физической сущности отличается от условпо называемого процесса фильтрации тем, что при фильтро­ вании силы, вызывающие движение жидкости, создаются специаль­ ным оборудованием, а при фильтрации, или точнее дренировании, жидкость движется под действием силы тяжести. Сила тяжести в процессе дренирования жидкости через слой материала не под­ дается регулировке, тогда как силу, действующую в процессе филь­ трования, можно менять искусственно изменением давления по обе стороны фильтрующей перегородки. Следовательно, возможности процесса фильтрования значительно шире, чем естественной филь­ трации.

Если фильтрование осуществляется благодаря созданию вакуума с одной стороны перегородки, как это имеет место на вакуум-филь­ трах, то такой процесс ограничен теоретически величиной атмосфер­ ного давления, а практически — вакуумным оборудованием.

Если фильтрование осуществляется под давлением, как это имеет место в фильтр-прессах, то создание разности давления теоретически не ограничено. Здесь ограничением являются экономические сооб­ ражения и конструктивные возможности.

Максимальная крупность частиц шламов, обезвоживаемых фильт­ рованием, в практике углеобогащения обычно не превышает 2 мм,

аразмер преобладающих частиц менее 1 мм.

Вначальной стадии фильтрования над входом в поры (каналы) фильтрующей перегородки образуются сводики из твердых частиц, которые потом задерживают не только более крупные частицы, но и более тонкие. Вследствие этого в первые секунды процесса фильтро-

14і

вания содержание твердого в фильтрате велико, а в последующие периоды времени, по мере увеличения слоя осадка, фильтрат ста­ новится более чистым, но его количество уменьшается.

С увеличением крупности фильтруемого материала раз­ мер отверстий фильтрующей перегородки возрастает. Од­ нако отношение размеров отверстий к размерам филь­ труемого материала носит не прямолинейный характер (рис. 66). Как видно, с уве­ личением крупности зерен отношение убывает, а с умень­ шением, напротив, возра­ стает и приближается к круп­ ности зерен. Для тонкого материала размер отверстий сит может быть больше мак­ симальной крупности зерен.

Фильтрование является гидродинамическим процессом. Поэтому его теоретические основы должны быть рассмотрены прежде всего с точки зрения скорости выделения фильтрата и образования осадка на фильтрующей перегородке.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЛЬТРОВАНИЯ

Процесс фильтрования флотационного концентрата и других шламов на вакуум-фильтрах состоит из двух периодов: собственно фильтрования, когда на фильтрующей перегородке образуется оса­ док, т. е. фильтрование при полном насыщении пор осадка водой, и подсушки осадка, в процессе которой происходит частичное удале­ ние фильтруемой жидкости из пор, т. е. фильтрование при неполном насыщении пор осадка водой.

Первый период характеризуется постепенным увеличением тол­ щины осадка и удалением фильтрата, второй — частичным удале­ нием фильтрата.

Объем получаемого фильтрата с единицы поверхности фильтра прямо пропорционален разностп давлений и обратно пропорционален вязкости фильтрата и сопротивлению осадка.

Скорость удаления фильтрата характеризуется следующим диф­

где V' — объем фильтрата с единицы поверхности фильтрования, м3/м2; t — время фильтрования, с; Ар — перепад давления, н/м2;

При фильтровании угольных шламов сопротивление фильтру­ ющей перегородки очень мало по сравнению с сопротивлением осадка

где /• — среднее для всей толщины осадка удельное сопротивление, м/кг; q' — .масса твердого при получении единицы объема филь­ трата, кг/м3.

Подставив выражение (98) в уравнеппе (97), получим удобную

Подставив выражение (101) в (100) и умножив обе части уравне­ ния на площадь фильтрования, получим объем фильтрата

Это уравнение пригодно для практических расчетов.

Удельная производительность па основании практических и ла­ бораторных данных принимается равной: для флотационного концентрата углей марки ОС, Ж, К и шихты 0,25—0,4 т/м2-ч; для флотационного концентрата углей марки Г 0,1—0,15 т/м2-ч. Для антрацитовых шламов (обогащенных и необогащенных) удельная

146

Физический смысл удельного сопротивления осадка весьма сло­ жен. Удельное сопротивление является следствием взаимодействия многих свойств разделяемой суспензии и условий формирования осадка.

Аналитической зависимости для его определения в настоящее время нет. Однако практическое измерение величины среднего удельного сопротивления пе представляет особых затруднений.

Установка для определения удельного сопротивления г по схеме (рис. 67), состоит из емкости для приготовления пульпы 1, мешалки 2, лабораторного фильтра 3, емкости для переливов 4, •сборника фильтрата 9, ва­ куумного ресивера 10, ва­ куум-насоса 11, измеритель­ ной аппаратуры 5, 7, 8, устройства для регулировки вакуума 6.

В сборнике фильтрата установлен игольчатый дат­ чик уровня, позволяющий фиксировать во времени уро­ вень фильтрата через 3 мм. Датчик подключается к бы­ стродействующему самопи­ шущему прибору Н-320, по скорости движения ленты которого определяется время получения известного объема фильтрата. Сечения отводя­

щих фильтрат трубок и ком­ Рис. 67. Схема исследования процесса

поновка фильтра непосред­ ственно над сборником филь­

фильтрования

трата обеспечивают минимальные гидравлические сопротивления при удалении фильтрата. Вакуум регулируется специальным регу­ лятором, подключенным к вакуум-ресиверу.

Удельное сопротивление осадка определяется следующим обра­ зом. Отбираются 3—4 навески шлама, необходимые для пригото­ вления пульпы нужной концентрации. Пульпа перемешивается в ем­ кости и направляется на лабораторный фильтр площадью 0,01 м2. Опыт считается законченным, когда на поверхности осадка исчезает видимая влага.

Фильтровальная сетка выбирается с отверстиями размером 0,2 X 0,2 мм.

По окончании фильтрования определяется время получения определенных объемов фильтрата, вес осадка, его влажность и со­ держание твердого в фильтрате.

Среднее удельное сопротивление по полученным опытным дан­ ным рассчитывается по методике НИИХИММАШ [40].

Исходным является уравнение (98).

Среднее значение сопротивления фильтрования R за определен­ ный промежуток времени выражается через объем фильтрата, полу­ чаемого с единицы поверхности в единицу времени, т. е.

Средняя величина полного сопротивления за определенное время* в течепие которого выделяется объем фильтрата V, можпо получить интегрированием выражения (98)

V

j r q ’ V ' d V '

Тогда

R = 0t5rq’V , 1/м,

откуда

Ч"*ф

Ввыражении (107) все величины измеряемы. Среднее удельное сопротивление осадка на основании опытных данных подсчиты­ вается по формуле (107).

Для получения более точных результатов рекомендуется в тече­ ние одного опыта несколько раз измерять объем или массу фильтрата II соответствующее время. Средняя величина г будет

Итак, непосредственно по данным опыта и уравнению (105) определяется среднее сопротивление R, а затем по уравнению (108)

148

Если фильтруется шлам крупностью 0—1 мм на фильтре «Украина-80» при разности давления 500 мм рт. ст., или 0,67 ■ІО5 н/м2, времени фильтрования для данного фильтра 90 с (за одни оборот), вязкости фильтрата при содержании в нем твердого 40 г/л, равной 0,00117 н-сек/м2, при среднем удельном сопро

Рис. 68. Скорость удаления фильтрата из пульп, содержащих различное количество твердого, г/л:

тпвлештп данного шлама 151,5-ІО9 м/кг п удельной производительности (за одпп оборот) 6,75 кг/м2, то объем фильтрата будет (102)

V = 0,805 • 30 = 24,15 м3/ч.

Количество фильтрата, проходящего через фильтрующую пере­ городку при фильтровании флотационного концентрата с различным содержанием твердого и времени фильтрования в лабораторных условиях показано на рис. 68.

Как видно, количество фильтрата и конечное содержание влагн в осадке находятся в прямой зависимости от разжиженности филь­ труемой пульпы. Основное количество влаги удаляется в первый период фильтрования.

2. ОБЕЗВОЖИВАНИЕ ФЛОТАЦИОННОГО КОНЦЕНТРАТА ФИЛЬТРОВАНИЕМ

Для обезвоживания относительно тонких материалов в практики обогащенпя применяются следующие типы фильтров:

вакуум-фильтры непрерывного действия (дисковые, барабанные, ленточные, тарельчатые и патронные);

фильтр-прессы.

149-

Наибольшее распространение получили дисковые вакуум-филь­ тры, реже — барабанные, еще реже ленточные, тарельчатые п фильтр-прессы.

Д и с к о в ы е в а к у у м - ф п л ь т р ы. На углеобогатитель­ ных фабриках наибольшее распространение получили восьмидпсковые вакуум-фпльтры «Украпна-80» с дисками диаметром 2,7 м, тпестидисковые вакуум-фильтры ДУ51-2,5 и восьмидисковые ДУ68-2,5. В последние годы фильтры типа ДУ заменяются более совершенным вакуум-фпльтром «Украпна-80», разработанным УкрНИИУглеобогащенпем совместно с заводом-пзготовителем «Про­ гресс».

Основными узлами вакуум-фильтра «Укранна-80», а также любого дискового фильтра являются: горизонтальный вал, распре­ делительная головка, д и с к и и ванна.

Центральная часть вала полая, с изолированными друг от друга двенадцатью продольными каналами, расположенными по периферии вала. Каждый канал рядом отверстий соединяется с двенадцатью секторами, которые н составляют диск.

В зависимости от типоразмера вакуум-фильтра устанавливается

150