Вспомогательные процессы. Лабораторный практикум

1. Определив размеры каждой частиц, ее массу и объем, рассчитать плотность частиц (ρт), средний (dср) и эквивалентный (dэ) диаметры:

2. По результатам измерений времени падения каждой частицы рассчитать среднее время (tср):

где t1, t2 и t3 – время в параллельных опытах, с.

3. Рассчитать конечную скорость падения частицы в параллельных опытах (vi) и ее среднее значение (νср):

4.По формуле (1.7) рассчитать параметр Рейнольдса.

5.Рассчитать коэффициент сопротивления среды движению частицы:

Результаты расчетов внести в табл. 1.1.

Построить графические зависимости конечной скорости падения частицы, коэффициента сопротивления среды падению частицы и параметра Рейнольдса от плотности, крупности и формы частиц.

Сделать вывод о влиянии крупности, плотности и формы частиц на конечную скорость их свободного падения, коэффициент сопротивления и режим движения.

11

1.6. Требования к содержанию отчета

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:

1.Название работы.

2.Цель работы.

3.Теоретическое введение.

4.Описание оборудования и материалов.

5.Порядок выполнения работы.

6.Результаты (расчеты, таблицы, графики).

7.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Что понимают под конечной скоростью свободного и стесненного падения частицы в среде?

2.Какие факторы влияют на режим падения частицы твердой фазы

вводе?

3.Назовите условия свободного и стесненного падения частиц твердой фазы.

4.Какие физические силы действуют на частицу твердой фазы при ее падении в воде?

5.Чем вызвана необходимость расчета эквивалентного диаметра частицы твердой фазы?

6.Как оценить влияние формы частицы твердой фазы?

7.Как рассчитать конечную скорость свободного и стесненного падения частиц твердой фазы?

8.Как содержание твердого в пульпе влияет на коэффициент разрыхления и скорость стесненного падения частиц?

9.Какие факторы влияют на скорость падения частицы твердой фазы в воде?

10.Опишите основные виды гидродинамических режимов обтекания частицы твердой фазы при ее падении в воде.

11.Какие факторы влияют на коэффициент сопротивления падению частицы твердой фазы в воде?

12.Предложите меры для увеличения конечной скорости падения частиц твердой фазы.

12

Лабораторная работа 2

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПЛОТНОСТИ ПУЛЬПЫ И КРУПНОСТИ ЧАСТИЦ НА СКОРОСТЬ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ

2.1. Цель работы

Изучить методику определения скорости расслоения минеральных суспензий различной крупности и плотности.

Изучить влияние крупности частиц и плотности суспензии на скорость осаждения и плотность осадка.

2.2. Теоретическое введение

Сгущение является процессом обезвоживания тонкозернистых и шламистых продуктов обогащения полезных ископаемых, заключающемся в осаждении частиц твердой фазы под действием гравитационных и центробежных сил.

Технологическая операция сгущения широко используется в практике обогащения полезных ископаемыхдля обезвоживания материала крупностью –0,5 мм.

Скорость осаждения частиц зависит от их крупности, плотности, содержания твердого в пульпе, физико-химических свойств среды осаждения, конструктивных особенностей используемых сгустительных аппаратов.

Плотность твердой фазы суспензии оказывает существенное влияние на скорость осаждения частиц. Чем выше плотность твердой фазы, тем с большей скоростью будут осаждаться частицы. На практике частицы оседают не изолированно друг от друга, а в виде агрегатов, плотность которых ниже, чем плотность отдельных частиц твердой фазы.

Плотность суспензии при ее сгущении оказывает двоякое влияние: при сгущении более плотных суспензий увеличивается производительность сгустителя по твердому, но в более стесненных условиях уменьшается скорость осаждения частиц и они выносятся в слив.

13

Эффективность процесса сгущения в значительной степени определяется крупностью частиц: чем они крупнее, тем выше скорость их осаждения. Суспензии состоят из частиц различной крупности. Осаждению крупных частиц в суспензии препятствуют более мелкие, опускающиеся с меньшей скоростью. В результате взаимодействия крупных и мелких частиц наблюдается сближение скоростей осаждения частиц различной крупности в сгустителях.

Суспензии по крупности взвешенных частиц твердой фазы делят на грубые, содержащие частицы +100 мкм, тонкие –100+0,5 мкм, мутности –0,5+0,1 мкм и коллоидные растворы –0,1 мкм.

В грубых суспензиях частицы твердой фазы быстро осаждаются под действием гравитационной силы, частицы тонких суспензий осаждаются значительно медленней, так как самые тонкие частицы находятся в броуновском движении, что препятствует их осаждению. В мутностях и коллоидных растворах частицы находятся во взвешенном состоянии; такие суспензии устойчивы, и осаждение частиц не происходит. Поэтому расслоение мутностей и коллоидных растворов проводят с использованием процессов агрегирования.

Вязкость среды, содержащей дисперсные частицы, превышает вязкость чистой жидкости. В концентрированных суспензиях более мелкие частицы тормозят движение более крупных, а частицы больших размеров увлекают за собой мелкие, ускоряя их движение.

Рис. 2.1. Стадии процесса осаждения (a–e) частиц твердой фазы пульпы

14

Ход осаждения твердых частиц можно проследить опытным путем. Для этого стеклянный цилиндр наполняют пульпой с содержанием твердого 5…20% (рис. 2.1). Через некоторое время в цилиндре образуются зоны: А – осветленного слоя, В – совместного осаждения частиц, С – переходная, D – уплотнения осадка. При дальнейшем осаждении зоны В и С исчезают, а зона А соприкасается с зоной осадка, который продолжает уплотняться.

При сгущении в основном имеет место стесненное падение частиц твердой фазы, хотя в верхних слоях разжиженных пульп наблюдается свободное падение частиц твердой фазы. Непрерывный процесс осаждения в сгустителях на обогатительных фабриках протекает аналогично.

При проведении исследований по сгущению пульпы определяют время, необходимое для полного осаждения частиц твердой фазы, решая две основные задачи:

–определение площади сгущения, необходимой для получения чистого слива;

–определение объема сгустителя, необходимого для получения осадка требуемой плотности.

За скорость осаждения при сгущении принимают отношение высоты осветленного слоя пульпы ко времени осаждения.

2.3. Оборудование и материалы

Для выполнения работы необходимы:

1.Мерные цилиндры объемом 500 мл.

2.Секундомер.

3.Пробы руды или минералов разной крупности.

4.Вода водопроводная.

5.Весы технические электронные.

6.Кружка керамическая.

7.Клеенка.

8.Шпатель, кисточка.

2.4.Порядок выполнения работы

1.Отобрать представительную пробу руды массой 1…3 кг.

2.Выполнить рассев пробы руды на стандартном наборе сит для выделения классов крупности: –0,5+0,25 мм, –0,25+0,125 мм, –0,125+0,074 мм, –0,074+0,044 мм, –0,044+0 мм.

15

3.Усреднить каждый класс крупности и методом квадратования отобрать от каждого класса пять проб массой 20 г.

4.Поместить каждую пробу в отдельные цилиндры, а затем постепенно налить в них воду исходя из соотношения твердого и жидкого

(Т:Ж): 1:3, 1:6, 1:10, 1:20.

5.Образующуюся суспензию тщательно перемешать и поставить на ровную хорошо освещенную поверхность.

6.Одновременно проводят наблюдения за скоростью изменения границы раздела «осветленный слой – осадок» в нескольких цилиндрах и чистотой слива. Высоту осветленного слоя измеряют через возрастающие промежутки времени и заносят в таблицу 2.1.

7.В конце каждого опыта измеряют высоту пульпы, высоту осадка

идиаметр цилиндра.

2.5.Результаты опытов

1.Результаты опытов для каждой крупности записывают в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Результаты работы

Руда: ___________

Плотность твердого: _____ г/см3 d = _______ мм

Hп – высота пульпы в цилиндре; D – внутренний диаметр цилиндра.

16

2. По исходным данным Т:Ж рассчитывают плотность пульпы:

где mтв и mж – масса твердой и жидккой фазы, г.

3. По результатам опытов строят кривые осаждения в координатах высота осадка – время для каждой крупности при постоянной плотности пульпы и для каждой плотности пульпы при постоянной крупности.

4. Зная начальный угол наклона графических зависимостей рассчитывают скорость осаждения:

где Hосв = Hп – Hос(t) – высота осветленного слоя, мм; Hос(t) – высота осадка за время осаждения t.

5. Для каждого опыта рассчитывают разжижение осадка (R) при максимальном времени осаждения:

где ρж – плотность воды, г/см3; Vос и Vтв – объем осадка и твердой фазы, которые рассчитывают по следующим формулам:

17

Результаты расчетов заносят в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Влияние крупности твердой фазы и плотности пульпы на скорость осаждения, разжижение и плотность конечного осадка

6. Построить графические зависимости влияния крупности частиц твердой фазы на скорость их осаждения и плотность (разжижение) осадка, а также влияния плотности пульпы на скорость осаждения и плотность (разжижение) осадка.

2.6. Требования к содержанию отчета

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:

1.Название работы.

2.Цель работы.

3.Теоретическое введение.

4.Описание оборудования и материалов.

5.Порядок выполнения работы.

6.Результаты (расчеты, таблицы, графики).

7.Выводы.

18

Контрольные вопросы

1.Какие факторы влияют на скорость расслоения пульпы?

2.Объясните влияние плотности пульпы на скорость ее расслоения.

3.Объясните влияние крупности частиц на скорость их осаждения в воде.

4.Объясните влияние плотности пульпы на разжижение осадка.

5.Объясните влияние крупности частиц на разжижение осадка.

6.Все ли суспензии имеют четкую границу раздела фаз твердое – жидкость?

7.По каким признакам суспензии делят на классы?

8.Почему скорость расслоения пульпы рассчитывают с учетом начального угла наклона графических зависимостей кривых осаждения?

9.Какие стадии процесса сгущения существуют?

10.Что понимают под критическим временем осаждения?

11.Как определить оптимальную плотность сгущения пульпы, при которой ее целесообразно выгружать из сгустителя?

19

Лабораторная работа 3

ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КОАГУЛЯНТОВ НА СКОРОСТЬ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ ПУЛЬПЫ

3.1. Цель работы

Изучить методику применения коагулянтов для интенсификации процессов осаждения суспензий полезных ископаемых.

Изучить влияние расхода коагулянтов на скорость осаждения суспензий, разжижение и плотность осадка.

3.2. Теоретическое введение

Тонкие и шламистые частицы твердой фазы пульпы либо не осаждаются, либо осаждаются чрезвычайно медленно. Это связано с наличием заряда поверхности частиц, что приводит к устойчивости суспензий. Для повышения скорости осаждения таких частиц используют процессы агрегирования, одним из которых является коагуляция.

Коагуляция – процесс агрегирования частиц твердой фазы с помощью реагентов-электролитов (коагулянтов), в результате действия которых снижается (или нивелируется) поверхностный заряд частиц, что приводит к уменьшению электростатических сил отталкивания, снижению устойчивости суспензий и образованию агрегатов, состоящих из частиц, удерживаемых молекулярными силами сцепления.

Осаждение агрегатов проходит более интенсивно, что повышает производительность сгустителей и чистоту сливов сгущения. Поверхность большинства минералов в водной среде заряжена положительно или отрицательно. Одноименный заряд на поверхности частиц препятствует их сближению и образованию агрегатов. При коагуляции происходит ликвидация или ослабление сил взаимного отталкивания частиц путем уменьшения их поверхностного заряда. Частицы в водной среде отталкиваются друг от друга, если расстояние между ними превышает критическое. При сближении этих частиц до критического расстояния начинается процесс агрегирования под действием молекулярных сил.

Коагуляция происходит при введении в суспензию:

• растворов солей, содержащих многовалентные катионы, которые адсорбируются на поверхности частиц, уменьшая их электрокинети-

20