Вспомогательные процессы. Лабораторный практикум

2. Используя формулы из лабораторной работы 2, рассчитать скорость осаждения, разжижение и плотность осадка для каждого флокулянта при разных концентрациях, а также для опыта без добавления флокулянта. Результаты расчетов занести в табл. 4.2.

Таблица 4.2

Влияние типа и расхода (концентрации) флокулянта на скорость осаждения минеральных суспензий и разжижение конечного осадка

3.На основании полученных данных и выполненных расчетов построить кривые осаждения для каждого флокулянта при разных концентрациях, а также графические зависимости влияния концентрации (расхода) флокулянтов на скорость осаждения, разжижение осадка и время осаждения суспензии.

4.Сделать выводы о влиянии типа и расхода (концентрации) флокулянта на скорость осаждения, разжижение и плотность осадка. Отметить, какой флокулянт и при каком расходе оказался более эффективным.

4.6. Требования к содержанию отчета

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:

1.Название работы.

2.Цель работы.

31

3.Теоретическое введение.

4.Описание оборудования, материалов и реагентов.

5.Порядок выполнения работы.

6.Результаты (расчеты, таблицы, графики).

7.Выводы.

Контрольные вопросы

1.В чем сущность гидрофобной флокуляции?

2.В чем сущность мостиковой флокуляции?

3.В чем отличие гидрофобной флокуляции от мостиковой?

4.Приведите классификацию высокомолекулярных полимеров.

5.Как концентрация флокулянта влияет на скорость осаждения частиц твердой фазы?

6.Как концентрация флокулянта влияет на плотность осадка при осаждении частиц твердой фазы?

32

Лабораторная работа 5

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ

5.1. Цель работы

Ознакомиться с методикой определения основных показателей работы вакуум-фильтров.

Изучить методику определения удельного сопротивления осадка и фильтровальной ткани.

Изучить влияние плотности пульпы и времени фильтрования на влажность кека и производительность вакуум-фильтра.

5.2. Теоретическое введение

Фильтрование представляет собой процесс разделения жидкой и твердой фаз тонкозернистых и шламистых суспензий, основанный на принудительном (под действием давления или разрежения) удалении содержащейся в них воды через пористую перегородку. Частицы твердой фазы, удерживаемые на пористой перегородке, называют осадком (кеком), а прошедшую через фильтрующую перегородку жидкую фазу – фильтратом.

На процесс фильтрования влияют различные факторы: физикохимические свойства твердой и жидкой фаз исходной пульпы, свойства фильтрующих перегородок, разница давлений по обе стороны фильтрующей перегородки, добавки поверхностно-активных веществ в фильтруемые материалы, частота вращения дисков (барабана), соотношение зон набора осадка и сушки, структура осадка, его толщина и прочее. К физико-химическим свойствам пульпы и ее компонентов относится гранулометрический состав твердой фазы, плотность пульпы, физико-химические свойства поверхности твердых частиц и их пористость, вязкость воды и др.

Исследования по фильтрованию проводят в лабораторных условия. При этом определяют удельное сопротивление осадка и фильтровальной ткани, производительность фильтра, а также изучают влияние технологических параметров на производительность фильтра и влажность осадка, выбор фильтровальной ткани и определение оптимальной плотности суспензии в питании.

По конструктивному исполнению вакуум-фильтры делятся на барабанные с наружной и внутренней фильтрующей поверхностью, ба-

33

рабанные фильтры со сходящим полотном, безъячейковые барабанные фильтры, дисковые фильтры, ленточные фильтры и план– фильтры.

По конструктивному оформлению фильтр-прессы подразделяют на горизонтальные, вертикальные камерные, рамные и ленточные.

С целью повышения производительности фильтров, снижения влажности осадка и содержания твердого в фильтрате используются различные способы воздействия на процесс фильтрования. Термические методы интенсификации позволяют при фильтровании труднофильтруемых шламистых продуктов увеличить производительность фильтра по твердому и снизить влажность осадка. Присадка крупнозернистого продукта при фильтровании шламистых суспензий снижает удельное сопротивление осадка, увеличивая диаметр пор, по которым удаляется влага. Механические воздействия на осадок позволяют

вряде случаев снизить его влажность благодаря разрушению структуры осадка и возникновению новых каналов для удаления влаги.

Поверхностно-активные вещества при введении в суспензии из-

меняют смачиваемость поверхности твердых частиц, снижают поверхностное натяжение воды и улучшают структуру осадка, способствуя повышению скорости фильтрования и снижению его удельного сопротивления.

На технологическую эффективность работы фильтровальных установок влияет величина уноса твердого в фильтрат, определяемая

вабсолютных (г/л) или в относительных (%) единицах.

5.3. Оборудование и материалы

Фильтрование проводят на лабораторной установке, изображенной на рис. 5.1.

Она состоит из воронки Бунзена, внутри которой установлен мерный цилиндр. Сверху в воронку установлена воронка Бюхнера. Воронка Бунзена подсоединена через гибкий шланг к вакуум-насосу, который имеет манометр для контроля величины вакуума. В воронку Бюхнера уложена фильтровальная ткань.

Для выполнения работы необходимы:

1.Лабораторная фильтровальная установка.

2.Навески минералов или руды тонкозернистой крупности.

3.Вода водопроводная.

4.Керамическая кружка.

5.Весы технические.

34

6.Линейка.

7.Мерный цилиндр.

8.Секундомер.

9.Сушильный шкаф.

Рис. 5.1. Схема фильтровальной установки: 1 – воронка Бунзена; 2 – мерный цилиндр; 3 – воронка Бюхнера; 4 – фильтровальная ткань; 5 – гибкий шланг; 6 – кран; 7 – вакуум-насос; 8 – манометр; 9 – пульпа

5.4.Порядок выполнения работы

1.По заданным значениям Т:Ж в исходном продукте, плотности твердой фазы и объему фильтровальной воронки рассчитать массу твердого и жидкого.

2.Методом квадратования отобрать навески рулы тонкозернистой или шламистой крупности.

3.Выбрать фильтровальную ткань и уложить ее на дно воронки Бюхнера.

4.Приготовить пульпу с заданной плотностью и перенести ее

вфильтровальную воронку.

5.Закрыть кран и включить вакуум-насос. При этом в системе создается вакуум, необходимая величина которого устанавливается по показанию манометра.

6.Открыть кран и начать процесс фильтрования, измеряя объем фильтрата через заданные интервалы времени.

35

7.После завершения фильтрования измерить высоту кека и объем фильтрата.

8.Взвесить осадок во влажном состоянии, после чего высушить его в сушильном шкафу при температуре 105…110 °С и взвесить сухой осадок.

9.Каждая бригада изучает влияние одного из факторов на скорость фильтрования и влажность кека: Т:Ж пульпы (1:0,5; 1:1; 1:2 и др.), крупности руды, типа и пористости фильтровальной ткани, величины вакуума.

5.5.Результаты опытов

1.Результаты измерений внести в табл. 5.1.

Влажность кека (%) в каждом опыте определяют по следующей

где mвл.кек, mсух.кек – масса влажного и сухого кека; mв – масса воды в кеке.

36

Скорость фильтрования рассчитывают по формуле

где S – площадь фильтрования, м2; V – объем фильтрата, м3; t – время фильтрования, с; ∆P – разность давлений, Н/м2; μ – динамическая вязкость, Н∙с/м2; rос – удельное сопротивление осадка, м-2; ρф – сопротивление фильтровальной перегородки, м–1; h – высота осадка, м.

После ряда преобразований получим следующее уравнение:

По результатам работы строят график фильтрования (рис. 5.2).

k = tgα

Рис. 5.2. График фильтрования (к расчету rос и ρф)

37

По тангенсу угла наклона прямой находят k, а точкой пересечения прямой с осью ординат является b. После это рассчитывают удельное сопротивление осадка (rос) и сопротивление фильтровальной перегородки (ρф):

Рассчитать удельную производительность фильтра в каждом опыте, т/(ч∙м2), по формуле

5.6. 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 такое процесс фильтрования?

2.В результате чего происходит удаление влаги из влажного материала?

3.Какие осадки считаются сжимаемыми и несжимаемыми?

4.Что такое удельное сопротивление осадка?

5.От каких факторов зависит удельное сопротивление осадка?

6.Какие факторы влияют на скорость фильтрования?

7.Какие аппараты применяют для фильтрования продуктов обогащения?

8.От каких факторов зависит эффективность процесса фильтрования?

9.Какие виды фильтровальных тканей вы знаете?

10.Какие существуют отложения, засоряющие фильтры?

11.Какие способы интенсификации процесса фильтрации вам известны?

38

Лабораторная работа 6

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ

6.1. Цель работы

Изучить зависимость влажности материала от времени сушки. Изучить влияние влажности материала на скорость сушки.

6.2. Теоретическое введение

Термической сушкой называется операция обезвоживания влажных продуктов обогащения и исходных полезных ископаемых, основанная на испарении содержащейся в них влаги в окружающую их газовую (воздушную) среду при нагревании высушиваемого материала. Среду, воспринимающую испаряемую влагу, называют сушильным агентом сушки.

Процесс термической сушки рассматривается как теплофизический и физико-химический, в котором происходит тепло- и влагообмен между поверхностью высушиваемого материала и окружающей ее газовой (воздушной) средой при перемещении тепла и влаги внутри материала. Тепло для испарения влаги передается высушиваемому материалу от нагретого воздуха путем конвективного теплообмена либо от нагретой поверхности.

Различают следующих виды сушки: конвективная, при которой тепло, необходимое для испарение влаги, передается от агента сушки высушиваемому материалу при непосредственном их соприкосновении (основной вид сушки на обогатительных фабриках); контактная; сублимация и др.

Сушка является заключительной стадией обезвоживания продуктов обогащения. После фильтрования обычно получают осадок с влажностью 10…18 %, сушка обеспечивает получение осадка с влажностью 2…5 %. Сушка – наиболее дорогой процесс обезвоживания, требующий значительных затрат энергии на испарение влаги. Используется в тех случаях, когда необходимо предотвратить смерзание концентратов, удешевить их перевозку на длительные расстояния или когда другие методы обезвоживания не могут обеспечить требуемых кондиций по влажности продуктов.

Задача предшествующих сушке методов обезвоживаниия – получение продуктов с минимально возможным содержанием влаги, поэтому важно изучение свойств минерального сырья и форм связи влаги

39

с твердым телом. Различают химическую, физико-химическую и физи- ко-механическую связь. Химически связанная влага обладает наибольшей энергией связи с материалом и даже при сушке не удаляется.

Физико-химическая связь характеризует адсорбционную влагу, которая включает в себя гигроскопическую (прочно связанную – внутреннюю) и адгезионную (влагу смачивания – внешнюю) влагу. Для удаления адсорбционной влаги применяется сушка. Влагу, которую можно удалить из продуктов обогащения механическими способами, называют физико-механической, это – свободная влага, заполняющая все промежутки между частицами.

Продукты обогащения в зависимости от содержания в них воды (влаги) подразделяют на:

––обводненные (жидкие) продукты, содержащие более 40 % воды и обладающие подвижностью жидкости. К таким продуктам относят сливы мельниц и классификаторов, флотационные концентраты, хвосты и др.;

––мокрые продукты, содержащие 15…40% влаги и не обладающие подвижностью жидкости. Часть воды из таких продуктов может выделяться при хранении, транспортировании и перегрузках;

––влажные продукты, содержащие 5…15 % влаги. Во влажных продуктах не содержится свободная влага, их получают при обезвоживании центрифугированием и фильтрованием и они служат исходным материалом для сушки;

––воздушно-сухие продукты (сыпучие). Влага, конденсируемая на поверхности частиц, не превышает 5 %;

––абсолютно сухие продукты, получаются после испарения всех видов влаги (кроме химической). На практике таким продуктом считается материал, влажность которого значительно меньше 5 %. Такие продукты получают исключительно в результате термической сушки. В практике обогащения полезных ископаемых часто нет необходимости получения абсолютно сухих продуктов.

При расчете параметров сушки различают содержащуюся в высушиваемом материале влагу:

––внешнюю, равную количеству удаленной влаги, выраженной в процентах и являющейся разностью между общей (рабочей) влагой Wр и влагой воздушно-сухого материала (лабораторной) Wл:

где Wвн – внешняя влажность;

40