pzkk36[1]
.pdfшляхом відсадження зважених у пульпах (суспензіях) твердих частинок і відділення їх у вигляді осаду (продукту, що згущується) від рідини – зливу. Відсадження зважених твердих частинок може бути проведене під дією сили ваги або відцентрової сили.
Операції згущування при обробці мийних або стічних вод, що є сильно розрідженими шламовими суспензіями, називають також
освітленням шламових вод.
Для згущування (освітлення шламових вод) застосовують:
– пристрої і апарати, в яких розшарування пульпи відбувається під дією сили ваги: а) безперервної дії – пірамідальні відстійники,
конусні згущувачі (воронки), циліндрові згущувачі і так далі; б)
періодичної дії – зовнішні відстійники – шламові басейни, ставки;
– апарати, в яких розшарування пульпи відбувається під дією відцентрової сили: гідроциклони– згущувачі, відсаджувальні центрифуги.
Пристрої і апарати, в яких розшарування пульпи відбувається під дією сили ваги, є великі чани або басейни, куди подається безперервно або періодично пульпа. Зважені у пульпі тверді частинки поволі осідають, утворюючи осад, який ущільнюється і у міру його накопичення видається з апарату.
Верхні шари освітленої води переливаються через борти апарату.
У верхніх шарах пульпи у згущувачах і відстійниках концентрація твердих частинок зазвичай невисока і тому вони осідають в умовах вільного падіння з максимальною швидкістю,
залежною від їх крупності та щільності.
У міру збільшення концентрації частинок у шарах пульпи, що пролягають нижче, швидкість осадження їх зменшується. Коли концентрація досягає певної межі залежно від крупності й щільності,
61
осадження частинок відбувається в умовах обмеженого падіння, що характеризується їх осіданням всією масою. При цьому крупні,
швидко осідаючі частинки, затримуються у своєму падінні дрібними частинками й осідають разом з ними.
При ущільненні (стисненні) осаду концентрація твердих частинок досягає максимуму, а швидкість осадження їх наближається до нуля. Тут вода вичавлюється з осаду під дією тиску частинок, які розміщені вище, і переміщається від низу до верху. Щільність осаду
(пульпи, що згущується) залежить від структури й розміру твердих частинок. Зазвичай невелика щільність осаду, при якому не втрачається властивість його текучості, виходить при концентрації в ньому твердого до 43-44 % за об'ємом.
Швидкість осадження твердих частинок кулястої форми в умовах вільногопадінняможебути визначеназавідомоюформулою Стокса(8.1)
V |
c |
|
1 |
d2 g , |
|
||||
|
|
18 |
||
де d – діаметр частинки, м ;
ρ– щільність частинки, кг/м3;
–щільність рідини, кг/м3;
µ – в'язкість рідини (див. Додаток Б.)
Швидкість обмеженого відсадження виражена рівнянням:
(8.1)
частинок може бути
Vcm K Vc , |
(8.2) |
де, К – коефіцієнт зниження швидкості вільного відсадження
62
частинок в обмежених умовах.
Величина коефіцієнта К залежить від багатьох різних чинників
(концентрації, що мінялася, твердого в пульпі, гранулометричного складу твердих частинок і так далі) вплив яких важко піддається обліку, тому зазвичай для розрахунків згущувачів швидкість осаджень твердих частинок в пульпі визначають досвідченим шляхом.
Суспензії, що піддаються згущуванню, можна розділити по крупності зважених у них твердих частинок на наступні типи:
–грубі суспензії, що містять частинки крупністю > 100 мк.;
–тонкі суспензії з частинками від 0,5 до 100 мк.;
–каламутності з частинками від 0,1 до 0,5 мк.;
–колоїдні розчини з частинками 0,1 мк.
Тверді частинки у грубих суспензіях легко осідають під дією сили тяжіння власної ваги. У тонких суспензіях частинки дією сили тяжіння майже не осідають (або осідають дуже повільно), оскільки вони частково знаходяться у броунівському русі (у мутностях частинки повністю знаходяться у броунівському русі).
Для прискорення відсадження твердих частинок у тонких суспензіях і мутностях додають різні реагенти, які визивають коагуляцію або флокуляцію, тобто злипання, що диспергують у них найдрібніших частинок під дією молекулярних сил зчеплення й утворення з них пластівців – відносно великих, швидко осідаючих агрегатів.
У суспензії вводяться наступні реагенти:
I. Коагулянти – це електроліти, що розпадаються у суспензії на іони. Іони, що мають протилежний знак електричному заряду твердих частинок, нейтралізують останні або зменшують їх, викликаючи
63
коагуляцію частинок. (Приклад: майже всі солі, більшість неорганічних кислот і основ).
2. Флокулянти – це високо полімерні природні або штучні органічні речовини. Процес флокуляції твердих частинок суспензії при введенні до нього флокулянтів заснований на адсорбції подовжених молекул полімеру поверхнею частинок. При цьому окремі молекули як
би "склеюють" частинки, |
утворюючи |
з них зв'язані агрегати |
("пластівці"), що швидко випадають в осад. |
|
|
Одночасне розчинення флокулянта у воді супроводжується |
||
дисоціацією його молекул |
на аніони й |
катіони, нейтралізуючі |
електричні заряди твердих частинок, внаслідок чого відбувається коагуляція. Приклад флокулянтів: природні – крохмаль і т.д., штучні –
поліакриламід, санфлок та |
ін. |
|
Для інтенсифікації |
відсадження твердих частинок, |
що |
володіють магнітною проникністю (залізні, марганцеві та інші руди),
суспензії пропускають через магнітні апарати. При цьому частинки намагнічуються і утворюють магнітні агрегати.
При згущуванні шламів у відсаджувальних центрифугах швидкість відсадженняVcц частинок можебути розрахованазаформулою Стокса(8.3).
Vcц |
|
d2( ) 2R |
, |
(8.3) |
|
||||
|
|
18 |
|
|
де ω – кутова швидкість обертання, с-1;
R – радіус обертання, м.
Швидкість відсадження частинок у відцентровому полі в n раз більше, ніж при відсадженні їх під дією сили тяжіння.
64
Fr |
|
2R |
(8.4) |
|
g |
||||
|
|
|
деFrназиваютьчинникомрозділенняцентрифуги абочисломФруда.
3 Обладнання й матеріали
1.Скляні циліндри – 4 шт.
2.Лабораторна центрифуга ЦЕ–3.
3.Концентрат розчинуфлокулянтів (2-3 шт.) і коагулянтів (2 шт.).
4.Піпетки з грушами (окремо для кожного розчину).
5.Ємність з вугільним шламом.
6.Лінійка з діленнями (з ціною ділення, рівною I мм).
7.Секундомір.
8.Скляні палички для перемішування пульпи.
9.Скляний стакан ємкістю 0,75-1,0 л.
10.Пробірки – 4 шт.
4 Методика проведення дослідів
4.1 Вибір ефективного коагулянту (флокулянту)
Спочатку перемішується складове ємності з вугільним шламом і заповнюється скляний стакан шламовою водою. Після ретельного перемішування шламової води із стакана заповнюються 4 скляних циліндра на однакову висоту Н. Один з циліндрів з пульпою залишається для контролю, а в останні додається згідно вказівці викладача по одному з флокулянтів (коагулянтів) по однаковій кількості. Складова всіх циліндрів одночасно перемішується скляними паличками (можна шляхом ручного перекидання 4-5 разів протягом 30
сек.). Після перемішування всі циліндри одночасно встановлюються на
65
освітленому місці й вимірюється висота освітленого шару через кожну хвилину. Тривалість спостережень указує викладач.
Результати вимірювання заносяться в таблицю 8.2.
4.2 Дослідження впливу концентрації флокулянту на швидкість освітлення
У чотири циліндри заливається однакова кількість пульпи,
додається в кожен циліндр різна кількість флокулянту (коагулянту) за завданням викладача й проводяться спостереження згідно методиці,
викладеній в п.4.2.
Результати спостережень заносяться в таблицю 8.1.
Таблиця 8.1 – Результати дослідів по впливу реагентів на швидкість освітлення
Час |
Без реагенту |
|
Реагент |
|
|
Реагент |
|
|
|
Реагент |
|||||
|
освітленого шару, мм |
середня швидкість освітлення, |
|
освітленого |
середня швидкість освітлення, |
|
|
освітленого |
середня швидкість |
освітлення, |
|
висота освітленого |
|
середня швидкість освітлення, |
|
спостереж |
висота |
висота |
мм/мін |
висота |
мм/мін |
шару, мм |
|||||||||
ення, |
|||||||||||||||
мін |
|||||||||||||||
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
|
|
0 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.3 Освітлення шламової води у відстійній центрифузі
Заповнити дві пробірки шламовою водою на однакову висоту.
Зняти кришку центрифуги, помістити пробірки у діаметрально розташовані гільзи. Встановити на місце кришку й включити центрифугу шляхом плавного збільшення напруги автотрансформатором ЛАТР (не вище 60 В). Тривалість роботи центрифуги встановлюється викладачем. Вимкнути центрифугу, після
66
повної зупинки центрифуги зняти кришку, витягувати з гільз пробірки і
записати висоту освітленого шару.
5 Обробка отриманих результатів і оформлення звіту
Результати дослідів по встановленню ефективності різних фло-
кулянтів (коагулянтів) при однаковій їх витраті зводяться в таблицю 8.2.
Для визначення середньої швидкості освітлення необхідно висоту освітленого шару розділити на тривалість освітлення. За результатами таблиці 8.1 будується графік залежності висоти освітленого шару від часу (рис. 8.2).
Результати дослідів по дослідженню впливу концентрації (с)
реагентів на швидкість освітлення заносяться в таблицю 8.2.
Таблиця 8.2 – Результати впливу концентрації реагенту на швидкість освітлення
Час спостереженн |
|
с = |
|
с = |
|
с = |
|
с = |
||||
висота освітленого |
шару, мм |
Vcр |
висота освітленого |
шару, мм |
Vcр |
висота освітленого |
шару, мм |
Vcр |
висота освітленого |
шару, мм |
Vcр |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
За даними таблиці 8.2 будується графік залежності висоти освітленого шару від часу при різній концентрації реагенту.
67
Рисунок 8.1 – Залежність висоти освітленого шару від часу при різних флокулянтах (коагулянтах)
У звіті приводиться схема центрифуги, результати дослідів по освітленню води у центрифузі й графічна залежність (рис. 8.2).
Рисунок 8.2 – Залежність висоти освітленого шару від часу при різній концентрації флокулянту (коагулянту)
68
У висновку необхідно зробити порівняльний аналіз проведених
досліджень по інтенсифікації процесу освітлення.
6 Техніка безпеки
1.Стежити за стійкою установкою скляних циліндрів.
2.Включати центрифугу дозволяється при закритій кришці.
3.Знімати кришку дозволяється при повній зупинці центрифуги.
Контрольні питання
1.Назвіть джерела утворення шламу в умовах збагачувальних
фабрик.
2.Якої крупності частинки утворюють шлам?
3.З якою метою застосовуються процеси освітлення
(згущування) шламових вод?
4.Які апарати використовують утехнологіях згущування шламів?
5.Запишіть формулу Стокса.
6.Чим відрізняється вільне падіння частинок від обмеженого?
7.Вкажіть призначення флокулянтів і коагулянтів?
8.Чому у відсаджувальних центрифугах освітлення йде інтенсивніше, чим у згущувачах?
10.Що характеризує чинник розділення центрифуги і як його визначити?
11.Поясніть, чому при додаванні флокулянтів (коагулянтів),
підвищується швидкість освітлення.
12.Чим відрізняється флокулянти від коагулянтів?
13.Чи впливає на швидкість освітлення температура пульпи?
69
Рекомендована література
1. Бедрань Н.Г., Скоробогатова Л.Н. Переробка и качество по-
лезных ископаемых. – М.: Недра, 1986. – 189 с. (С.133-136).
2. Руденко K.Г., Шемаханов М.М. Обезвоживание и пылеулав-
ливание. – М.: Надра, 1981. – 371 с. (С.32-40).
70