автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Интенсификация процесса уплотнения осадка твердой фазы водо-угольной суспензии наложением внешних механических импульсов

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

Комплексный научно-исспедовагельский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ)

На правах рукописи

УДК 622.752.4

КОВОРОВ Юрий Васильевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ОСАДКА

ТВЕРДО^ ФАЗЫ ВОДО-УГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ НАЛОЖЕНИЕМ ВНЕШНИХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Специальность 06.15.08 'Обогащение полезных ископаемых*

АВТОРЕФЕРАТ • диссертации на соискание ученой степени -кандидата технических наук

Люберцы -

1990

Работа выполнена в Комплексном научно-исследоватепьо-ком и проектно-конструкторском институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) Министерства угольной промышленности СССР

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор H.H. Виноградов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.Н. Бочков

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

З.И. Вишнякова

Ведущее предприятие — ЦОФ 'Чумаковская* производственного объединения "Донецк углеобогащение *

Зашита диссертации состоится "26* декабря 1990 г. в 14 часов на заседании специализированного совета К 135.01.01 по защите диссертаций, представленных на соискание ученой степени кандидата технических наук, при Институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) по адресу: 140004, г. Люберцы - 4, Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы, заверенные печатью предприятия, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан ' " ис\л>с>фьа 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

В.А. Острый

- I -

общая характеристика работы

Актуальность темы. В связи с повышением требований к охране окружающей среды вопросы совершенствования водно-шламовых схем углеобогатительных фабрик приобретают важное значение.

В настоящее время как в СССР, так и во многих зарубежных странах, проводятся исследования в э^ом направлении, включая создание новых, достаточно эффективных, надежных и высокопроизводительных сгустительных аппаратов, являющихся важным элементом водно-шламовых схем.

Сгущенный продукт, получаемый в существующих сгустителях, не полностью удовлетворяет предъявляемым требованиям. Так для эффективной работы устанавливаемой после сгустителей обезвоживающей аппаратуры, необходимо иметь достаточно высокое содержание твердого (400 + 600 кг/м3) в их питании.

На углеобогатительных фабриках (ОФ) для обезвоживания отходов флотации все большее применение находят фильтр-прессы, позволяющие получать осадок с низкой влажностью (20-25%) и малым содержанием твердого в фильтрате ( ^ I 4 5 кг/м3). Это позволяет полностью замыкать водно-аламовыэ системы, а осадок складировать в ответах или отгружать производителям стройматериалов.

Таким образом, актуальной является задача по интенсификации процесса уплотнения осадка твердой фазы водо-угольной суспензии и создание аппаратов, на которых можно получать высококонцентрированный осадок.

Одним из перспективных направлений интенсификации процесса уплотнения осадка твердой фазы водо-угольной суспензии является наложение на осадок в сгустителе внешних воздействий в виде механических импульсов. Это позволяет не только повысить содержание твердого в сгущенном продукте, но и улучшить его разгрузку иэ аппарата.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИОКР института ИОГГ, тема № 1318116003 "Разработка научных основ создания нового поколения гравитационных аппаратов для обогащения, классификации и сгущения шламов, с наложением на раз-,0 деляеыый материал внешних воздействий". £ Результаты диссертационных исследований рекомендуются к широкому использованию на межотраслевом уровне.

Целью работы является обоснование направления интенсификации уплотнения осадка твердой фазы водо-уголъной суспензии в сгус-тительных аппаратах (путей наложения внешних воздействий на осадок) и создание (на основании результатов аналитических и экспериментальных исследований) научно-обоснованной технологии и техники, обеспечивающих решение важной прикладной задачи - высокую эффективность уплотнения осадка перед его обезвоживанием.

Основная идея работы заключалась в наложении внешних механических импульсов на осадок в сгуститеае посредством электрических высоковольтных воздействий на элементы сгустительного аппарата. При этом происходит разрушение связей внутри флокул под действием внешних импульсов. Размеры флокул уменьшаются, жидкая среда, находящаяся внутри флокул, вытесняется. Тем самым происходит уплотнение осадка в сгустителе.

Методы исследований. При выполнении аналитических исследовав ний процесса сгущения и уплотнения осадка в сгустителях использовались современные методы изучения обогатительных процессов, гидродинамики и механики сплошных сред. Экспериментальные исследования по интенсификации процесса уплотнения осадка в лабораторных условиях проводились на специально созданном стенде с применением метода факторного планирования экспериментов. Нефелометри-ческий метод применялся для определения размеров флокул при наложении механических импульсов на осадок. Оценка достоверности полученных данных осуществлялась с помощью математических и графоаналитических методов обработки результатов с использованием ЭВМ.

Научная новизна работы

- предложена уточненная физическая модель и дано математическое описание процесса осаждения и уплотнения осадка в сгустителе в виде дифференциального уравнения второго порядка с постоянной правой частью;

- установлена взаимосвязь между основными факторами, определяющими процесс осаждения и уплотнения осадка в сгустителе;

- впервые показана перспективность наложения на осадок внешних механических импульсов, получаемых с помощью электрической высоковольтной установки.

Обоснованность и достоверность выводов и основных положений подтверждена соответствием экспериментальных данных результатам теоретических исследований, обеспечена использованием современных методов аналитических и экспериментальных исследований, применением методов факторного планирования экспериментов для обработки полученных результатов исследований. Уравнения регрессии адекватно описывают результаты экспериментов с уровнем значимости 9556. Промышленные технологические испытания подтвердили обоснованность выбранного направления интенсификации процесса уплотнения осадка в сгустителе.

Научное значение работы заключается в установлении зависимости эффективности процесса уплотнения осадка от основных параметров механических импульсов; определены оптимальные значения импульса силы, интервала между импульсами, а также оптимальная высота и место наложения механических импульсов; разработаны методы, позволявшие получить максимальное электромагнитное поле без увеличения энергии заряда конденсаторов.

Практическая ценность.'В результате выполненных исследований предложена новая технология уплотнения, базирующаяся на конструкции сгустителя, запущенная положительным решением ВНИИГПЭ на заявку № 4772228/03 от 20.12.89г. Эта конструкция изготовлена и испытана в промышленных условиях ЦОФ "Чумаковская" ПО "Донецк-углеобогащение". Результаты испытаний показали, что наложение внешних механических импульсов на осадок в сгустителе повышает содержание твердого в осадке на 10%, что позволяет увеличить производительность фильтр-пресса, обезвоживающего осадок на 4,7%. Наложение механических импульсов на осадок в сгустителе обеспечивает большую текучесть осадка в зоне разгрузки, исключая за-шламование сгустителя и повышая надежность его эксплуатации.

Основные положения, вынесенные автором на защиту: - уточненная физическая модель и математическое описание механизма сгущения и уплотнения осадка твердой фазы водо-уголь-ной суспензии в сгустительном аппарате;

'- направления интенсификации процесса уплотнения осадка в , сгустителях путем наложения внешних механических воздействий;.

- оптимальные значения основных факторов, влияющих на эффективность процесса уплотнения осадка в сгустителе при наложении внешних механических импульсов на осадок;

- технология уплотнения на основе конструкции сгуститель-ного аппарата с наложением механических импульсов на осадок с помощью высоковольтных воздействий.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на отраслевых научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов--углеобогатителей (Люберцы, 198б-1988г.г.), на XIX годичной сессии Ученого Совета ИОЛ (1989г.), на семинарах лаборатории гравитационных методов обогащения и лаборатории механизации и автоматизации (1989-1990г.г.), на секции Ученого Совета ШГТ (1990г.).

Публикации. Результаты работы изложены в 4 публикациях и трех научно-исследовательских отчетах ШГТ. Кроме того, получено авторское свидетельство на изобретение и положительное решение на заявку по изобретению. Все теоретические и экспериментальные исследования проведены автором самостоятельно. Промышленные испытания и разработка конструкции сгустителя с наложением внешних механических импульсов на осадок выполнены при личном участии автора.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 108 наименований, 7 приложений, включающих акт промышленных испытаний, протокол технического совещания на ЦОФ "Чумаковская" и утвержденный расчет ожидаемого экономического эффекта.

Работа изложена на 20 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунка и 13 таблиц.

^ б т

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ

И ТЕОРИИ СГУЩЕНИЯ И УПЛОТНЕНИЯ ОСАДКА ТВЕРДОЙ ФАЗЫ БОДО-УГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ

Сгустительные аппараты широко применяются в различных отраслях промышленности и отличаются большим разнообразием конструкций. Разработанная классификация сгустительных аппаратов позволила провести сравнительный анализ и обобщить опыт их эксплуатации.

В водно-шламовых схемах ОФ для сгущения отходов флотации используются сгустители с осадкоуплотнителем, сгустители имеющие разгрузочную воронку" и сгустители с "фильтрующим" или "взвешенным" слоем. Для обезвоживания отходов флотации применяются фильтр-прессы.

Вопросам теории, совершенствования технологии и конструкций аппаратов для осаждения и сгущения твердых частиц водо-уголь-ной суспензии посвящены работы советских и зарубежных ученых: И.Г.Акопова, 11.А.Борца, Ю.Н.Бочкова, В.С.Бутовецкого, Н.Н.Виноградова, Ю.П.Гупало, В.С.Каминского, А.Ф.Кондратенко, Т.Г.Фоменко, А.Баттаглии, Г.Травинского и др.

Результаты проведенных различными авторами научных исследований, а также опыт промышленной эксплуатации указанных аппаратов позволяют заключить, что перспективным оборудованием, позволяющим повысить эффективность процесса уплотнения осадка, являются сгустители с наложением внешних воздействий на осадок.

В связи с изложенным, основными направлениями настоящей работы явились:

1. Аналитические исследования процесса осаддения и уплотнения осадка твердых частиц в сгустительном аппарате;

2. Научное обоснование выбора направления интенсификации процесса уплотнения осадка в сгустителе;

3. Создание специального стенда для изучения процесса-уплотнения осадка в экспериментальном макете сгустителя, позво-

л ляющем накладывать на осадок внешние механические импульсы, g получаемые посредством электрических высоковольтных воздействий.

Определение оптимальных параметров механических импульсов, оптимального места их приложения;

4. Проведение сравнительных испытаний процесса уплотнения осадка при наложении механических импульсов на осадок и без наложения внешнего воздействия. Определение путей повышения эффективности передаваемого электромагнитным полем механических импульсов без увеличения энергии заряда конденсаторов;

5. Исследование степени разрушения флокул в осадке при наложении на него механических импульсов в зависимости от их параметров.

6. Разработка на основании выполненных экспериментальных исследований конструкции сгустителя с наложением внешних механических импульсов посредством высоковольтных воздействий на' элементы конструкции сгустителя.

7. Испытания технологии уплотнения осадка в сгустителе с наложением внешних воздействий в промышленных условиях

АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА ОСАЖДЕНИЯ И УПЛОТНЕНИЯ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ВОДОУГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ И РАЗРАБОТКА НАПРАВЛЕНИЙ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ЭТОГО ПРОЦЕССА

Для" разработки направлений интенсификации процесса уплотнения осадка в сгустителе выполнены аналитические исследования механизма перемещения твердых частиц и жидкости в сгуститель-ных аппаратах. При этом использованы основные закономерности обобщенной физической модели процессов разделения, предложенной д.т.н.,проф. Виноградовым H.H.

В разработанной автором диссертационной работы конкретной физической модели процесса осаждения и уплотнения твердой фазы водо-угольной суспензии в сгустителе рассматривается перемещение элементарных слоев, состоящих из совокупности доста» точно большого количества частиц, под действием приложенных к их границам сил. Переход слоя из начального неупорядоченного в конечное упорядоченное состояние есть процесс осаждения

частиц под действием сил тяжести. На элементарный слой частиц действуют также силы гидродинамического сопротивления и силы, обусловленные турбулентными пульсациями потока и осмотическим давлением. Эти силы препятствуют осаждению частиц, так как стремятся рассеять частицы по всем направлениям. В связи с этш сфлокулированный осадок может рассматриваться как квазиупругая среда, а равнодействующая сил турбулентного и осмотического давлений нами названа квазиупругой силой. В результате взаимодействия этих сил рассматриваемый слой переместится в нижнюю часть сгустителя. Согласно предложенной физической модели, процесс оса-здения и уплотнения осадка в сгустителе описывается дифференциальным управнениеи второго порядка с постоянной правой частью, составленное в соответствии с принципом Д.Аламбера:

где функция первого порядка в виде разложения по

собственным формам колебания элементарного слоя при отсутствии сопротивления; ^ - погонная масса твердых частиц; 2] - коэффициент квазиупругости;

£ - коэффициент сопротивления движению твердых частиц; - гравитационная сила тяжести;

коэффициент» учитывающий влияние катаморфозных сил.

После соответствующих преобразований и упрощений уравнения (I) получаем решение, описывающее перемещение центра тяжести элементарного слоя частиц для процесса сгущения и уплотнения осадка: •

где Ь - конечное положение элементарного слоя при

(2)

Частное решение уравнения (I) при конкретных начальных условиях (Л - ; ) • характерных для процесса

уплотнения осадка в сгустителе, после преобразований имеет вид:

»С-.^-^г- о»

Скорость перемещения элементарного слоя частиц получаем дифференцируя (2)

Анализ полученных уравнений (2), (3) и (4) показывает, что повышение эффективности процесса уплотнения осадка в сгустителе, наряду с известными направлениями, может быть достигнуто за счет уменьшения коэффициента квазиупругих сил Л Для реализации этого положения, используя закономерности гидромеханики и механики сплошных сред, предложено наложение на осадок в сгустителе внешних механических импульсов посредством электрических высоковольтных воздействий. Для проверки этих направлений и определения оптимальных параметров механических импульсов были проведены специальные исследования.

МЕТОДИКА И ОБОРУДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ

Для экспериментального подтверждения результатов теоретических исследований выполнено несколько серий опытов на стенде, состоящвгоиз экспериментального макета сгустителя и электрической высоковольтной установки I .позволяющей накладывать механические импульсы на осадок твердой фазы водо-угольной суспензии в макете сгустителя.

Экспериментальный стевд (рис.1) состоит из блоков: управления 2, конденсаторов 3, тиристоров 4 и индуктора 5. При подаче высоковольтного импульса на индуктор 5 в нем наводится электромагнитное поле, которое в свою очередь, наводит вторичное магнитное поле в металле листа 6, к которому крепится сам индуктор. При взаимодействии этих магнитных полей происходит интенсивная и скоростная деформация металлического листа 6,

- 9 -

Схема экспериментального стенда

Рис.1.

которая передается в виде механических импульсов на осадок в макете сгустителя 7, закрепленного в держателе 8. При проведении исследований установка работала в автоматическом режиме. Импульс силы, воздействующий на осадок регулировался ступенчато за счет присоединения трех, четырех или пяти конденсаторов в блоке накопителя через специальный тумблер. Для определения импульса силы на стержне II отмечалась высота Н, на которую поднимался груз 12 под действием импульсного воздействия. Интервал между ишульсами изменялся с помощью программного диска командного прибора 9. Экспериментальный макет сгустителя представляет собой цилиндроконический аппарат, изготовленный из оргстекла. Высота приложения механических импульсов регулировалась с помощью специального регулировочного кольца 10 на макете сгустителя. Конструкция стенда позволяет исследовать процесс уплотнения осадка с целью определения оптимального места наложения механических импульсов на осадок в макете сгустителя. Для этого наложение на осадок осуществлялось сверху, снизу и сбоку конической части макета сгустителя.

В качестве исходного материала использовались отходы флотации ЦОФ "Кальмиусская" ПО "Донецкуглеобогащение".

со

При проведении исследований для получения объективных сравнительных показателей использованы методы факторного планирования экспериментов.

Результаты лабораторных исследований по определению оптимальных параметров механических импульсов обрабатывались с применением центрального ортогонального композиционного плана. Проводилась оценка влияния на эффективность уплотнения осадка амплитуды, частоты, высоты и места приложения механических импульсов, а также удельного расхода флокулянта, добавляемого в суспензию. Вычислялись среднеквадратичные отклонения всех переменных и коэффициенты уравнений регрессии.

Исследования по повышению эффективности передаваемого электромагнитным полем механического импульса проводились для различных материалов металлической пластины, через которую импульс передавался на осадок. Для повышения эффективности механических импульсов между индуктором и металлической пластиной помещали прокладку, выполненную из различных материалов и разных размеров и толщины. Выла получена зависимость изменения механического импульса от расстояния от центра воздействия.

Изучение степени разрушения флокул в осадке при наложении механических импульсов проводилось двумя независимыми методами: I) непосредственным измерением флокул при наложении механических импульсов под микроскопом и 2) определением интенсивности светорассеяния твердыми частицами (коэффициента ослабления света) нефелометрическим методом.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ОСАДКА БОДО-УГОЛЬНОЙ СУСПЕНЗИИ ПРИ НАЛОЖЕНИИ ВНЕШНИХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Для определения влидаия внешних механических импульсов, вызываемых электрическими высоковольтными воздействиями,были проведены сравнительные опыты, результаты которых представлены в таблице I.

Влияние механических импульсов (импульс силы 0,015 н>сек, интервал между импульсами 20 сек.) на уплотнение осадка (содержание твердого в исходном питании - 50 кг/м3)

Режим уплотнения осадка

Содержание твердого в осадке, у кг/м после начала опыта

¡через 72 часа (время,соответству-через I час ¡щее условиям полного осаждения частиц)

I. Без применения флокулянта ПАА для интенсификации процесса осаждения

Без наложения импульсов 150 625

С наложением импульсов на осадок 185-

П. С применением флокулянта ПАА для ускорения процесса осаждения.(удельный расход 50 г/т)

Без наложения импульсов 455 500

С наложением импульсов на осадок 520

Анализируя результаты можно видеть, что при воздействии механических импульсов на сфлокулированный осадок содержание в нем твердого увеличивается на 14,3%.

Для определения оптимальных параметров, высоты и места приложения механических импульсов, а также удельного расхода флокулянта, добавляемого в суспензию, были проведены исследования, где для качественной оценки эффективности уплотнения осадка замерялось содержание твердого в сфлокулированном осадке. В результате этих исследований получены функции отклика и координаты оптимальных параметров для каждого режима.

Проверка по критерию Фишера показала, что уравнения регрессии адекватно описывают результаты экспериментов с уровнем значимости 95%. Результаты исследований по определению оптимального места наложения механических импульсов приведены в таблице 2.

Определение оптимального места наложения механических импульсов

Место наложения Ч^^Шмпульс [Интервал '¡^сотапр^ Содержа-^оТнС^к!Е1; !°н^сек !«ьса-1^ов' й^рго

!подавае-! мого в • Iсуспен- ( }зию,г/т }

ми,

{ сек

•относи- } в осадке, тельно

дна сгус- кг/м }тителя,мм|

I I_

Сверху разгрузочной воронки макета

сгустителя 78 0,02 10 18 620

Снизу разгрузочной

воронки 89 0,02 5 - 645

Сбоку разгрузочной

воронки 22 0,02 5 10 645

Полученные результаты показали, что содержание твердого в осадке имеет наибольшее значение (645 кг/м3) при наложении механических импульсов на осадок снизу и сбоку разгрузочной воронки сгустителя. Причем, чем больше импульс силы и меньше интервал между импульсами, тем больше значение указанного параметра оптимизации. В реальных условиях требуемого содержания твердого в осадке можно добиться различными сочетаниями величин импульса силы и интервала между импульсами, т.е. необходимо в определенный промежуток времени направлять оптимальное количество импульсов, необходимых для разрушения флокул и получения требуемого содержания твердого в. осадке. При увеличении удельного расхода флокулянта, подаваемого в суспензию, необходимо увеличивать количество импульсов, т.е. изменять импульс силы или интервал между импульсами для получения высокого содержания твердого в осадке.

Полученные результаты подтвердили выводы аналитических исследований о возможности интенсификации процесса уплотнения осадка с помощью наложения внешних механических импульсов.

Исследованиями также установлено, что механические импульсы, передаваемые пластиной осадку водо-угольной суспензии,зависят от физико-химических свойств пластин при прочих равных условиях, т.е. от материала пластины. Если между стальной пластиной и индуктором поместить металлическую прокладку из дюралюминия, то в этом случае существенно увеличивается воздействие, передаваемое пластиной. Эффективность механических импульсов зависит также от размеров и толщины прокладки.

Полученные результаты использованы для повышения эффективности механического воздействия на осадок в сгустителе.

Исследования по определению размеров флокул при наложении на осадок механических импульсов показали, что с уменьшением интервала между импульсами и увеличением импульса силы происходит обрыв связей внутри флокул и размеры их уменьшаются (рис.2), а значит уменьшается значение квазиупругой силы.

При определении интенсивности светорассеяния твердыми частицами (коэффициента ослабления света) в. зависимости от изменения тех же параметров получены результаты (рис.3), близкие к тем, что определены при непосредственном измерении флокул под микроскопом.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований подтвердили обоснованность предложенных направлений интенсификации процесса уплотнения осадка в сгустителе за счет наложения внешних механических импульсов, индуцированных электрическими высоковольтными воздействиями.

Результаты исследований учтены при разработке технологии уплотнения в сгустителе с наложением механических импульсов, которая защищена заявкой на изобретение № 4772228 от 20.12.69г. с положительным решением от 28.06.90г.

Зависимость среднего размера флокуд ,IL от удельного^расхода ^локултт|. и V

от импульса силы,воздействующего на осадок т. V при Т- const и Q » conSt 12)

от интервала между импульсами Т при rn.V= const и а = const (3)

/ИИ?

го

м Рис. 2.

60

~WQ,r/r

IpTS ~aoirm%"m

80

-T.ctK

Влияние на коэффициент ослабления света частицами „ п и „

- удельного расхода флокулянта и при mv=const

Гг* consTXiY „ m яя ^

- импульса силы «К при Т» const. и

Д = const (2)

- интервала между импульсами X,при mvl const и ¿1 = соплгА35

iho fa 300

0,0)2 ■0,0ts ОМ/8 0,021

. 20 40 ВО so

Рис. 3.

■7"сг/г

ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УПЛОТНЕНИЯ ОСАДКА НАЛОЖЕНИЕМ МЕХАНИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

В соответствии с заявкой на изобретение на ЦОФ "Чумаковс-кая" П.О. "Донецкуглеобогащение" была спроектирована, изготовлена и на сгустителе СЮ-1 смонтирована электрическая высоковольтная установка, обеспечивающая наложение внешних механических импульсов на осадок (рис. 4).

Технические характеристики электроимпульсной системы приведены в таблице 3.

Сгущение отходов флотации на ЦОФ "Чумаковская" осуществляется в трех цилиндроконических сгустителях СЮ-1. Отходы флотации через зумпф подаются в сгустители, их сгущенный продукт обезвоживается на камерных фильтр-прессах, слив направляется в оборот.

Таблица 3.

Техническая характеристика элехтроиыпульсной системы

№№ пп

Наименование параметров ¡прения

Значение I параметра

1. Потребляемая мощность, не более

2. Регулируемый интервал между импульсами

3. Питание:

напряжение частота

4. Масса:

аппаратуры индуктора

5. Импульс силы одиночного воздействия

6. Длительность одиночного импульса

7. Режим работы

квт 2,5

сек 5 + 600

вольт 220 ± 15%

герц 50

кг 200

кг 4

н-сек 10 * 50

сек Ю-3 + Ю-4

автоматический, полуавтоматический

Конструкция сгустителя с наложением внешних механических импульсов на осадок посредством электрических высоковольтных воздействий на элементы сгустителя

В результате испытаний сгустителя с наложением механических импульсов на осадок оптимальные параметры составили:

- импульс силы одиночного w.« воздействия - 50 н«сек;

- интервал между импульсами - 30 сек;

- время наложения воздействия - 15 мин. в час;

- на каждый индуктор подавалось подряд по три импульса;

- система работала в автоматическом режиме.

Результаты сравнительных испытаний процесса уплотнения осадка с наложением механических импульсов приведены в таблице 4.

Из полученных результатов следует, что при наложении механических им-JtL пульсов на осадок в сгусти-

теле достигнуты более высокие технологические показатели. При этом содержание твердого в сгущенном продукте составило 550 кг/м3 Рис. 4. по сравнению с 500 кг/м3 в

сгустителе без наложения механических импульсов, т.е. на 1056 выше. Кроме того, испытаниями отмечено, что наложение механических импульсов на осадок предотвращает его залегание на металлических стенках сгустителя и способствует улучшению его разгрузки. Зашламование разгрузочной воронки является существенным недостатком для сгустительных аппаратов, в которых получают высококонцентрированный сгущенный продукт.

Промышленные испытания сгустителей С10-1 с наложением механических импульсов и без наложения внешних воздействий

!] I.

{ Без наложения ¡С наложением

I механических ¡механических

импульсов импульсов

Технологические показатели

Удельная объемная производительность :

- по пульпе, ы3.час ~*/м3

- по твердому, т.чае -1/«3 Содержание твердого в продуктах, кг/ы®:

- исходном питании

- сливе

- сгущенном продукте

200 9+10

45+50 5

500

200 9+10

45+50 5 550

Увеличение содержания твердого в осадке обеспечивает возможность более эффективного обезвоживания сгущенного на фильтр-прессах. Испытаниями установлено, что производительность фильтр-пресса увеличилась на 4,7%. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одного сгустителя с наложением механических импульсов для условий ЦОФ "Чумаковская" составляет 22,2 тыс.руб. в год.

Для других конструкций сгустителей, например, радиальных с разгрузочным конусом, предложена конструкция сгустителя с наложением внешних механических импульсов на осадок внутри разгрузочного конуса, защищенная авторским свидетельством № 1426615.

основные вывода

1. Анализ современного состояния теории и технологии процесса сгущения и уплотнения осадка твердой фазы водоугольной суспензии в сгустителях показал, что существующие аппараты не обеспечивают требуемое содержание твердого в сгущенном продукте. Поэтому проведение исследований с целью интенсификации процесса уплотнения осадка представляет собой актуальную задачу.

2. Для научного обоснования направления интенсификации процесса уплотнения осадка в сгустителях разработана уточненная физическая модель и выполнено математическое описание механизма перемещения твердых частиц и жидкости в сгустительных аппаратах. В этой модели учтено наличие силы, обусловленной турбулентным и осмотическим давлением. Подобные силы могут рассматриваться как квазиупругие. В результате аналитических исследований предложено дифференциальное уравнение второго порядка с постоянной правой частью, определяющее зависимость между положением центра тяжести элементарных слоев, состоящих из достаточно большого числа частиц, и силами, действующими на их границы.

3. В результате решения уравнения получена зависимость, описывающая изменение положения слоев осадка во времени. Анализ полученных решений позволил сформулировать направление интенсификации процесса уплотнения осадка в сгустителе за счет уменьшения величины квазиупругой силы, которая препятствует осаждению частиц. Для решения этой задачи предложено наложение внешних механических импульсов на осадок твердой фазы водо-угольной суспензии посредством высоковольтных воздействий на элементы сгус-тительного аппарата.

4. Для проведения исследований был спроектирован и изготовлен специальный стенд. Исследования по повышению степени уплотнения осадка, проведенные на стенде, подтвердили эффективность предложенного метода наложения механических импульсов на элементы аппарата. За счет подобных воздействий происходит разрушение флокул в осадке и содержание твердого при этом увеличивается

на 15 + 40^ в зависимости от места наложения импульсов.

5. В результате исследований, проведенных с использованием факторного планирования экспериментов, установлено:

- оптимальным методом наложения механических импульсов шляется нижняя часть разгрузочной воронки;

- высококонцентрированный осадок в сгустителе можно полу-шть увеличивая импульс силы, воздействующий на осадок,до вели-мны, необходимой для разрушения флокул в осадке,или уменьшая нтервал между импульсани;

- повышение эффективности передаваемого электромагнитным ;олем механического воздействия на осадок без изменения энергии азряда конденсаторов возможно за счет установки прокладки из юралюминия толщиной 4 + 8 мы между индуктором и металлической ластиной сгустителя,к которой он крепится;

6. В соответствии с предложенными рекомендациями разрабо-ана конструкция сгустительного аппарата для получения сгуцен-ого продукта с высоким содержанием твердого в нем и предотвраще-ия налипания осадка на стенках сгустителя путем наложения внеш-их механических импульсов на осадок с помощью электрических оздействий. На конструкцию сгустителя получено авторское сви-этельство № 1426616 и положгельное решение на заявку

4772228/03 от 20.12.89г.

7. Результаты промышленных технологических испытаний пока-али, что при наложении внешних механических воздействий на оса-эк в сгустителе содержание твердого в сгущенном продукте повы-1ется на 10% и при этом производительность фильтр-прессов уве-ячилась на 4,7% по сравнению с режимом без наложения внезних эздействий. Кроме того, наложение механических импульсов на :адок улучшает текучесть сгущенного со стенок сгустителя, тем шым способствуя улучшению разгрузки осадка.

8. Ожидаемый экономический эффект от внедрения сгустителя наложением внешних механических импульсов на осадок с помощью юоковольтных воздействий на Ц05 "Чумаковская" И.О. "Дснецк-•леобогащение" составляет 22,2 тыс.рублей.

9. Сгуститель предложенной конструкции мсжет успешно при-:няться для обработки водо-угольных суспензий с последующим ¡еэвоживанием осадков на ленточных вакууы^]?ильтрах и $ильтр-[рессах.

опубликованные работы по теме диссертации

1. Коворов D.B. Уплотнение осадка твердой фазы водо-уголь-ной суспензии в сгустителях воздействием электроимпульсных колебаний // Создание методов и средств, снижающих потери горючей массы с отходами углеобогащения: Тез.докл. Всесоюзной научно-технической конференции 19-23 апреля 1988г., Москва /Центр, правл. ВНГГО, Лоск.гор.правл. НГГО /ШТ. - 11., 1988, с.103-106.

2. Виноградов H.H., Коворов D.B., Розно М.А. Изучение уплотнения осадка твердой фазы водо-угольной суспензии в сгустителях при наложении электроимпульсных воздействий.на осадок

// Разработка перспективной техники и технологии обогащения углей Сб.науч.тр. /ЙОГТ. - Люберцы, 1989. - С.79-86.

3. Виноградов H.H., Коворов D.B. Физическая и математическая модель процесса сгущения и уплотнения твердой фазы водо--угольной суспензии и разработка направлений интенсификации этого процесса // Перспективные направления научных исследований по развитию обогащения углей: Сб.научн.тр. /И01Т. - Люберцы, 1990. - с. 147-157.

4. Коворов D.B. Промышленные технологические испытания сгустителя CIO—I с наложением механических воздействий на осадок при помощи электроимпульсных колебаний // Перспективные направления научных исследований по развитию обогащения углей: Сб. научн.тр. /ИОГГ. - Люберцы, 1990. - с. 157-162.

5. Виноградов H.H., Коворов Ю.В., Скрябин A.B., Острый В.А., Кудряшов Н.Ф. Сгуститель. A.C. »'1426616. - Опубл. в Б.И. 1988, №39.

6. Виноградов H.H., Коворов Ю.В., Острый В.А., Кондратенко А.Ф. Сгуститель. Заявка » 4772228/03 от 20.12.89г. с положительным решением от 28.06.90г.

Сдаяо в набор 13.II.DO В печать 11.10.90

Формат 60x901/16 Печать офсетная

Усл. печ. п. 1,25 Усл. «р.-отт. 1,37 Уч.-изд. л. 1,10

Тир. 100 ей. Зак. 8716

Про взаодствеино-вздатвльсшД комбнват ВИНИТИ 140010, Люберцы 10, Московской обл.. Октябрьский проспект, 403