автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Исследование технологии обезвоживания угольных флотоконцентратов фильтрованием и разработка методов их оптимизации по критерию экономичности

jrs од

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ТОПЛИВА И ЭНЕРГЕТИКИ КОМПЛЕКСНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И

ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИИ ИНСТИТУТ ОБОГАЩЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ ИСКОПАЕМЫХ — ИОТТ —

На правах рукописи УДК 622.794

аспирант ГОЛЬБЕРГ Григорий Юрьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ

ФЛОТОКОНЦЕНТРАТОВ ФИЛЬТРОВАНИЕМ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ИХ ОПТИМИЗАЦИИ ПО КРИТЕРИЮ ЭКОНОМИЧНОСТИ

Специальность 05.15.08 «Обогащение полезных ископаемых»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Люберцы — 1994

Работа выполнена в Комплексном научно-исследовательском и проектно-конструкторском 'институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ)

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор БОЧКОВ Ю. Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор ЯКУБОВИЧ И. А.

кандидат технических наук, доцент ПИККАТ-ОРДЫНСКИИ Г. А.

Ведущее предприятие АО «НИИХИММАШ»

Защита диссертации состоится 28 сентября 1994 г. в 10 час. 00 мин. на заседании специализированного совета К 135.01.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Институте обогащения твердых горючих ископаемых (ИОТТ) по адресу:

140004, г. Люберцы-4, Московской обл., пос. ВУГИ, ИОТТ

Автореферат разослан «_ ИЮНЯ_ _ 1994 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю совета.

Ученый секретарь специализированного совета, 'кандидат технических наук

В. А. Острый

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Наблюдаемая тенденция ухудшения качества добиваемых углов а возрастания доли мелких классов в них вызывает увеличение объемов фкогшдояэото сбегйг;еггая. Это, ъ свою очзрздь, требует развития оборудования для обоз поливания Дотационных концентратом. В настоящее время для этой операции на российских углеобогатительных фаб-рзсах (703) используются, как правило, дисковав вакда-Заль-гри. Аппараты этого типа серийно выпускаются промышленностью химического машиностроения ближнего а дальнего зарубежья, но в Российской Федерации в настоящее время они не выпускаются. Их достоинствами являются непрерывный режим работы и относительно развитая (по сравнению с другими типами вакуум-фильтров) поверхность фильтрования, а глав-нкм недостатков- низкая деикуг^а сала процосса обезвоживания (не более 0,08 МПа) , вследствие чего влашюсть обезжиеаного осад:са составляет 2Ь~30,£. Дяя получения кондздиоеиоЗ влажности í|¿iotokohi,oh~ трат подвергает термической сушка (а смоси с и>иишл койцеатраттед), что требует дополнительного расхода топлива, и, кроне того, пылевиз й газовые выброси сушильных установок наноолт ущерб окруаонцеИ среде. Необходимо отметить, что а последнее время иерснзктившш направлением в углеобогащении считается флотацяошгоэ обогащение угольных илэ'зов о верхлн:/. пределом чрупиоотз чаотац вз 0,3 мм, а 0,2 я менее* Однако, как показывает дшшые лабораторных исследований, флото-коицантрат, получешшй при флотации такого шлама, не может фильтроваться яа дисковых юкуум-^льгра*, ейявдетул» гаа'яттазыюгз уаоса тзордого з ¡¡о&грэт з шеокого удельного сопротивления осадка.

В еедяя с 5кйеязя055я1пгв этзвзяяо, что необходимо развитие способов гштансн^лкациа обззво-шванзя угольных флогоконцантрагов. В диссертации рассматриваются два таких способа: обезвоживание на

фильтрах непрерывного действия под давлению* (гилербар-фильтрах) а вакуум-электроосмотическое обезвоживание.

Главным критерием, по вводящим судить о<3 эффективности того или иного способа обезвоживания угольного фдотоконцентрата, является экономический критерий. В настоящей работе на основе экономического критерия разработана математическая модель, позволяющая решить некоторые прикладные вадачи по конструированию новых дисковых вакуум-фильтров, а также по проектированию фяотофильтровалышх отделений вновь строящихся УОФ.

Цель работа; создание эффективны* технологий в непрерывнодей-ствупцаго фильтровального оборудования для интенсивного обезвоживания угольных фяотоконцентратов.

£ соответствии о поставленной целью сформулированы следующие задачи:

- создать математическую модель процессов вакуумного, гипврба-ричесиого я вакуум- алектрооомотического обезвоживания угольных фло-токонцентратов на основе'экономического критерия;

- оптимизировать режим работы дисковых вакуум- фильтров и

«

гипербар- фильтров;

- разработать методику расчета некоторых конструктивных параметров новых дисковых вакуум- фильтров и гипербар- фильтров;

- установить закономерности, описываицие процесс вакуум-электроосмотнчоского обезвоживания осадков.

Методы исследований. Лабораторные исследования по моделированию процессов вакуумного, гипербарического в вахкуи- электроосмотического обезвоживания угольных флотоконцентратов бшш выполнены соответственно ва лабораторной вакуум- фильтровальной установке, лабораторной установке душ фильтрования под давлением и вакуум- электро-осыотической установке. Цри обработке данных лабораторных исследований были использованы методы математической статистики, а при реше-

иии задач по оптимизации рьхштшх и конструктивных параметров дисковых вакуум- фильтров- численные метода оптимизации функции одной и нескольких переменных. Обработка экспериментальных данша' выполнялась с использованием

- предложена методака выбора схс.мц расчета некоторых конструктивных параметров дисковые вакуум- фильтров;

- разработана математическая модель процессов обезвоживания угольных фяотокснцептратов, дозволяющая на основе эконоыическох-о критерия оптимизировать некоторые режимные и конструктивные параметры дисковых вакуум- фильтров и гипербар- фильтров, а такие выбрать тип и количество дисковых вакуум- фильтров для проектируемых УОФ;

- выведены уравнения, описывающие процесс вакуум- электроосмо-тнческого обезвоживания осадков;

- на основе анализа экспериментальных данных были уточнены основные расчетные уравнения, онисыващне процесс вакуум- электроосмотического обезвоживания ооа^ко!,;

- обосновано применение гуыата натрия в качестве реагента для интенсификации вакуум- электроосмотического обезвоживштя угольных флотоконцентратов;

^ разработана методика определения некоторых конструктивных параметров дисковых вакуум- фильтров на основе экономического критерия.

Практическая значимость работы, В соответствии с предложенной методикой определены значения поверхности фильтрования, а также углов зон ¿фильтрования и просушки нового кторазмерного ряда длскових вакуум- фильтров. Полученные значения использованы при разработке технического задания на тнпоразмерныа рад дисковых вакуум- фшгьтров, утвержденного в 1993 г. головной организацией по химическому машиностроению (АО "ШИИСЛМАШ"). Также разработаны исходные требования

на опытный образец устройства для вакуум- электроосмотического обезвоживания осадков (по А.СЛ762994) и исходные требования на опытный образец фильтра непрерывного действия под давлением ФНД150.

Основные положения. вынесенные на, защиту.

1. Математическая модель процессов вакуумного, гипербарического и вакуум- ялектроосмотического обезвоживания угольных фдотокон-центратов на основе экономического критерия (с учетом затрат на фильтрационное обезвоживание, термическую сушку и ущерба от загрязнения окружащей среды выбросами сушильных установок) для решения прикладных задач.

2. Определение оптимального режима работы дисковых вакуум-фильтров и гипербар- фильтров при обезвоживании <1дотококцонтратов.

3. Методика выбора типа и количества дисковых вакуум- фильтров . илл гипербар- фильтров для фпотофильтровальных отделений проектируе- ; мы* УМ.

4. Уравнения, описывающие процесс вакуум- электроосмотического ; обезво.тавания отфильтрованных осадков. ' '

5. Методика определения оптимальных значений конструктивных параметров новых фильтров по экономическому критерию.

АП£ойЩия_рпботих Основные результаты работы докладывлись на отраслевой научно- технической конференция молодых ученых и специалистов- углеобогатителен (ИОТТ, 1990 г.) и на ХХ1У годичной сессии Ученого совета ИОТТ (1994 г.).

З^б^кауии^ Основные результат;; работы излояеш в 3 печатных трудах и одном авторском свидетельстве.

Структура к обт-ем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников и' приложений. Работа имеет общий объем 173 страницы машинописного текста, в том числе 26 рисунков, 12 таблиц, списка использованных источников из 45 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РА1ЮТЦ

Состояниэ_воп]2оса_^посгановка_зщ

Дисковые вакуум- фильтры, используемые в настоящей ъреыя аа УОФ для обезъоживания угольных фщотоконцентратов, позьолшт полуит. осадок вянзшостыо £5-30?, что требует дальнейшей термической сушки. Для антинсификацни процесса обезвоживания угольного фаотоколцинтра-та с целью снижения шазшосш осадка и повышения производительности обезвоживающего оборудования били предложены разданные способа (ус-хяяическио, теплофизические, химические и электрофизические). Анализ работ Ю.Н.Еочкова, О.Л.Брука, В.Л.Радушкевича, А.В.Кириченко, В.А.Чантурии, А.К.Тильги, М.Досоудила, Н.Локкарта, X. Тканы и других исследователей показал, что наиболее перспективными способами глубокого обезвоживания угольных флотоконцентратов являются: использование гипербар- фильтров (для фшотоконцентратов с практически либчм сопротивлением осадка вплоть до 100 •Ю1'' м-^) и вакуум- олектроооь.о-тическое обвзиожиншше (для труднофмльтруемих тонкодисперсши (¡шото-концентратоа, в особенности- душ фзотокоицептратов, получает при флотации шлвмов крупность») -0,2 ).

До настоящего времени еще не создана детерминированная математическая модель, позволяющая на основе укономического критерия оптимизировать технологические и конструктивнне параметры фильтров. Также нет методики и уравнение, позьодяпцих рассчитать ллалшость осадка и уцедышЗ расход электроэнергии при ьакуум- элоктроосмошчсс--ком обезвоживании в зависимости от. свойств осадка и параметров процесса. Кроме того, до настоящего времени в расчетах экономических похазатвлеЗ процессов обезвоживания угольных флогокохцеигратов но учитывался ущерб от загрязнения окруаащей среда выбросами сушиль-1шх установок, который, подобно затратой на тирмическуи с)шу, загноит от расхода топлива да суиалышх установок, и, следовательно, от исходной влажности обеэвокиваемого осадка.

В соответствии о вышеизложенным, основные направления, настоящей работы:

1. Разработка математической модели процессов обезвоживания угольных флотоконцентратов, позволяющей на основе экономического критерия оптимизировать некоторые режимные и конструктивные параметры дисковых вакуум- фильтров и гипербар- фильтров (частоту вращения дисков, поверхность фильтрования, углы зон фильтрования и просушки), а также выбрать тип и количество фильтров для фяотофильтровальных отделений проектируемых У ОФ.

2. Математическое описание процесса вакуум- электроосмотического обезвоживания осадков, (зависимость влажности осадка и удельного расхода электроэнергии от свойств ооадка,параметров процесса и времени).

3. Экспериментальные исследования процесса гипербарического фильтрования различных угольных флотоконцентратов о целью определения параметров фильтрования и обезвоживания этих продуктов под давлением и использования подученных данных для разработки исходных'. требований на создание опытного образца фильтра непрерывного действия под давлением.

4. Экспериментальные исследования процесса вакуум- фильтрования различных угольных флотоконцентратов с целью определения констант фильтрования и просушил этих продуктов для последухвдего использования полученных данных при решении задачи по определению некоторых конструктивных параметров тшоразмарного ряда дисковых вакуум-фильтров на основе экономического критерия,

5. Экспериментальные исследования, процесса вакуум- электроосмотического обезвоживания наиболее легкофальтруемого и наиболее тру-днофильтруемого из исследованных флотоконцентратов на лабораторной установке с целью изучения возможности-использования явления электроосмоса в сочетании с вакуумом доя глубокого обезвоживания угольных флотоконцентратов; проверни достоверности теоретически выведенных уравнений.

6. Определение параметров процесса вакуум- электроосыотичес-кого обезвоживания угольных флотоконцентратов; изучение влияния добавки реагентов- интенсификаторов на эффективность процесса; разработки на основании полученных данных исходных требовании на опытный образец устройства для вакуум- электроосмотического обезвокивашш отфильтрованных осадков.

7. Определение поверхности фильтрования и ух'лов зон фильтрования л просушка, а такав оптимальной частоты вращения даскошх ьаку-уы- фильтров нового типоразмерного ряда согласно методике, основанной на использовании экономического критерия.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИМИЗАЦИИ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ФЛОТОКОНЦЕНТРАТОВ (ПО ЭКОНОМИЧЕСКОМУ КРИТЕРИЮ)

Уравнение для определения суммарных удельных переменных затрат

на фильтрационное обезвоживание и термическую сушку угольного флото-концентрата с учетом ущерба от загрязнения окружающей среды выведено в соответствии со схемой .показанной на рис Л, и имеет следущий вид:

{.ЗТном.Цфп апт. . Муст, /гр . т , 0.07ГЦ<мч.+ Ц мл епт.)

Тм. Р

^■(Та?( ♦ТаАТи.и.СмЧ>) * ШуЬ^и

, ¡Г? Ри Ф®. £

0,036 Тнон.Ксп^вл.(100-У/в/|.)п^7Т+ iS0jUoL.fr " "57

Л«

Н.УЦ?.опт.Ци.п.»п1. 0,13(Цср.опт. + Цвсп.оаг.)>0, ¿5 Сзд./уд.К?. Нп.

_Ш0 Р-т. . _ Р?.

О.ОЗбТнон.Ксп»Рвл. (100~)Л/м.)П * Щ>ТГп " -¿г)

ЮО-Ъ/к.

г: . гт{омч+о,оьоъ1 Е(юо-е))

Цтеи-°"г -(]0О+4,ЗЗНтр.)(1* Ив.)

10 0 НР

, руб./т (I)

Структура переменных аатрат на фильтрационное и термическое обезвоживание угольного флотоконцантрата

РисЛ

где;Тисм, - номинальное время работы, данной УОФ в году, ч;

Км коэффициент снижения производительности;

Pbii. плотность отфильтрованного осадка, кг/м3;

W«. - влажность отфильтрованного осадка,

п частота вращения дисков фильтра, об/с;

- удельное сопротивление осадка,

fi - сопротивление фильтрующей перегородки,

Р - давление (вакуум) при фильтровании, Па;

и - отношение объема осадка к объему фильтрата. М3/м;

}Х - вязкость фильтрата, Па-с;

<*у - угол зоны фильтрования, град.;

Сре. - угол зоны просушки, град.;

ЕфДОПТ,- оцтовая цена фильтрующей перегородки, руб./м2;

Тел. - срок службы фильтрующей перегородки, ч;

Пуст, - установленная мощность электрооборудования для одного фильтра данного типа (включая вспомогательное оборудование),кВт;

Тор4 - тариф sa I кВт установленной мощности электрооборудования, руб./кВтJ

Topi - тариф sa I кВт-ч фактически'израсходованной электроэнергии, руб./кВт-ч;

COS Ч*коэффициент мощности (средний взвешенный для данной 705);

Ftp, - поверхность фильтрования фильтра данного типа, м*-;

Цг.оях. в Ц «с», о/т г. - оптовые цены соответственно на фильтр данного типа в вспомогательное оборудование для него,руб.;

ИД9. и МАвм,- норцц амортизации соответственно для фильтра и вспомогательного оборудования, %;

Сад,- стоимость I м8 здаЛия,занимаемого фильтрами, руб./мэ;

5 ад.— удельная занимаемая поверхность фильтра данного типа, /м1;

Нп. - высота ыеаду перекрытиями в помещении, занимаемом фильтрами на данной У05, м;

У/«',а,8 - константы просушки;

- конечная влажность флотоконцентрата после термической сушки для данной УОФ, %\

г**

НР^ - норма расхода тепловой энергии на удаление I кг влаги из флотоконцентрата для данной УОФ, ккад/кг;

- теплотворная способность топлива, используемого для сушильных установок данной УОФ, ккал/кг;

Цтом.опт. - оптовая цена тошшва дня сушильных установок данной УОФ, руб,/т;

б - безразмерный коэффициент, зависящий от характера местности в зоне загрязнения;

Нтр. - высота дымовой трубы данной УОФ, м;

II». - среднегодовая скорость ветра, м/с;

£ - показатель относительной агрессивности золо-уголыюй пыли;

£ - эффективность пылеулавливания для данной УОФ, %.

Таким образом, суммарные удельные переменные затраты на фильтрационное обезвоживание и' термическую сушку угольного флотоконцен-трата З' зависят, в частности, от таких конструктивных параметров" фильтра,как Е». ,иФе.,а также от частоты вращения дисков фильтра И .

Анализ уравнения (I) позволяет сделать следуодие выводы:

- с увеличением поверхности фильтрования Рср при прочих равных условиях возраставт величины Ц^.опт. , Цвспол£, ц Мус*.. ,и, следовательно, можно предположить, что суммарные затраты на фильтрационное обезвоживание, отнесенные к I и*" поверхности фильтрования (числитель первого слагаемого в~уравнении (I)), при некотором оптимальном значении принимают минимальное значение, а знаменатель первого слагаемого и второе слагаемое в уравнении (Постагтся неизменными;

- с увеличением частоты вращения П дисков фильтра при прочих

... 13.

равных условиях затраты на фильтрационное обезвоживание (первое слагаемое в уравнении (I)) уменьшаются, а затраты на термическую сушку флотокощентрата и ущерб от загрязнения окружающей среды (второе слагаемое в уравнении (I)) возрастают, поэтому величина 3 должна принимать минимальное значение при некотором оптимальном значении П ;

- учитывая, что для фильтра данного типа суша углов зон фильтрования и просушки Фо является постоянной, модно предположить, что о увеличением значения Ф<р. при прочих равных условиях будут уменьшаться затраты на фильтрационное обезвоживание; в то же время значение Ч'с. также будет уменьшаться, что приведет к увеличению затрат на термическую сушку и ущерба от загрязнения окружающей среды. Следовательно, величина 3 должна принимать минимальное значение при некотором наборе оптимальных значений Ф<*>. и Фе. .

Исходя из вышеизложенного, для действущих фильтров о известными конструктивными параметрами нахождение оптимального значения " П " осуществляется одним из известных численных методов определения экстремума функции одной переменной на данном отрезке. Решение этой задачи позволяот также определить тип и количество дисковых вакуум-фильтров или гипербар- фильтров для флотофмльтровалышх отделений проектируемых УОФ путем сравнения величин суммарных удельных затрат на фильтрационное обезвоживание и термическую сушку фдотоконцентрата (о учетом ущерба от загрязнения окружаицей среды) при частоте вращения дисков,соответствующей шшишльпой величине затрат 3' для фильтра данного типа. Для проектируемых фильтров, значения Ер., Я'ср.,и Ф'с.ко-торых неизвестны, необходимо решить задачу поиска минимума функции трех независимых переменных ( Р<р. , в Н- ).

Также выведейо уравнение, огшсыванцеа зависимость влажности осадка в процессе вакуум- электроосмотического обезвоживания от параметров процесса, свойств осадка и времени. При этом приняты следующие допущения:

- осадок является несжимаемым;

- напряжение и вакуум остаются постоянными на протяжении всего процесса;

- напряжение прикладывается к осадку в момент окончания процесса фильтрования;

- влиянием побочных факторов процесса электроосиотпеского' обезвоживания (нагрев осадка, поляризация алектродов и т.д.) можно пренебречь. - ' .,

Полученное уравнение имеет следующий вид:

I I - у НчЛ.ЩГс.) ' :

100- V/»* ИвГ6? 100- • и (2)

К .Мм*

штгумае <3)

где: Тс. - время обезвохиванжя осадка, с;

W - влажность осадка,

Ни. - удельны! расход электроэнергии на вакуум- электроосыо-гаческое обезвоживание, кВт «ч/т (Вт-с/кг);

и - напряжение постоянного тока, В; .

Ке. - коэффициент, характеризующий свойства исходной суспензии, В• т/кВт-ч (кг/А-с);

Л. - плотность воды (1000 кг/м8);

£ - электрокинетический потенциал частиц твердой фазы. В;

О - диэлектрическая проницаемость вода;

Ев - абсолютная диэлектрическая проницаемость(8,85);

® - удельная электропроводность жидкой фаги суспензии,СьЛ м"1.

Уравнение (2), а такав уравнение, описьшащее зависимость величины Над. от параметров процесса, свойств осадка г времени, были уточнены т ословаяш анализа вксперакеатальаых данных.

ЖСПЕРШЕНЦШЬШ СПЕВДШШИ ВЕЛИЧИН ДЛЯ РАСЧЕТОВ ДО ШНЖО-ЭКШСШЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

В экспериментальной части диссертационной работ бшш выполнены лабораторные исследования процессов обезвоживания суспензий угольных фяотоконцентратов фильтрованием под вакуумом (применительно к использованию дискового вакуум- фильтра), фильтрованием под давлением (применительно к использованию фильтра непрерывного действия под давлением), а также вакуум- злектроосмотического обезво-гнвания на лабораторном стенде, моделирунцем процассы прз обззпоЕп-ваяии.

Исследования по обезвоживанию фильтрованием под вакуумом проводилась с шестью фяотоконцентратами, обладающими удельным сопротивлением осадка от 4,90* Ю12 м-2 до 297,25-Ю12 м~2. Установлено,

то

что флотоконцентраты с удельным сопротивлением осадка свыше 50-10 о

м - практически не мох'ут фильтроваться на дисковых вакуум- фильтрах, вследствие того, что даяе при минимальной частоте вращения дисков (0,2 об/мин) толщина осадка на фильтре при обезвоживании таких фло-гоконцентратов оказывается меньше критического значения (8 ш), а также вследствие высокого уноса твердого в фильтрат. Обезвоживание

то р

фшотоконцентратов о сопротивлением осадка свыше 50*10 и возможно на барабанных вакуум- фильтрах , однако влажность осадка в этом случае составляв» 35-405?.

Полученные экспериментальные данные (значения констант фильтрования в просушки осадков флотоконцвнтратов) были йеааяьзовааы для решения задачи по определении конструктивных параметров дисковых ваяуум-фйътроэ по эяономяческому критерию.

ОШдаШИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВЫХ ВАКУУМ-ФИЛЬТРОВ ПО ЭКОНОШЧЕСШДУ КРИТЕРИЮ

В настоящей диссертационной работе были определены некоторые конструктивные параметры (поверхность фильтрования, углы зон фильтрования и просушки) типоразмерного ряда дисковых вакуум- фильтров на основании экономического критерия. Расчеты проводились для двух типоразмеров фильтров:

- с диаметром дисков 2,7 м- для УОФ старой постройки;

- с диаметром дисков 3,75 м- для УОФ зального типа.

Вначале были определены оптимальные значения поверхности

фильтрования для обоих типоразмеров фильтров. Для этого были рассчитаны величины удельных затрат на фильтрационное обезвоживание, отнесенные к I м^ поверхности фильтрования 3 (числитель первого слагаемого в уравнении (I)) при различном количестве фильтрующих , дисков для обоих типоразмеров фильтров. Наименьшие значения величины 3 соответствуют следующим значениям поверхности фильтрования:

- для фильтров с диаметром дисков 2,7 м- 100 м2;

- для фильтров с диаметром дисков 3,75 м- 214 м*\

Затем были определены оптимальные значения частоты вращения дисков фильтров, а также углов зон фильтрования и просушки. При ; атом било принято во внимание, что для фяотоконцентратов с различными фильтрационными характеристиками оптимальные значения вышеуказанных параметров будут также различными, поэтому было признано целесообразным решение данной задачи дня двух предельных условий работы фильтров:

- наилучшие условия: обезвоживание суспензии флотоконцентрата с наименьшим (ив всех исследованных) удельным сопротивлением осадка\ оС» и с максимальным возможным содержанием твердого в суспензии ' (около 350 кг/м3);

- наихудшие, условия: обезвоживание суспензии флотоконцентрата

с наибольшим сопротивлением осадка и с минимальным содержанием твердого в суспензии, причем при выборе значений ^«и 11 для наихудших условий следует учитывать, что при минимальной частоте вращения дисков фильтра (0,2 об/мин) толщина осадка на фильтре долдла быть не меньше критического значения (8 мм).

Для наилучших и наихудших условий работы фильтров рассчитаны оптимальные значения ft , ф<р. и Фс. ■ Установлено, что для обоих типоразмеров фильтров как при наилучших, так и при наихудших условиях Минимальное значение затрат соответствовало значении П , меньшему минимального применяемого на дисковых вакуум- фильтрах (0,2 об/мин), поэтому в качестве оптимального значения П для обоих типоразмеров фильтров как при наилучших, так и при наихудших условиях принята величина 0,2 об/мин.

Таким- образом, для кавдого типоразмера фильтров получено по два набора значений и Фс. (при наилучших и наихудших услови-

ях). Разница мезду оптимальными значениями при наилучших и наихудших условиях весьма существенная и составляет в среднем около 86°. Однако установлено, что при значительном изменении величины Ф<р. при И = const величина 3' изменяется незначительно. Поэтому окончательные значения Ф<р. были найдены в интервале значений Фср. от оптимального при наилучших условиях до оптимального при наихудших условиях с учетом того, чтобы отклонение затрат от оптимальных было бы одинаковым как для наилучших, так и для наихудших условий.

Рекомендуемые значения угла зоны фильтрования Ф?и угла зоны просушки Фс., вычисленные по данной, методике, составили:

-для фильтра с диаметром дисков 2,7м-Фф.=Ю2°30'и(й. =IG7°30'; -для фильтра с диаметром дисков 3,75м-=110° и Фс.=17Г>°. При этом отклонение затрат от оптимальных при наилучших и наихудших условиях для обоих типоразмеров фильтров не превысило ЗД-v".

Фильтр с диаметром дисков 2,7 м и поверхностью фильтрования IOO м2 (ДУТ00-2,?) рекомендуется для замены фильтров ДУ80-2,7'на

УОФ старой постройки. Однако замена фильтров $7250-3,75 (поверхность фильтрования 250 , диаметр дисков 3,75 м) на фильтры с диаметром дисков 3,75 м и поверхностью фильтрования 214 м2 на дайствущих УОФ зального типа либо уменьшит фронт фильтрования, что недопустимо, либо для сохранения фронта фильтрования "потребует дополнительной свободной производственной площади. Поэтому в качестве оптимального ' фильтра о диаметром дисков 3,75 м был выбран в соответствии о тило-раэмерным рядом фильтр о поверхностью фильтрования 250 ы2. !

Полученные расчетные значения конструктивных параметров диско- .{

I

вых вакуум- фильтров бшш использованы при разработке технического задания на создание типораэмерного ряда дисковых вакуум- фильтров для обезволивают фпотоконцентраюв и шламов, выполненного в соответствии с проектом 05 МНТП "Уголь России" в ИОТТ и утвержденном головной организацией по химическому машиностроению (АО "НИуШЕЯШГ).

ПОНЖНИВ ГЛУБИНУ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЫШ ФЛОТОКОНЦЕНТРАТОВ НА ФИЛЬТРАХ НЕПРЕИШЮГО ДЕЙСТВШ

Обр^оаирание на фильтрах непрерывного действия под давлением,

Экспериментальные исследования по обезвоживанию флотоконцен-тратой фильтрованием под давлением проводились на лабораторной установке, схема которой показана на рис.2.

Исследования проводились с пятые фдотококвднтратами, обладащи-' на удейьнмы сопротивлением осадка от 15,93-Ю12 м~2 до 325,00-Ю12 при давлении фильтрования и просушки 0,3 ЫПа. Установлено, что фильтрование под давлением является эффективным способом обезвоживания флотоконцентратов с удельным сопротивлением до 100-Ю*2 м-2. При этом ожидаемая удельная производительность фильтра непрерывного дей- . стшл под даьлеинем в 1,6-2,3 раза выше, а влажность осадка на 4,9-ш»е ко cpawteimjD о дисковыми вакуум- фильтрами. '

Схема лабораторной установки для фильтрования под давлением

Рас.2

í-воронка; 2-дрена-кноо основание; З-фдаьтруыцая верзгорсдаа; 4-црокладаа; Е-кордус ; 6-кршка ; v-sassa« ; 8-сборник фильтрата; 9-трсШшс;10-1фш1; Н-осадой

На основании полученных экспериментальных данных были разработаны исходные требования на создание опытного образца фильтра непрерывного действия под давлением ЩЦ150.

Сравнительный анализ эффективности обезвоживания угольного

то о

флотоконцентрата с удельным сопротивлением осадка 50-Ю1 м на фильтре ФНД150 и на дисковом вакуум- фильтре Д0063-2.5-1У на основе экономического критерия показал, что даже при минимальной частоте вращения дисков фильтра ФНД150 (0,5 об/мин) величина 3' ддя фильтра ФНД150 в 1,17 раз меньше по сравнению с минимальным значением 3' для фильтра Д0063-2,5-1У, а при максимальной чаототе вращения дисков фильтра ФНД150 (соответствунцей критическому значению \ толщины осадка на фильтре)- в 1,24 раза меньше. Это позволяет сделать вывод о том, что применение фильтров непрерывного действия под давлением является экономически более целесообразным способом обезвоживания угольных флотокошрнтратов (средней и трудной филь-труемости) по сравнению о дисковыми вакуум-фильтрами.

Вакуум- злектроосмотическое обезвоживание.

Экспериментальные исследования по вакуум- электроосмотическому обезвоживанию флотоконцентратов проводились на специально разработанной лабораторной установке, схема которой показана на рис.3.

Исследования проводились о наиболее легкофильтруемым и наиболее труднофильтруемым из исследованных флотоконцентратов (удельное сопротивление осадка- соответственно Д.ЭО'Ю^м-2 и 297,25 м~*2) при различных значениях напряжения постоянного тока к толщины осадка. Кроме того, в опытах по обезвоживании наиболее труднофиль-труемого флотоконцентрата для интенсификации его обезвоживания использовался гумат натрия (в виде водного раствора с концентрацией 2,836) в количестве 0,25 и 0,50 кг/т.

Анализ экспериментальных данных доказал, чт0 в координатах

Схема лабораторной установки для исследований вакуум-электроосмотического обезвоживания

Еяс.З

1-корпус; 2-крышка; 3-воронка; 4-гайка; 5-верхшй электрод;

б-шгашй электрод; 7-стержень; 8-гашт; 9-проклачкп; 10-фнл1-трущая перегородка; П-штуцер для провода

Е-шлакг; Ш-вачуумметр; Ш-вакуум-насос; СФ-сборнпк фгтльтрятя

22,

получается не прямая лшшн в

ьшруется ломаной (рис.4). Это можно объяснить тем, что процесс вакуум- электроосмотического обезвоживания осадка распадается на 2 стадии:

-стадия эффективного обезвоживания, соответствующая первому (наклонному) участку на экспериментальной ломаной;

-стадия остаточного обезвоживания, соответствующая второму (горизонтальному) участку на экспериментальной ломаной.

Установлено, что добавка гумата натрия в количестве 0,25- 0,50 кг/т позволяет в некоторых случаях на 5,i% (або.) снизить влажность осадка (за счет увеличения значения Кс..) при незначительном увели- 1 чении удельного расхода электроэнергии.

С учетом вышеизложенного, скорректированные расчетные урввневия !

вакуум- электроосмотического обезвоживания осадков могут быть записа-саны следующим образом:

1 . i .1/ FVflTc.) 100- W. h*Te' 100- W Лс- U

(при ТГс. < т:» Ktr«.hVUl )

(4)

'ill

(при Те <<Г< < Т». -Tn.hAV1> )

н«.(г..) - с; ь4 и' (/с; и* v'Tc. -i)

(6)

гдегТ* - время эффективного обезвоживания, с; Тп. - время полного обезвоживания,с;

•2 V, К, Л, V, fU.f«» ,Тп»Л, j , С» , Сг - эксперимен-

тальные константы.

Диаграмма вакуум-электроосмотического обезвоживания угольного фяотоконцентрата

.Нуд./и Рве. 4

1-теорвтическая прямая;2-экспериментальная линия при V» и Ь| ;3-то ко,с добавкой гумата натрия;

4-экспериментальная линия при 17| и Ь2 (Ь2<Ь();

5-экспериментальная линия при и Ь/ ( 1/3 >]}{ )

Установлено также, что для легкофильтруемых флотоконцентратов вакуум- электроосмотическое обезвоживание вряд ли может бить конкурентоспособным по сравнению с обезвоживанием на дисковых вакуум-фильтрах и гилербар- фильтрах. Для труднофильтруешх флотоконцентра-тов, не поддающихся обезвоживанию на дисковых вакуум- фильтрах, вакуум- электроосмотическое обезвоживание является вполне перспективным способом обезвоживания.

Для осуществления технологии вакуум- электроосмотического обезвоживания отфильтрованных осадков было разработано оригинальное устройство (см.рис.5) , на которое получено авторское свидетельство 1762994.

Устройство состоит из барабана- катода I, выполненного из расположенных по окружности фильтровальных ячеек 2, разделенных перегородками 3 и покрытых сверху дренажным ситом 4. Внутренняя полость фильтровальной ячейки 2 коллектором 5 отвода фильтрата соединена с распределительной головкой 6, которая сообщается с источником вакуума. Барабан- катод I установлен в подшипниках 7, кинематически связан с приводом 8 сопрягаемого барабанного вакуум- фильтра со сходящим полотном (на рис. не показан) и соединен с отрицательным полюсом источника постоянного тока. Бесконечная сетчатая лента- анод 9 совместно о фильтровальным полотном 10, несущим осадок II о сопрягаемого фильтра, последовательно огибают входной ролик 12, барабан- катод I и выходной ролик 13. ¡Затем фильтровальное полотно 10 огибает разгрузочный ролик 14 и возвратный ролик 15, а сетчатая лента- анод 9- систему промежуточных роликов 16 я натяжной ролик 17. Сетчатая лента- анод 9 соединена с положительным полюсом источника постоянного тока. Сетчатая лента- анод 9 пропущена сквозь промывочное устройство 1С, а для съема осадка установлены ножи 19 и 20.

Наиболее целесообразным является сопряяение предлагаемого устройства с Сарабшшнм вакуум- йильтром со сходящим полотном, анало-

Устройство для вакуум-электроосмотического

обезвоживания отфильтрованных осадков

Рис.5

гичным по поверхности фильтрования и геометрическим параметрам серийно выпускаемому фильтру, но имеющему угол зоны фильтрования не менее 270° и без. зоны просушки осадка. Диаметр барабана- катода устройства должен быть примерно в 3 раза меньше диаметра барабана сопрягаемого вакуум- фильтра.

Предлагаемое устройство рекомендуется для обезвоживания угольных фяотоконцентратов, которые предполагается получать при флотации тонкодисперсншс шламов. Оно также может использоваться для- обезвоживания труднофмльтруемых тонкодисперсных флотокощентратов, получаемых на действующих УОФ (удельное сопротивле!ше осадка-порядка Ю14 м"2 ).

вывода

1. Разработана детерминированная математическая модель, позволяющая на основе экономического критерия решать следующие задачи:

- определять оптимальный режим работы дисковых вакуум- фильтров и фильтров непрерывного действия под давлением;

- выбирать оптимальные типоразмер и количество дисковых вакуум-фильтров для флотофмльтровальных отделений проектируемых УОФ;

- оптимизировать такие конструктивные параметры, как поверхность фильтрования, углы зон фильтрования и просушки при проектировании дисковых вакуум- фильтров и фильтров непрерывного действия иод давлением.

2. Разработана методика определения оптимальных значений конструктивных параметров (поверхность фильтрования, углы зон фильтрования и просушки) и режима работы дисковых вакуум- фильтров. В соответствии с разработанной методикой рассчитаны значения вышеуказанных параметров для типоразмерного ряда дисковых вакуум- фильтров с диаметром дисков 2,7 и 3,75 м.

3. На основании получениях экспериментальных данных усталовлено, что угольные флотоконцентраты с высошм удельным сопротивлением осадка (стше 50-Ю^м-2) не могут эффективно обезволиваться на даеколш Ьакуук- фильтрах. Для интенсификации процесса обезвоживания таких флотоконцентратов перспективными являются: применение (фильтров нецрс-рывного действия под давлением и вакуум- электроосмотическое обезвоживание.

4. Выведены уравнения, описывающие зависимость влажности осадка

е уделтного расхода мектпоянвргии от параметров процесса ггп7г-?\>гчр- 1 троосмотического обезвоживания, свойств обезвоживаемого осадка и времени. На основании результатов экспериментальных исследований эти уравнения были скорректированы с учетом влияния побочных факторов, а также разделения процесса на две стадии- эффективного и остаточного обез- ; вояивалия. Определены значения постояшшх величин, входящих в вышеука-зшлше уравнешгя. Полученные данные показали, что вакуум- плпктроосио- , тическое обезво.тиванио дает наибольший эффект сгагашшя платности оезд-ка прв обезвехаводаш трулнофильтруемих и тонкодисперсннх (-0,2 пп) фкетокоицентратов, и о сравнительно акало снижает влажность осадко при обезвпгаваяки легко<|ильтруемнх фшотоконцентратов.

5. Разработаны исходные требования на опытный образец тр.ч нспрегкгшого действия под дшшшем '1>ДД150 поверхностью 1С0 к''. Уста пптигено, что применение фильтров непрерывного действия под давлением я) -г.ст'.я гк'П'гетесга более цолесослрязнкм способа-.; обспро . • ы.-угольных флотоконцентратов (средней и трудной у^льад'смсс'.:.; с^. ~ нению с дисковыми вакуум- фильтрами.

РгдроСотш: гсгодние треботяиия на опытный образец оригинального ; отрейяга для вакуум- алекуроос'лоуп'юскогг. г'еБэтгл': т • т-"1; • • .Т'гпг гоч:IX угодит* фаотокошептратгш.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. A.c. СССР J&I762994 .Устройство для обезвоживания осадка (Радушкевич В.Л. .Гольберг. Г.Ю.), Опубл. в БИ Л35, 1992 г.

2. Радушкевич В.Л, .Гольберг Г.Ю. Интенсификация фильтрационного обезвоживания угольных флотоконцентратов о помощью электроосмоса// Научно- технический вестник ИОТТ.- Выпуск З.Люберцы, 199 .-С.18-32.

3. Гольберг Г.Ю. Теоретическое исследование процесса вакуум-электроосмотического обезвоживания осадков // Научно- технический вестник ИОТТ.- Шлуск 3,- Люберцы, I9S .- С.32-40.

4. Гольберг Г.Ю. Принципы оптимизации некоторых конструктивных параметров дисковых вакуум- фильтров по экономическому критерию // Доклад на ХХ1У годичной сессии Ученого соъета ИОТТ.- Люберцы, 1994.