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

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 ? ^ ^ И К> Н Я_ 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 РАБОТЫ

Актуальность темы.

Наблвдаемая тенденция ухудшения качества добываемы* углей и возрастания доли мелких классов в них вызывает увеличение объемов флотационного обогащения. Это, в свою очередь, требует развития оборудования для обезвоживания флотационных концентратов. В настоящее время для этой операции на российских углеобогатительных фабриках (УОФ) используются, как правило, дисковые вакуум-фильтры. Аппараты этого типа серийно выпускаются промышленностью химического машиностроения ближнего и дальнего зарубежья, но в Российской Федерации в настоящее время они не выпускаются. Их достоинствами являются непрерывный режим работы и относительно развитая (по сравнении с другими типами вакуум-фильтров) поверхность фильтрования, а главным недостатком- низкая двиаущая сила процесса обезвоживания (не болов 0,08 Ша) , вследствие чего влажность обезволенного осадка составляет 25-30^. Для получения кондиционной влажности флотоконцен-трат подвергают термической сушке (в смеси о мелким концентратом), что требует дополнительного расхода топлива, и, кроме того, пылевые а газовые выбросы сушильных установок наносят ущерб окружающей среде. Необходимо' отметить, что в последнее время перспективным направлением в углеобогащении считается флотацпонноо обогащение угольных шлемов о верхяга пределом круаноста частиц не 0,5 од, а 0,2 мм и менее. Однако, хеа показывают даншэ лабораторных исследований, флото-концантрат, получении! при флотацш такого шлама, не ыоаэт фальтро-ааться на дискошх вакуум-фильтрах,вследствие значительного уноса твердого в фъаьтрат а высокого удальзого сопротивления осадка.

В связи о выазаздоз85Шнм очевидно, что необходимо развитие способов интенсификация обезводаваяая уголышх флотоконцентратов. В диссертации рассматриваются два таких способа; обезвоживание на

фильтрах непрерывного действия под давлением (гипербар-фяльтрах) в вакуум-электроосмотическое обезвоживание.

Главным критерием, позволяющим судить об эффективности того или иного способа обезвоживания угольного фпотоконцентрата, является ¡экономический критерий. В настоящей работе на оонове экономического критерия разработана математическая модель, позволяющая решить некоторые прикладные задачи по конструированию новых дисковых вакуум-фильтров, а также по проектировании флотофильтровальных отделений вновь строящихся У ОФ.

Цель работы: создание эффективных технологий в непрерывнодеЛ-ствупцего фильтровального оборудования для интенсивного обезвоживания угольных флотокоицентратов.

В соответствии с поставленной цель» сформулированы следующие задачи:

- создать математическую модель процеосов вакуумного, гилерба-рического и вакуум- алектроошотического обезвоживания угольных флотокоицентратов на основе'экономического критерия;

- оптимизировать режим работы дисковых вакуум- фильтров в

о

гипврбар- фильтров;

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

- установить закономерности, опнсываяане процесс вакууц-электроосыотического обезволнвшшя осадков.

Методы исследований. Лабораторные исследования по моделированию процессов вакуумного, пшербаричоского и ваккум- электроосмотического обезвоживания угольных флотоконцентратов бшш выполнены соответственно ва лабораторной вакуум- фильтровальной установке, лабораторной установке для (фильтрования под давлением и вакуум- электроосмотической установке. Цри обработке данных лабораторных исследований были использованы метода математической статистики, а при реше-

нии задач по оптимизации режимных и конструктивных параметров дисковых вакуум- фильтров- численные метода оптимизации функций одной и нескольких переменных. Обработка экспериментальных данных, выполнялась с использованием ЗШ.

- предложена методика выбора схеш расчета некоторых конструктивных параметров дисковых вакуум- фильтров;

- разработана математическая модель процессов обезвоживания угольных фяотоконцентратов, позволяющая на основе экономического критерия оптимизировать некоторые режимные и конструктивные параметры дисковых вакуум- фильтров и гипербар- фильтров, а также 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, описывающие процесс вакуум- электроосмотического обезвоживания ооадаов;

- обосновано применение гумата натрия в качестве реагента для интенсификации вакуум- электроосмотического обезвоживания 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 вон фильтрования и просушки нового типоразмерного ряда дисковых

вакуум- фильтров. Полученные значения использованы при разработке

«

технического задания на типораэмерныЛ ряд дисковых вакуум- фильтров, утвержденного в 1993 г. головной организацией по химическому машиностроению (АО "Ш1ИХИЖШ"). Такяе разработшш исходные требования

на опытный образец устройства для вакуум- электроосмотического обезвоживания осадков (по А.С.1762994) и исходные требования на опытный образец фильтра непрерывного действия под давлением ФЦД150.

Основные положения, вынесенные на защиту.

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

2. Определение оптимального режима работы дисковых вакуум-фильтров и гипербар- фильтров при обезвоживании фшотоконцентратов.

3. Методика выбора типа и количества дисковых вакуум- фильтров ■ или гипербар- (¡млътров для флотофильтровальных отделений проектируе- : mux УС«1.

4. Уравнения, описывающие процесс вакуум- электроосмотического ; обезволивают отфильтрованных осадков,

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

Апробация работы.. Основные результаты работы докладывлись на отраслевой научно- технической конференция молодых учених и специалистов- углеобогатителен (ИОТТ, 1990 г.) п на ХХ1У годичной сессии Ученого совета ИОТТ (1994 г.).

Па^дакащпи Основные результаты работы изложены в 3 печатных трудах и одном авторском свидетельстве.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа имеет общий объем 173 с транша! ыашшописного текста, в том числе 26 рисунков, 12 таблиц, списка использованных источников из 45 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОЩ

Состояние вопроса и постановка задачи исследования.

Дисковые вакуум- фильтры, использусмые в настоящее время на УОф для обезвоживания угольных флотоконцентратов, позволяют получить осадок влажностью 25-30$, что требует дальнейшей термической сушки. Для интенсификации процесса обезвоживания угольного флотоконцентра-та с целью снижения влажности осадка и повышения производительности обезвоживающего оборудования были предложены различные способы (механические, 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, Х.Шавы и других исследователей показал, что наиболее перспективными способами глубокого обезвоживании уголышх флотоконцентратов являются: использование гипербар- фильтров (для флотоконцентратов с практически любим сопротивлением осадка вплоть до 100-Ю12 ) и вакуум- электроосмотическое обезвоживание (для труднофильтруешх тонкодисперсных флотоконцентратов, в особенности- для флотоконцентратов, получаемых гфи флотации шламов крупностью -0,2 мм).

До настоящего времени еще не создана детерминированная математическая модель, позволяющая на основе экономического критерия оптимизировать технологические и конструктивные параметры фильтров. Также нет методики и уравнений, позволяющих рассчитать влажность осадка и удельный расход электроэнергии при вакуум- электроосмотичес-! ком обезвоживании в зависимости от. свойств осадка и параметров процесса. Кроме того, до настоящего времени в расчетах экономических показателей процессов обезвоживания угольных флотоконцентратов не учитывался ущерб от загрязнения окр^маицей среда выбросами сушильных установок, который, подобно затратам на термическую сушку, зависит от расхода топлива для сушильных установок, и. следовательно, от исходной ьлалшстя обезволиваемого осадка.

В соответствии с 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 флотофильтровальных отделений проектируемых УОФ.

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

3. Экспериментальные исследования процесса гипербаричеокого фильтрования различных угольных флотоконцентратов с целью определения параметров фильтрования и обезвоживания этих продуктов под давлением и использования полученных данных для разработки исходных1. требований на создание опытного образца фильтра непрерывного действия под давлением.

4. Экспериментальные исследования процвсоа вакуум- фильтрования различных угольных флотоконцентратов с целью определения констант фильтрования и просушки этих продуктов для последующего использования полученных данных прк решении задачи по определению некоторых конструктивных параметров тылоразмерпого рада дисковых вакуум-фильтров на основе экономического критерия.

5. Экспериментальные исследования* процесса вакуум- электроосмо-тпчоского обезвоживания наиболее легкофильтруемого и наиболее тру-днофильтруемого из исследованных флотоконцентратов на лабораторной установке о целью изучения возможности использования явления элек-троосыоса в сочетании с вакуумом для глубокого обезвоживания угольных флотоконцентратов; проверяй достоверности теоретически выведенных уравнений.

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

7. Определение поверхности фильтрования и углов зон фильтрования и просушки, а также оптимальной частоты вращения дисковых вакуум- фильтров нового типоразмерного ряда согласно методике, основанной на использовании экономического 1фитерия.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИМИЗАЦИИ ФИЛЬТРАЦИОННОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ФЛОТОКОШЩТРАТОВ (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:

_■,)

т!7—-К-

1Г$г ри Ф<р 1 £ 0,036 Тнои.КепРвЛ.(100^в/,.)П^7Т+ ---

л»

НЛ<р.Ц-у.ОПТ.-»Н^»{Я.Цип.»ПТ. 0,МЦр.ОД.+ ЦиШГ.)+0,15СзД.|ул.Е4>- И П.

_100 Р». , _ Р». ■ _

100-^1к. ■

г- 1

т и/ 'Л/ , рцду ' * П V

100 НРу

10о-ш. С^том.

Цм"<0ПТ' -(100+4,33 Нтр.) (1+11».)

, руб./т (I)

Структура переменных затрат на фильтрационное и термическое обезвоживание угольного фдотоконцентрата

РисД

где>Тнем, - номинальное время работы. данноЯ У03 в году, ч; Kte - коэффициент снижения производительности; Рья. - плотность отфильтрованного осадка, кг/м3; W»i. - влаяность отфильтрованного осадка, П - частота вращения дисков фильтра, об/с; сС» - удельное сопротивление осадка, Р - сопротивление фильтрующей перегородки, м-*; Р - давление (вакуум) при фильтровании, Па; К - отношение объема осадка к объему фильтрата, м3/м3; JU - вязкость фильтрата, Па-с; Ф<Р- - Угол зоны фильтрования, град.; Фс. - угол зоны просушки, град.; Цф.п.оят.- оцтовая цена фильтрующей перегородки, руб./м2; - срок службы фильтрущей перегородки, ч; Муст. - установленная мощность электрооборудования для одного фильтра данного типа (включая вспомогательное оборудование),кВт;'

Topj - тариф sa I кВт установленной мощности электрооборудования, руб./кВт;

Topi - тариф sa I кВт<ч фактически израсходованной электроэнергии, руб./кВт-ч; COSЧ*-. коэффициент мощности(средний взвешенный для данной 701)\

Fn

9. - поверхность фильтрования фильтра данного тина, м*; Ц<?.ояг. а Ц»с». опт. - оптовые цени соответственно на филыц) данного хина а вспомогательное оборудование для него,руб.; НА*. в ИДsм. - нормы амортизации соответственно для фильтра и вспомогательного оборудования, %\

Сад, - стойкость I м3 здайая,занимаемого Зидьтрш.щ, руб./м3; . м» 31 д. - удельная занимаемая поверхность фильтра данного типа, /м*;

Нп. _ высота мезду перекрытиями в помещении, занимаемом фильтрами на данной У05, а;

6- константы просушки; ' . '

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

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

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

Цтовл.опт, - оптовая цена топлива для сушильных установок данной УОФ, руб./т;

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

Нтр. - высота дымовой трубы данной УОФ, м;

Уш. - среднегодовая скорость ветра, а/с;

С - показатель относительной агрессивности золо-угольной пыли;

■£ - эффективность пылеулавливания для данной УОФ, %.

Таким образом, суммарные удельные перемешше затраты на фильтрационное обезвоживание и термическую сушку угольного флотоконцентрата З' зависят, в частности, от таких конструктивных параметров фильтра,как Е». ,Ф<?. ,иФс.,а также от частоты вращения дисков фильтра П .

Анализ уравнения (I) позволяет сделать следущие выводы:

- с увеличением поверхности фильтрования ¡¡V при прочих равных услогдях возрастают величины Цф.мтг. , Ц*споп£- и Нуст. ,и, следовательно, можно предположить, что суммарные затраты на фильтрационное обезвоживание, отнесенные к I и2 поверхности фильтрования (числитель первого слагаемого"в~уравнении (I)), при некотором оптимальном значении принимает минимальное значение, а знаменатель первого слагаемого и второе слагаемое в уравнении (Постагтся неизменными;

- с увеличением частоты вращения П дисков фильтра при прочих

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

- учитывая, что для фильтра данного типа сумма углов зон фильтрования и просушки Фб является постоянной, можно предположить, что о увеличением значения 4VnpH прочих равных условиях будут уменьшаться затраты на фильтрационное обезвоживание; в то же время значение Чс. 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 Фср. и °Рс. .

Исходя из вышеизложенного, для действующих фильтров с известными конструктивными параметрами нахождение оптимального значения "Ц" осуществляется одним из известных численных методов определения ! экстремума функции одной переменной на данном отрезке. Решение этой задачи позволяет также определить тип и количество дисковых вакуум-фильтров или гипербар- фильтров для флотофильтровальных отделений проектируемых УОФ путей сравнения величин суммарных удельных затрат на фильтрдодонное обезвоживание и термическую сушку флотоконцентрата (с учетом ущерба от загрязнения окружающей среды) при частоте вращения дисков,соответствующей минимальной величине затрат 3' для фильтра данного типа. Для проектируемых фильтров, значения Fy.,^.,и ^«.которых неизвестны, необходимо решить задачу поиска минимума функции трех независимых переменных ( F», , и И ). t

Tasse выведено уравнение, описывающее зависимость влажности осадаа 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 а момент окончания процесса фильтрования;

- влиянием побочных факторов процесса электроосиотического обезвоживания (нагрев осадка, поляризация электродов в т.д.) можно пренебречь.

Полученное уравнение имеет следующий вид:

I I _у Нц./Гс.)

loo- w; ь°Тс? 100- w и (2)

к - МР£.

с mffyüае {3)

где: Тс. - гремя обезвоживания осадка, с;

W - влажность осадка, %;

Mu. - удельный расход электроэнергии на вакуум- электроосмотическое обезвоживание, кБт«ч/т (Вт-с/кг);

U - напряжение постоянного тока, В; .

Кс. - коэффициент, характеризующий свойства исходной суспензии, В-т/кВГ'Ч (кг/А-о);

Ре. - плотность вода (1000 кг/ы8);

£ - эдектроюшетЕческиД потенциал частиц твердой фазы, В;

Р - диэлектрическая прошщаешсть вода;

£• - абсолютная даэлектраческан проницаемость(8,85 •IO'^gíj);

- удельная злектропрсводгосхьжидкой фазы суспензии.Сы^ы"1.

Уравнение (2), a згаюве уравяепш, описыващее зависимость величины Мад. от параметров процесса, свойств осадка и времени, были уточнены на оспошее шапга игсперакениашшх данных.

ЖСПБРИМШШЫШЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЛИЧИН ДДЯ РАСЧЕТОВ ДО ШНИКО-ЭКОНСШЧЕСКОЙ ОПТШИЗАЦШ

В экспериментальной части диссертационной работы были выполнены лабораторные исследования процессов обезвоживания суспензий угольных флотоконцентратов фильтрованием под вакуумом (применительно к использованию дискового вакуум- фильтра), фильтрованием под давлением (применительно к использованию фильтра непрерывного действия под давлением), а также вакуум- электроосмотического обезвоживания на лабораторном стенде, моделирупцедГпроцессы при обезвоживании.

Исследования во обезвоживанию фильтрованием дод вакуумом проводились с шестью флотоконцентратами, обладающими удельным сопротивлением осадка от 4,90* Ю12 м-2 до 297,25-Ю12 м-2. Установлено, что флотоконцентраты с удельным сопротивлением осадка свыше 50 -Ю*2 практически не могут фильтроваться на дисковых вакуум- фильтрах, вследствие того, что даже при минимальной частоте вращониа дисков (0,2 об/мин) толщина осадка на фильтре при обезвоживании таких флотоконцентратов оказывается меньше критического значения (8 ш), а также вследствие высокого уноса твердого в фильтрат. Обезвоживание флотоконцентратов о сопротивлением осадка овыше 50 «Ю*2. м~2 возможно на барабанных гакууы- фильтрах , однако влажность осадка в этом случае составляет 35-40$.

Полученные экспериментальные данные (значения констант фильтрования и прооушка осадков флотоконцентратов) были использованы дяя решения задачи по определению конструктивных параметров дисковых вакуум-фильтров по экономическому критерию.

ОПРВДШНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДИСКОВЫХ ВАКУУМ-ФИЛЬТРОВ ПО ЭКОНОМИЧЕСКОМУ КРИТЕРИЮ

В настоящей диссертационной работе были спределены 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 пЬверхности

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

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

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

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

- наилучшие условия: обезвохавание суспензии флотоконцентрата с наименьшим (иэ всех исследованных) удельным сопротивлением осадка \ oi., и с максимальным возможным содерданием 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 ^ 0 и IX для наихудших условий следует учитывать, что при минимальной частоте вращения дисков фильтра (0,2 об/мин) толщина осадка на фильтре должна быть на меньше критического значения (8 мм).

Для наилучших и наихудших условий работы фильтров рассчитаны оптимальные значения П , Фф. и Фс.. Установлено, что для обоих типоразмеров фильтров как при наилучших, тале и при наихудших условиях минимальное значение затрат соответствовало значению Г) , меньшему минимального применяемого на дисковых вакуум- фильтрах (0,2 об/мин), поэтому в качестве оптимального значения Y\ для обоих типоразмеров фильтров как при наилучших, так и при наихудших условиях принята величина 0,2 об/мин.

Таким-образом, для каждого типоразмера фильтров получено по два набора значений ф<?. и Фс. (цри наилучших и наихудших условиях) . Разница между оптимальными значениями Фр. при наилучших и наихудших условиях весьма существенная и составляет в среднем около 86°. Однако установлено, что при значительном изменении величины Фр. при П = const величина 3' изменяется незначительно. Поэтому окончательные значения Фу- были найдены в интервале значений 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 Фр.и угла зоны просушки Фс., вычисленные по данной методике, составили:

-для фильтра с диаметром дисков 2,7>л-%.=102о30'и(&=167о30'; -для фильтра с диаметром дисков 3,75м-Ф<р.=П0° и Фс.=176°. При этом отклонение затрат от оптимальных при наилучших и наихудших условиях для обоих типоразмеров фильтров не превысило 3,3?.

Фильтр с диаметром дисков 2,7 м и поверхностью фильтрования 100 м2 (ДЛОО-2,7) рекомендуется для замены фильтров ДУ80-2.7 на

УОФ старой постройки. Однако замена фильтров ДУ250-3,75 (поверхность фильтрования 250 ы2, диаметр дисков 3,75 м) на фильтры с диаметром дисков 3,75 м и поверхностью фильтрования. 214 м2 на действующих 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 типо-раэмерным рядом фильтр о поверхностью фильтрования 250 м2. 1

Полученные расчетные значения конструктивных параметров диско- I вых вакуум- фильтров были использованы при разработке технического задания на создание типораэмерного ряда дисковых вакуум- фильтров для' обвзвоавгвакия фяотокондентратов и вишов, выполненного в соответствии с проектом 05 МНТП "Уголь России" в ИОТТ и утвервденном головной организацией, по мшическоыу машиностроению (АО "НИИХШШГ).

ПОВЫШЕНИЕ ГЛУБИНЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ

ФЛОТОКОНЦЕНТРАТОВ НА ФИЛЬТРАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Обезвоживание на фильтрах непрерывного действия под давлением.

Экспериментальные исследования по обезвоживании флотоконцентратов фильтрованием под давлением проводились на лабораторной установке, схема которой показана на рис,2.

Исследования проводились с пятью фдотококцентратами, обдадающи-' ш удельным 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 эффективный способом обезвоаива-шш флотоконцентратов с удельным сопротивлением до 100 *1012 и"2. Цра з*с« оашдава&я удельная производительность фильтра непрерывного дей- , сша под давлением в 1.В-2.3 раза выше, а влажность осадка на 4,913,9$ инхе во сраинешш с дисковыми вакуум- фильтрами. '

Схема лабораторной установки для фильтрования под давлением

Рис.2

1-ворошса; 2-дрена-шоэ основание; З-фмь^рущая перегородка; 4-пронладощ; 5-корвус; 6-кршдка; У-загпа; 8-сборншс фяльтрата;Э-гройгшх;10-1фай; П-осдох£

На основании полученных экспериментальных данных были разработаны исходные требования на создание опытного образца фильтра непрерывного действия под давлением ФЩЦ50.

Сравнительный анализ эффективности обезвоживания угольного

тр р

флотоконцентрата с удельным сопротивлением осадка 50* 10" 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 ФВД150 (0,5 об/мин) величина 3' дня фильтра ФНД150 в 1,17 раз меньше по сравнению с минимальным значением 3' для фильтра Д0063-2.5-1У, а при максимальной частоте вращения дисков фильтра ФВД150 (соответствующей критическому значению ;

с!

толщины осадка на фильтре)- в 1,24 раза меньше. Зто позволяет сделать вывод о том, что применение фильтров непрерывного действия под давлением является экономически более целесообразным способом обезвоживания угольных флотоконхрнтратов (средней и трудной филь-труемости) по сравнению с дисковыми вакуум-фильтрами.

Вакуум- электроосмотическое обезвоживание.

Экспериментальные исследования по вакуум- электроосмотическому обезвоживанию флотоконцентратов щзоводились на специально разработанной лабораторной установке, схема которой показана на рио.З.

Исследования проводились о наиболее легкофильтруеыым и наиболее труднофильтруемым ив исследованных флотоконцентратов (удельное сопротивление осадка- соответственно ^.ЭО-Ю^м-2 и 297,25'Ю12 м~2) при различных значениях напряжения постоянного тока и толщины осадка. Кроме того, в опытах по обезвоживанию наиболее труднофидь-труемого фло»оконцентрата для интенсификации его обезвоживания использовался гумат натрия (в виде водного раствора с концентрацией 2,8$) в количестве 0,25 и 0,50 кг/т.

Анализ экспериментальных данных доказал, что в координатах

Схема лабораторной установки для исследований вакуум-электроосмотического обезвоживания

Еис.З

1-корпус; 2-крышка; 3-ворояка; 4-гайка; 5-верхний электрод; б-нияний электрод; 7-стержень; 8-винт; 9-прокладки; 10-фильтрупцая перегородка; 11-штуцер для провода

Щ-шланг; Ш-вакуумметр; Ш-вакуум-насос; СФ-сборник фильтрата

( I _ I \ -

100- W I '(и / получается на прямая линия в , соответствии с уравнением (2), а линия, которая лучше всего аппроксимируется ломаной (рис.4). Это можно объяснить там, 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 5,4.% (або.) снизить влажность осадка (за счет увеличения значения Кс..) при незначительном увели- ; чешш удельного расхода электроэнергии.

С учетом вышеизложенного, скорректированные расчетные урввнения вакуум- электроосыотического обезвоживания осадков могут быть а аписа-саны следующим образом;

100- W.' h*Тс.1 1ЙГ Ке- Пв h v

. , U)

(при Тс. < Т. =Te.h*V* )

im-w^,.« -mhr' const (5)

(при сСи<1с.< Xn. -tn. h^v* )

N уд. (Тс.) С«h4 U' (/Ся h* и'Ъ.'-i) (6)

где: °Гв - время »фиктивного обезвоживания, с; 17п. - время полного обезвоживания,с;

IJ.V, VJ.X.V, П»,Т«.ДГл,>,1, j ,Х,\/, с /, С г - экспериментальные константы. •

Диаграмма вакуум-электроосмотического обезвоживания угольного флотоконцентрата

/

/ о

/

/у

I / 2

Г ' / / / »

/ / / •

Иуд./и Рис.4

1-теоретическая црямая;2-экспериментальная линия при и Ь| ;3-то же,о добавкой гумата натрия;

4-экспершентал?.ная линия ври У< и И2 ( Ь< );

5-экспериментальная линия при и Ь/ ( 1/г >17/ )

Установлено также, что для легкофильтруеглых флотоконцентратов вакуум- электроосмотическое обезвоживание вряд ли может бить конкурентоспособным по сравнении с обезвоживанием на дисковых вакуум-фильтрах и гипербар- фильтрах. Для труднофильтруемых флотоконцентратов, 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.рио.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 о источником вакуума. Барабан- катод I установлен в подшипниках 7, кинематически связан с приводом 8 сопрягаемого барабанного вакуум- фильтра оо 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 в натяжной ролик 17. Сетчатая лента- анод 9 соединена с положительным полюсом источника постоянного тока. Сетчатая лента- анод 9 пропущена сквозь промывочное устройство 16, а для съема осадка установлены ножи 19 и 20.

Наиболее целесообразным является сопряжение предлагаемого устройства с Сарабтшнм вакуум- йнльгром со сходямим полотном, анало-

Рис.5

гичяым по поверхности ^шьтровшмя 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 флотоконцентратов, которые предполагается получать при флотации тонкодисперсных шламов. Оно также может использоваться для обезвоживания труднофильтруемых тонкодисдерсных флотоконцентратов, получаемых на действующих У01 (удельное сопротивление 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 флотофильтровалышх отделений проектируемых У ОТ;

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

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

3. На основании полу—а окашршопталш« »»mux установлено, что уголыше флотоконцентраты с внсо.сим уя«гы»» сопротивлением осадка (свыше 60.I0*V®) не могут элективно обезволиваться на д-шш« вакуум- фильтра Для интенсивная пресса обезвоживания дев флотоконцентратов яерсп^™® являются: применение фильтров пепре-

—.tcvym- электроосмотическое обезво-

рывного действия под давлегохем и

живакие. -__

4. Выведены уравнения, онисивасщие зависимость м&тноеп™ и удельного расхода электроэнергии от гарамотроп процзсса вакуум-элек-1 троосмотического обезвоживания, свойств обезволиваемого осадка и временя. 11а основании результатов экслеримскталышх исследований эти уравнения бшл скорректировали с учетом влилпш побочных факторов, а также разделения процесса на две стадии- эффективного д остпто.'шого обоэ-вояиванял. Определены значения постояннш величин, входящих в вышеуказанные уравнения. Полученные данные показали, что вакуум- электроосмо- . тическое обезвоживание дает наибольший эффект сшгаенпя влажности осад- , ка при обезвоживании трудноошьтруемнх и тонкодисиерсшх (-0,2 мм) флотоконцентратов, но сравнительно мало снижает влажность осадка при обезвоживании легкофильтруемых флотоконцентратов.

5. Разработаны исходные требования на опнтти! образец /'шитрп непрерывного действия под давлением ФВД150 поверхностью 150 м'\ Установлено, что применение йнльтров непрерывного действия под дгщлопиш является экономически более целесообразным способом обезво;пт;шин угольных флотоконцентратов (средней и трудной фдльтруемости) но сравнению с дисковыми вакуум- фильтрами.

5. Разработаны исходные требования на опытный образец оригинального устройства для вакуум- элекгроосмотпческого обезвог.сиванпя тонко-диспорсннх угольках флотоконцентратов.

/

Iio теме диссертации опубликованы следующие работы;.

1. A.c. СССР №1762994 .Устройство для обезвоживания осадка (Радушкевич В.Л. .Гольберг. Г.Ю.). Опубл. в БИ »35, 1992 г.

2. Радушкевич В.Л. .Гольберг Г.Ю. Интенсификация фильтрационного

обезвоживания уголышх флотокйищйфатов о помощью алектро-

осмоса// Научно-Tgvjj^^j В0СТНИК ЦОТТ,- Выпуск 3,-

JboüfiSшйЯвШв^^^ —. -С. 16—32.

T'lUep« Г.«,. Теор.гач'СКО» „с«««

,4«»» «OTT.-1W« 15М- °-'2-40-

«' ГольОерг Г.В. ««шиш »ек-I«

по экономическому Кри-парометров дисковых »акуум- фшьтров по ок

„г, о ytt v годичной сессии Ученого совета

терию // Доклад на ЯП годичном ь

ИОТТ. - Либ epi w, 1994.