автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Повышение эффективности работы оборудования для разделения тонкодисперсных суспензий

У

/,1А '

-о

Министерство высшего и среднего специального

образования РСФСР Северо-Кавказский ордена Дружбы народов горно-металлургический институт Специализированный совет К 063.12.02

На правах рукописи

БАХТАМЯН АРТЕМ ГЕРАСИМОВИЧ

УДК 622.75+ 622.765

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ СУСПЕНЗИЙ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 051508—«ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ*!991

Работа выполнена с Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горно-металлургическом институте

Научный руководитель: Заслуженный изобретатель РСФСР,

доктор технических наук Салихов 3. Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Рубинштейн Ю. Б. кандидат технических наук, старший научный сотрудник Духанин Ю. И.

Ведущее предприятие: Маднеул'ьСЮш горно-обогатительный

йОмбйна?

Защита диссертации состоится »; г,

в _ часов на заседании специализированного совета

К 063.12.02 в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горно-металлургическом институте по адресу: 362004, СОССР, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

С диссертаЦПёи МОЖНО ЬзН'акОШН'Ьсй в библИсгГекё МНс+итута.

Автореферат разослан » сАх^у&'Я/ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук [/{/¡/(¡¡НМ^ММ.И. АЛКАЦЕВ

ОБСАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЛБОТИ

Лгттплъдость заботя. Переработка проккиденккх отходов относится к узловым проблемам сохранения экологической обстановки и одновремея-ного обеспечения народного хозяйства сырьевой базой и повьшеггая эффективности производства.

Одни:.: .13 существенных резервов в осуществлении этих мероприятий являются отходы заводов по производству крахмала. Его потери со сточными Еодами, пмеге;пки рН 3,5-4,0 , составляют 12-16 %. Избирательное разделение тонких частиц, составлялся твердую фазу сточных вод этого производства, обеспечивает решение задач, связанных с получением кпа-хмала и глютена - флотореагентов, применение которых в процессах обезЕо.тпвангя концентратов позволяет уменьшить потери металлов со слява\ш сгустителей. Широко известно использование крахмала для избирательной йяокуляплп прт флотационном обогащении шампстых руд, содержащих II ,Мп , V а Р6 -2а суда могут быть разделены при помощи крахмала с зачецевным ксантогенатом.

При достаточной степени избирательности разделения коает быть обеспечен возврат крахмала в процесса его основного производства с оборотной водой. Это повышает его извлечение, сокращает потребление в производстве свелсей воды, улучпает экологическую обстановку в районе промплощадкл.

Слояность физико-химических процессов, протекающих при изменении температуры среды в присутствии поверхностно-активных веществ и отсутствие в литературе единого мнения во взглядах на роль этих процессов при селективной флотацш крахмала и глютепа предопределили необходимость детального исследования закономерностей их флотации, а так-зе исследование конструктивных параметров колонного флотораздзлпте.тя :: патронного фильтра-сгустителя из условия обеспечения эффективной га-бот:; оборудования для разделения тонких частиц. Про:жштен::оэ сс~со-

нее предлагаемой технологии способствует решению проблемы получения дезевых флотореагентов, обеспечивает экологическую чистоту производства.

Работа выполнена в соответствии с координационным планом ЛН СССР по проблеме 3.2.2 "Разработка и соверпе^ствоваяие теории и методом обогащения полезпых ископаемых" и планам'ШР СКП."1.

Ноль -работы - разработка, исследование и промыхчецное освоение технологии и аппаратуры эдфзктивкого обезвоживания дильтранией тонкодисперсных суспензий при флотацкоилом разделении колких частиц на основе кинетических закономерностей их избирательного извлечения.

Методы исследование. В работе использовались: седкментоволюммет-рический метод изучения агрегативной усто!;ч»еости суспензий; измерения времени индукции при прилипании частиц к пузырьку и друг к другу; измерения поверхностного натяжения по методу наибольшего дшленпя газа в пузырьке и метод капиллярного поднятия с построением изотер поверхностного натяжения, измерения вязкости растворов ПАВ, рН-«етрия, Экспериментальная часть исследований проведена с помощью катекатиче- -ских методов планирования экстремальных экспериментов с использованием ЭВМ. Разработка и исследования новых аппаратов для' Фильтрации и флотации проведены в лабораторных и промыиленнше условиях с использованием методов математической статистики.

Научная новизна. В работе впервые:

получена аналитическая зависимость для расчёта длительности нане-сския устойчивого слоя осадка па фильтровальные патроны С-СПП, обес-гвчквакцая условия наилучпего сброса осадка и высокую его производи-•"лъиость. На основе этой зависимости предложен алгоритм итерационно- расчёта рациональной величины длительности времени нанесения устой-ь-п'ого слоя осадка от конструктивных и режимных параметров Ф-СЯЗ и с ... гко-хм/.ических свойств суспензии;

на основе колячестксяиого огглсалпя загономоркосге!! течс-нпя т.".-:? аз-ни плёнок установлено, что в пт/.^утстЕГ.;: ПАВ про*".:ль сгоростг. по дллне плёнка сзуеияотся саг., что о5 внход,:оч ссчолге т.гс:-::'; пг,тся г р-эзультате обратного потэка п^дг.осг/. к поутру плЗгк-.:;

теороттчоскют. расчётам пок.запо, что продольная т~ л-а :.:•::-. ;.-.з-поГ: плойки уг.елглт-.г.ается от ьирхнего по.ива пузкрьга к ого эюатосу, что является одно.'; из пр;:чкн небольно* эз'чог.тг.влсст;: захиата токкг.х частот;

пря.плл экспер::.7.онтакз установлена зяепсжость клнотпю: утончеяля «¡«ачдв&щеД плззка, характеризуемая отног;бн::ем Ере:.:енл контакта час-тпц« с пузирьгам ко врсмс-гш лндулллл, от фмьности г.зал\:ода2струг.£рх поверхностей, температуры, размера часг.щ п нузирьков;

показало, что э*<Т«кт от '^дотацг.з тонк;:х частиц колкхул пузырька1 а обусловлен роста:« вероятностей субпроцоссов соуд".ро1г.!я 7. пр^ллпрлг.я.

!)чагт~чосг.ая п^нгость. Разработала лабораторная устгновка для г.зу-чеягя режггнкх параметров ^-СГШ при >[ильтрац;!л тонких частиц. Разработана и ксследована новая ко не трупам гшевглэглдравллческого длепор-гатора воздуха для колонного ¿[лоторазделптеля. Изучена зав::сл^ость ептжальпого размера пузырьков от рад-уса частлц л висотк колонии я гпдродапа'.глчесгаго коэффициента захвата от разбора часта: л пузырьков. На основал иг. 2з:.!ерю);?.я врекега п;д;пззя прп пралппмпя частг.и к пузырькам различного разбора, проведению: ЕсследсЕаня?. затасжостп агре-гат;'.ея0.4- устойчсвостг г;1дро!сбккх п гздро&'льних частиц от рН з температуры и текпзратурно?. завпсгу-остз уста ;!лг.г. оста пен прл различном рЛ экспериментально подтверждена сгязь контактных взалг.годеЕсгги" частлц с эноргг.о!': глдро?обно-п1дрэ^2льннх ЕЗаг-моделСТЕиЯ. Разработала яосач конструкция ^-СПЛ п получены формулы для расчёта релямннх параметров ¡Тлльтрают топкие частиц.

Ремнзрлпя габотц. На Осетинском крах?.:аль:;с:.: заводе (ОКЗ) аппаратура а технология ¡¡пльтргигли ?з:{г.сд?.спорс:;ого глптена, полученного в

процессе бозроагектного разделения глнген-крах?.:ально£ суспензии флотацией, внедрены б постоянную эксплуатацию. Реализация технологии позволит езогодао получать эконо.'.гнческлй эффект в разгаре 7G,I тыс.руб. за счЗт прироста изрлечения краг.:ала на 4, ¿о % и укс-ньнения потребле-¡:;:я сгс-.о;1. годи на 80 Технология отвечает современным требования!!

ЭКСЛО ГНИ.

hnvQ6tn~.\n гг.ботн. Основное содержанке работы и её отдельные положения догладывались г обсуздались на: Всосовзной научно-технической конференции "Разраоотка и внедрение высокоэффективных процессов и ново;! техлпга при добыче и переработке руд цветных металлов" (Красноярск, IC33 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Анализ, теория и практика совершенствования технологичес1сих схем обогащения" (Свердловск, 1984 г.); ХП-ой отраслевой конференции колодах учёных (-Москва, 1967 г.); Всесоюзной научяо-техяической конференции "Созда-п;:е методов и сродств, енгяакцих потери горючей массы с отходата угле- -обогащения" (Москва, 1988 г.); ежегодных научно-технических конферен- , цкях СКП.М.

Пуб-глкйют. Материалы диссертационной работы опубликованы в 5 статьях, изложены в I научном отчёте, получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Объём и структура паботн. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, библиографического списка, включадаго 106 наименований, 4 приложений и содержит 183 страницы, 66 рисунков,. 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ • " '

Вопросам избирательной флотации тонких безынерционных частиц и повышению эффективности их флотации посвящено значительное число работ отечественных и зарубеаных авторов.

Из аналитического обзора этих работ следует, что первым наиболее важнш отллчием элегмнтарного акта флотация тонких частиц от подобного акта крупных является тс^ что часто лимитирующей стадией является транспорт частиц на поверхность пузырька, а на стадия прилипания. Пузырёк искривляет линии тока жидкости, которым следуют траектория тонких частиц, т.е. действует на них через поле скоростей жидкости. В случае тонких частиц инерционные силы малы по сравнению с силами дальнего гидродинамического взаимодействия. Поэтому при их учёте вероятность соударения тонких безынерционных частиц вше с пузырьком небольшого размера.

Для тонких частиц в отличие от крупных наряду с контактно;'} принципиально возможна и флотация бесконтактная, при которой частица закрепляется без образования периметра смачивания и краевого угла, что является ещё одним существенней! отличием, характерным для флотации тонких частиц.

Для объяснения отличия от нудя вероятности прилипания тонкой частицы к пузырьку достаточно привлечь представления о дальнодействия поверхностных сил притяжения. Поверхностные силы притяжения способствуют процессу кинетического прилипания тонких частиц так, что затруднения' дай прилипания обусловлены лишь ростом гидродинамического сопротивления плёнки в процессе её утончения. Но силы притяаешш растут с уменьшением толпршы меафазноЯ-плёнки быстрее, чем сила сопротивления утончающейся плёнка.

Таким образом, если поверхностные силы отталкивания локализованы в тонком слое, а на несколько больплх расстояниях локализована достаточно глубокая потенциальная яма, то г,озможна' агрегация за счёт дяль-нодействушцях поверхностных спл притяжения. Сопротивление плойки утончении затрудняет процесс вхождения тонкой частицы в эту яму, что с::г,-жает эффективность флотации.

Б кинетические условиях (¿.дотации утончение кежфазной плёнки до толщин, отвечающих эоСехтивноку радиусу действия поверхностных сил притяжения, должно закончиться за время контакта частица с пузырьком. В противном случае прилипание частиц оказывается невозможным. Минимальное время, необходимое для прорыва кеж^азной плёнки, оценивалось по времени индукции.

С ростом размера пузырька врем индукции увеличивается (рис. I), а отношение времени контакта частиц с пузырьком (рассчитанное по В.Филиппову) ко времени индукции уменьшается (рис. 2). Кинетическая константа растёт с увеличением размера частиц (рис. 3), для которых гидродинамический коэффициент захвата, являющийся количественном характеристикой процесса переноса частиц к поверхности пузырька, больае при любом разкзре последнего (рис. 4).

Плёнка на выпуклой поверхности при прочих равных условиях менее устойчива, чем плоская. Уменьыение размера частиц приводит к уменьшению толщины равновесных «С-плёнок при тех se значениях расклинивающего давления и исчезновению (для достаточно тонких частиц) области ые-тастабильных JS-плёнок. При этом происходит также снижение.критпчес- ■ кого расклинивающего давления.

Таких,: образом, при переходе от крупных частиц'к тонким перераспределяется значимость вклада вероятностей соударения и прилипания в кинетическую константу. Вероятность соударения тонких безынерционных частиц с пузырьком небольшая и, по данным некоторых авторов, мокет составлять всего лишь 0,08-0,10 %. Но вероятность прилипания тонких частиц, достигших поверхности пузырька, высока.

Известно, что изменение адсорбции поверхностно-активных веществ (1ШЗ) вдоль мекфазной плёнки; формирующейся мезду некоторым участком поверхности пузырька и приближающейся частицей, вызывает тормокение поверхностного движения жидкости. При. умеренной величине тормокения поверхности осаздение тонких частиц осуществляется под влиянием радиа-

аде

14

10

Бремя индуташи как $унгашя Замсжость отно^оттяя ^/Гц

от размера пузирька я толюратурт;

1" 5

размера пузырька

!

По даютял Лаззргионко-Л. А.

№ \

70 130 160 500 Рлс. I

К-п .мга

100 200 300 500 И^/дад Рте. 2

Зависимость кгнепгческоЯ константы Гидроданилпоски!* коэйятавпт от крупности частиц я пузырьков затаата как функция ИП1 а. К, с""1 п--1-,-Е

0,005 0,001 0.0СС5 0,0001

5 10 15 Рис. 3

20 а,гаи юо 300 500 1000 ¡^пм

Рис. 4

льной состаглягщей скорости япдкости.

Чем степень заторгояеггностн поверхности пузцрька, тем меньше гозмоглость отрыва тонких частиц при бесконтактно" флотации под дей-"сгнием о'тр.тпой гндртдпна'/агчсской силы. Степень заторможенности по-гс;:м;:_эст;1 ио.т_-:о скопить по скорости всплывшая пузырька и по тому, насколько поверхностное натяжение нико, чем у чисто:! еоды.

Адсорбция ЛЛ2 по длине плёнки изменяется так, что молекулы ПАВ на-г.г:г:.:::?;'!тся вблизи ос периферии, что формирует свдтимнй градиент по.:; сст::сго н.чтпхегхя. Поэтому в некоторой точке выходного сечения !:с®1аз::ой плёнки поверхностная скорость оказывается равной нули, п вверх по течению пленка утолщается за счёт обратного тока жидкости.

Существует продельное значение толщины плёнки Н-Цт., характерное в том отношении, что при Ь. ^ К цыплёнка утончается под действием прихпмной силы потока ащдкостп. По достижении К = Ь-ит толщина плёнки стабилизируется, так как истечение .жидкости из меяфазного зазора под влиянием перепада давления компенсируется обратит током япдкости к центру плёнки за счёт перепада повер:сностного натяжения.

Получено уравнение, связывающее физико-химические параметры флотационной системы, определяющие втекание кидкостя в зазор под действие;.: тангенциальных напряжений мегфазноГ; плёнки, с её предельной толщиной при двп.~онпп частицы в заданном гидродинамическом поле пузцрька:

Кит + а |?Вт + Б Кща+ С = 0 , (I)

здесь

Со$ 6 м 4 КС-

1 л г-

б =

г [дб\ 9г (л 4КСЛ1 . ТмГКдС/ Кг и я Гоо/1

(2)

(3)

где Кг , \л/е _ числа Рейнольдса и Еебера; К - константа равновесия в изотерме Ленгмвра; С0- концентрация ПАВ во входном сечении плёнки; Гоо - величина адсорбции ПАБ, соответствующая плотному мономолекулярному слою; б* - поверхностное натяяениа границы раздела фаз газ-ждка-сть; И , а. - размеры пузырька и частицы; в - угол, отсчитываемы:': от вер:снего полюса пузырька; Н = Ъ/о. - расстояние от центра частицы до поверхности пузырька).

При еыеодэ уравнения (I) вместо истечения ящкости из плоско-па-раллэльного зазора, образующегося медду дискообразной частицей и почти плоским участком поверхности большого пузырька, рассматривалась геометрия зазора, задаваемая уравнением для линий тока при потенциальном течении ждкссти в окрестности пузырька. Поскольку центр частицы перемещается по линии тока жидкости, то частица доляяа коснуться поверхности пузырька, если расстояние до неё от линии тока равно радиусу частицы.

Проведены расчёты на ЭВМ значений И^ОО и К^Сб) для частиц размером I мкм (рис. 5). С ростом размера пузырька Кц^ увеличивается, что не противоречит экспериментально установленное увеличении эффективности прилипания частиц к пузырьку меньших размеров.

Чем больяе угол 0 , при котором частица приближается к пузырьку, . тем больае тангенциальная скорость, с которой частица вместе с кеяфаз-ной плёнкой перемещается около пузырька и, следовательно, кеньпз время контакта с поверхностью пузырька. Рост Кцт с увеличением угла 8 связан с тем, что в столь короткое время диффузионный процесс в мел-фазной плёнке не 'успевает повлиять на ослабление обратного потока л::д-кости к центру, вызванного снижением скорости течения около выходного сечения плёнки. Замедление роста Ь-ат. вблизи экваториального сечения пузырька связано с те:,!, что меяфазная плёнка достигает толцпн, при которых влияние ПАВ на профиль скорости ухе мало. Точки перегиба на

Предельная толщина мехфазноЯ плёнки как функция и 6

700 500

300 100

9=л/ю 9 = дг/зо

\ \ -

\

8 = 5/100 ч

\

Н= К/а = 0,1 а- 1мкм

900

700 500

300

100

МО.О^, аб/Зс=-о,з? Г= 10" моль/смг/ С-5моль/л ✓ а. = 1 мкм ✓ 3 _

2 у

I

5-Л"-5,0 мм

0,5 1,5 2,5. 3,5 Кц,ш

РИС. 5

1/100 Я/бО 5/20 8

кривых зависимости Ьит_ от 8 соответствуют толщинам межфазной плёнка, на которых локализовано действие ПАВ на замедление скорости течения плёнок.■

Отсвда токжв следует, что необходимо учитывать радиальную скорость частицы, отличием которой от нуля обусловлено безынерционное сблитание тонких частице пузирьком. При впредельная толщина кехфазной плёнки растёт, а для радиальной скорости частицы характерно обращение в нуль на экваторе, в окрестности которого осаздение предотвращается. Но оно оказывается возможным при меньших значениях утла 9 и размере пузырька Я , так как чем блике частица к верхнему полису пузырька, тем конше подлежащее преодолению расстояние ( Н-цщ.), но болкге время, предоставляемое для утончения плёнки до толщин, на которых заметную интенсивность приобретают поверхностные силы притякония.

Анализ полученного уравнения (I) показывает, что оно даёт возможность оценить профиль мекфазной плёнки, не свободной от' тангенциальных напряжений, вызванных градиентом поверхностного натяжения и режимом течения .четкости вблизи пузырька радиусом Я, соударяющегося с частицей размером а при угле 8 .

Хдя обеспечения близости услоЕИ;4. эксперимента к условиям при теоретических исследованиях изучено разделение частиц глют&на и гргссмплл при безреагеятноЯ флотации сточных вод завода по производству последнего. Глютен представляет собо.'! чгхти;щ размером 1-20 i /.км с ял:;э п:-рагенными гидрофобными свойствами, склонен к сильно.': флэкуляют в водной среде. Зёрна крахмала имеют размер от 10 до 31 ж.!, но встречаться частицы размером до I5C i-'км. Полисахаридные компоненты крахмала • придают его частицам гидрофильные свойства.

Гидкяя фаза глютен-крахмальной суспензии при температуре 53°С, при которо!: осуществляется процесс, имеет поЕорхнсстное натяжения 53,7-Ю-3 н/м и рН 3,5-4,0. Установлено, что крахмал формирует суспензии, Еысота столба оездка кото рнх, образу)х;аяся при агрегат иг я ом раз-руцении суспензии, уменьшается с ростом температуры. Наоборот, суспензии глютена разрушаются, формируя осадки, висота столба которых тем больше, чем etee температура суспензии. При температура С0°С частицы глютела образуют агрегаты размером до 0,ó км. В ряда случаев при этой температура не удавалось получить столба осадка: глнтел всплывал, закрепляясь па мппропузырьках воздуха, выделяющегося из жидкой фазы с росток температуры. Полученные результаты mi рассматриваем как экспериментальное доказательство возможности описания устойчивости дисперсных систем введением понятия о силах структурного притягения и отталкивания, вызваш!кх изменением структуры воды под влиянием поверхности твёрдого тела.

С ростом температуры до 60°С Еысота подъёма пены уменьшается с 300 до 40 мм, а время её хпзпи сикается со 120 до 10 с.

для разделения тонких частиц принципиальнее значение имеет выбор типа ф-лоторазделнтэля. В нём должны бкть созданы ус ювия для эффективного переноса тонких частиц к поверхности пузырька и достаточного временя контакта частицы с пузырьком для прорыва кеяфазной плёнки, что в комплексе обеспечивает эффективные услоеия флотации тонких частиц.

Необходг-мо тгиха учитывать степень «оханкческого выноса частиц, хара-¡:т<зу>с<ув глпарлт дан.чого типа. Анализ работ по созданию новых мамин для ^.ютацни тонких частиц позволяет признать, что указании.: тре-б:г.г наиболь-гвЛ степени отг.ечепт Злотагкоинке напгаш колонного т::::;., катерке п Силп рыбр.-лн в качестве флотораздолителя.

.'.-.я атоигих псслед:р;'ЦпЛ изготовлена установка голошюго фло-тлг.'.т.?ля ггротивоточного типа объёмом 5 л, позволяющая изменять и г.?птгсл::;о!; ть темгсял^ту суспензии, давление и расход воздуха, подачу исходно/ суспензии.

С целю описания одновременного влияния температуры суспензии, разм/га пузырьков и щюдолзптельпости флотации на технологические показатели разделения глптен-крахмальной суспензии в колонном флотораз-делителе был реализован ротатабельныЛ цеытрально-комлозпцпошшй план ( к = з, А/ = 20). Независимые переменные варьировали в слсдуюцих пределах: Т = 20-60°С; 2) = 0,67-1,30 мм, X = 7-21 г/лн. Была получена ■ следующая математическая модель;

хвостах флотации, соответственно. Установлено, что выбранная функция отклика наиболее чувствительна к изменениям параметров процесса, но меньке зависит от случайных его колебаний. Коэффициент множественной корреляции 0,9947. Анализ модели показывает, что селекции крахмала от глютена способствуют высокая температура суспензии и мелкие пузырьки. По убыванию силы влияния па функцию отклика независимые перемешше в условиях принятых ограничений ранжируются следующим образом: 9) , Т , t . Последующая аппроксимация опытных данных путём расчётов по методу наименьшее квадратов позволила получить уравнения парной зависимости выбранной функции отклика и каждым из факторов:

У = 1,057 - 0,014-Т - 0,491-3) - 0,015^ + 0,010-Т-З) -- 0,0245)-Т + 0,376 9)*+ 7,5-Ю-5 Т* ,

(5)

У = 0,402 - 0,368• ТО-3Т + о.гсо-ю"8!2 Эл. = 1,30 мм (6)

У = 0,583 - 0,655-Ю-3Т + ОДСО-КГ6!2 = 0,67 мм (7)

У = 6,270 - 9,103Эп. + 3,450 Т' = 20°С (8)

У = 4,519 - 7,874 3)п. + 3,430 9)^ Т = 60°С (0)

При температуре суспензии 60°С и размере пузырька 0,67 !."". глитен содерш;т не более 2,4-3,0 % крахмала.

Полученные зависимости использованы при выбора конструст:тных параметров промштенного флоторазделителя колонного типа. Для условий Осетинского крахмального завода (ОКЗ) выполнен проект и монтаж 2-х каскадной установки, состоящей из колонных маипн протнвоточного типа высотой 6 и диаметром 1,2 м. Выбор высоты колонн основан на результатах проведанной оптимизации размера пузырька, из которых следует, что при флотации частиц размером 1-20 шал необходима Еысота флоторазделн-теля 6 м и размер пузырьков 1С0-800 мкм. В высоких колоннах селективность извлечепия вьгае за счёт срыва в процессе подъёма фяотокомплег.са крупными пузырьками гидрофильных частиц, непрочно закрепившихся в потенциальной яме тонкого пузырька.

Для колонных малин разработана ноеэя конструкция пнеЕкогндравян-ческого диспергатора, который представляет собой диффузор с закрытым выходным отверстием, но перфорированной конической образующей. Получение водо-Еоздусзюй смеси происходит в камере смешения диффузора, в начале которой по оси установлено два сопла. К одному из них, расположенному вдоль камеры смешения; подводится вода (фильтрат с <5-СПП), а к другому, стоящему под углом 90° к первому, - Еоздух. Размер пузырьков воздуха зависит от давления, под которж насыщенная воздунсм веда Еыходат из диффузора.

В назем случае истечение газонаскщенной жидкости происходит чор;з отверстия в стенке конической части диффузора, около которой скорость движения жидкости меньше, чем в центре диффузора, но длгл'.шие ма-сн-

мальное. Выделение пузырьков в объёма колонии из пересыщенной воздухом жидкости происходит при восходящем её движении вследствие постепенного снижения гидростатического давления. оффект флотации достигается за счёт безынерционного осаздения на поверхность пузырьков и селективного выделения микропузырьков на поверхности-гидрофобных частиц с дальнейшим захватом активированных флотоагрегатов крупными пузырьками, т.е. коалесцентного механизма извлечения.

Лия обезвоживания тонкодисперсных продуктов флотации, глютона в частности, разработана и исследована новая конструкция (рис. 6) патронного фильтра-сгустителя с плавающей платформ Г: (О-СПП).

В режиме фильтрации на фильтроткани I патронов 2 за время t накапливается осадок кассой М, а несущая платформа 3 весом Рс под действием давления суспензии Рн поднимается до верхних ограничителей. За счёт незначительного изменения давления суспензии платформа переходит в режим, при котором частицы скользят по намывному слою и накапливаются в коническом днище фильтра. В дальнейшем лр5'лг»:маатся, что изменение величины наосы нанесенного слоя остается практически постоянным. Однако в процессе фильтрации производительность фильтра снижается за счёт уплотнения намывного слоя. Поэтому подачу суспензии прекращают и переходят в режим регенерации. Его интенсификация достигается открытием клапана отфильтрованного продукта и снижением уровня сгущенного продукта до 10 % от длины патронов. Затем платформа сжатым воздухом перемещается в крайнее верхнее положение, при движении из которого вниз со скоростью 1/ потенциальная энергия платформы П переходит в кинетическую Т , а осадку сообщается количество движения, равное М'ЯГ.

Целью исследования является получение аналитического выражения для определения времени 10шп = , в течение которого образуется намывной слой осадка толщиной, обеспечивающей получение фильтрата необходимой чистоты и полный сброс осадка.

Воспользовавшись законом Дарси, получим связь массы осадкаМ ,

Принципиальная схема и констг:.'!:т::гнке эло-.мнтн Г-СГТЛ

-Ч—

1 - Фильтроткеяь;

2 - ? тйгалышГ. патрон;

3 - платформа;

4 - амортизатор;

5 - корпус фильтра;

6 - манометр;

7 - задатчгк частот»;

8 - исполителышй механизм;

9 -.фланец.

Рис. 6

отло.ютщегося на каздои из А/ патронов за промл t с давлением над плат'1ор.;.:о2 Рь , плоцадьп все:: фильтрующей поверхности патрона Sa, массой отло,т/в:логося осада на единицу объёма фиьтрата W, динамической вязкостью суспензии 1й к удельным сопротивлением среда е£ :

2(pH-PO'Sl-t-W

M = Q.V-1-W (10)

Из виратсния для M имеем:

ЗдвСЬ 2 ,

W-Pi-V (в). еС= аз>

где Р\ - плотность фильтрата; S - иассосодераапие твёрдого в суспензии; ГПг- отношение массы влажного ссад>:а к массе сухого осадка в слое; К = 5 ± 10 % - постоянная Козенн; CLg— удельная поверхность, т.е. • отношение площади поверхности пор к объёму флльтрутацей среды.

К моменту сброса осадка, когда платформа начинает двнзенле вниз, на неё действуют следующие силы: собственный вес платформы с патрона-Mi Рс ; вес осгдка M'A/; сгла упругости пруяпны амортизатора Са-h. (где h - величина сжатия пружины амортизатора); сила, определяемая давлением на платформу сверху P^'S^j, (где площадь поверхности

платформы).

Использовав теорему об изменении количества движения

-mCVtr V0) = J F ft) • dT (14)

о

определим количество движения осадка, необходимое для ого отторгепия от фильтрующей поверхности, .принимая, что в момент удара платформы об упор её потенциальная энергия

Сг

П = (Ре + М-ЛЛ$>(|и-Н)+ + • (V Н)

(15)

полностью переходит в кинетическую

+ М-Л/}-1/2 (16)

где Н - расстояние от нейтрального положения платформы до упора.

Поскольку У0 = 0, то

т-Ц: = (17)

Силу сдвига ) можно связать с коэффициентом ¡?ос , учитывающим физические свойства осадка и фильтрующего материала. Тогда

= ?ос • ^ (16)

где 5ццл - площадь боковой поверхности патрона.

Итак, получаем условие отторзения осадка твёрдого от оильтрунщэл поверхности в следующем виде:

= ос' "(19) или М= Б^-ТГ'1 (20)

Окончательно имеем:

. _' _

Задача определения рациональной величины t начала процесса сальт-рации является нетипичной и может быть решена итерационно с использованием разработанных алгоритма и программы.

Для проведения экспериментальных исследований была изготовлена

^гу-т —3 ?

лабораторная установка <а>-СШ1 с площадью фильтрования 2,5-10 и . Программа исследований предусматривала: экспериментальное подтаертдегпп теоретически установленных зависимостей; исследование влияния ггялп-туды и частоты колебании фильтровального элемента на производительность Ф-СПП; получение зависимостей для изучения физики пронесся п.-тровапия в вксокоамшоттудаом фильтровальном поле; обработку эл.г.-.

тов и узлов лабораторной установга1 Ф-СПП с целью получения данных для проектирования промышленного образца Ф-СПП.

В качестве объекта исследования выбраны отвальные хвосты Мизурс-кой свинцово-цинковой фабрики крупностью -40 ыкм.

Блишше частоты колебаний фильтровального элемента cJ (2,0-16,Ос"*^), амплитуды его колебаний А (5-20 мм) и длительности процесса фильтрования t .(8-40 мин) на производительность Ф-СПП по фильтрату ( V , л) аппроксимировано следующим уравнением регрессии: V = -547,99 + I,39HJ+ 49,03 А + 10,34 t - 1,54 А* - 0,16 t* (22)

Максимальная производительность фильтра достигается при частоте колебаний 15 с-*, ймлиитуде колебаний 16,0 ым и времени фильтрагош 34 мин. На основании расчёта величины t по уравнении (21) при данных конструктивных параметрах Ф-СПП и физико-химических свойствах суспензии сделан вывод об удовлетворительной сходимости расчётных и экспериментальных значений ^раечДэюг = 0,81-0,87) и применимости выведенного ■уравнения для расчёта рациональной величины t . При оптимальных частоте и амплитуде колебаний фильтровальных элементов к 34 минутам работы фильтра его производительность по фильтрату достигает 29,7 л, несколько снижаясь далое.до стабильного уровня - 28,4 л (рис. 7). С увеличением давления суспензии (рис. 8) при её фильтрации без наложения вибраций (кривая I) имеет кесто быстрое образование устойчивого ;лоя осадка на фильтровальных патронах, его уплотнение и резкое паде-. -j производительности фильтра по фильтрату. При наложении вибраций . -я'вая 2) формирование устойчивого слоя осадка происходит с сохране-; . его фильтрующих свойств за счёт обратного тока фильтрата, возник. го з результате перераспределения его давления по высоте фильтре, .ис.ных патронов. Производительность фильтра по фильтрату уменьшаете /о менее заметно, чем в процессе безвибрационного образования осад

Промыпченлый образец СПП имеет следукцие парг-метры: Рь = 9,8-Ю4 Па; Рн = 24,5-Ю4 Па; Б = 1,34 м2; 5цнЛ = 1,2 ?.Г; Бол = 3»14 м2; а<? = 14,2-ю4 м-1; £ = 0,8; Рс = н; А/ = С1; Ь,= 0,05 м; Н = 0,05 к; С = 1,9.5 н/и.

Технология фильтрации тонкодиспорсного гл:отепа, полученного г процесса флотации сточных еод крахмального заг.ода г колонных машинах, прошла промыалешше испытания и внедрена на Б ходе промыгтолы.'Х

Ряс. 7 Рис. 8

испытаний были подтверждены быеоды лабораторных исследований о том, что аппараты разработанной конструкции юм технологическое и техни-ко-зкономическое преимущества перед существующими. Использование в течение длительных прокгштенных испытали.": разработанной технологии позволило получить прирост извлечения крахмала на 4,28 уменьшить на 17,в н3 расход свежей воды на I т исходного сырья. Па 80 % умень-сен сброс сточеых вод. Расчётный экономический эффект от использования результатов работы составляет 76,1 тыс. руб. в год.

0СН0БНЫЗ ВЫВОДУ И РЕЗУЛЬТАТЫ I. На основе количественного описания закономерности течения меж-

фазных плёнок установлено, что в присутствии ПАВ профиль скорости по длине плёнки изменяется так, что её выходное сечение расширяется в результате обратного тока жидкости к центру плёнки.

2. Теоретическими расчётами показано, что предельная толщина ыеж-Ф-азной плёнки увеличивается от верхнего полюса к его экватору, что является одной из причин небольшой эффективности захвата тонких частиц.

3. Прямыми эксперимента:.!;: устшювлена зависжость кинетики утончения смачивающей плёнки, характеризуемая отнопонием времени контакта частили с пузырьком ко времени индукции, от фильности взаимодействующих поверхностей, температуры, размера частиц и пузырька.

•1. Показано, что эффективность флотации тонмос частиц мелкиьзг пузырьками обусловлена росток кнтенсивностей субпроцессов соударения и прилипания.

5. Получена формула для расчёта длительности нанесения намывного устойчивого слоя осадка от конструктивных параметров нового типа фильтра и физнко-хтяческих свойств суспензии, обеспечивающая условия эффективной работы фильтра. Разработаны алгоритм и программа для использования полученной формулы в инженерша расчётах при итерационном поиске желаемых режимных параметров фильтра.

6. Разработана лабораторная установка для изучения режимных параметров Ф-СПЯ при фильтрацга топкодпсперсных частиц, и на ней дано подтверздение правомерности полученных расчётных формул.

7. Установлена зависимость производительности нового фильтра от режимных параметров его работы (частоты и амплитуды колебаний фильтровального патрона, длительности процесса фильтрования). Выявлено, что влияние амплитуда колебаний платформы на толщину устойчивого на-шеного слоя и производительность фильтра противоречивое. Доказано, что компромиссное решение можно получить, если амплитуду изменять в интервале, установленном экспериментально для конкретных Ф-СПП и суспензии. При идентичных условиях работы дана количественная оценка

эффективности использования О-СПП и его аналога с неподвижной платфор- .

8. Разработаны, исследованы и внедрены эффективные ачпараты и технология фяотационно-фильтрационного разделения тонкодксперсных отходов производства крахмала. При это:,: нр:шциппально усовершенствованы элементы конструкции Лготокаилны колонн ого типа и патронного фильтра-сгустителя с плавающей платформой новой конструкции. За период сравнительных прог.:£сг:енных испытаний полнен прирост извлечения :срах-ала на 4,23 % и достигнута экономия расхода СЕеяей воды на 80 Технпко-экономическая эффективность использования результатов работы оценена в 76,1 тыс.руб. в год.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Бахтамян Л.Г. Высокоэффективный фильтр. - Б кн.: Тезисы докл. Всесоюзн. ¡ГГК: Разработка и внедрение высокоэффективных процессов и новой техники при добыча и переработке руд цветных металлов. - Красноярск, 1233.

2. Салихов З.Г., Огородничук S.U., Бахтамян А.Г. Автоматический патронный аильтр с плавающей платформой //Цветные металлы, 1984. -Л 10. - С."64-69.

3. A.c. II35049 СССР, .'.К!3 В 01 Д27/Г2. Патронный сЕяльтр /3. Г. Салихов, А.Г.Бахтамян, Л.П.Гречишников. А.АЛугреев (СССР). -

Л 3601168/23-26; Заявлено 01.06.83; Опубл. 15.01.85, Бюл. й 2.

4. Бахтамян А. Г. Применение вибраций в процессах фильтрования. -В кн.: Тезисы докл. на Всесоюзн. НТК "Плаксинские чтения". - Иркутск, '1287.

5. A.c. I38S3I4 СССР, МдИ3 В 01 Д 29/28. Патронный фильтр /А.Г. Бахтамян, 3,3.Кармазин, и.Х.Хестанов, ¿..Ё.Кадрзанов, 3.Г.Салихов, В.п. Катасоков. (СССР). - .'s 4084391/31-26; Заявлено 07.07.86; Опубл. 23.04.88, Бот. .'3 15.

6. Бахтамян А.Г. Исследование и конструктивная разработка патронного ¿ильтра-сгустителя с "плавающей" платформой. - В кн.: Тезисы докл."на Всесоюзн. НТК: Создание методов и средств, снизамцлх потери горючей массы с отходами углеобогащения. - 1,1., 1288.

7. Бахтамян А.Г. О длительности цикла Фильтрации в патронном фильтре //Изв.вузов. Цветная металлургия. - 1920. - Л 3. - С. 21-2о.

мой.

'Ротапринт Северо-Осет.Респ.управл.статистики

г.Владикавказ ул.Ватутина ¿4.