автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.08, диссертация на тему:Совершенствование процесса обогащения крупнозернистых угольных шламов в обогатительных гидроциклонах

Министерство трплива и энергетики Российской Федерации

Комплексный научно-исследовательский и проектно—конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых -ИОТТ-

На правах рукописи УДК 622.755

КАЗАНСКИЙ Сергей Андреевич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБОГАЩЕНИЯ КРУПНОЗЕРНИСТЫХ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ В ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ГИДРОЦИКЛОНАХ

Специальность 05.15.08 'Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Люберцы - 1993

Работе шлодлена в Коыллеконом научно-воолвдовательском я проектно-конотруктороком институте обогащения твехдах горючих яокопавмых (ГОТТ)

Научный руководитель: доктор гегничеокяг наук, профессор Й.Н.Виноградов (ШТТ)

Официальные оппонент«:

доктор темичеокях наук, професоор Ю.Н.Бочков (ЮТТ) кандидат тегнгчеокях паук, от.научный сотрудник Т.А.Левина

Вадупвв предприятие - О® Торокад" Ш "ЕераомаСскуголг"

(Украине)

Зашла диоовртации ооотоятся 1993 г. в 10 ча-

сов па авоеданвв осецяаядзированного совета К 135.СП.01 по пр! аутдашпо ученое степени кандидата техшгчешшх наук в Инотитутс оОогевонжя твардах горючи* покоюоша (ШТТ) по адресу: 14000-г.Люберца-4, ИооковокоО оба., поо.ВУГИ.

Авторсфвра» раэоояав 926щс) ¿¿густа 1993 г.

0 диссертацией ьзэано оанэкоаатьоя в бсблсотека Института. Отецш в даух екваиплярэх:, доваренные гербовой печатью ^чрзвдецая, прооша направлять ученому оекротерв совета.

Учекый оекрэтарь о о оцет яаэяровз иного оовета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЮШ

Актуальность теми, Одним из направлений улучшения качеотиа получаемых на углеобогатительны* фабриках продуктов является совершенствование методов обогащения крупнозернистого шлама клао-оа 0-3(6) мм. Зольнооть этого продукта на многих фабриках вшо кондиционное эольнооти концентрата. Использование такого продукта в качеотве энергетического топлива ухудшает экологическую обстановку. Поэтому в большинстве олучаев его необходимо обогащать.

Анализ современного оостоянид вопроса обогащения крупнозернистого шлама в водной среде показал, что применяемая технология и существующие аппараты не обеспечивают полного решения этой задачи.

Перспективным направлением язляетоя использование для этой цели обогатительных циклонов о водной средой. Их достоинствами являютоя: проотота конструкции, невысокая отоимость, низкие »коплувтационные затраты. Однако оущеотвуоцие аппараты не обеспечивают требуемого качества получаемых продуктов, ооойоино отходов. Поэтому в настоящее время актуальной является задача совершенствования конструкции гидроциклона о целью повышения качеотва выделяемых продуктов.

Решение задачи может быть осуществлено за очет использования преимуществ вторичных циркуляционных потоков и оптимизации конструкции переходного устройства между основной и перечиотной камерами.

Работа выполнена в соответствии о тематическим планом НИОКР института ИОТТ, тема № 1393060000 "Наследовать и разработать опоообы и технологические охемы обогащения, обеспечивающие снижение содержания серы в углях" (1968 г.).

Работа имеет выоокое теоретическое и практическое значение. Результаты диооертационннх исследований попользованы в масштабах' отрасли и рекомендованы автором к широкому использованию в других отраолях промышленности. . 5 ^ ; *; .

Целью работы являэгоя научное обоснование направлений интен-,.< оификации процеооа обогащения крупнозарниотых шламов в гидроцик-;,

лонах на основании результатов аналитических и вкопериментальных исследований путем оптимизации конструкции переходного устройства можду основной и перечнотной камерами (включал установку специального обтекатели), что обеспечивает решанио ванной прикладной задачи - повышонио кячеотвонно-количоотвешшх показателей обогащения в гидроциклонах.

Осмолит идо« роботы заключается в более полном использовании преикуиоогв вторичных циркуляционных потоков в основной и порочистной камерах и оовдании уоловий эффективного выделения легких фикций в сливной продукт гидроциклона, что обеопочивает более полное роздолониа ¿{аториала по плотнооти.

Мсто/ш послс/умшцц[Ь В аналитических исследованиях процесса разделения угля в обогатительных гидроциклонпх использовались современные иотодц изучения обогатитолышх процессов, гидродинамики аппарата и кинетики процесса разделения. При изучении особенностей движения потоков ендкостп в гядро циклона применялся метод визуализации потоков цугом ввода красящего вешеотва в различные точка объема опппрата. Навболое характерные вида потоков фпкопровадиоь с помощью фотоаппаратуры. Оптикильнка конструктивша о технологические параметры аппарата определены с помощью метода матош-тичеокого планирования эксиариканго. Обработка результатов вкопе-риыонтплышх исследований проводились о помощью иагеьштпчеекпх методов о использованном ЭШ.

Научная нодизип;

- уточнена физическая «одель и дано математичоскоо описание процесса разделения угля в гидроциклояе с учетой воздействия пгоричких циркуляционных потеков. Кинотика роздопения материала описана дшЭДоронципшммя уравнениями;

- показано, что процосо разделения в гидроциклоне происходят в результаго совместного воздействия на роздеяяекшо зерна спя центробежного поля я вторичного циркуляционного потока;

- вторичный циркуляционный поток в районе соединения конуса с цилиндром в ооиовной п порочистной каморах гидроцпклона способствует дополнительному раздолонпю частиц по плотности;

- обоснована юоэмоююсл. интенсификации процесса разделения в обогатительных гидроциклонпх при создания условий для перемещения вцделяшютоя в перечястной камере легких фракций в

ощв аппарата за счаг совершенствования конструкции переходного устройства между основной и перечистной камерами и установка внутри переходного патрубка цилиндрического обтекателя.

Обоснованность и достоверность выводов и основных положения подтверждена соответствием полученных экспериментальных результатов аналитическим выводам, обеспечена применением современных методов аналитических и экспериментальных исследований и использованием математических методов обработки данных экспериментальдах исследований.-Результаты полупромышленных и промышленных испытаний подтвердили обоснованность подученных научных выводов и правильность выбранного направления совершенствования обогатительного гидроциклона с цепью улучшения качества выделяемых продуктов.

Научное значение работы заключается в:

- установлении зависимости выхода продуктов обогащения от воздействия сил центробежного поля и вторичного циркуляционного потока;

- повышении эффективности разделения за счет действия вторичных циркуляционных потоков и оптимизации переходного уотройотва мекду основной и перечистной камерами гидроциклона;

- определении оптимальных значений факторов, влияющих на процесс обогащения.

Практическая ценность. На основании проведенных исследований разработана конструкция обогатительного гидроцикпона о перечистной камерой, оптимизированным переходным устройством и цилиндрическим обтекателем. На конструкцию гидроциклона получено авторское свидетельство й 1653838. Экспериментальный образец подобного гидроциклона ВД1-250 испытан в поду промышленных условиях Жи-левской О ГШ. На ОФ "Горская" Ш "Первемайскуголь" осуществлена промышленная эксплуатация гидроциклона ВД1-360 диаметром 360 мм для обогащения крупнозернистого шлама. Результаты промышленной эксплуатации показали, что при обогащении крупнозернистого шлама вольность присаживаемого к товарному концентрату шлама онизилаоь о 39,9¥ до 26,3$, т.е. на 13,6$ (в клаосе +0,2 мм) при зольности ; отходов равной 78,5$ (в клаосе +0,2 мм). Погрешность разделения клэма в клаосе +0,2 мм составила 0,245. Предложены варианты технологических схем обогащения с применением гидроциклонов типа ГЦП.

Основные положения. вынесенные автором яа заиуиу:

- уточненная физическая модель и математическое описание процесса разделения частиц в циклоне о водной средой с учетом совместного воздействия центробежного поля, миграционного потока и вторичного циркуляционного потока;

- направление интенсификации процесса обогащения крупнозернистого шлема в гидроциклоне аа счет оптимизации конструкции переходного устройства о установкой цилиндрического обтекателя;

- оптимальные значения основных Акторов, влияющих на лроцесо обогащения в гидроциклоне;

-технология обогащения крупнозерниотого шлама в гидроциклоне с оптимизированным переходным устройством.

Апробгнщя роботы. Основные положения и результаты диссертационной роботы докллдлваляоь и обсуждались на отраслевых ва-учно-техничоекпх конференциях молодых ученых и специаллстов--углеобоготителей (Люберцы, ИОГГ, 1906, 1969 гг.).

Публикация. Основные результаты работы изложены в 2-х публикациях, о также в полученных 2-х авторских свидетельствах.

Все теоретические и экспериментальные исследования, разработка конструкции аппарата проведены автором самостоятельно. Промышленные испытания гидрошшлонов выполнены при личном участия автора.

Структура и объем работы. Диссертационная робота состоит из введении, пяти глав и заключения, содержит 147стрсннц машинописного текста, 33 рисунка; включает таблиц, библиографический список использованной ллтерагури из 127 наименований; в 6 приложениях даны акты полупромышленных и промышленных испытаний, акт промышленной эксплуатации и протокол технического совещания на ОФ "Горская" ПО "Первокайскуголь" (Украина).

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЩЮВАШЙ

Одним ва споообов извлечения легких Фракций из крупнозернистого шлама является использование гравитационных аппаратов. Перспективным является использование для обогащения крушюзерни-отого с лама водных обогатительных циклонов, облодаших ¡адом

достоинств по сравнению о другими гравитационными аппаратами.

Теоретические и экспериментальные исследования механизма разделения в гидроциклонах приведены в работах Ы.Г.Акопова, И.М. Асписа, И.М.Верховского, Н.Н.Виноградова, Ю.П.Гупало, К.Дийксма-на, И.Ю.Довнара, Ц.И.Дриссена, Л.С.Зарубина, М.Б.Иофа, Д.Ф.Кел-оалла, С.Т.Левина, А.Г.Лопатина, Е.А.Непомнящего, А.И.Поварова, Г.Тарьяна, Ф.Д.Фонтейна, В.И.Хвйдакина, £.Н.Шохина и др.

Однако в настоящее время нет общепризнанной теории, достаточно полно объясняющей явление разделения совокупности большого числа зерен в циклоне о водной средой. Существующие аппараты данного типа не обеспечивают в полной мере требуемого качества получаемых продуктов, особенно отходов. Поэтому в настоящее время актуальной является задача совершенствования гидроциклона о целью улучшения качеотва выделяемых продуктов.

Отличительной особенностью обогатительных гидроциклонов -является угол конусности, равный 60-120°. Такие гидроциклоны являются короткоконусными. Потоки в подобных аппаратах изучены в недостаточной степени.

1 Для короткоконусных гидроциклонов, по данным ряда авторов, характерно наличие в области перехода цилиндра в кону о крупного тороидального вихря - вторичного циркуляционного потока. Конкретное место расположения этого потока и его роль до настоящего времени на выяовена. Некоторые авторы считают его воздействие на процесс обогащения в гидроциклонах отрицательным.

В соответствии о вышеизлояенным, основными направлениями настоящей работы явились:

I. Аналитические исследования механизма разделения материала по плотности в результате совместного воздействия центробежного поля, миграционного и вторичного циркуляционного потока о цолью разработки направлений интенсификации процесоа обогащения.

'. . 2. Разработка оонованной на принципе использования преимуществ циркуляционных потоков усовершенствованной конструкции гидроциклоив, обеопечивапцую более эффективное обогащение круп-,-, нозернистого и лама. . ' \ • П 'Я:

3. Экспериментальная проверка в лабораторных уоповуях района расположения вторичных циркуляционных потоков и выбранных ■ ;

направлений интенсификация процесса разделения в обогатительном гидроциклонв.

4. Испытания водного обогатительного циклона с усовершенствованной конструкцией переходного устройства между ооновной и порочпстиой камерами в полупромышленных я промышленных условиях.

5. Определенно экономического эффекта от внедрения обогатительного гадрощшлонп, предложенной конструкции.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ 1ШПДОВШИ ОСОБЕННОСТЕЙ МЕХАНИЗМА.

РАЭДЕЛЕШШ ПО ШЮЛЮСГИ В ЦИКЛОНАХ С ВОДКОЙ СРШЙ

Для научного обоснования направлений совершенствования обогатительных гедроцик донов выполнены аналитические исследования кинетики разделения совокупности частиц в центробежном поле с учетом воздействия миграционного и вторичного ¿циркуляционного потоков. При &том учтшш основные положения обобщенной физической модели процессов разделения, предложенной д.т.н.,проф. Н.Н.Виноградовым.

Применительно к обогпкенив материала в циклонах о водной средой автором диссертационной работы уточнено физическая модель разделом л, учктигапапл потоки иштеркава в объеме гидроциклона а особенности риздолокио частиц в водной среде. Согласно этой модели разделения совокупности ппстиц осуществляется за счет движения внутренних потоков мпториала: потока, обусловленного действием центробежного поля; миграционного потека, возиикяшого из-за наличия градиенте турбулентных пульсации в вторичного циркуляциенного потока. В результата этого неравновесная система, состояли пз перемо-спяиик между собой тяжелых п легких частиц, переходит в конечное равновесное состояние с образованием но радиусу гпдроциклона зон легкого и тяжелого продуктов. Зоне легкого продукта находится у осп, гона тяжелого - у стенкл аппарата. Цсвду эттли зонами расположена зона разделения. В зонах легкого я тяжелого продуктов проходят транспортные потоки, поправленные соответственно вверх н вниз; в зоне разделения формируется вторичное циркуляционное течекио.

Концентрация основной масса зерен коночного продукта, например, передних частиц в зони тяжелого продукта происходит под действие« сил центробежного поля и миграционного потока. Дополнительное количество этих частиц выделяется в зону тяжелого

продукта в результате действий вторично!« циркуямциониого потока.

Выход тяжелого продукта о учетом физической модели будет равен:

/г = /чм (I)

где - выход продукта в результате действия оил цен-

тробежного поля и миграционного потока, доли единицы;

/бц - выход продукта под воздействием вторичного циркуляционного потока, доли единицы. Согласно предложенной физической модели выделение породных частиц в зону тяжелого продукта иод действием центробежного поля п миграционного потока мокет бить описано однородным линейным дифференциальным уравнением второго порядка, исходя из баланса энергии совокупности частиц, находящихся в силовом поле,:

¿>-_[>т-.Рл)(Уа) и/ у , к(Рт-л)п-в) сИ* I ^т-Й к р

(ив - и'н) о : £ '6?

6 % Рс 17т ¿У? . , (2) сИ '

где Ур - содержание тяжелых частиц в зоне разделения,

доля единицы;

Яг и /л" плотность соответственно тяжелых и легких час.. тяц, т/и3;

9 - объем твердого в единице объема оуопензии, _ м3/мэ; . .. . с/ - усредненный диаметр зерна, м;

1)г - тангенциальная скорость тяжелой частицы, м/с; /? - радиус гидроциклона, м; К - коэффициент пропорциональности, м/с; и'н и и^ - пульсационшв скорости у стенки и оси аппарата соответственно, м/с;

* е'

F - коз$фициент сопротивления, являхщийоя данкциеЕ

критерия Re , доли единица; j>c - плотность разделительной среди, т/м3; t - время, о, Реиение уравнения (2) имеет вкд:

Гпр- Fu

■ч\

/-«р

[ff^H'H

(3)

гдо Fu - начальное содерааняе тягшлых чэстпц в исходной продукте, доли единица;

Fnp - содержание Timo mi частиц в конечной продукта, доля единицы;

^ - коэффициент, учитывопаяй вффскгквмость процесса . обогяиения, доли единица.

Циркуляционный поток в осевом овчэнии гидроциклона аоотопг из нескольких ветвей: ниоходядай и восходящей вертикальных соо-товляивдх и двух горизонтальных состввляших - вархнеП, направленной от оси к стенке, и шганей, направленной от стонки к оси аппарате. Нижняя горизонтальная составлятзя ватвь циркуляционного потока, направленной от стонки к осп аппарата, перемешает захваченные нисходшаим транспортным потоком легкие частица в аоку восходящего потока. Вооходявшл ветвь проходит в эоно легкого продукта и содархлт некоторое количество тяколых частиц. Верхняя составляющая гегвь циркуляционного потока, неправ ленная от оси к стенке гидроциклона, выделяет ати частицы и перемещает их в soну тяжелого продукте.

На рвздолвиио штериала по плотности вишшт только верхняя и нижняя составляйте циркуляционного потока. Основной силой, под действием которой происходит разделение в циркуляционной потоке. является оила лобового давления не частицу.:

Рл =

= (4)

где Ц- - коэффициент пропорциональности, м/о.

Сила лобового давленая по направлению совпадает с направлениями движения горизонтальных: составляющих циркуляционного потока.

Уравнение кинетики разделения в циркуляционном потока, составленное на основа баланса энергии совокупности частиц, находящихся в оилошм поле, имеет вид:

сИ ег ля* сИ )

где <р - коэффициент гидродинамического сопротивления, доли единицы;

Л1 и Лг- коэффициенты, учитывающие снижение скорости частицы в стесненных условиях в верхней и нижней горизонтальных составлявдих циркуляционного потока, причем Л, Лг ;

17от — скорость тяжелой частицы относительно жидкости, м/с. Пооле решения уравнения (5) получаем уравнение выхода тяжелого продукта в результате действия циркуляционного потока:

где

Рпр%и ['-»/»[-"С*«-л,)и0гт±

¡Р - коэффициент, учитывающий эффективность процессов разделения, доли единицы;

(6)

гтт--

Р Гт -Яс1

Суммарный выход тяжелого продукта под действием центробежного поля, миграционного и циркуляционного потоков составит:

У- $им —

' Я-Ы(Гт-Л)^-в). 6 Ц рсТУт

(7)

- К(ив -и„)± | + 1-е*р

Формула (7) позволяет определять оодердание тяжелой фракции в отходах гидроциклона при покоимальном количестве тяжелых чоатиц, попавших в зоцу тяжелого продукта.

Для определения выхода легкого продукта аналогичные формулы могут быть получены по изложенной выше методике.

Результаты аналитических иооледованиЯ показывают, что вторичный циркуляционный поток пря прочих ровных уоловиях способствует попыиению содержании тяжелых фракций в отходах. Это обусловлено наличием разности ковффицнентов оиияония скорости в стесненных уоловиях Л в ветвях потока, направленных к центру и от центра аппарате. Благодаря »тому уотрпняетоя один из основных недостатков обогатительных гядроциклонов - низкое качество отходов.

Аналитические исследования показывают таете, что благодаря наличию миграционного потока увеличивается выход продукта или улучшается его качество.

Нолячие перечястноВ кяме|м способствует получение более чистых отходов, благодаря совдашемуся в ней дополнительному вторичному циркуляционному потоку. При атом легкие зерна вытео-ппютйп к центру перечиотноВ камеры.

Для перемещения выделивяихоя легких вереи иэ перечистной камеры в олив аппарата должна быть оптимизирована конструкция переходного устройства между основной и перечпотной клмерамя.

Реализация »того положения осуюествлена за очет изменения ряда конструктивных элементов »того уотройства.

Для обеспечения более пивного с минимальной турбуллзаця-ей равномерного роопределенил вертикальных окоростей движения встречных потоков (восходящего легких и нисходящего тяжелых верен) увопячен днпмотр кольцевого сечения переходного патрубка, Это обеспечивает более равномерный вход нисходящего транспортного потока через кольцевой кпнвл в перечиоткую камеру.

В центре переходного патрубка установлен цилиндрический обтокотещ.. Обтокптель изменяет конфигурацию воэдуиного столба и тем самым юродотврегдот соскальзывание легких частиц обратно в перечветную камеру. Одновременно о вгкм обтекатель предотвращает нарушение восходящего потока, транспортируемого гже-

Конструкция гидроциклона ЩП.

I - корпус; 2 - питзгашй патрубок; 3 - сливной патрубок; 4 - перечистная камера; 5 - патрубок для подвода дополнительной води; б - переходной патрубок; 7 - цилиндрический обтекатель; 8 - разгрузочная насадаэ.

Рис. I.

лившиеся в иеречисшой-камере легкие зерна в с;шв аппарата. 11а конструкцию гидроциклона о перечистной камерой и обтекателем получено а.с. ti 1653838 (Рис. I), Б.М. Ш, IS9I г.

ИССЛЩШАНШ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ В 1ВДР0ЦИКЛ0НЕ

Для подтверждения выводов аналитических исследований били выполнены эксперименты на стендах в ИОТТ и на Жиневской ОНО®.

При изучении качественных характеристик потоков кидкости в гидроциклоне отевд включал в себя экспериментальный гидроциклон, две самостоятельные циркуляционные системы подачи вода, контрольно-измерительную аппаратуру и пульт управления. Целью проводимых экспериментов являлось определение структур вторичных циркуляционных потоков в основной и яеречистной камерах гидроциклона. В качества метода изучения использован метод визуализации потоков с помощью впрыскивания красящего вещества в различные точки объема гидроциклона. Экспериментальный гидроциклон изготовлен из оргстекла. В стенке гидроциклона выполнены отверстия для ввода красящего вещества. Наиболее характерные структуры потоков фиксировались с помощью фотоаппаратуры."

Проведенные лабораторные исследования по изучению качественных характеристик потоков в гидроцикяоне подтвердили наличие всех выявленных ранее потоков: внешнего нисходящего, внутреннего нисхрдящего или подкршечного, центрального восходящего и вторичного циркуляционного потока.

Циркуляционный поток представляет собой тороид с элипсовид-ным сечением. Центр потока находится в района,перехода цилиндра гидроциклона в конусную часть е точке с координатами (0,7-0,72LP и 0,2 И К И - высота цилиндра). Ширина вторичного циркуляционного потока, т.е. зоны перехода от восходящего к нисходящему и от . нисходящего к восходящему (зона разделения) составляет (0,2-0,25) й . Ширина этой зоны влияет на эффективность обогащения. Чем больше протяженность зоны разделения, т.е. длина нижней и верхней ветвей циркуляционного потока, те« выше эффективность разделения материала по плотности.

Вторичный циркуляционный погон в перечистной ког.юро обогатительного гидроциклоно предложенной конструкции имеет такую жо структуру и те же особенности, что и циркуляционный лоток в основной части аппарата. Наличие цилиндрического обтекателя способствует формированию восходяиего потока из перечистной камера через кольцевой капал в зону восходящего потока основной части. Воздействие циркуляционного потека на разделяемый материал в перечистной камера такое но, как и в основной камере аппарата, что повышает общую эффективность обогащения в гидроциклоне.

Для подтверждения выводов аналитических исследований выполнены сравнительные испытания трек типов гидроциклонав диаметром 250 мм (Рис. 2).

Типы экспериментальных гидроциклонов.

а) Короткоконусный гидроцпклон с углом конусности 90°;

б) Гидроциклон с перечистной каморой без обтекателя;

в) Гидродаклон ГЦП с перечистной камерой и обтекателем.

Рио. 2.

Эксперименты проводились на Жиленской ОНОФ на стенде, включающем в себя экспериментальный гидроциклон диаметром 250 ш, шлаковый насос, обезвоживающий грохот, трубопроводную арматуру, контрольно-измерительную аппаратуру.

Для проведения испытаний использовался мелкий уголь шахты "Александровская-Западная" зольностью около 17$ крупностью 0-3 мм. Результаты сравнителышх испытаний приведены в таблице I. Показатели качества исходного и продуктов обогащения приведены для крупности +0,2 мм.

Таблица I

Результаты испытаний гидроциклонов

Показатели Ти^ ^дооцикдшю*

Iкороткоконусннй !короткоковдсний ¡экспериментальный I !с перечистной !с перечпстной ка-I________ ¿камерой_____|ме£о]} и обтекателе»}

¡Выход,% 7 1*,% ТвыходТ^Г Т "|1ыход^ 7 "к,% "

качества

продуктов

обогащения

Исходный 92,87

Концентрат 80,36

Отходы 12,51

Эффективность обогащения (по Верховскому),

29,0

16,3 13,0 42,0

93,76 82,25 11,51

37,4

16,7 12,1 49,5

94,04

81,56 12,48

52,5

16,7 9,8 62,3

Из таблицы видно, что эффективность обогащения (ьо Верховскому) в экспериментальном гидроциклоне с перечисткой камерой и обтекателем на 23,5% выше, чем б короткоконусном гидроциклоне.

" ТЕШЛОШЕСКИЕ РОШШШ ГИДЮЦИКЛОНА С ПЕРЕЧКСГНОЙ КАМЕРОЙ

• Для подтверждения соответствия выводов аналитических иооле-"дований технологическим показателям работы экспериментального образца гидроциклона выполнены полупромышленные испытания, которые включали в себя определение технологических параметров обо-

гащения и уточнения конструктивных особенностей аппарата. Диаметр экспериментального гидроциклона 250 мм, давление исходного питания 0,025-0,03 КПа, расход дополнительной воды 3-3,5 м3/ч, производительность по пульпе 7,5-11,25 м3/ч, содержание твердого в питании 300-400 г/л, крупность исходного шлама 0-3 мм.

Для оценки факторов, оказывающих наибольшее влияние на про-цесо разделения, проведен полный факторный эксперимент по методу крутого восхождения.

В качества факторов выбраны два конструктивных фактора -зазор между срезом сливного патрубка и верхним срезом обтекателя и зазор между нижним срезом обтекателя и переходом цилиндра перечистной камеры в конус и технологический фактор -расход дополнительной воды.

При обогащения мелкого угля иохты "Александровская-Западная" в области оптимума из исходного зольностью 16,7$ в классе +0,2 мм получено 56,концентрата зольностью 8,7$. Отхода имеют .чоет.ппоть 63,2£. Глубина эффективного обогащения достигает 0,2 ми.

Подача дополнительной воды является Доктором оперативной регулировки процесса разделения и со влияние было изучено отдельно. На рис. 3 представлена зависимость эффективности обогащения (по И.М.Еерховскоцу) от расхода.дополнительной води, полагаемой в процесс.

При отсутствия или недостаточной подаче воды происходит процсос сгувснлл суспензии и эффективность обогащения незначительна. При подвчо воды выше О. = 3-3,5 м3/ч эффективность обогащения резко падает и при = 5-6 м3/ч разделение прекращается.

При обогепенпи промпродукта ЦОФ "Чумаковская" из исходного общей зольностью 33,3$ получено в классе +0,2 мм 34,2$ концентрата зольностью 13,1$.

По результатом фракционного анализа продуктов обогащения построены кривые разделения. Среднее вероятное отклонение Ерт для класса 0,2-3 мм составило 200 кг/м3, показатель разделения 1=0,235 при плотности разделения 1850 кг/м3. Для класса 0-3 мм Крпг увеличивается до 240 кг/мэ. При отсутствии обтекателя Ерт уреяичпвзетоя до 300 кг/м3.

Зависимость эффективности обогащения в классе 0,2-3 мм от расхода дополнительной воды

/ ■ - давление питания 0,03 Ж1а; \

17- » ' ' '

, —---давление питания 0,025 МПа;

Е - эффективность обогащения (по И.М.Верховскоаду),%• Рио. 3. ' ;

Таким образом, результаты экспериментальных исследований ;; подтвердили обоснованность предложенных направлений совершенствования обогатительного гидроциклона с целью улучшения ка-. чества получаемых продуктов. "

ПРОШШЕНШЕ ЮШШШ ЭКСПЕР1Ш1ТАЛЫЮГ0 •• ОБРАЗЦА ГВДР0ЦШ10НА ПЩ-360

На ОФ "Горская" Ш) "Первома Ёску го ль" испытана технология обогащения крупнозернистого шлама крупностью 0-6 мм в гидроциклопе ГЦП-360 и осуществлена его промышленная эксплуатация. -

В период испытаний огущенный продукт классификационных гид-\" роциклонов крупностью 0-6 мм самотеком поступал в питание обога-

тительного гидроциклона ГЦП-360. Технологические параметры работы гидроциклона ГЦП-360 приведены в таблице 2.

Таблица 2

Технологические параметры гидроциклона ГЩКЗоО

Показатели ! Параметры

I. Давление питания, МПа 0,03

2. Рвсход дополнительной вода:

- общий, м3/ч 4-5

- удельный, м3/ч,т 0,3-0,5

3. Производительность по пульпа, м3/ч 14-25

4. Содержание твердого в цульпэ, % ЗО-СО

Из исходного шлаг,и зольностью в классе +0,2 мм 39,9$ получено 49,1% концентрата зольностью 26,3$ и 17,25$ отходов зольностью "В, '1%.

Результаты испытаний и промышленной эксплуатации подтвердили основные вывода аполитических исследований и полупромышленных испытаний и показали достаточно выоокую технологическую эффективность работы гидроциклона.

ОнидяомыА экономический эффект от внедрения одного гидроциклона ПЦ1-ЗГ0 составит 45,24 тыс.руб./год (в ценах 1990 года).

Гидрсциклонч типа ШП могут успешно применяться для обогащения крупнозернистых иламов па углеобогатительных фабриках, а также для переработки мелких материалов на предприятиях горнорудной, химической, металлургической промышленности и производстве строительных материалов. Аппараты технологичны в изготовлении, прооты в эксплуатации и легко могут включаться в технологические схемы фабрик. Б зависимости от конкретных условий могут быть рекомендованы одно- или двухстадиалыше схемы обогащения в гидроциклонах Щ!, их комбинация о другими аппаратами.

¡ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ современного состояния обогащения крупнозернистых угольных, шламов показал, что для этой цели перспективным является применение водных обогатительных циклонов. Однако, существующий аппараты подобного типа не обеспечивают одновременного получения двух продуктов требуемого качества, особенно отходов. Поэтому актуальной является задача дальнейшего совершен-' ствования обогатительных гидроциклонов с целью повышения эффективности разделения в них крупнозернистых шламов.

2. Для теоретического обоснования направления совершенствования гидроциклона разработана уточненная физическая модель и выполнено математическое описание процесса разделения по плотнооти в циклоне с водной оредой. При этом, кроме сил центробежного поля и миграционного потока, учтено воздействие вторичного циркуляционного потока.

3. Анализ результатов аналитических исследований показал:

- вторичный циркуляционный поток в районе перехода цилиндра в конусную часть способствует дополнительному разделению частиц по плотности;

- в перечисткой камере, благодаря создающемуся в ней вторичному циркуляционному потоку, также происходит дополнительное разделение материала по плотности, что улучшает качество отходов;

- для удаления выделившихся в перечистной камере легких фракций в олив гидроцикдона целесообразно установить цилиндрический обтекатель в переходном устройстве между основной и перечистной камерами при одновременном увеличений диаметра переходного устройства до 0,2Э. .

4-. На ооновании выполненных исследований разработана кон-..-", отрукция обогатительного гидроциклона с перечистной камерой и . обтекателем. На предложенную конструкцию гидроциклона получено в.о. » 1653838, Б.И. H 21, 1991 г.

5* При проведении экспериментальных исследований подтверждены районы расположения вторичных циркуляционных потоков как в

основной, так и в перачиотноП камерах; наличие обтекателя предотвращает нирушенив шоходщцего Потока, проходящего из перечистной камеры в основную.

6. Проведенные оравнитеяышэ испытания гидроциклонов различных типов показали, что гидроциклон о оптимизированным переходным устройством обоопочиваот более высокие показатели разделения. Так, эффективность обогащения в нем превышает на 23,Щ аналогичные показатели в гидроциклонах наиболоо раопространошшх типов. При атом доотигаотся выделение отходов зольностью до 62,3$,

7. В результате полупромышленных испытаний, проведенных о применением мотодо математического планирования эксперимента определились оптики лыше конструктивные параметры переходного устройства п технологические показатели. Глубина обогащения в гидроциклоне о оптимизированным переходным устройством достигает 0,2 км. Среднее вероятное отклонение Ерт составляет 200 кг/м3 (в кто се +0,2 т) пря плотности разделения 1850 кг/мэ.

8. lia 03 "Горская" Ш "Иервоквйскуголь" осуществлена промышленная экепдуатация гядроциклона ВД1-360 при обогащении крупнозернистого шимо. При обогащении сгущенного продукта классификационных гвдроцпклоиоа зольность присваивается к товарному концентрату шлага снизилась на 13,6^ (в классе +0,2 мм).

9. ОаидаекаЯ экономический эффект от внедрения на ОФ "Горская" ПО "ПервомаР.скуголь" гядроциклоиов ПЩ-360 производительностью до 25 ?.з3/ч составят 45,24 тио.руб./год на один гидроцгас-лрн (в ценах 1990 годл).Гвдроциклон ПШ-360 сдан ОФ "Горской"

s проигиленнуп оксиду атацию.

По теме диссертации опубликованы следугсшо работы:

1. Казанский С.А. Промышленные испытания обогатительного гкдроцшелоня DOG-360. В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной научно--технкческоЯ конференции "Создание методов п средств, снижающих пстера горюча Й мае си о отходам)! ШТТ.-М. : 1908, с.92-95.

2. Виноградов H.H., Казанский С.А., Боздеев В.Н. Водный гидроцпклон для обогоиенгл крупнозернистых иламов. Рукопиоь доп.

в ЦНИЭИугодь, Гоо.рег. * 5368 от 18,03.1992 г.

3. А.о. Ä 1445804. Гидроциклон (Балык Е.И., Виноградов H.H., Казанский O.A.,.Кинареевский В.А,, Цоэдеав В.Н.). Опубл. в Б.И.

К 47, 1988 г. '

4. А.о.MI653838. Гидроциклон (Балнк Е.И., Виноградов H.H., Казанский С.А., Довнар И,Ю., Поздеев В.Н., Филатов D.H.), Опубл. в Б.И. Н 21, 1991 г.