Способы обезвоживания продуктов обогащения

Способы обезвоживания продуктов обогащения

Чуянов Г.Г. Обезвоживание, пылеулавливание и охрана окружающей среды.: Учебник для вузов. — М.: Недра, 1987, с. 23-25, 85-86.

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

СГУЩЕНИЕ
Процесс сгущения заключается в повышении концентрации твердой фазы в сгущенном продукте по сравнению с исходной пульпой или суспензией. Сгущение осуществляется под действием гравитационных (в сгустителях различных конструкций) или центробежных (в гидроциклонах, осадительных центрифугах) сил. При сгущении получают два продукта: сгущенный, содержащий в единице объема значительно больше твердой фазы, чем в исходном питании, и слив, обычно условно чистый, или с небольшим содержанием твердого.
При сгущении могут ставиться две задачи: получение сгущенного продукта с максимально возможной концентрацией твердой фазы или получение слива с минимальной концентрацией твердых частиц. В последнем случае сгущение обычно называют осветлением.
В реальных условиях чаще всего эти две задачи решаются одновременно, в результате в одном аппарате осуществляются операции сгущения и осветления. Сгущение широко используют в технологических схемах обогатительных фабрик. Сгущению подвергают различные продукты обогащения: промпродукты сгущают для удаления воды перед их дальнейшей переработкой, концентраты — перед фильтрованием,, а хвосты — для получения оборотной воды и уменьшения объемов; хвостохранилищ.
Известно, что для улучшения технологических показателей гравитационного обогащения полезных ископаемых, особенно при. применении процессов отсадки, материал обесшламливают по граничной крупности 0,5(0,2) мм. В результате циркуляции оборотных вод их вязкость повышается из-за накопления в них шламов,. что отрицательно сказывается на эффективности процесса обогащения. Поэтому на обогатительных фабриках применяют различные схемы сгущения и осветления оборотных вод с целью снижения в них концентрации твердого.
Факторы, влияющие на процесс сгущения
На эффективность процесса сгущения влияют минеральный и гранулометрический составы твердой фазы, плотность и форма частиц, содержание твердого в исходной суспензии и сгущенном продукте, вязкость, рН и температура суспензии, а также конструктивные особенности используемых сгустительных аппаратов.
Плотность твердой фазы суспензии оказывает существенное влияние на скорость осаждения частиц. Чем выше плотность твердой фазы, тем с большей скоростью будут осаждаться частицы. На практике частицы оседают не изолированно друг от друга, а в виде агрегатов-флокул, плотность которых ниже, чем плотность твердой фазы, из-за наличия внутрифлокулярной влаги. С уменьшением вязкости суспензии скорость осаждения частиц возрастает. Существуют различные способы снижения вязкости суспензии, один из которых — нагревание. Вязкость воды наиболее резко снижается при нагревании до 20—-30 °С. Так, при температурах 0 и 30 °С вязкость составляет соответственно 0,018 и 0,008 Па-с. Кроме того, с повышением температуры суспензии, усиливается эффективность действия применяемых реагентов. Однако, так как на сгущение подают значительные объемы суспензии, нагревание их экономически не оправдано.
Плотность суспензии при ее сгущении оказывает двоякое влияние: при сгущении более плотных суспензий увеличивается производительность сгустителя по твердому, но из-за более стесненных условий уменьшается скорость осаждения частиц и твердая фаза выносится в слив.
Для каждого сгущаемого продукта существует своя оптимальная плотность питания исходной суспензии, при которой сгуститель работает наиболее эффективно. Оптимальные условия работы сгустителя подбирают опытным путем. Если фактическая плотность суспензии для данного материала ниже оптимальной, то перед сгустителем часть воды необходимо удалить. Если фактическая плотность суспензии выше оптимальной, то перед сгущением добавляют свежую воду или возвращают часть слива для разубоживания питания. Свежую воду или слив подают в сгуститель и с целью разрушить пену на поверхности зеркала сгустителя, так как чаще всего сгущению подвергаются флотационные концентраты.
Содержание твердого в сгущенном продукте при работе сгустителей колеблется от 40 до 70 % . Чтобы повысить содержание твердого в сгущенном продукте, необходимо уменьшить массу откачиваемого сгущенного продукта, что приведет к снижению производительности сгустителя по твердому и может способствовать выносу твердой фазы в слив. В то же время с уменьшением плотности сгущенного продукта увеличивается производительность по твердому, но при этом не выполняется основная функция сгущения — не удаляется вода из обезвоживаемого продукта. Эффективность процесса сгущения в значительной степени определяется крупностью частиц: чем они крупнее, тем выше скорость их осаждения. Суспензии состоят из частиц различной крупности. Осаждению крупных частиц в суспензии препятствуют более мелкие, опускающиеся с меньшей скоростью. В результате взаимодействия крупных и мелких частиц наблюдается сближение скоростей осаждения частиц различной крупности в сгустительных аппаратах. В реальных условиях крупность осаждаемых частиц регулируют с помощью эффектов коагуляции и флокуляции.

Фильтрованием называют процесс разделения твердой и жидкой фаз тонкозернистых и шламистых суспензий, основанный на принудительном (под действием давления или разрежения) удалении содержащейся в них воды через пористую фильтрующую перегородку. Твердые частицы, удерживаемые на пористой перегородке, называют осадком, а прошедшую через фильтрующую перегородку жидкую фазу — фильтратом. На фильтрование подают суспензии, крупность твердых частиц в которых менее 1 мм, так как обезвоживать их другими методами нецелесообразно из-за малой скорости фильтрации жидкости и значительной влажности получаемых осадков.
Фильтрование — широко распространенный метод разделения твердой и жидкой фаз. В зависимости от технологической схемы фабрики и минерального состава обогащаемого полезного ископаемого, на фильтрование поступает от 2 до 8 % обогащаемых руд цветных металлов и до 100 % фосфоритовых и апатитовых руд, ,а также калийных солей (естественно, на фильтрование поступают продукты переработки этих руд).
Процесс фильтрования протекает под действием разности Давлений по обе стороны фильтровальной перегородки. В зависимости от способа создания требуемой разности давлений различают вакуум-фильтры и фильтр-прессы. В первых аппаратах разность давлений по обеим сторонам фильтрующей перегородки создают с помощью разрежения, а во вторых — с помощью избыточного давления.
Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость остается постоянной при изменении давления фильтрования. К таким осадкам относят концентраты руд цветных и черных металлов, т. е. осадки, имеющие зернистую структуру. Пористость сжимаемых осадков изменяется с увеличением разности создаваемого давления. К таким осадкам относят глину, торф и др. Сжимаемые осадки фильтруются менее эффективно.
Различают фильтрование при постоянной разности давлений и при постоянной скорости истечения фильтрата. Фильтрование при постоянной разности давлений осуществляется в случае, если пространство за фильтровальной перегородкой сообщается с источником постоянного вакуума или пространство перед суспензией — с источником постоянного давления. При таком методе фильтрования, в связи с увеличением сопротивления слоя осадка, скорость фильтрования является переменной величиной. Если обеспечена постоянная подача суспензии поршневым насосом, то происходит фильтрование при постоянной скорости. При реализации такого процесса фильтрования переменной величиной является разность давлений.

Центрифугированием называют процесс обезвоживания мелких и тонких продуктов обогащения под действием центробежных сил во вращающемся роторе. Центрифугирование осуществляется в машинах, называемых центрифугами. Основной рабочий орган центрифуг — ротор, внутри которого происходит разделение суспензии на твердую и жидкую фазы, формирующие соответственно осадок и фугат. Различают центробежное фильтрование и осадительное центрифугирование.
При центробежном фильтровании вода удаляется через перфорированный ротор центрифуги, в котором суспензия под действием центробежных сил прижимается к его внутренней поверхности. Жидкость фильтруется через слой осадка и отверстия ротора. Твердые частицы удерживаются на поверхности ротора, обезвоживаются и разгружаются из ротора.
Осадительное центрифугирование осуществляется в центрифугах со сплошным ротором. Суспензия под действием центробежных сил прижимается к внутренней поверхности ротора. Твердые частицы, обладающие большей плотностью, осаждаются в объеме суспензии и концентрируются у стенок ротора, вытесняя воду в пространство, расположенное ближе к центру вращения. Фугат удаляется из ротора через сливные окна, а осадок транспортируется шнеком к разгрузочным патрубкам. Таким образом, общие закономерности центрифугирования во многом аналогичны закономерностям фильтрования и осаждения в поле гравитационных сил.
Следует, отметить, что, в отличие от обычного фильтрования, процесс центробежного фильтрования происходит в более сложных условиях: форма осадка и фильтрующей перегородки искривленная, т. е. площадь поверхности фильтрования зависит от радиуса вращения, на уплотнение осадка оказывают влияние гравитационные силы и гидростатическое давление вращающейся жидкости.
Наиболее широко операции центрифугирования применяют в углеобогащении, так как именно этим способом можно наиболее эффективно удалять влагу из продуктов углеобогащения.
В горной промышленности центрифуги применяют также для обогащения в тяжелых жидкостях и суспензиях, обезвоживания продуктов обогащения и осветления сточных и моечных вод.

Источник

Тема 9. Вспомогательные процессы и аппараты

Обезвоживание продуктов обогащения

Назначение и общая характеристика процессов и продуктов обезвоживания

Обезвоживанием называется разделение твердой и жидкой фаз. Ему могут подвергаться не только конечные, но и про­межуточные продукты обогащения, осуществляемого обычно в водной среде. Причинами обезвоживания являются: необходи­мость снижения затрат на транспортирование продуктов обо­гащения (концентратов); переход от мокрых процессов обога­щения к сухим или к операциям, требующим меньшей разжиженности пульпы; необходимость организации на фабрике полного водооборота с целью снижения себестоимости про­дукции и охраны окружающей среды.

Для обезвоживания крупнозернистого и кускового мате­риала достаточно операции дренирования, при которой избы­ток воды удаляется самотеком. Из тонкозернистого материа­ла вода удаляется значительно труднее и для его обезвожива­ния обычно требуется несколько последовательных операций: сгущение или центрифугирование (до влажности 30—50 %) пу­тем осаждения частиц под действием силы тяжести или цен­тробежных сил; фильтрование (до влажности 10—15 %) путем отделения твердых частиц от жидкости пропусканием пульпы через пористые перегородки; сушка (до влажности 0,5—5,0 %) для удаления влаги под действием температуры.

В зависимости от содержания влаги различают продукты обогащения и обезвоживания: мокрые, из которых вода (сво­бодная, гравитационная) может свободно стекать под дейст­вием сил тяжести; влажные, содержащие капиллярную и пле­ночную воду, удерживаемую между минеральными частица ми; воздушно-сухие, содержащие гигроскопическую влагу, удер­живаемую поверхностью частиц, и сухие, содержащие только кристаллизационную влагу.

Дренирование

Дренирование представляет собой процесс естественной фильтрации жидкости через промежутки между твердыми ча­стицами или кусками под действием силы тяжести. Оно ис­пользуется для обезвоживания кускового и крупнозернистого материала в штабелях, бункерах, обезвоживающих элевато­рах, механических классификаторах и на грохотах.

Обезвоживание в штабелях крупнокускового материала (до 150—200 мм) с нижним пределом крупности 0,1—1 мм про­изводится на дренажных складах, представляющих собой же­лезобетонные сооружения большой вместимости с наклонным дном, в котором проложены дренажные канавы для отвода воды. Время обезвоживания мелкого материала (например, же­лезного концентрата) достигает 24 ч после предварительного его сгущения в отстойниках.

Обезвоживание в бункерах обычно прямоугольной формы с пирамидальной нижней частью, оборудованной специальными затворами-выпусками с перфорированными отверстиями для стока воды, используется главным образом на углеобогати­тельных фабриках для удаления воды из углей крупнее 0,6 мм.

Обезвоживанию в элеваторах с дырчатыми ковшами под­вергается материал крупнее 2 мм в процессе его транспорти­рования из обогатительных аппаратов или отстойников. Что­бы предотвратить попадание воды из верхнего ковша в ниж­ний и получить материал влажностью не более 25—30 %, эле­ватор устанавливают под углом 60—70 % к горизонту.

Обезвоживание продуктов в механических (реечных и спи­ральных) классификаторах происходит при их транспортиро­вании по днищу классификатора. Влажность средне- и мелко­зернистых железных концентратов и продуктов обогащения марганцевых руд после обезвоживания составляет 15—25 %.

Обезвоживанию на грохотах может подвергаться мате­риал широкого диапазона крупности (от 0,35 до 300 мм и бо­лее). Наиболее широко используются вибрационные, самобалансные, резонансные и дуговые грохоты с щелевидными си­тами. Встряхивание и перемещение материала по грохоту значительно интенсифицируют процесс дренирования воды.

Сгущение

Сгущением называется процесс разделения твердой и жидкой фаз, основанный на естественном осаждении мине­ральных частиц в жидкости под действием силы тяжести.

Осаждение частиц при сгущении подчиняется законам стесненного падения твердых тел в жидкой среде. Скорость осаждения возрастает с увеличением крупности и плотности частиц, повышением тем­пературы и разбавлением сгущаемой пульпы, вызывающих уменьшение ее вязкости. Тонкодисперсные частицы оседают медленно из-за малой скорости падения, броуновского движе­ния и взаимного отталкивания при одноименном заряде их по­верхности. По этим причинам оседание частиц меньше 0,1 мкм практически прекращается. Решение проблемы сгущения тон­кодисперсных частиц достигается применением реагентов, вы­зывающих их слипание или агрегацию в результате коагуля­ции или флокуляции.

Коагуляция под действием сил Ван-дер-Ваальса происхо­дит при уменьшении или нейтрализации заряда поверхности частиц при использовании неорганических реагентов (кисло­ты, извести, железного купороса и др.). Флокуляция обуслов­лена действием органических реагентов, вызывающих или гидрофобизацию поверхности частиц и стремление их при этом сократить поверхность контакта с более полярной жидкостью — водой (при использовании реагентов-собирателей: ксанто-генатов, жирных кислот, аминов и др.), или сцепление частиц «мостиками» полимерных молекул, закрепляющихся одновре­менно своими полярными группами на разных частицах (при использовании реагентов-флокулянтов: полиакриламида, сепа-рана, суперфлока, полиокса и др.). Магнитная флокуляция ча­стиц минералов, обладающих повышенной магнитной воспри­имчивостью, обеспечивается созданием магнитного поля.

Рис. 9.1. Схема зон осаждения пульпы в сгустителях (а) и конструкции одноярусных радиальных сгустителей с центральным (б) и периферическим (в) приводом

В настоящее время сгущение производится в основном в цилиндрических (радиальных) сгустителях с механической раз­грузкой осадка. При установившемся режиме в сгустителе мож­но выделить (рис. 9.1, а): зону А осветленной жидкости, уда­ляемой в слив; зону Б пульпы исходной плотности, в которой происходит (в зависимости от содержания твердого) свобод­ное или стесненное падение зерен; зону Г уплотнения, в кото­рой дополнительное выделение жидкости происходит в ре­зультате сжатия осадка под давлением находящегося выше материала; промежуточную зону В. Разгрузка сгущенного ма­териала осуществляется медленно вращающимся в центре сгу­стителя устройством, перемещающим осевшие твердые части­цы к отверстию в средней части его днища. По расположению приводного механизма различают сгустители с центральным и периферическим приводом.

Сгуститель с центральным приводом может быть одно-или многоярусным. Одноярусный радиальный сгуститель (рис. 9.1, б) состоит: из цилиндрического чана 1 диаметром от 2,5 до 50 м и глубиной от 1,5 до 5 м с горизонтальным (при малом диаметре) или коническим (при большом диамет­ре) днищем и кольцевым желобом 2 для удаления слива; раз­грузочной воронки 3, заглубленной по отношению к уровню слива примерно на 0,5—1 м и снабженной металлической ре­шеткой для гашения скорости потока и дефлектором — рас­пределителем поступающей пульпы; механизма для разгрузки сгущенного продукта.

У сгустителей небольшого диаметра (до 18—24 м) меха­низм разгрузки осадка крепится на ферме 7. Он представляет собой вращающийся от привода 8 вал 5 с граблинами б в ви­де крестовины с наклонными гребками (или в виде полуспи­ралей), позволяющими перемещать осадок к разгрузочному конусу 4 в центре днища. У сгустителей большего диаметра (до 50 м и более) вал заменяется сварной конструкцией, опи­рающейся на центральную колонну. Для предотвращения по­ломок механизма при перегрузках сгустителя, регистрируе­мых указателем 10, вал вместе с граблинами может переме­щаться в вертикальном направлении вручную или автомати­чески механическим устройством 9.

Разгрузочный механизм сгустителей с периферическим при­водом (рис. 9.1, в) диаметром до 100 м и глубиной до 7 м име­ет вид рамы с гребками 3, которая опирается на центральную колонну 1 и монорельс 5, уложенный вкруговую на стенке ча­на 6. У периферии рама заканчивается кареткой 4, на которой размещены электропривод, редуктор, приводной ролик и бал­ласт для увеличения силы сцепления ролика с рельсом при вра­щении рамы 2 вокруг центральной оси.

Окружная скорость движения граблин или гребковой ра­мы у периферии составляет обычно 0,1 м/с; она уменьшается до 0,05 м/с при сгущении тонких шламов и возрастает до 0,2 м/с при сгущении грубозернистых пульп. Удельная производи­тельность составляет при этом от 0,1 до 2 т/(м 2 ∙сут) и только при сгущении магнетитовых и титаномагнетитовых концен­тратов магнитной сепарации благодаря их магнитной флокуляции достигает 6—8 т/(м 2 ∙сут).

Для откачки продукта, сгущенного до плотности 60—70 % твердого, из сгустителей малого диаметра применяют диафрагмовые насосы, а из сгустителей большего диаметра — центре бежмые песковые насосы. Слив сгустителей используется в качестве оборотной воды. Для предотвращения потерь пены с ним при сгущении флотационных концентратов перед слив­ным порогом устанавливают пеноотбойник (экран), заглуб­ленный ниже уровня слива. Исходная пульпа поступает в сгу­ститель по трубопроводу или желобу, проложенным по не­подвижной ферме 7.

Рис. 9.2. Схема цилиндрического сгустителя с осадкоуплотнителем (а) и пластинчатого сгустителя (б)

В последнее время на угольных фабриках для сгущения шламов и хвостов флотации кроме радиальных сгустителей используются также цилиндроконические сгустители с осад­коуплотнителем (рис. 9.2, а), состоящие из цилиндрической 1 и конической 2 частей, питателя 3, сливного кольцевого жело­ба 4 и разгрузочного устройства 5 для сгущенного продукта. Цилиндрическая часть обеспечивает необходимую степень оса­ждения тонких зерен, а коническая — уплотнение осадка до 80 ° о твердого при удельной производительности на 1 м 2 по­верхности несколько большей, чём у радиальных сгустителей. Для сгущения рудных тонкодисперсных продуктов начи­нают применять пластинчатые сгустители (рис. 9.2, б), представляющие собой камеру 1, в которой установлены пакеты параллельных плоскостей 2 общей площадью до 1000 м 2 , из сте­клопластика или нержавеющей стали, расположенных на рас­стоянии 30—50 мм друг от друга под углом 25—60° к гори­зонту. Это позволяет разделить поток на струи 4 с ламинар­ным движением, значительно уменьшить путь оседания твер­дых частиц и тем самым резко увеличить удельную производительность сгущения на горизонтальную площадь всех пло­скостей. Твердые частицы оседают на наклонные плоскости, перемещаются вниз и удаляются через патрубок 5; осветлен­ная жидкость поднимается вверх и сливается через патрубок 3. Разгрузка сгущенного продукта до 60—75 % твердого может быть автоматизирована; регулирование его плотности при этом может осуществляться с использованием гамма-лучей, ульт­развука или электропроводности пульпы, а изменение скоро­сти разгрузки — «наложением» на пакет пластин вибрации с малой амплитудой колебаний.

Для сгущения пульп, содержащих быстрооседающую твер­дую фазу, например магнитную фракцию сепарации железных руд, применяют гидросепаратор, представляющий собой не­высокий сгуститель с центральным приводом и используемый обычно как классифицирующий аппарат. Его использование позволяет совместить две операции — сгущение и удаление шламистых частиц породы, что очень важно при сгущении, например, магнетитовых и титаномагнетитовых концентра­тов. Эффективность этих операций повышается при исполь­зовании специальных магнитных дешламаторов, отличающих­ся от гидросепараторов наличием намагничивающего устрой­ства, состоящего из четырех катушек, расположенных в пита­ющей воронке.

Для предварительного сгущения продуктов иногда исполь­зуют пирамидальные отстойники и гидроциклоны, сливы ко­торых поступают в радиальные сгустители, а сгущенные про­дукты аппаратов обычно объединяются. В отстойниках пуль­па поступает в головную часть и движется к сливному порогу на противоположной стороне. По пути движения пульпы твер­дые частицы оседают в камеры и выпускаются через специ­альные разгрузочные отверстия вручную через патрубки с кранами, при помощи диафрагмовых насосов и автоматически через шлюзовой питатель. Обезвоживающие гидроциклоны и мультициклоны устанавливают обычно перед сгустителем.

Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения твердой и жидкой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой разряжением или избыточным давлением воздуха. Жидкая фаза при этом про­ходит через пористую перегородку в виде фильтрата, а твер­дая задерживается на ее поверхности, образуя слой осадка — кека. Разность давлений в пресс-фильтрах создается подачей пульпы на фильтрующую перегородку под давлением выше атмосферного, а в вакуум-фильтрах — созданием вакуума за пористой перегородкой ниже 0,1 МПа. В качестве пористой перегородки используют синтетические, реже хлопчатобумаж­ные и шерстяные ткани, иногда металлические сетки с отвер­стиями 0,1—0,2 мм.

Для обезвоживания угольных и рудных суспензий на обо­гатительных фабриках применяют преимущественно вакуум-фильтры, которые по конструкции основного рабочего орга­на разделяются на дисковые, барабанные и ленточные.

В дисковых вакуум-фильтрах (рис. 9.3, а) фильтрация осу­ществляется через боковую поверхность фильтрующих элемен­тов — секторов, закрепленных на вращающемся от привода 3 валу и образующих сплошной диск 2, погруженный нижней частью в ванну 6 с пульпой, подаваемой сверху или через ее днище. Мешалка 4, совершая качательное маятниковое дви­жение вокруг вала 1, взмучивает пульпу. Каждый сектор (рис. 9.3, б, в) представляет собой обтянутую тканью фильтрую­щую камеру 8 из дерева (см. рис. 9.3, б), металла (см. рис. 9.3, в) илисинтетического материала, подсоединенную через патрубок 9 (с помощью шпильки, накладки и гайки) к про­дольному каналу 10 пустотелого вала 1, конец которого вхо­дит в обойму распределительной головки 3 (см. рис. 9.3, а). Чи­сло секторов равно числу продольных каналов, которые при вращении вала (с частотой 0,13—2 мин -1 ) поочередно совмещаются с окнами неподвижной распределительной головки (рис. 9.3, в), находящимися под вакуумом (окна 11, 13) через патрубок 12 и давлением (окна 14, 17) сжатого воздуха, подводимого через патрубки 15 и 16.

Рис. 9.3. Схема дискового вакуум-фильтра (а), фильтрующих секторов (б) и распределительной головки (в)

В период, когда сектор погружен в пульпу, соответствующий продольный канал вала соединяется с системой вакуума через окна 11 и происходит отсасывание жидкости через ткань с образованием на ней осадка -кека нарастающей толщины. При выходе из пульпы сектор продолжает некоторое время сообщаться с вакуумом через ок­на 13, вызывая уплотнение и просушку кека воздухом. Затем продольный канал вала соединяется с окном 14, подключен­ным к линии сжатого воздуха, и происходит отдувка кека от фильтроткани с последующим снятием его боковыми ножами 5, армированными резиной.

При подключении к окну 17 фильтроткань продувается сжатым воздухом с целью очистки ее отверстий. Затем цикл фильтрования повторяется.

Преимуществом дисковых фильтров является большая фильтрующая поверхность и возможность быстрой замены любого сектора при выходе из строя фильтроткани. При чис­ле дисков от 2 до 14 и диаметре их от 1,8 до 2,5 м общая пло­щадь фильтрующей поверхности составляет 9—100 м 2 .

Барабанный вакуум-фильтр с внешней фильтрующей по­верхностью(рис. 9.4) состоит из вращающегося на подшип­никах 3 перфорированного барабана 5, покрытого фильтротканью 6 и погруженного в ванну 7 с пульпой, перемешивае­мой мешалкой 9 маятникового типа.

Рис. 9.4. Схема барабанного вакуум-фильтра с внешней фильтрующей по­верхностью

Внутри поверхность ба­рабана разделена на продольные полые секции, соединенные отводящими фильтрат трубами 4 с секциями пустотелых цапф 5. К торцевым поверхностям цапф прижаты распределитель­ные головки 2, через окна которых производится поперемен­ное соединение отдельных секций барабана с вакуумом и дав­лением. Принцип работы фильтра аналогичен дисковому ва­куум-фильтру. За один оборот барабана совершается полный цикл фильтрации: образование, подсушка и отдувка кека, ре­генерация фильтроткани. По сравнению с дисковыми фильт­рами барабанные вакуум-фильтры более пригодны для обезвоживания труднофильтруемых продуктов, поскольку они по­зволяют монтировать приспособления для дополнительного удаления влаги из кека во время фильтрации: устройства для промывки кека и заглаживания трещин, хлопуши, рыхлители, отжимные ролики и вибраторы. Фильтры с предварительным нанесением на барабан поверх ткани слоя кизельгура, целлю­лозы или других фильтрующих материалов используются для получения фильтрата высокой степени чистоты. Магнитные фильтры (с расположенным внутри их магнитными систе­мами) предназначены для обезвоживания магнетитовых кон­центратов.

К существенным недостаткам вакуум-фильтров с внешней фильтрующей поверхностью относятся большая площадь и объем при малой фильтрующей поверхности, длительное вре­мя, необходимое для крепления фильтроткани и ее замены при порыве. При изменении диаметра барабана от 1,75 до 3 м и его длины от 0,95 до 4,4 м фильтрующая поверхность воз­растает с 5 до 40 м 2 .

Барабанные фильтры с внешней фильтрующей поверхно­стью, как и дисковые фильтры, изготовляют в обычном (типа БОУ, ДУ) и кислотостойком (БОК, ДК) исполнении для фильт­рования тонкозернистых материалов с верхним пределом крупности 65—70 % класса -0,074 мм.

Для фильтрования материалов большей крупности ис­пользуют барабанные вакуум-фильтры с внутренней фильт­рующей поверхностью, ленточные вакуум-фильтры и план-фильтры.

В барабанных вакуум-фильтрах с внутренней фильтрую­щей поверхностьюфильтрующие секции общей площадью от 10 до 40 м 2 расположены на внутренней поверхности сплошно­го барабана диаметром 2,7 м и длиной от 1,2 до 5,2 м. Про­дольные каналы между барабаном и фильтротканью соедине­ны, как и у барабанных фильтров с внешней фильтрующей по­верхностью, с каналами полой цапфы, которые через распределительную головку подключаются при вращении барабана к вакууму или сжатому воздуху. Пульпа подается внутрь ба­рабана, кек отдувается в верхней его части и падает на ленту конвейера, удаляющего его из барабана.

Ленточный вакуум-фильтр(рис. 9.5, а) представляет со­бой бесконечную резиновую ленту 5 с отверстиями, покрытую фильтротканыо и натянутую на приводной 1 и натяжной 6 ба­рабаны.

Рис. 9.5. Схема ленточного фильтра (а) и планфильтра (б)

Борта ленты скользят со скоростью 0,01— 0,167 м/с по двум направляющим планкам 3, а средняя ее часть прилегает к колосниковой решетке над вакуумной камерой 2, соединен­ной патрубками с коллектором для фильтрата. Пульпа поступа­ет из питающего лотка 4, образующийся слой кека снимается ножевым устройством 9 на приводном барабане. Нижняя часть ленты, поддерживаемая роликами 7, может подвергаться про­мывке устройством 8 с целью регенерации фильтроткани.

В планфильтре (рис. 9.5, б) горизонтальная тарель 2 ус­танавливается на раме 1 и приводится во вращение через ре­дуктор 5 электродвигателем 6, покрыта сверху перфориро­ванным диском 3, на который натягивается фильтровальная ткань. Пространство между диском и дном тарели разделено на ряд секций, сообщающихся каналами с распределительной головкой 4, которая при вращении тарели последовательно соединяет ее секции с вакуумом (при отсосе фильтрата) или со сжатым воздухом (при подсушке кека, его отдувке и регенера­ции ткани). Цикл фильтрования совершается за один оборот тарели. Пульпа на фильтрующую поверхность подается свер­ху. Слой образующегося кека снимается с диска вращающим­ся от электродвигателя 8 шнеком 7. Недостатком планфильт­ра и ленточных вакуум-фильтров является малая площадь их фильтрующей поверхности (до 10 м 2 ), достоинством — возмож­ность промывки кека.

Вакуум-фильтры работают при вакууме 0,04—0,09 МПа и давлении сжатого воздуха при отдувке кека до 0,05 МПа. Удель­ная производительность их увеличивается, а влажность кека уменьшается с увеличением вакуума и температуры пульпы, крупности материала и содержания твердого в фильтруемой пульпе, при уменьшении содержания в ней шламистых час­тиц, забивающих поры фильтроткани, и осуществлении маг­нитной флокуляции материала или флокуляции его под дей­ствием гидрофобизирующих реагентов. При добавке синтети­ческих флокулянтов забивка пор уменьшается и производитель­ность фильтров возрастает, однако влажность кека при этом также возрастает (из-за внутрифлокулярной воды) на 1,5—2 %. Аналогичное влияние оказывает увеличение скорости движе­ния фильтрующей поверхности.

Удельная производительность дисковых и барабанных фильтров с внешней фильтрующей поверхностью составляет 0,1—2 т/(м 2 ∙сут) при влажности кека 8—25 %, барабанных фильтров с внутренней фильтрующей поверхностью — 0,6-1,15 т/(м 2 ∙сут) при влажности кека 10,5 -14 %, ленточных и планфильтров — 0,3—10 т/(м 2 ∙сут) при влажности кека 9—20 %.

В вакуум-фильтровальных установках применяют в зави­симости от конкретных условий производства схему с прину­дительным удалением фильтрата насосами или схему с само­течным удалением фильтрата (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Схемы вакуум-фильтровальных установок с принудительным (а) и самотечным (б) удалением фильтрата

По первой из них (рис. 9.6, а) фильтрат из вакуум-филь­тра 1 отсасывается по трубопроводу 4 в ресивер 2, откуда вы­качивается центробежным насосом 9. Расстояние h от нижней точки ресивера 2 до оси насоса 9 должно составлять не менее 600 мм; на трубопроводе, соединяющем под углом 45° ресивер и насос, устанавливается обратный клапан. Во избежание по­падания фильтрата в вакуум-насос 5 на высоте 10,5 м над гидрозатвором 8 установлена ловушка 7 для окончательной очист­ки воздуха от фильтрата, который самотеком попадает в гид­розатвор по барометрической трубе 3. Сжатый воздух для отдувки кека поступает от воздуходувки 6.

Вторая схема (рис. 9.6, б) отличается от рассмотренной тем, что фильтрат из ресивера 2 поступает самотеком по баро­метрической трубе 3 в гидрозатвор 8, из которого может отка­чиваться насосом. Фильтр 1 и ресивер 2 в этом случае должны располагаться на высоте 10,5 м над гидрозатвором 8.

Достоинством схемы с самотечным удалением фильтрата (см. рис. 9.6, б) является простота и надежность в работе; не­достатком — возможность зашламования гидрозатвора и не­обходимость устанавливать фильтры и ресиверы на высоте 10— 10,5 м. Преимущество схемы с принудительным удалением фильтрата (см. рис. 9.6, а) заключается в экономии высоты здания и устранении зашламования системы при хорошей ра­боте насосов. Недостатки связаны с дополнительными затра­тами на насосы, большим их числом и ненадежной работой, особенно при отдельных отводах фильтрата от секций набора и просушки кека, необходимостью строгого контроля уровня фильтрата в ресивере и более сложным обслуживанием ваку­ум-фильтровальных установок.

Пресс-фильтры (рис. 9.7) применяются для обезвоживания труднофильтруемых и разжиженных тонкодисперсных суспензий под действием избыточного давления.

Рис. 9.7. Принципиальная схема пресс-фильтра типа ФПАК.

Они получают все более ши­рокое распространение на предприятиях, использующих ком­бинированные схемы переработки полезных ископаемых, и при решении проблем водно-шламового хозяйства на углеобога­тительных фабриках.

Камерный автоматический пресс-фильтр типа ФПАК (рис. 9.7) состоит из упорной 5, опорной 12 и фильтроваль­ных 4 плит, между которыми проходит бесконечная лента фильтроткани 8, огибающая ролики 2, где происходит съем осадка с нее ножами 1 в приемники 10. Натяжение фильтроткани производится с помощью устройства 7, промывка ее и зачистка осадка скребками — в камере регенерации 9. Фильт­ровальные плиты представляют собой горизонтальные каме­ры, перекрытые сверху тканью 8 и щелевидным ситом 16, име­ющие внизу глухое конусное днище 15 для сбора фильтрата, который отводится через патрубки 14 и коллектор 11, распо­ложенные на боковой стенке пресс-фильтра.

Пресс-фильтр работает периодически. В каждом цикле сна­чала с помощью насоса под давлением 800—1000 кПа в ре­зиновые уплотнительные ткани 9 накачивается вода и они плотно закрывают зазоры между плитами, зажимая фильтроткань. Затем в пространство между плитами по трубопроводу 6 и патрубкам 13 под избыточным давлением до 500 кПа подается исходная пульпа. После этого включается компрес­сор, нагнетающий сжатый воздух по этой же системе под давлением 400—500 кПа. Вода фильтруется через ткань, а оставшийся осадок просушивается поступающим воздухом. Отключение воды, подаваемой в уплотнительные шланги 3, приводит к изменению их формы на овальную, образова­нию зазора между плитами и освобождению фильтроткани 8, которая электроприводом перемещается на длину одной плиты.

Работа пресс-фильтра полностью автоматизирована. Пе­риод полного цикла фильтрования составляет 3—10 мин в за­висимости от крупности фильтруемого материала и консистен­ции пульпы. Преимущество пресс-фильтров, по сравнению с ва­куум-фильтрами, заключается в получении более чистого филь­трата и меньшей влажности осадка; недостатком их является сложность конструкции, малая производительность и боль­шие эксплуатационные затраты.

Центрифугирование

Центрифугирование является процессом разделения твер­дой и жидкой фаз под действием центробежных сил. Исполь­зуется оно в основном на углеобогатительных фабриках для обезвоживания мелких классов углей, флотационных концен­тратов и хвостов обогащения. Высокая интенсивность отделе­ния влаги от твердых частиц при центрифугировании обу­словлена тем, что ускорение центробежных сил в центрифугах в десятки и сотни раз превосходит ускорение силы тяжести в обычных аппаратах. По принципу своего действия центрифу­ги разделяются на фильтрующие и осадительные.

Фильтрующие центрифуги оснащены коническим перфо­рированным ротором, расположенным вертикально или гори­зонтально. В России получили наибольшее распространение вер­тикальные фильтрующие центрифуги с вибрационной (типа ФВВ) и шнековой (типа ФВШ) выгрузкой осадка.

Рис. 9.8. Схема фильтрующих центрифуг с вибрационной (а) и шнековой (б) выгрузкой осадка

В фильтрующих центрифугах с вибрационной выгрузкой осад­ка (рис. 9.8, а) производительностью до 350 т/ч исходный ма­териал подается через загрузочное устройство 4 в нижнюю часть вращающегося фильтрующего ротора 7 диаметром до 1500 мм, установленного на верхних 2 и нижних 1 амортизато­рах, связанных с втулкой 5, вращающейся с частотой 350— 470 мин’ 1 вокруг трубчатой стойки 12. Одновременно ротору сообщаются вертикальные вибрации от эксцентрика 11 через шатун 10 и амортизатор 3. Под комбинированным воздейст­вием центробежных сил и осевых вибраций материал распре­деляется равномерным потоком по фильтрующей поверхно­сти ротора и обезвоживается, продвигаясь вверх к его широ­кой части. Фугат проходит через фильтрующие щели стенок ро­тора и удаляется по желобу 9; обезвоженный материал разгру­жается через верхнюю кромку ротора в кольцевое простран­ство между внутренним 6 и наружным 8 кожухами центри­фуги и попадает в приемник, расположенный под аппаратом.

В фильтрующих центрифугах со шнековой выгрузкой осадка (рис. 9.8, б) производительностью до 100 т/ч внутри вращающе­гося с частотой 600 мин -1 сетчатого ротора 2 диаметром до 1000 мм расположен шнек 3 в виде усеченного конуса с закре­пленной на его поверхности спиралью. Исходная пульпа подает­ся на вращающуюся крышку шнека и отбрасывается центробежными силами к внутренним стенкам ротора. Вода фильтру­ется через слой осадка и сетчатую поверхность ротора, и фугат удаляется из корпуса 1 центрифуги. Обезвоженный осадок перемещается по ротору спиралями шнека, вращающегося с меньшей, чем у ротора, угловой скоростью, и разгружается в приемный бункер 4.

Преимуществом фильтрующих вибрационных центрифуг является меньшая измельчаемость материала при центрифуги­ровании и большая чистота фугата, чем в шнековых фильт­рующих центрифугах, однако последние позволяют получать осадок меньшей (на 1—1,15 %) влажности, которая зависит от содержания тонких частиц в исходной пульпе и составляет 6—9 %.

Осадителъные центрифуги имеют только шнековую вы­грузку осадка. Наибольшее распространение из них получили центрифуги (рис. 9.9) с ротором диаметром до 1350 мм цилин-дроконической конфигурации и горизонтальной осью вращения (чипа НОГШ) производительностыо до 300 м 3 /ч. Пульпа в них подается внутрь вращающегося шне­ка 4, а затем через его окна 3 попадает во вращающийся с большой частотой (800 мин -1 ) ротор 5 и заполняет его до уровня сливных окон 2.

Рис. 9.9. Схема осадительной центрифуги со шнековой выгрузкой осадка

Под действием центробежных сил частицы прижимаются к внутренней стенке ротора, а жидкая фаза переливается через кромку сливных окон 2 и поступает в сборник фугата. Образовавшийся слой осадка из зоны осажде­ния перемещается шнеком в зону обезвоживания и разгружа­ется через специальные окна 6. Влажность осадка изменя­ется в пределах 10— 25 %. Увеличение частоты вращения ротора и крупности материала повышает чистоту фугата и снижает влажность осадка; уменьшение крупности мате­риала, увеличение нагрузки на центрифугу и скорости враще­ния шнека выше оптимальных оказывают обратное влияние. Подача флокулянтов снижает содержание твердого в фугате.

Сушка

Сушка основана на испарении влаги в окружающую сре­ду при нагревании, является дорогостоящей операцией и ис­пользуется только в тех случаях, когда необходимо предот­вратить смерзание концентратов, удешевить их перевозку на большие расстояния или когда другие методы обезвоживания не могут обеспечить требуемых кондиций по влажности про­дуктов.

Для сушки продуктов применяют различные типы печей (подовые, шахтные, барабанные, электрические, кипящего слоя и др.) и труб-сушилок, из которых на обогатительных фабриках наибольшее распространение получили барабан­ные сушилки, вертикальные трубы-сушилки и сушилки кипя­щего слоя.

Рис. 9.10. Схема барабанной сушилки (а) и типы насадок (б)

Барабанная сушилка (рис. 9.10, а), широко применяемая для сушки углей, рудных и нерудных материалов широкого ди­апазона крупности, представляет собой сварной барабан 3 ди­аметром 1—3,5 м и длиной 4—27 м, установленный бандажами 4 на опорные ролики 7 с углом наклона 1—5° в сторону раз­грузочной камеры 6. Вращение барабана с частотой 1—6 мин -1 осуществляется от привода 8, находящегося в зацеплении с венцовой шестерней 5. Влажный материал подается в барабан по загрузочному устройству 2; туда же из топки 1 поступает газ-теплоноситель с температурой 600—900 °С. При сопри­косновении его с материалом происходит испарение влаги, которая вместе с газом отводится естественной или прину­дительной тягой. Для перемешивания материала и его ин­тенсивного контактирования с газом-теплоносителем внут­ренняя поверхность барабана оборудована насадками (рис. 9.10, б), форма которых определяется диаметром барабана и характеристикой подвергаемого сушке материала: круп­ностью, влажностью, способностью к слипанию, спеканию и пылеобразованию. При вращении барабана материал посте­пенно перемещается (за 30—40 мин) к разгрузочной каме­ре, из которой выгружается с влажностью от 4—8 до 0,5— 1,5%.

Барабанные сушилки производительностью 140—230 т/ч экономичны в работе, имеют высокую производительность по испаряемой влаге, удельный расход топлива в них не превы­шает 0,25 кг/кг.

Газовые трубы-сушилки производительностью до 250 т/ч применяются главным образом на углеобогатительных фаб­риках для сушки концентратов крупностью до 12—13 мм. Они состоят из топки со смесительной камерой и вертикально установленной трубы диаметром 0,65—1,2 м и длиной от 14 до 35 м.

Горячие газы (600—900 °С) засасываются из топки через нижний конец трубы вентилятором-дымососом вместе с за­брасываемым в трубу через питатель исходным материалом влажностью 14—24 %. По мере продвижения в топке вверх по трубе материал высушивается до влажности 4—9 %.

Сушилки кипящего слоя (рис. 9.11) производительностью до 300 т/ч применяются для сушки углей крупностью до 50 мм и мелкозернистых рудных материалов равномерной крупно­сти. Они состоят из топливно-смесительной 1 и сушильной 4 камер, разделенных газораспределительной решеткой 2 с пло­щадью отверстий 5—11 % от общей ее площади. Исходный материал подается через загрузочное устройство 3 питателем и под действием потока горячего воздуха или дымовых газов с температурой 500—800 °С образует на решетке 2 кипящий слой высотой 30—45 см.

Рис. 9.11. Схема сушилки кипя­щего слоя

Взвешенное состояние частиц в потоке горячего газа обе­спечивает эффективное испарение влаги с их поверхности. Вы­сушенный продукт разгружается через патрубок 5, высоту рас­положения которого над решеткой можно регулировать. Дос­тоинствами сушилок кипящего слоя являются высокая интен­сивность сушки (как и в газовых трубах-сушилках) и возмож­ность регулирования времени пребывания материала в сушке с получением материала влажностью 0,5—8 %.

Источник