Усовершенствование технологии обезвоживания тонкодисперсных угольных шламов на ЦОФ «Березовская»

ОБОГАЩЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.648.24

А.А. Байченко, А.В. Кардашов

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНЫХ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ НА ЦОФ «БЕРЕЗОВСКАЯ»

При добыче, транспортировании и последующем обогащении рядовых углей образуется большое количество тон-

кодисперсных угольных частиц. Удаление их из оборотной воды позволяет с одной стороны, увеличить выход товарного угля, а с другой стороны, осуществить экологические мероприятия (ликвидировать гидроотвалы) и улучшить качество оборотной воды [1]. Введение флокулянтов в угольную пульпу обеспечивает агрегацию частиц, что позволяет улучшить фильтрацию флотоконцентрата, а также снизить его влажность и увеличить производительность вакуум-фильтров. Механизм

действия полимерных флокулянтов состоит в адсорбции молекул флокулянтов из разбавленных растворов на поверхности угольных частиц. При этом образуются физико-химические связи между отдельными группами частиц. Согласно представлениям Ла-Мера длинная молекула флокулянта одновременно присоединяется к двум или нескольким частицам, связывая их через полимерные мостики [2-3]. Преимущество полимерных флокулянтов по сравнению с электролитами-коагулянтами состоит в повышенной скорости осаждения сфлокулированных агрегатов по сравнению со скоростью осаждения скоагулированных частиц [4]. Процесс флокуляции применяется на ОАО ЦОФ «Берё-зовская» для повышения эффективности обезвоживания при фильтровании флотационного концентрата.

В настоящее время на фабриках Кузбасса применяются устройства для растворения флокулянтов с использованием гидроэлеваторов [5-7]. На фабрике уже существовала модель гидроэлеватора транспортирующего разбавленный раствор флокулянта на отм. 12.60 м (на 5 метров выше уровня гидроэлеватора). Эта установка была впервые спроектирована и запущенна в работу на ЦОФ Березовская в 1974 г. [8]. Для улучшения компоновки оборудования в отделении вакуум-фильтров возникла необходимость подавать разбавленные растворы флокулянтов в распределительный бак, расположенный на 12 метров выше уровня гидроэлеватора. Это практически не осуществимо, так как обычно гидроэлеваторы работают без противодавления или с незначительным противодавлением в трубопроводах.

На основании комплексных исследований на ОАО ЦОФ «Березовская» усовершенствована технология приготовления водных растворов полимерных флокулянтов, которая обеспечивает получение гомогенных растворов, точную дозировку и направленную подачу в технологический процесс. В соответствии с программой, разработанной институтом КузГТУ и согласованной с ОАО ЦОФ «Березовская» в январе, феврале 2003 г., проводились промышленные испытания работы усовершенствованной установки по интенсификации фильтрования флотоконцентрата (крупностью 0 -1 мм.). При этом применялся

раствор флокулянта магнафлока М - 525 производства фирмы «Сиба» (молекулярная масса

около 10 ' 106, анионность 70 %), который разбавлялся и подавался при помощи гидроэлеватора в бак флотоконцентрата.

Промышленные исследования включали следующие этапы.

1. Подготовка к исследова-

ниям, состоявшая в конструировании, изготовлении и монтаже установки УРГ-3 (уни-

версальный гидроэлеватор, который используется для разбавления концентрированных растворов флокулянтов и подачи их в бак флотоконцентрата), а также опробование работы установки в промышленных условиях эксплуатации на фабрике.

2. Установление оптимального режима подачи флокулянта на вакуум-фильтры, заключающийся в оценке оптимального расхода полимера и точки его подачи.

В результате проведения промышленных исследований по указанным этапам работы было установлено следующее:

1. Проведенные в работе исследования показали, что из всех высокоскоростных растворяющих устройств, создающих большие сдвиговые напряжения [9], наиболее предпочтительным для условий фабрики по-прежнему является УРГ. В этом случае создаются благоприятные условия для мгновенного растворения концентрированного гомогенного раствора флокулянта [10,11] в струе воды без значительной

Рис. 1. Усовершенствованная схема приготовления и подачи разбавленных растворов М-525. 1 - бак на отм. 16.80 м.; 2 - смеситель; 3 - бак, работавший на отм. 12.60; 4 - аккумулирующий бак; 5 - автоматический дозатор; 6 - гидроэлеватор.

деструкции макромолекул полимера, что достигается за счет высокого градиента концентрации при кратковременном воздействии больших сдвиговых напряжений. Известно, что приготовление рабочих растворов флокулянтов осуществляется в две стадии [5,12]: в начале готовятся гомогенные концентрированные растворы (1 _ 0,25 % масс.), а затем разбавленные растворы (0,1 _ 0,025% масс.),

которые подаются в пульпу. Так как флокулянт высокомолекулярный, а его растворы вязкие, то на фабрике готовят 0,25 % -ный раствор М-525 при медленном перемешивании в контактном чане в течение 5-и часов. Усовершенствованная конст-

рукция гидроэлеватора позволила получать разбавленный до

0,025 % -ной концентрации раствор без установки больших промежуточных емкостей и использования центробежных насосов, в которых происходит интенсивная деструкция полимера.

2. Испытания работы установки УРГ-3 разработанной КузГТУ по приготовлению рабочего раствора флокулянта и возможности подачи его в бак флотоконцентрата на отм. 16.80, показали удовлетворительные результаты работы этой установки в промышленных условиях эксплуатации на фабрике. Выбор оптимальной точки подачи раствора полимера устанавливался путем сравнения результатов фильтрования флотационного концентрата при подаче раствора флокулянта в разные точки трубы питания на вакуум-фильтры: на расстоянии

5 м (нижняя точка подачи) и 12 м (верхняя точка подачи) выше отметки уровня гидроэлеватора. Было установлено, что заметной разницы в показателях работы вакуум-фильтров при подаче раствора флокулянта в разные точки нет, однако подачу раствора в верхнюю точку (бак флотоконцентрата на отм. 16.80) можно считать более целесообразной, так как в этом

случае обеспечивается лучшее контактирование полимера с угольными частицами (рис. 1).

Необходимость разбавления больших количеств вязкого раствора флокулянта, а также наличие противодавления в трубопроводах потребовало создание гидроэлеватора, который обеспечил бы достаточную производительность по инжектируемому раствору. В УРГ -

3, как и в любом струйном аппарате, происходит смешение двух потоков с образованием смешанного потока со средним

давлением. Среда большого давления называется рабочей, а среда низкого или не имеющая давления, называется инжектируемой (рис. 1). При расчете гидроэлеваторов принято считать [13-14], что конечное сечение свободной струи должно быть равно входному сечению камеры смешения. Необходимо отметить, что излишнее приближение насадки к камере смешения приводит к уменьшению рабочей длины камеры смешения за счет того, что струя пролетает часть длины

Рис. 2. Принципиальная схема гидроэлеватора 1 - рабочая насадка; 2 - приемная камера; 3 - камера смешения;

4 - диффузор

Таблица

Влияние давления воды, противодавления на выходе из диффузора и диаметра насадка на остаточное давление Ро _____________________в гидроэлеваторе___________________

Давление воды, Па . 10

Остаточное давление Ро, Па . 103 при противодавлении на выходе из диффузора, Па . 105

0,5

1,0

1,5

Диаметр насадка d = 4 мм

4 28,2 60,9 65,0

5 28,0 55,6 28,6

6 27,7 50,3 27,0

Диаметр насадка d = 5 мм

4

5

6

смесительной камеры, не касаясь ее стенок. Чрезмерное удаление насадки от камеры смешения приводит к увеличению длины свободной струи и конечного ее сечения. В этом случае свободная струя не вписывается в сечение камеры смешения, и поэтому часть жидкости будет выбрасываться обратно в приемную камеру, создавая тем самым противотоки, снижающие эффективность работы гидроэлеватора. Для расчета длины камеры смешения и расстояния от выходного сечения насадки до начала камеры смешения рекомендуется принимать соответственно: L = (6 -г-10)^К , 1 =

1,5^ . Угол конусности диффузора принимается в пределах 2 ^10°.

Длина диффузора определяется по формуле

д tga dк - dв

2 ~ 2 ’

9,6 25,6 57,0

9,2 23,7 30,6

9,0 22,9 26,3

где dв - выходное сечение диффузора.

Проанализировав приведенные формулы и опытные соотношения, стало очевидным, что геометрические размеры гидроэлеватора, определенные при помощи этих формул, будут находиться в довольно широком интервале. Это можно объяснить тем, что выбор оптимальных размеров гидроэлеватора и установление рациональных режимов его работы зависит в значительной степени от назначения гидроэлеватора и условий его работы.

Для решения этой задачи было изучено влияние противодавления и количества инжектируемой жидкости на конструктивные параметры гидроэлеватора (табл. 1).

На основании этих данных выбрана насадка диаметром 5 мм. Были проведены исследования по изучению влияния

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

конструктивных параметров и отдельных факторов на эффективность работы УРГ - 3 (например, рассмотрены другие формы и размеры насадка и диффузора: увеличивалась и

уменьшалась их длина, варьировались диаметры и углы конусности). Затем, на основе полученных результатов исследования, были созданы модели гидроэлеватора, испытания которых в промышленных условиях позволили установить наиболее целесообразную его конструкцию. При противодавлении перед диффузором до 1105 Па заданное количество (0,36м3/ч) концентрированного раствора полимера может полностью инжектироваться при давлении воды перед насадком от 5 до 6 105 Па. В нашем случае применение гидроэлеватора в установке по растворению флокулянта М-525 позволило совместить операции разбавления и транспортировки рабочих растворов флокулянтов к точкам подачи их в технологический процесс. Таким образом, усовершенствованная конст-

рукция гидроэлеватора обеспечила создание аппарата, позволяющего подавать раствор флокулянта на 12-15 м выше отметки, где расположен гидроэлеватор, и обеспечить тем самым рациональную схему подачи флокулянтов на вакуум-фильтры при различной компоновке оборудования на фабрике.

1.Байченко А. А. Интенсивная технология обогащения угольных шламов. // Уголь.-1990. №10. С.49-

51.

2. La Mer V. K. Filtration of Colloidal Dispersions Flocculated by Anionic and Cationic Polyelectrolytes // Disc. Faraday Soc. 1966. № 42. P. 248-254.

3. Баран А. А. Полимерсодержащие дисперсные системы. - Киев: Наукова думка, 1986. 204 с.

4. Мягченков В. А. , Баран А. А. , Бектуров Е. А. , Булидорова Г. В. Полиакриламидные флокулянты. -Казан. Гос. Технол. ун-т, Казань, 1998. 288 с.

5. Байченко А. А., Байченко Ал. А., Козяк А. Г. Использование полиоксиэтилена для интенсификации фильтрования угольных шламов. // Уголь.-1975. №11. С. 65-67.

6. Байченко А. А. , Байченко Ал. А. Применение полимеров при замкнутом водоснабжении на углеобогатительных фабриках // Известия вузов. Горный журнал. - 1981. № 4. С.81-85.

7. Байченко А. А. , Евменова Г. Л. Разработка технологии использования флокулянтов // Сб. докл. на

международн. симпозиуме по химии горного дела. Киев, 6-9 октября, 1992. С. 273-281.

8. Байченко А. А. и др. Использование полиоксиэтилена для интенсификации фильтрования флото-концентрата в промышленных условиях. В сб. «Вопросы горного дела», Кемерово, 1974. вып. 68. 403 с.

9. Вейцер Ю. И. , Минц Д. И. Высокомолекулярные флокулянты в процессах очистки воды. - М.: Стройиздат, 1975. 191 с.

10. Байченко А. А. , Владимирцева Н. П. , Тарасова Н. Я. Деструкция высокомолекулярных флоку-лянтов в растворе // Вопросы горного дела: Сб. научн. тр. - Кемерово: 1975. вып. 79. С. 249-254.

11. Евменова Г. Л. , Байченко А. А. Эффективная технология приготовления водных растворов порошкообразных флокулянтов // Химия и технологическая технология. Сб. научн. Трудов, Кемерово: 1995. С. 70-74.

12. Сравочник по обогащению углей. // Под редакцией Благова И. С., Коткина А. М., Зарубина Л. С. -М.: Недра, 1984. 614 с.

13. Каменев П. Н. Гидроэлеваторы в строительстве. М.: Стройиздат, 1964. 403 с.

14. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. М.: изд-во «Энергия», 1970. 287 с.

Авторы статьи:

Байченко Кардашов

Арнольд Алексеевич Андрей Вячеславович

- докт. техн. наук, проф., зав. каф. - аспирант КузГТУ

обогащения полезных ископаемых.

УДК 622.648.24 А.А Байченко, А.Н Батушкин УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ АПОЛЯРНЫХ РЕАГЕНТОВ ПЕРЕД ПОДАЧЕЙ ИХ ВО ФЛОТАЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС

Флотация является не только практически единственным способом обогащения угольных шламов, но и важнейшим процессом регенерации оборотной воды и снижения потерь угля со сбросами шламовых вод. Одной из нерешенных проблем флотации остается малоэффек-тивность флотации частиц крайних размеров. Тонкодисперсные частицы (менее 10 мкм) разделяются недостаточно селективно, что приводит к снижению качества концентрата, а наиболее крупные угольные зерна неполно извлекаются в пенный продукт и тем самым увеличивают потери угля с отходами флотации [1].

Известно что, аполярные реагенты при флотации избирательно закрепляются на неполярных участках минеральных поверхностей частиц в виде отдельных капелек и при обычных условиях не растекаются по ним с образованием сплошных пленок [3].

Непосредственное введение масляных реагентов в процесс флотации малоэффективно даже при использовании маловязких углеводородов типа керосина, так как во флотационной машине они обычно диспергируются недостаточно хорошо [1]. При этом, как правило, часть реагента всплывает и переходит в пенный продукт, что приводит к его потери и загрязнению сточных вод обогатительных фабрик.

В связи с этим возникает необходимость предварительного эмульгирования труднорастворимых реагентов. Как показывает практический опыт эмульгирования реагентов, наиболее эффективными являются методы с применением ультразвуковых и акустических устройств, обеспечивающих получение тонкодисперсных и однородных по гранулометрическому составу [4].

На кафедре обогащения полезных ископаемых КузГТУ разработан ультразвуковой дис-

пергатор - установка по эмульгированию реагентов, который широко используется на фабриках Кузбасса. Эта установка была впервые спроектирована и запущенна в работу на ОАО ЦОФ “Березовская” в 1972 г. Применение эмульгированных реагентов позволяет снизить их расход, увеличить выход флотационного концентрата и повысить зольность отходов. При этом улучшается качество концентрата и возрастает скорость флотации.

В соответствии с программой, разработанной институтом КузГТУ и согласованной с ОАО ЦОФ «Березовская» в январе, феврале 2003 г., проводились промышленные испытания усовершенствованной установки по интенсификации флотации угольных шламов (крупностью 0 -0,5 мм.).

Плотность питания флотации составляла 115 г/л, нагрузка на флотационную машину — 80 т/ч, в качестве реагентов использовали газойль [5]