Методика проведения экспериментов в рамках исследования процесса обезвоживания железорудного концентрата с использованием вакуумных дисковых фильтров

© А.Ю. Воловиков, 2013

УДК 622.794.22 А.Ю. Воловиков

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В РАМКАХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАКУУМНЫХ ДИСКОВЫХ ФИЛЬТРОВ

Описаны основные понятия и принципы методики, разработанной и использовавшейся в процессе исследованиях разделения суспензии железорудного концентрата с применением дисковых вакуумных фильтров.

Ключевые слова: дисковый фильтр, железорудный концентрат, обезвоживание.

Основной задачей исследований процесса обезвоживания является определение степени и механизма влияния флотационных реагентов разных классов на засорение керамических фильтров. В качестве реагентов, оказывающих влияние на этот процесс, были взяты реагенты, наиболее часто используемые в процессе обезвоживания суспензий:

• вспениватель;

• коллектор;

• депрессор.

Помимо технологических химикатов для опытов было взято моторное масло, как примесь, наличие которой возможно в суспензии в случае протечек в различных узлах оборудования, используемого в процессе обогащения на стадиях, предшествующих разделению суспензии [1].

Практический этап состоит из двух серий экспериментов:

1. Лабораторные испытания взаимодействия керамического материала фильтрующих пластин с флотационными реагентами в их водных растворах в отсутствие потока фильтрата.

2. Разделение суспензии «жидкость-твердое» на экспериментальной установке.

Лабораторные испытания

В преддверии длительных экспериментов по обезвоживанию железно-рудных концентратов (ЖРК) было решено провести лабораторные тесты керамических пластин. Целью этих тестов было исследование возможных взаимодействий между флотационными реагентами и керамическим материалом. В экспериментах использовалось технически простое оборудование, позволяющее выдерживать фильтрующие пластины в водных растворах реагентов с непрерывным их перемешиванием. Пластины выдерживались в среде реагентов на протяжении 250 часов с помощью стенда, представленного на рисунке 1.

Рис. 1. Стенд для проведения лабораторных тестов: 1 - стойка-держатель, 2 -генератор переменного магнитного поля, 3 -химический стакан, 4 - фильтрующая пластина, 5 - магнитная мешалка.

Через 6, 12 и далее каждые 24 часа производились измерения проницаемости фильтрующих перегородок. Измерения были основаны на фиксации временного промежутка, за который происходит накопление определенного объема промывочной воды при неизменной температуре. В тестах использовались керамические пластины, отличающиеся по форме от фильтрующих элементов, примененных на пилотном фильтре, однако имеющие идентичную структуру и внутреннее строение, что позволило применить полученные результаты для прогнозирования протекания дальнейших экспериментов по фильтрации суспензии. Результаты экспериментов будут описаны в следующей статье.

Эксперименты по фильтрации

Непрерывные эксперименты по обезвоживанию были выбраны как необходимый этап исследований характера засорения фильтров, механизма взаимодействия флотационных реагентов с керамическим материалом и суспензией ЖРК. Такие технологические параметры как глубина вакуума, уровень пульпы в корыте, давление воды обратной промывки, продолжительность обратной промывки, периоды различных функциональных стадий работы дискового фильтра были подобраны максимально подобно промышленным фильтрующим установкам для получения предельно реалистичной информации о процессе [2]. Одновременно, был обеспечен непрерывный сбор таких оперативных показателей как величина потока фильтрата, проницаемость фильтрующей перегородки, масса осадка и оперативные параметры процесса, для обеспечения дальнейшей эффективной их обработки. Аппаратное исполнение экспериментальной установки представлено в отдельной публикации.

Подготовка суспензии и оборудования

В течение пробных пусков оборудования пульпа с концентрацией твердого 65—70 масс.% была выбрана как наиболее подходящей для проведения разделения суспензии с получением достаточного количества осадка на поверхности фильтра. Для исключения возможного влияния примесей и загрязнений в технологической воде, суспензия готовилась с использованием дистиллированной воды. Необходимое количество твердого рассчитывалось с учетом влажности ЖРК, которая составляла 7.9 масс.%. Уравнение 1 использовалось для расчета количества воды и концентрата для приготовления суспензии заданного состава.

С,

ттзп (0,921

тт + т тш3п + т + ттап(0,079

где С№ — концентрация твердого в пульпе, [-]; т03 - масса твердого, [кд]; т№ - масса воды, [кд]; ттдп -

масса влажного ЖРК, [кд]

Основная часть пуско-наладочных работ была проведена при пробных пусках установки и включала в себя отладку фильтра, вакуумного эжектора, системы обратной промывки, системы охлаждения репульпатора, системы рециркуляции суспензии, приборов КИПа, а также настройку блока сбора и записи информации о технологических параметрах процесса. Период вращения главного вала был установлен равным 34 секундам в соответствии с данными с промышленных установок [3].

Проницаемость новых, неиспользованных фильтрующих пластин была крайне низкой, в связи с этим они также прошли специфическую обработку перед экспериментами. Пластины были выдержаны в дистилли-

рованной воде 24 часа для заполнения капилляров жидкостью, что обеспечивало их штатное функционирование. Проведение подготовительных процедур позволило достичь минимального значения проницаемости фильтрующего керамического материала в 5.5 м3/ м2,ч-бар.

В общей сложности было изготовлено 10 фильтрующих пластин. В связи с особенностями изготовления средняя проницаемость каждой из пластин варьировалась в рамках 5.81-7.00 м3/ м -ч-бар. Для обеспечения достоверности получаемых результатов, проницаемость каждой пластины измерялась непосредственно перед экспериментом. Измерения проводились на установке в режиме обратной промывки с избыточным давлением 1 бар.

Отдельное внимание было уделено процедуре обратной промывки фильтра. При калибровке обратной промывки технологические параметры подбирались, исходя из потребности удаления твердых частиц с поверхности фильтра для предотвращения закупоривания ими пор керамического материала [4]. Вместе с тем необходимо было предотвратить избыточное поступление промывочной жидкости в корыто фильтра, так как в этом случае происходит разбавление суспензии водой и снижение массовой доли твердого. Исходя из вышеупомянутых условий, давление и продолжительность обратной промывки был подобраны таким образом, что промывочная жидкость едва достигала поверхности фильтра, без существенного разбавления суспензии (< 0.6 кг/ч).

Содержание экспериментов по разделению суспензии

Основная часть оперативных параметров фильтрования устанавливалась в течение калибровки обратной промывки. В течение эксперимента существенные оперативные и технологические параметры фиксирова-

Рис. 2. Формирование слоя осадка на фильтровальной пластине

лись в специально разработанный журнал, включавший в себя ниже перечисленные пункты:

Оперативные параметры:

• Глубина вакуума.

• Давление жидкости обратной промывки

• Период вращения вала.

• Время отбора проб.

• Концентрация твердого.

• Влажная масса.

• Сухая масса.

• Температура.

• рН суспензии.

• Характеристика суспензии

• Хронографическая шкала эксперимента

Вид осадка, получаемого на фильтрующей пластине в момент его отделения скребками, представлен на рис. 2.

Для предотвращения нештатных ситуаций процесс фильтрования находился под непосредственным контролем оператора, либо наблюдался посредством системы видеомониторинга.

Отбор проб

Отбор проб включал в себя отбор суспензии одновременно с формирующимся осадком в определенные интервалы времени. Главной целью отбора проб был сбор информации о состоянии суспензии и его влиянии на количество и влажность образующегося осадка. Эти наблюдения не относились к основным задачам иссле-

дования, но способствовали более глубокому анализу полученных результатов с учетом текущих характеристик суспензии и осадка.

Было найдено несколько способов отбора проб суспензии с установки, но как результат особенностей в строении оборудования, возможны были различия в содержании твердого в суспензии, образование застойных зон и зон с пониженной концентрацией ЖРК. Сравнительный анализ проб, взятых в течение одной минуты из разных источников при неизменных технологических параметрах, показал, что пульпа, взятая из рецикла и из питающего патрубка, обладает идентичным содержанием твердого, который был принят за реальное среднее содержание твердого в суспензии. Данный факт также свидетельствовал об отсутствии пагубного влияния системы распределения суспензии на ее однородность.

Отбор проб осадка велся непосредственно с поверхности фильтра, в момент его отделения на скребках. Этот способ обеспечивал постоянное время таких стадий фильтрации, как формирование осадка и его сушка, которые потенциально могли влиять на влажность получаемого осадка.

Далее массы взятых проб измерялись и помещались в печь при темпера-

1. Белоглазов И.Н. Фильтрование технологических пульп. — М.: ФГУП «Издательский дом «Руда и металлы», 2003. 320 с.

2. Веселова Е.Л. Определение закономерностей обезвоживания в вакууме и разработка структуры автоматизированного оборудования: Дис. канд. техн. на-ук:05.13.07. — М., 1998. — 181 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

туре 150 °С для испарения воды. После чего взвешивание производилось повторно, и рассчитывалось содержание твердого и влажность осадка для проб суспензии и осадка соответственно.

Заключение

Разработанная и описанная выше методика проведения цикла экспериментов по обезвоживанию железорудного концентрата была использована в исследовании влияния флотационных реагентов на материал керамических вакуумных дисковых фильтров. Основным требованием при проработке каждого шага представленной методики являлось максимальное подобие лабораторного процесса промышленному с учетом масштабирования оборудования. В результате удалось получить полнофункциональный процесс разделения суспензии, содержащий все технологические этапы соответствующей стадии обезвоживания ЖРК.

Важной и наиболее ценной особенностью представленной методики и установки является ее универсальность и возможность применения в целом ряде исследований, посвященных процессу разделения суспензии «жидкость-твердое» с применением вакуумных дисковых фильтров.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. ГольдбергЮ.С., Гонтаренко A.A., Баришполец В.Т. Процессы и оборудование для обезвоживания руд. — М.: Недра, 1977. 168с.

4. Пухнатый A.E. Исследование закономерностей и интенсификация процесса обезвоживания пульп марганцевых и железорудных концентратов. М.: ИПКОН РАН, 1993. — 17с. ЕПЗ

Воловиков Артем Юрьевич - аспирант кафедры АТПП, volovikovartem@mail.ru, Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (Горный университет).