РМ инястерство

угольно* пром ышленности УССР

к

О

Украинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по обогащению и брикетированию углей

"У КР НИИУГЛЕОБОГ.АЩЕН ИЕ"

РЕКОМЕНДАЦИИ

по водно-шламовому хозяйству углеобогатительных фабрик

Лаборатория обезвоживания и водно-шламового хозяйства

г. Ворошиловград 1973 г

Вязкость пульп в зависимости от дисперсности твёрдого и его содержания

Содержание J Вязкость пульпы (н. сек/м^) при твёрдого, мкм крупности твёрдого,” в пульпе,| г/л менее 1000 ! менее 256 j менее 75 1 | менее 45 0 0,001140 0,001140 0,001140 0,001140 100 0,001208 0,001204 0,001208 0,001211 200 0,001275 0,001280 0,001308 0,001295 300 0,001321 0,001339 0,001428 0,001429 400 0,001434 0,001458 0,001607 0,001613 500 0,001614 0,001720 0,001955 0,002114 600 0,001704 0,002477 0,002955 0,003396 Эффективная вязкость воды, загрязнённой шламом, оп-

ределяется по формуле

(1^ =    ^    (    1    + АС ), н.сек/м². (1)

2

где    _в    -    динамическая    вязкость    воды,    н.сек/м ;

А - коэффициент, определяемый в зависимости

от объёмного содержания шлама крупностью менее 45 мкм в долях единицы по кривой рис. 2;

С - объёмное содержание шлама крупностью менее 45 мкм, равное

&

Рис. 2. Зависимость коэффициента А от объёмной концентрации шлама крупностью менее 45 мкм

-    содержание частиц крупностью менее 45 мкм в 1 м³ пульпы, кг/м³;

-    плотность твёрдого, кг/м³.

Если содержание шлама крупностью менее 45 мкм в циркуляционной воде фабрики равно бОг/л при плотности 1400 кг/м³, то объёмное содержание в долях единицы составит

6 . 1000 1000 . 1400

По кривой рис. 1 находим значение А, равное в данном случае 0,83.

Тогда эффективная вязкость циркуляционной воды при температуре 288°К будет равна

(и_эф - 0,00114 ( 1 + 0,83 . 0,043 )

Допустимое содержание твёрдого в циркуляционной воде

С увеличением эффективной вязкости среды возрастает сопротивление падающему телу, вследствие чего снижа^-г-ся эффективность ряда технологических процессов (отсадка, обезвоживание).

Как установлено исследованиями и практикой работы, для обеспечения,нормального ведения технологических процессов содержание твёрдого в циркуляционной воде должно быть:

при глинистых шламах    - не более 50 г/л

при малоглинистых шламах - не более 80 г/л.

При этих содержаниях показатели обогащения практически не изменяются. С увеличением содержания твёрдого в воде вязкость среды повышается, а показатели обогащения (зольность и глубина) ухудшаются (табл. 4).

Эффективность процесса отсадки в зависимости от степени загрязнения воды

Зольность (%) при содержании твёрдого в циркуляционной воде, г/л

I--- 1 200-250 20 Крупный уголь: питание 37,30 40,26 концентрат 6,00 5,22 Мелкий уголь: питание 15,44 18,97 концентрат 7,58 6,29

Глубина обогащения при этом составила:

при содержании твёрдого 200-250 г/л    1мм

при содержании твёрдого 20 г/л    0,4-0,5мм

Загрязнённая циркуляционная вода оказывает отрицательное влияние и на процесс обезвоживания (табл. 5).

Таблица 5 Влажность шлама в зависимости от содержания твёрдого в циркуляционной воде

Содержание твёрдого, г/л t ; Питание грохотов j Обезвоженный шлам Г Содержание! Золь- ! В лаж- ! Золь- ! твёрдого, ! ность, ! ность, ! ность, ____ _!_ г/л ! % ! % ! % 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5

9,22 165 365 13,24 30,70

1	! 2	! 3	! 4 !	5
180	416	14,22	31,00	10,08
190	464	16,29	31,80	13,80
200	400	13.80	33,50	10,31
350	460	13,13	35,10	10,57

В заключение следует отметить, что изменение свойств среды от увеличения содержания твёрдого в ней свыше 50г/л для сильноглинистых и 80г/л для слабоглинистых шламов весьма отрицательно влияет на эффективность таких процессов, как обогащение, сгущение, осветление вод и обезвоживание продуктов обогащения.

Солевой состав воды

Техническая вода, применяемая в качестве среды на углеобогатительных фабриках, всегда содержит некоторое количество растворенных солей. Но её химическое загрязнение происходит и на фабриках за счёт выщелачивания некоторых минеральных компонентов, содержащихся в обогащаемом материале.

В технической воде, поступающей на фабрики, содержатся катионы Na* /С*, Са**, Му**,    и    анио

ны НС0₃~, Cl~, N0₃~ . SOif 7 Если используются шахтные воды, то в них могут содержаться 77 ,    и    т.д.

Кроме того, в воде содержатся растворимые газы COj » 0₂ , Н2 и N2 • Встречается иногда аммиак, и при

наличии серного колчедана может образоваться серная кислота.

О степени химического загрязнения воды можно судить по её жесткости, концентрации водородных ионов. (pH) и

электропроводности. Общая минерализация циркуляционной воды зависит от содержания твёрдого и времени контакта угля с водой.

Солевой состав циркуляционной воды девяти углеобогатительных фабрик Донбасса показан в табл. 6. Приведен -ные данные показывают, что солевой состав циркуляционных вод фабрик, обогащающих донецкие угли, весьма разнообразен.

Электропроводность технической и циркуляционной воды на 14 фабриках Украины характеризуется данными табл. 7.

Таблица 7

Электропроводность воды Наименование ! Электропроводность воды в микро-I    сименсах

фабрики технической ! циркуляционной Михайловская 4354 5614 Белореченская 4102 5245 Славяносербская 2667 3333 Черкасская 2949 3787 Октябрьская 1684 2133 Куйбышевская 3595 4637 Суходольская 1684 2286 Дуванская 2286 3721 Кадиевская 1495 3216 Криворожская 2667 3200 Брянковская 3200 4051 Знамя коммунизма 2133 2286 Краснолучская 2581 2711 ОФ. Днепропетровского КХЗ 405 2287

Солевой состав циркуляционной воды

pH ! Сухой !остаток, ! мг/л ! Жесткость! ! обшая, ! ! мг/экв ! Ионный состав, мг/л К* • Ха* '■ !*с«” ; щ**\ сг 1 I so;~ \ко; 7,5 4051 29,0 716,9 334,7 149,9 314.6 2376,0 109,8 7,5 3338 26,5 577,8 260.5 183,9 352,0 1824,0 231,0 7,5 3470 25,5 638,5 276,5 142,0 324,9 1888,0 292,0 7,5 3100 26,0 544,4 284,0 131,0 444,5 1640,0 183.0 7,3 1638 15,0 269,7 188,4 69,1 215,4 869,0 122,0 7,4 2036 7,5 538,0 108,2 46,8 294,8 937,7 189,1 7.4 2518 11,0 636,9 144,3 46,3 304,3 1247,9 225,7 7,4 3352 32,0 377,1 368,7 169,0 444,5 1614,7 146,4 7.3 2042 12,5 416,0 136,3 69,4 352,2 793,2 256,2

Ранее считалось, что допустимая электропроводность не должна превышать 2500 микросименсов, так как высокая электропроводность вызывает коррозию стальных конструкций. Однако последние исследования института "УкрНИИуг-леобогашение" показали, что увеличение минерализации циркуляционной воды на фабриках практически мало изменяет её коррозионную активность. Поэтому использование сильно минерализованных сульфатных шахтных вод на углеобогатительных фабриках вполне допустимо.

При замыкании водного цикла на фабрике в циркуляционной воде устанавливается динамическое равновесие солей в количестве 3000-6000 г/м³. Соли в таком количестве улучшают процесс осветления загрязненных вод.

Глава П. ШЛАМЫ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА

Шлам

В практике обогащения углей обычно шламом называют продукт, получаемый в результате мокрого обогащения,крупность которого не превышает 1 мм. Этот верхний предел крупности шлама сохранился в практике обогащения со времени, когда не применялась флотация, и до сих пор ошибочно принимается при оценке процессов и даже при проектировании фабрик.

Между тем технологической границей, определяющей верхний предел крупности шламов, является граница эффективного обогащения угля методом отсадки и флотации. Этот размер, как показывает практика работы углеобогатительных фабрик, равен 0,5 мм. В силу этого к шламу нужно относить частиц/ы угля, крупность которых менее 0,5 мм.

В связи с тем, что изменение эффективной вязкости загрязнённой шламом воды резко увеличивается при крупности частиц менее 35 мкм, шлам углеобогатительных фабрик следует делить на два следующих вида:

зернистый, размером более 35 мкм, который относительно легко обогащается, улавливается и обезвоживается и

тонкий, размером менее 35 мкм, который весьма труден для обработки, вызывает резкое увеличение эффективной вязкости пульпы и затрудняет ведение таких процес -сов, как обогащение, обезвоживание, осаждение и- фильтрование.

На углеобогатительных фабриках шлам находится в не-обогашенном виде (рядовой), в обогащенном (флотационный концентрат, концентрат гидроциклонов и концентрационных столов) и в виде хвостов (флотации, гидроциклонов и концентрационных столов).

Состав шламов в разных узлах технологической схемы различен. В рекомендациях приведены данные, относящиеся к рядовому углю, необогашенному шламу и шламу конечному, т. е. находящемуся в конечных продуктах обогащения, включая и шлам сбросовых вод.

Ситовый состав различных шламов характеризуется следующими фактическими данными :

Крупность, Пределы колебания Среднее значе-мм    выходов,    %    ние выходов, %

Необогашенный шлам коксующихся углей

+ 1 0- 9,35 217 0,5-1 2,1 - 14,20 10,30 0,25 - 0,5 3,5 - 34,10 11,94 0,125 - 0,25 4,0 - 20.00 10,43 0,045 - 0,125 4,1 - 19,50 11,95 - 0,045 31,2 -79,50 53,21 Необогашенный антрацитовый шлам + 3 0 - 25,80 6,01 1 - 3 4,0 - 30,00 18,01 о 1 ю о 6,5 - 15,00 10,56

0,25 - 0,5	7,0 - 22,00	15,00
0,125 - 0,25	6,6 - 19,00	14,09
0,045 - 0,125	4,0 - 15,00	7,18
- 0,045	6,0 - 61,70	29,15
	Концентрат флотационный
+ 1	со со 1 о	2,00
0,5 - 1	0,2 - 33,0	10,00
0,25 - 0,5	0,5 - 37,6	17,42
0,125 - 0,25	0,21 - 27,3	14,08
0,045 - 0,125	0,6 - 46,6	19,35
- 0,045	25,5 - 72,4	37,15
	Хвосты флотации
+ 1	0 - 1,5	0,42
0,5 - 1	0 сл 1 -4 О	2,84
0,25 - 0,5	1,0 - 9,0	4,66
0,125 - 0,25	1,0 - 10,0	5,32
0,045 - 0,125	2,0 - 12,0	6,64
- 0,045	67,0 - 90,0	80,12
Средний размер частиц различных шламов		составляет:
необогащенный шлам коксующихся углей		0,196 мм;
необогашенный антрацитовый шлам -		0,782 мм;
концентрат флотационный		0,222 мм;
хвосты флотации	_	0,079 мм.

В настоящем четвёртом издании изложены рекомендации института "УкрНИИуглеобогащение" по вопросам водно - шламового хозяйства, составленные по материалам работы углеобогатительных фабрик и исследований в этой области.

Рекомендации составили:    Т.    Г.    Фоменко

В. С. Бутовецкий Е.М. Погарцева

А.М. Коткин

Минералогический состав различных шламов характеризуется следующими данными :

Наименование    Пределы    колебаний    Среднее

минералов    содержания,    %    содержание,%

Необогащенный шлам коксующихся углей

Пирит 4,3 - 8,4 5,55 Карбонаты г О) О 5,6 2,12 Глинистое вещество 3,7 - 21,6 15,42 Кварц 0 - 0,9 0,61 Органическая масса 64,4 - 84,5 76,30 Необогащенный антрацитовый шлам Пирит 1,1 - 7,5 3,48 Карбонаты 1,7 - 8,8 4,21 Глинистое вещество 8,0 - 39,5 20,90 Кварц 0,5 - 3,6 2,01 Органическая масса 51,9 - 80,5 69,40 Концентрат флотационный Пирит 2,7 - 8,0 5,62 Карбонаты 0,5 - 4,5 1,61 Глинистое вещество 0,48 - 9,3 2,90 Кварц 0 - 0,5 0,25 Органическая масса 85,5 - 92,0 89,62 Хвосты флотации Пирит 1,0 - 6,0 4,42 Карбонаты 1.1 - 6,2 4,33

Стр.

Введение    5

Глава 1. Техническая вода, ее загрязнение и свойства .......... 6

Глава П. Шламы и их характеристика .    .    17

Глава Ш. Флокуляция шламов ....    39

Глава 1У. Выделение шламов из угля .    .    51

1.    Отстойные классификаторы ...    51

2.    Центробежные классификаторы .    .    65

Глава У. Сгущение шламов и осветление воды    68

Глава У1. Обезвоживание методом дренирования ...........81

Глава УП. Обезвоживание шлама в центробежном поле.........83

Глава УШ. Обезвоживание фильтрованием    .    86

1.    Обезвожтание концентрата флотации

методом фильтрования ....    87

2.    Предварительное сгущение флотацион

ного концентрата перед его фильтрованием ........99

3.    Фильтрование антрацитового шлама    103

4.    Фильтровальные сетки .    ...    105

Стр.

Глава IX. Водно - шламовое хозяйство .    108

1.    Схемы осветления воды ...    109

2.    Обоснование и выбор водно-иламовой

схемы........ ИЗ

3.    Расчёт водно - шламовых схем .    114

4.    Сравнение различных вариантов схем    129

5.    Рекомендуемые водно-шламовые схемы    135

6.    Схемы обезвоживания и складирования

хвостов флотации..... 138

Глава X. Определение показателей обезвоживания и классификации шламов    145

ВВЕДЕНИЕ

Обработка шламов (улавливание, сгущение и обезвоживание) в настоящее время является весьма важным звеном в технологических схемах углеобогатительных фабрик. От типа принятой водно-шламовой схемы и её совершенства, а также режима её эксплуатации во многом зависят потери топлива с отходами.

Увеличение выхода мелких и тонких классов в добываемых и поступающих на обогащение углях в значительной мере способствует обильному шламообразованию на фабриках.

В последние годы на углеобогатительных фабриках Донбасса и других бассейнов страны водно-шламовые схемы значительно усовершенствованы и упрощены.

Основываясь на практике эксплуатации фабрик, выполненных исследованиях, а также используя новые решения отдельных узлов схем, аппаратов и устройств, лабораторией обезвоживания и водно-шламового хозяйства института "УкрНИИугдеобогащение" были разработаны рекомендации и изданы в 1966, 1968 и 1969 годах.

Настоящее четвёртое издание рекомендаций значительно дополнено новыми достижениями в области улавливания, сгущения и обезвоживания шламов.

Рекомендации предназначаются для проектировщиков и работников фабрик, но опи могут быть использованы и другими инженерно - техническими работниками, связанными в той или иной степени с вопросами обогащения углей.

В дальнейшем по мере поступления замечаний и пожеланий от работников фабрик, трестов, институтов и других заинтересованных организаций и лиц, а также накопления практических данных и результатов исследований эти рекомендации будут уточняться и дополняться.

Глава 1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ВОДА, ЕЁ ЗАГРЯЗНЕНИЕ И СВОЙСТВА

На углеобогатительных фабриках для уменьшения расхода воды предусматривается её циркуляция. В связи с этим вода загрязняется шламом, насыщается солями и благодаря этому изменяет свои свойства.

Плотность. Плотность химически чистой воды в зависимости от температуры характеризуется следующими данными :

Плотность технической воды, используемой фабриками, вследствие содержания в ней солей несколько отличается от плотности химически чистой воды, но все же близка к ней и условно считается равной 1,0г/см³ при температуре 277-289°К. Плотность воды, загрязнённой шламом, в зависимости от его содержания и плотности характеризуется данными табл. 1.

Вязкость. Значения динамической вязкости химически чистой волы в зависимости от температуры приведе -ны в табл. 2.

Динамическая вязкость технической воды, в которой растворены соли, повышается незначительно.

Плотность пульпы в зависимости от содержания твёрдого

и его плотности

Содержание Плотность пульпы (г/см3) при плотности твёрдого, г/см3

твердого в воде, г/л 1,35 1,40 1,45 1,50 1,55 1,60 2,20 2,30 2,40 50 1,012 1,014 1,016 1,018 1,019 1,021 1,042 1,046 1,050 100 1,025 1,029 1,033 1,036 1,040 1,044 1,087 1,091 1,102 200 1,049 1,055 1,063 1,070 1,077 1,084 1,168 1,182 1,196 300 1,075 1,088 1,097 1,108 1,118 1,129 1,258 1,279 1,301 400 1,100 1,114 1,128 1,142 1,158 1,171 1,342 1,370 1,398 500 1,125 1,143 1,161 1,179 1,197 1,214 1,429 1,465 1,501 800 1,150 1,172 1,194 1,215 1,237 1,258 1,516 1,559 1,602

-J

Вязкость воды в зависимости от температуры

Температура, °К Динамическая вязкость, н. сек/ м^ Температура, °к Динамическая вязкость, н.сек/м^ 278 0,0015180 313 0,0006536 283 0,0013097 318 0,0005970 288 0,0011447 323 0,0005492 293 0,0010087 333 0,00046 99 298 0,00089^9 343 0,0004571 303 0,0008004 353 0,0003570 308 0,0007208 363 0,0003166

Вода, содержащая шлам, приобретает новые свойства, отличные от свойств технической воды.

При оценке вязкостных свойств воды, загрязненной шламом, нужно учитывать не только содержание твёрдого, но и всю сложность взаимодействия между частицами твёрдого и между твёрдой и жидкой фазами. Поэтому применяемый к циркуляционной воде термин 'вязкость' является несколько условным и не отвечает понятию вязкости ных свойств, присущих загрязнённым шламом водам.

Для выражения вязкостных свойств загрязнённой воды существует специальный термин 'эффективная вязкость'.

Фактические данные эффективной вязкости разных шламовых пульп при температуре 288°К приведены в табл. 3.

Установлено, что изменение эффективной вязкости загрязнённой шламом воды резко увеличивается при крупности частиц шлама размером менее 35-45 мкм(рис. 1).При размерах частиц шлама более 35-45 мкм эффективная вязкость загрязнённой шламом воды практически мало отличается от динамической вязкости технической воды.

Рис. 1. Эффективная вязкость пульпы в зависимости от крупности шлама при содержании твёрдого, г/л: 1-10,    2-25,    3-50,    4-75,    5-    100,    6-    150,

7-200