МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ УССР

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

'’УкрИИИуглеобогащенне'

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГИДРОЦИКЛОНОВ В ВОДНО-ШЛАМОВЫХ СХЕМАХ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Лаборатория обезвоживания и шламового хозяйства

Луганск

1969

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ УССР

' У кр Н И Иуглеобогашение'

УТВЕРЖДАЮ

начальник Главуглеобогащения ЛУП УССР

_И.Н.ИВАНОВ

10 октября 1969 года

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ ГИДРОЦИКЛОНОВ В ВОДНЭ^ШЛАМОВЫХ СХЕМАХ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Лаборатория обезвоживания и шламового хозяйства

Луганск

1969

10,

твердого в исходном продукте требует повышения напора на входе в аппарат* При напорах более 1 ати, в гидроциклонах О 900 мм изменение содержания твердого в исходном мало влияет на конечные результаты процессов, связанных с классификацией шлама. Обычно реологические свойства суспензии в большей степени определяют процесс сепарации (обогащение шлама), поскольку эта технологическая операция осуществляется при небольших напорах (4-7 м вод.ст*) и содержании твердого в исходном продукте 300-400 г/л.

При большом количестве в исходном продукте крупнозернистого шлама, что обычно характерно для подрешетного обезвоживающих грохотов, целесообразно применение гидроциклонов большого диаметра и малых напоров.

Для осветления и классификации тонких шламов, содержащихся в сливах различных аппаратов, используемых для первичной классификации, необходимы более высокие напоры, а в некоторых случаях, когда требуется получить минимальный размер граничного зерна разделения, следует использовать гидроциклоны малого диаметра с гладкой внутренней поверхностью.

На основании проведенных исследований и эксплуатации гидроциклонов в технологических схемах обогатительных фабрик можно рекомендовать их применение для следующих операций:

сгущения и осветления первичных шламовых вод вместо пирамидальных отстойников;

сгущения и осветления слива пирамидальных отстойников и багер-зумпфов;

сгущения и осветления шламовых вод в две стадии; сгущения и осветления шламовых вод в одну стадию с направлением части слива на флотацию и части - в оборот;

классификации шлама перед флотацией*

Кроме перечисленных операций, гидроциклоны в отдельных случаях могут применяться для сгупения шламов перед шламовыми грохотами, вакуум-фильтрами и концентрационными столами* На некоторых фабриках гидроциклоны

11

“"используются для сепарации крупнозернистых угольных шламов в 'водной' среде (табл. 1).

На Ново-Кондратьевской ГОФ в гидроциклонах О 900мм сгупвют и классифицируют первичные шламы (рис. 3).Подрешетные воды обезвоживающих грохотов поступают в зумпф, откуда насосами 12 НДС подаются в гидроциклоны. Сгущенный продукт гидроциклонов обогащается на концентрационных столах или в отсадочных машинах. На некоторых углеобогатительных фабриках малозольный сгущенный продукт можно подавать на обезвоживающие грохоты или вакуум-фильтры. Слив гидроциклонов поступает в радиальный сгуститель для вторичного осветления. Внедрение такой водно-шламовой схемы позволяет отказаться от громоздких, малоэффективных пирамидальных отстойников.

На рис. 4 изображена водно-шламовая схема Углегорской ЦОФ, где в гидроциклонах в две стадии сгущают и классифицируют угольные шламы. Подрешетные воды обезвоживающих грохотов самотеком поступают в гидроцив ю-ны О 900 мм. Сгущенный продукт гидроциклонов подается на обогащение в отсадочные машины и на концентрационные столы или на обезвоживающие грохоты. Слив гидро-циклонов первой стадии циркуляционными насосами подается в гидроциклоны второй стадии осветления. Слив этих гидроциклонов делится на две части: большая идет в баки оборотной воды и меньшая - в радиальный сгусти -тель. В радиальный сгуститель возможна также подача коагулянта для получения чистого слива и снижения содержания твердого в оборотной воде. Сгущенный продукт гидроциклонов второй стадии поступает самотеком в вакуум-фильтры. Работа обогатительной фабрики по описанной схеме позволяет упростить водно-шламовую схему: заменить пирамидальные отстойники и в значительной степени разгрузить радиальные сгустители.

На обогатительных фабриках, не имеющих радиальных сгустителей, рекомендуется установка гидроциклонов для сгущения и классификации вторичных шламов. Такая схема применяется на Ткварчельской ЦОФ.

Применение гидроциклонов и основные технологические показатели их работы

При обработке антрацитовых шламов рекомендуемые напоры могут быть уменьшены на 1-2 м вод.ст.

Максимальное содер-до 0,1    30-40    жание    твердого    в

сгущенном продукте 800 г/л, дли антрацитов 1000 г/л

в)шлама перед фло- Г 6 тацией    Г    9

г Дополнительное сгущение шламов перед хонцентрацион- Г в ными столами, ва- Г 9 куум-фильтрами, шламовыми грохотами.

П. Обогащение шламов Г 6 В 'водной' среде Г 9

16.

В настоящее время на многих углеобогатительных фабриках гидроциклоны применяются для сгущения и классификации шламов в одну стадию (ОФ Ясиновского КХЗ, Советская, Ново-Узловская ГОФ и др.). По этой схеме (рис. 5) подрешетные воды обезвоживающих грохотов поступают в зумпф и далее циркуляционными насосами подаются в гидроциклоны. Сгущенный продукт гидроциклонов поступает на обогащение в отсадочные машины либо на обезвоживающие грохоты. Часть слива направляется в баки оборотной воды, остальная часть идет на флотацию. Недостатками такой схемы является необходимость флотировать большое количество разжиженной пульпы, что осуществимо только на фабриках, имеющих достаточный фронт флотации и фильтрации, а также направление шламов в отсадочную машину, что ухудшает результаты обогащения и обезвоживания мелкого концентрата.

Результаты работы гидроциклонов Г9 и Г12 при сгущении и осветлении шламов приведены в табл. 2 и 3.

Классификация шлама перед флотацией

На некоторых действующих углеобогатительных фабриках в связи с недостаточным фронтом осветлительно-сгу-стительных устройств на флотацию поступает материал, содержащий частицы угля крупнее 0,5 П) мм. Естественно, большая часть крупнозернистого шлама теряется с хвостами флотации.

Для улучшения технологических показателей работы фабрики необходимо совершенствование водно-шламовой схемы с целью получения более точного разделения шламов по крупности. В частности, для классификации шламов, поступающих на флотацию, могут быть использованы гидроциклоны, что существенно снизит потерн крупных классов в хвостах.

Необходимая крупность разделения исходного материала в гидроциклонах может быть достигнута подбором со-

Характеристика продуктов гидроциклона О 900 мм при Н ^ж 10 м вод.ст.

Таблица 2

J Исход- ! Слив гидроциклона ! Сгущенный продукт Класс, 1 ный ! Выход ! Выход ! Извлечен | | Выход ! Выход ! ! Извле- .продукт ; У.% к ТГ ,% к 1 | | мм '(приве- : 6 ,% К ! НИ® ! 1 у ,% К, чение ; денный)! ! ! продук- ! исход- ! £ сл.,% ! продук ! исход- ! ! £ сг.,% ! J ,% ! ту ! ному ! ! ту ! ному ! 1 + 3 2,74 - - - 4,25 2,74 100,0 3 - 1 9,02 - - - 13,98 9,02 100,0 1 - 0,5 20,75 0,97 0,34 1,6 31,65 20,41 98,4 0,5 - 0,25 25,61 17,34 6,16 24,0 30,14 19,45 76,0 0,25 - 0,125 11,21 14,92 5,30 47,3 9,17 5,91 52,7 0,125 - 0,06 7,32 12,31 4,37 59,7 4,58 2,95 40,3 - 0,06 23,35 54,46 19,33 82,8 6,23 4,02 17,2 Итого 100,00 100,00 35,50 100,00 64,50 г/л 260 180 800 ь&/ч 450 360 90

Составители:    А. А.    БЕЗВЕРХИЙ

С.М.ХОДОС В.Е.ФЕДОРЧЕНКО К.П.ПУРЫГИН

Ответственный за выпуск

Таблица 3

Характеристика продуктов гидроциклона 0 1200 мм при Р ■ 1,5 дти

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ............... 4

1.    Применение гидроциклонов в водно-шламовых

схемах углеобогатительных фабрик...... 5

2.    Основные факторы, влияющие на работу гидроциклонов ................... 20

3.    Монтаж, наладка и регулировка гидроциклонов ........................ 31

4.    Измельчение угля в гидроциклонах...... 33

5.    Повышение износостойкости гидроциклонов. .    34

6.    Расчет производительности гидроциклонов . .    46

ЛИТЕРАТУРА............ 50

ВВЕДЕНИЕ

Широкое применение гидроциклонов для различных технологических операций во многих отраслях промышленности и, в частности, в углеобогащении объясняется высокой эффективностью их работы, простотой конструкции и небольшими эксплуатационными затратами.

Гидроциклоны используются для осветления загрязненных жидкостей, сгущения шламов, классификации и обогащения, Все эти процессы основаны на закономерностях движения зернистого материала в жидкости, в поле действия центробежных сил.

Скорость осаждения твердых частиц зависит от их крупности. С уменьшением размера частиц их масса уменьшается пропорционально кубу диаметра, а сопротивление -- пропорционально квадрату диаметра. Абсолютная скорость перемещения мелких зерен в воде в поле действия силы тяжести невелика. Это объясняет небольшую удельную производительность осветлительных и сгустительных устройств, использующих силу тяжести.

В центробежных аппаратах величина центробежных сил_: может в сотни раз превосходить силу тяжести, что определяет эффективность технологического процесса, осуществляемого в таких аппаратах.

Преимуществами гидроциклонов перед другими аппаратами являются:

l3 большая производительность (как абсолютная, так и отнесенная к занимаемой площади);

2)    более четкое разделение обрабатываемого материала по крупности;

3)    возможность работы на более плотных пульпах;

4)    невысокая стоимость и простота конструкции.

5.

1. ПРИМЕНЕНИЕ ГИДРОЦИКЛОНОВ В ВОДНОШЛАМОВЫХ СХЕМАХ УГЛЕОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

Роль шламового хозяйства углеобогатительной фабрики целесообразно свести к трем технологическим операциям:

осветлению моечных вод путем максимального извлечения твердого в различных аппаратах;

сокращению объема пульпы, перерабатываемой во флотационных машинах и в других технологических аппаратах за счет её сгущения;

классификации твердой фазы по заданным граничным зернам с целью предотвращения поступления частиц крупнее 1 (0,6) мм в процесс флотации и выделения крупнозернистого обогащенного материала в виде готового продукта.

Для осуществления перечисленных технологических операций на обогатительных фабриках используются пирамидальные отстойники и радиальные сгустители, занимающие значительные производственные площади* Производительность этих, аппаратов, несмотря на значительные площади осветления, невелика. Так, удельная нагрузка на 1м^ площади осветления пирамидальных отстойников в среднем равна 8-10 м /ч, а на 1 м^ площади осветления радиального сгустителя - до 4 м /ч. При большом содержании твердого в исходном продукте (200 г/л) размер граничного зерна разделения в пирамидальных отстойниках колеблется в широких пределах и достигает 2 мм.

В последнее время наметилась тенденция к замене пирамидальных отстойников другими, более совершенными аппаратами: багер-эумпфами и гидроциклонами. Баг ер-зумпфы в основном используются для предварительного обезвоживания мелкого угля и извлечения крупнозернистого шлама. Институтом 'УкрНИИуглеобогащение* проведена работа по замене пирамидальных отстойников гидроциклонами большого диаметра, в которых под действием низ-

8,

кого напора жидкости создаются поля центробежных сил, позволяющие интенсифицировать процесс осветления моечных вод и классификацию шламов.

Опыт применения гидроциклонов на углеобогатительных фабриках показал их преимущество по сравнению с пирамидальными отстойниками. Граничный размер разделения угольных шламов в гидроциклоне в зависимости от напора на входе может достигать 0,1-0,2 мм* На операции первичного осветления моечных вод и извлечения крупнозернистого шлама используются относительно небольшие напоры (8 м вод.ст* для гидроциклонов Q 630 мм, 10 м вод.ст. для гидроциклонов 0 900 мм и 20 м вод.ст. для гидроциклонов 0 1200 мм). При таких напорах граничный размер разделения составляет 0,2-0,3 мм. Для снижения граничного зерна разделения до 0,1 мм напоры на входе в гидроциклон должны быть увеличены в 1,5-2 раза. Применение больших напоров нецелесообразно, так как при этом граничное зерно разделения почти не уменьшается, а энергетические затраты возрастают.

В настоящее время на углеобогатительных фабриках получили распространение гидроциклоны трех типоразмеров: 0 630, 900 и 1200мм (рис. 1,-2).

Техническая характеристика гидроциклонов

Производительность по пульпе, м3/ч, при напоре на входе	Г 6	Г 9	Г 12
10 м вод.ст.	300	450	-
20 м вод.ст.	-	650	1000
Диаметр цилиндрической части,мм	630	900	1200
Угол конусности, град. Оптимальный угол наклона к го	20	20	'20
ризонту, град. Диаметр сливного и питающего	30-40	30-40	30-40
патрубков, мм	200	250	300

7.

Диаметр сливного стакана, мм 190 240 320 Размеры входного сечения, мм 100x150 125x160 200x300 Диаметр насадка для 50-60- 50-60- 50—60— выпуска сгущенного 70-80- 70-80- 70-80- продукта, мм 90-ЮО-110-120- 90-ЮО-110-120 90-100- 110-120 Габаритные размеры, мм длина с насадками niOUOt 2270 3200 4460 min 2070 - 4260 ширина 1285 1650 1950 В е с, кг 890 1223 2654 Исполнение Сварные с покрытием из

шлакоситалла или сварные без покрытия

При использовании гидроциклонов для выполнения отдельных технологических операций в промышленных условиях часто не учитываются различия в гидродинамических и технологических характеристиках аппаратов, которые обусловлены их размерами и конструктивными особенностями. Так, в ряде случаев крупнозернистые шламы подаются для классификации и сгущения в гидроциклоны небольшого диаметра с применением больших напоров. В результате этого во время эксплуатации зашламовываются песковые насадки и наблюдается значительное измельчение крупных угольных частиц. Иногда тонкие шламы с большим содержанием твердого (300-500 г/л) и при недостаточно высоких напорах поступают в гидроциклоны большого диаметра, в результате чего содержание и ситовые составы твердого в сливе и в исходном продукте почти одинаковы.

Оптимальному решению каждой технологической задачи должен соответствовать вполне определенный типоразмер гидроциклона и напор пульпы на входе в аппарат, обеспечивающий заданную крупность разделения исходного материала, необходимое сгущение и осветление. Эти показатели в некоторой степени зависят от реологических свойств обрабатываемой суспензии. Увеличение содержания