Файл: Циперович, М. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 78
Скачиваний: 0
М. В. ЦИПЕРОВИЧ, В. П. КУРБАТОВ, В. В. ХВОРОБ
V
ОБОГАЩЕНИЕ УГЛЕЙ
В ТЯЖЕЛЫХ СУСПЕНЗИЯХ
ИЗДАТЕЛЬСТВО |
« Н Е Д Р А » |
М о с к в а |
1974 |
622.766 : 622.333
|
Г#с. публичная |
|
4 ? |
научно - тохи!4 ..* и»* |
|
библиотояй |
i'f* |
|
Э л 3 0 # П П р !- |
|
|
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
^ [{- /АОЗЗ
Цнперович М. В., Курбатов В. П., Хворов В. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях. М., «Недра», 1974, 344 с.
В книге раскрывается сущность процесса обогащения угля в тя желых средах и даются основы теории разделения частиц различной плотности под действием гравитационных и центробежных сил. Опи саны свойства суспензий и их влияние на качественные и коли чественные показатели разделения угля. Рассмотрены принципи альные схемы обогащения и регенерации суспензий, а также зависимость их от качества исходного угля, вмещающих пород, утяжелителей. Приведены принципиальные схемы на отечествен ных и зарубежных фабриках и их анализ. Описаны методы оценки эффективности обогащения угля в тяжелых суспензиях, конструкции отечественного п зарубежного оборудования. Дан анализ работы современных отечественных и зарубежных обогати тельных фабрик и установок для обогащения крупного и мелкого угля. Описан контроль качества утяжелителей, суспензий, угля, продуктов обогащения и автоматическое регулирование отдельных параметров. Даны перспективы развития и применения метода обо гащения угля в тяжелых суспензиях.
Книга предназначена для инженерно-технических работников обогатительных фабрик, научно-исследовательских и проектных институтов, студентов горных вузов и учащихся горных техни кумов.
Таблиц 109, иллюстрации 184, список литературы — 167 назв.
30706—85 |
399—73 |
© Издательство «Недра», 1974 |
|
Ц 043(01)—74 |
|||
|
|
ВВЕДЕНИЕ
V
Повышение добычи угля и выплавки чугуна можно достичь не только введением в строй новых мощностей, но и посредством интенсификации процесса выплавки чугуна и добычи угля на дей ствующих предприятиях.
Интенсификация добычи угля, связанная с механизацией, при водит к перераспределению минеральных примесей в отдельных классах рядового угля, значительному увеличению количества мел ких классов, а также некоторому повышению средней зольности углей вследствие их валовой выемки.
Так, зольность углей, добываемых в СССР, повысилась с |
20,5% |
||
в 1958 г. до |
22,9 в |
1971 г., в том числе зольность каменных |
углей |
увеличилась |
с 18,2 |
до 20,7% [5, 6]. |
|
Вместе с тем значительное увеличение выплавки чугуна в теку щей пятилетке должно быть осуществлено не только путем соору жения новых мощных доменных печей, но и повышением производи тельности действующих, что требует как улучшения технологии процесса выплавки, так и более высококачественного сырья, в том числе кокса.
Таким образом, интенсивное развитие добычи угля приводит к ухудшению его качества, а интенсификация выплавки чугуна требует улучшения качества угля, из которого получают кокс для доменного процесса. Устранить отмеченное противоречие можно путем дальнейшего развития и совершенствования техники и тех нологии обогащения угля.
Объем обогащения угля за последнее время резко увеличился, причем темпы его роста даже превысили темпы роста угледобычи.
На современном уровне развития техники наиболее эффективным методом переработки угля крупностью более 1 (0,5) мм является его обогащение в минеральных суспензиях.
1* |
3 |
К достоинствам этого метода относятся:
возможность обогащения угля валовой выемки крупностью 350 мм
идаже выше со значительным содержанием породы; незначительное засорение продуктов обогащения посторонними
фракциями; возможность полной механизации и автоматизации процесса;
простота аппаратуры для обогащения; несложное регулирование процесса.
Благодаря преимуществам этого метода перед другими исполь зуемыми в промышленности гравитационными процессами обога щения он получил широкое распространение в СССР и за рубежом.
Глава I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ В ТЯЖЕЛЫХ СУСПЕНЗИЯХ
V
§1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССА ОБОГАЩЕНИЯ
ВТЯЖЕЛЫХ СУСПЕНЗИЯХ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ГРАВИТАЦИОННЫХ СИЛ И В ЦЕНТРОБЕЖНОМ ПОЛЕ
Рядовой уголь представляет собой смесь кусков угольного ве щества различной степени минерализации и породы.
В состав угля входят глинистый и углистый сланец, колчедан, гипс и некоторые другие минеральные соединения. Плотность уголь
ного вещества |
колеблется от 1,2 до 1,4 г/см3, минеральных приме |
сей — от 1,8 |
до 2,5 г/см3. |
Врядовом угле содержится также значительное кличество кусков
изерен, состоящих из угля большой степени минерализации, что обусловливает их сравнительно высокую зольность. К условно чи стому углю относят, в зависимости от предъявленных к нему требова ний, фракции плотностью менее 1,4 или 1,5 г/см3; к отрабатываемой породе — фракции плотностью более 1,8 г/см3. Сростки, плотность которых больше плотности чистого угля (концентрата) и меньше плотности породы, относят к промежуточному продукту.
Вводя такую смесь различной плотности в тяжелую среду, можно разделить ее на различные фракции: более легкие, чем среда для разделения, и более тяжелые. Первые фракции всплывут, вто рые опустятся на дно сосуда, в котором происходит разделение.
Сущность процесса обогащения угля в тяжелых суспензиях за ключается в разделении угля на фракции различной плотности.
Всплывшие и утонувшие части угля являются либо конечными продуктами обогащения, либо обогащаются повторно.
Сила тяжести (масса), действующая на частицу в среде,
G0 = V (61 — 62)g, |
(1) |
где V — объем частицы, см3; — плотность частицы, г/см3; 62 — плотность жидкой среды, г/см3; g — ускорение силы тяжести, см/сек2.
Анализ этой формулы показывает, что возможны три случая движения твердой частицы в жидкой среде в вертикальном напра влении:
.)
1.Плотность твердой частицы больше плотности жидкой среды (6Х> 6 2), тогда масса частицы G0 больше выталкивающей силы жид кости и частица погружается.
2.Плотность твердой частицы равна плотности жидкой среды (§! = б2), тогда масса частицы равна выталкивающей силе жидкости
ичастица находится во взвешенном состоянии (занимает любое по ложение в жидкости).
3.Плотность частицы меньше плотности жидкости (бх < 6 2), тогда масса частицы меньше выталкивающей силы жидкости и ча стица всплывает.
Независимо от направления при перемещении твердого тела в жидкости приводятся в движение расположенные вблизи ее эле ментарные слои. При этом возникают силы инерции, стремящиеся сохранить жидкость в состоянии покоя. На преодоление сил инерции затрачивается сила тяжести передвигающейся частицы. Кроме того, между частицей и жидкостью, а также между слоями жидкости, дви гающимися с различными скоростями, действуют силы трения, обусловленные вязкостью среды и зависящие от размера перемеща ющихся твердых частиц. Сопротивление инерционных сил назы вают динамическим, а сопротивление сил трения — вязкостным.
В зависимости от размеров частиц, перемещающихся в жидкой среде, преобладает тот или другой вид сопротивления. При падении крупных частиц, размером более 6 мм, сопротивление в основном носит динамический характер, а при падении мелких частиц сопро тивление, главным образом, зависит от вязкости среды. Так как обо гащение угля в тяжелых суспензиях в статических условиях, т. е. под влиянием только силы тяжести, производится для кусков более 6 (10) мм, то в основном имеет значение только динамическое сопро тивление.
Вследствие воздействия на частицу двух противоположно на правленных сил — силы тяжести G0 и динамического сопротивления R — возникает сила Q.
Так как
т dv
Q |
dt ’ |
(2) |
|
то уравнение движения перемещающейся в вертикальном направле нии частицы, учитывающее как действие силы тяжести, так и дей ствие силы сопротивления, имеет вид
т ЧГ = ± (*о + |
(3) |
где т — масса частицы, г; — — ускорение движения частицы, см/сек2;
R — сила сопротивления, дин. Верхний знак величин G0 n R следует брать для тонущих частиц, а нижний — для всплывающих.
В тяжелых суспензиях, в которых обогащают сравнительно круп ные куски угля (от 6 мм и выше), сила динамического сопротивления невелика по сравнению с силой тяжести для тяжелых частиц и подъ
6
емной силой для легких. Поэтому скорость опускающихся или под нимающихся в тяжелой суспензии частиц, т. е. их подвижность, в первую очередь, зависит от их размера и разницы в плотностях частиц и жидкой среды. В связи с этим крупные частицы одного и того же размера, но различной плотности, легко и быстро разде ляются в среде промежуточной плотности. Чем меньше размер ча стиц, тем больше времени необходимо для их разделения вследствие резкого уменьшения подвижности. Аналогично быстрое разделение происходит также и при значительной разнице между плотностями частиц и среды. Чем больше это различие, тем быстрее происходит разделение. Частицы, плотность которых близка к плотности жид кой среды, разделяются медленно. Для подтверждения этого поло жения рассмотрим условия погружения трех частиц различного размера, но одной и той же плотности в тяжелую жидкость.
Если кубики плотностью 3 г/см3, имеющие соответственно раз меры сторон 10,0, 1 и 0,1 см, погружены в тяжелую жидкость, плот
ность которой 4 г/см3, то соотношение |
между |
размером кубиков |
|
и выталкивающей силой будет следующее: |
|
|
|
Сторона кубика, см |
10,0 |
1,0 |
0,1 |
Объем частицы, см3 |
1000 |
1 |
0,001 |
Масса, г |
3000 |
3 |
0,003 |
Поверхность, см2 |
600 |
6 |
0,06 |
Отношение масса к поверхности |
5 |
0,5 |
0,05 |
Выталкивающая сила, дина |
10000 |
100 |
0,1 |
Как показывают приведенные выше цифры, силы, вытал |
|||
ющие частицы на поверхность (выталкивающая сила), |
возникающие |
||
всоответствии с законом Архимеда, резко снижаются при уменьше нии размеров частиц. Так, если размер сторон кубика уменьшился
в102 раз, эти силы уменьшаются в 106 раз, вместе с тем сопротивление движению частиц, определяемое отношением массы частицы к ее поверхности, уменьшается только в 10а раз. Следовательно, если линейный размер частицы уменьшается в 100 раз, подвижность их, обусловленная выталкивающей силой и силой тяжести, уменьшается
вмиллион раз.
При разделении угля в тяжелой суспензии в сепараторе, име ющем приспособление для механического удаления продуктов обо гащения, процесс разделения должен происходить в течение сравни тельно короткого промежутка времени. Крупные куски за этот пе риод, ввиду большой подвижности, разделяются хорошо, но по мере уменьшения размеров материала подвижность его уменьшается и точность разделения снижается. Поэтому необходимо тщательно
классифицировать материал по |
крупности |
перед его обогащением |
в тяжелой суспензии. |
в тяжелых |
суспензиях показала, |
Практика обогащения угля |
что граничным размером при разделении угля на классы перед обо гащением может быть 25 мм [например, 25—100 мм и 10(6)—25 мм]. Обогащение угля размером зерен менее 10 мм в тяжелых суспензиях в гравитационном поле, т. е. под действием только гравитационных
сил вследствие большой потери подвижности, происходит менее эффективно.
В лабораторных условиях, при длительном времени разделения угля в тяжелых жидкостях, можно получить удовлетворительное разделение более мелких частиц (до 1 мм), но разделение частиц размером менее 1 мм в гравитациоииом поле даже в лаборатории приводит к нечеткому разделению частиц по заданной плотности.
Скорость свободного падения мелких шарообразных зерен при числе Рейнольдса Re < 1 определяется законом Стокса, выража емым формулой
т/ |
grf3 (бх — 62) |
• |
/ / \ |
К- |
J81] |
^ |
Для более крупных частиц при Re = 2—300 скорость падения можно определить по формуле Аллена
(5)
где VK— конечная скорость падения зерна; g — ускорение силы тяжести; бг — плотность зерна; б2 — плотность жидкости; d — диаметр зерна; ц — абсолютный коэффициент вязкости; v — кине матический коэффициент вязкости.
Точность разделения зерен по заданной плотности зависит от скорости перемещения их в вертикальном направлении, т. е. от скорости падения и выталкивания. Для угольных частиц размером до 5—6 мм эти скорости определяются по приведенным формулам. Скорости падения могут быть повышены в результате увеличения диаметра частиц d; увеличения разницы между плотностями твердых частиц и жидкости (бх — б2); уменьшением вязкости разделяющей ереды; увеличением ускорения. Однако ни один из первых трех пара метров нельзя изменять в значительных пределах, так как, во-пер вых, обычно обогащают мелкий уголь; во-вторых, плотность среды должна быть промежуточной между плотностями разделяемых ча стиц, а следовательно, совершенно определенной; в-третьих, умень шение вязкости может быть произведено в ограниченных размерах.
Таким образом, все перечисленные параметры практически должны быть постоянными. И только один параметр — ускорение — можно значительно увеличить. Для этого частицы, подвергаемые разделению, необходимо поместить в центробеяшое поле.
Действующую на вращающееся тело центробежную силу можно определить по формуле
С = т ^ ~ , |
(6) |
где т — масса тела; w — окружная скорость вращения; г — радиус вращения. Величина — — центробежное ускорение.
На вращающуюся частицу в основном действуют две силы: сила тяжести (гравитационная) и центробежная сила. Пренебрегая силой
8