Файл: Циперович, М. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях.pdf

тяжести, как ничтожно малой по сравнению с центробежной силой, развиваемой вращением тела, можно найти центробежную скорость частицы по формулам, применяемым при определении скорости сво­ бодного падения, заменив в них ускорение силы тяжести ускоре­ нием центробежной силы.

Если заменить ускорение силы тяжести g ускорением центро­

Отношение скорости падения частиц в центробежном поле к ско­ рости свободного падения под влиянием только гравитационной силы

во сколько раз скорость падения частиц при центрифугировании больше скорости свободного падения частиц.

Для частиц, скорость падения которых определяется по формуле Аллена, фактор разделения

Отсюда следует, что центробежную силу легче увеличить при повышении числа оборотов, чем при увеличении радиуса вращения тела.

Применяя центробежную силу, можно увеличить скорость перемещения частиц. Так, например, при радиусе вращения частицы 10 см и при 4000 об/мин фактор разделения равен 1780, следовательно, скорость перемещения частицы в образуемом центробежном поле больше скорости свободного падения в 1780 раз.

Таким образом, наиболее эффективным способом разделения мелких частиц угля является применение центробежной силы, что значительно увеличивает скорость их передвижения.

9

Отделение твердых тел от жидкости с помощью центробежной силы хорошо известно и применяется в промышленных центрифугах. Однако центрифуги, применяемые для разделения, а затем для от­ деления жидкой фазы от продуктов обогащения и отмывки послед­ них весьма сложны и дороги.

Значительную сложность также представляет решение вопроса о жидкости высокой плотности для разделения обогащаемого ма­ териала. Применять суспензию практически невозможно вследствие тонкого измельчения утяжелителя, что усложняет систему регене­ рации суспензии.

Для разделения мелкого угля по плотности в центробежном поле можно использовать гидроциклоны. В гидроциклонах можно раз­ делять уголь по любой плот­ ности, причем верхний предел обогащаемого угля может до­

стигать 25 мм и более.

В качестве разделительной среды может применяться сус­ пензия, что значительно уде­ шевляет процесс и обработку продуктов обогащения.

Действие гидроциклона по­ казано на рис. 1. Пульпа, содер­ жащая твердые частицы, через патрубок тангенциально вво­ дится в гидроциклон с опреде­ ленной скоростью и давлением. Благодаря тангенциальному подводу пульпы ей сообщается вращательное движение внутри циклона, в результате чего обра­ зуется центробежное поле. Твер­

дые частицы, находящиеся в центробежном поле, подвергаются воздействию центробежных и центростремительных сил. В резуль­ тате их взаимодействия более крупные и тяжелые частицы отбрасы­ ваются к коническим стенкам гидроциклона и под влиянием равно» действующих сил, воздействующих на частицы, последние, двигаясь по спирали по внутренней стенке корпуса, опускаются книзу и раз­ гружаются через нижнюю насадку. Более легкие и тонкие частицы концентрируются у поверхности внутреннего цилиндра, образуемого вращающимся коническим столбом жидкости, и удаляются через этот воздушный цилиндр и отверстие в крышке конуса.

На твердую частицу, вращающуюся вместе с жидкостью, которая поступает под избыточным давлением 0,5—2 кгс/см2 в гидроциклон, воздействует несколько сил: центробежная, центростремительная, гравитационная и сила трения. В зависимости от того, к центру или к периферии направлена результирующая этих сил, частица покинет циклон через верхнюю или нижнюю насадку, т. е. удалится вместе

10

с осветленной водой или со сгущенным материалом. Результирующая сила определится объемом частицы, ее плотностью, силой трения (сопротивления) и скоростью вращения, которая является важней­ шим фактором.

Благодаря тому, что в гидроциклоне осуществляется разделение по плотности и по крупности, он может быть использован как для классификации, так и для обогащения угля.

Рассмотрим простейший случай разделения по плотности в гид­ роциклоне, когда средой является вода, легкими частицами — опилки и тяжелыми — уголь.

При вводе под давлением такой смеси в гидроциклон произойдет отделение опилок от угля. Через вершину конуса удалится более тяжелый продукт — уголь и через верхнюю насадку — опилки.

Если воду заменить например раствором хлористого цинка плот­

жидкости.

Однако применять для обогащения в гидроциклоне раствор ми­ неральной соли, как среды для разделения, нерационально, вслед­ ствие большой стоимости регенерации отработанного раствора. Применять же суспензию в качестве разделительной среды в гидро­ циклоне вполне возможно.

Часть более мелких зерен покидает гидроциклон через отверстие в верхней части циклона, а другая часть мелких зерен частично остается в гидроциклоне, циркулируя в нем до накопления опреде­ ленного количества, которое затем не изменяется. Такая циркуляция мелких частиц утяжелителя вызывается образованием равновесия между силами, действующими на мелкие частицы утяжелителя.

Процесс обогащения мелкого угля в гидроциклоне с применением в качестве тяжелой среды суспензии можно представить следующим образом.

Мелкий рядовой уголь вместе с суспензией поступает в гидро­ циклон, причем плотность суспензии меньше заданной плотности разделения. Благодаря сгущению суспензии в гидроциклоне обра­ зуется рабочая среда для разделения, в которой твердые частицы суспензии находятся в равновесии между центробежными и другими силами, действующими на частицы под давлением движения среды. Частицы угля, плотность которых меньше плотности разделяющей среды, удаляются из гидроциклона вместе с суспензией через отверстие в верхней части гидроциклона, а частицы более тяжелые, чем суспензия, удаляются через вершину конуса.

Изучение движения жидкости в прозрачной модели показало, что при вводе ее в гидроциклон в первый момент образуется враща­ ющаяся воронка, засасывающая воздух через отверстие в крышке циклона. По мере заполнения гидроциклона жидкостью диаметр

И

при увеличении окружной скорости v давление р уменьшается. Между скоростью потока (для идеальной жидкости) и радиусом

Тогда р = —°о. Таким образом, ось вращения является местом

Тангенциальная (окружная) скорость (рис. 4, а) вначале увели­ чивается от стенки гидроциклона к его оси и лишь вблизи воздуш­ ного столба круто падает на всех горизонтальных уровнях по высоте гидроциклона. Отсюда следует, что взаимоотношение между г; и г не зависит от положения горизонтальных уровней, если они распо­ ложены ниже вертикальной трубы для вывода суспензии с мелкими и легкими частицами.

Келсал показал, что в уравнение (15) для реальных жидкостей должна быть внесена поправка, после чего уравнение будет иметь

13