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

Определение объемного содержания твердого, веса утяжелителя в объеме 1 л и весового содержания утяжелителя в процентах при известной плотности суспензии (1,8 г/см3) и плотности утяжелителя (4,0 г/см3) производится следующим образом.

Проведя из точки В (плотность суспензии 1,8 г/см3 на ординате справа) параллельную оси абсцисс прямую до пересечения с лучом ОА (плотность утяжелителя 4 г/см3), находим на этом луче точку S. Перпендикуляр, опущенный из точки S, отсечет на оси абсцисс от­ резок ОС, равный объемной концентрации твердой фазы (27%) в суспензии. Луч SD, проведенный из точки S влево вверх, парал­ лельно наклонным линиям, отсечет на оси ординат отрезок OD, равный весовому содержанию твердой фазы в единице объема сус­ пензии (1070 г/л). Луч SM, проведенный из точки S вправо вниз между сходящими лучами в этом направлении, отсечет на оси абс­ цисс отрезок ОМ, равный весовой концентрации утяжелителя (59%).

Если суспензия представлена магнетитом плотностью 4,5 г/см3 при объемной концентрации 20% и угольным шламом приобъемной концентрации 10%, то для графического определения других пара­ метров суспензии нужно из точки G на оси абсцисс, показывающей объемное содержание магнетита (20%), восставить перпендикуляр до пересечения в точке F с лучом плотности магнетита (4,5 г/см3). Также восстанавливается перпендикуляр из точки N на оси абсцисс, показывающей суммарную объемную концентрацию твердой фазы в суспензии (30%). Через точку F проводится прямая, параллельная лучу плотности угольного шлама (1,5 г/см3). На пересечении этой прямой с перпендикуляром, восставленным из точки N, получаем точку К, которая лежит на луче, выходящем из точки О, и показы­ вает среднюю плотность твердой фазы (3,5 г/см3). Проведя из точки К прямые KI, KL, КЕ, находим: на оси абсцисс — весовую концент­

Точность графического определения параметров суспензии за­ висит от масштаба диаграммы и соответствия фактических значе­ ний плотности магнетита и шлама принятым для построения (4,5

и 1,5 г/см3).

Устойчивость суспензии и способы ее повышения

Под устойчивостью, или стабильностью, суспензии понимается способность ее сохранять плотность во времени в различных по вы­ соте слоях.

Степень устойчивости суспензии во многом определяет конст­ рукцию основного и вспомогательного обогатительного оборудова­ ния, их режим и условия работы, точность разделения частиц обо­ гащаемого материала по плотности. Устойчивость суспензии опреде­ ляется скоростью осаждения твердой фазы, которая зависит от крупности, состава, плотности, объемного содержания утяжелителя в суспензии, ее температуры.

40

Неструктурированные суспензии являются крайне неустойчи­ выми системами. По мере увеличения структурообразованпя или повышения плотности суспензии увеличивается и ее устойчивость. В практике обогащения угля применяются неустойчивые суспензии, поэтому для поддержания заданной плотности суспензии илп пред­ отвращения осаждения крупных частиц утяжелителя в аппаратах затрачивается определенная энергия либо на перемешивание, либо на создание восходящих и циркулирующих потоков. Нормальной разницей плотностей в верхней и нижней зонах ванн сепараторов, где разделение происходит под действием гравитационных сил, обычно считают 0,1—0,2 г/см3.

Уменьшение этой разницы свидетельствует о повышении структурообразования, а увеличение — или о повышении крупности утя­ желителя, или о снижении скорости потоков суспензии.

Чем выше устойчивость суспензии, тем больше точность разделе­ ния, так как в этом случае требуются меньшие скорости восходящих потоков. Однако неустойчивые или малоустойчивые суспензии обла­ дают меньшей вязкостью, т. е. при прочих равных условиях обеспе­ чивают более четкое разделение или при одинаковой эффективности обогащения большую удельную производительность. Таким образом, при выборе суспензии оптимального состава должны быть учтены оба фактора.

Оценку статической устойчивости применяемых суспензий про­ изводят в лабораторных условиях либо по скорости образования осветленного слоя воды или осадка, либо по разности плотностей суспензии на различных уровнях сосуда.

Определение устойчивости суспензии по скорости образования осветленного слоя производится с помощью наблюдений в измери­ тельном цилиндре за изменением высоты осветленного слоя в опре­ деленный отрезок времени. По достижении постоянства высоты ос­ ветленного слоя вычисляется скорость осветления (мм/сек).

Измерение устойчивости по скорости образования осадка произ­ водится аналогичным способом, но мерой устойчивости является

друг от друга, либо отсифониванием суспензии из верхней и нижней половины цилиндра после ее отстаивания в течение 1 —2 мин. II в том и в другом случае в выпускаемой из различных слоев суспензии определяется ее плотность и затем подсчитывается скорость осажде­ ния по высоте в зависимости от плотности.

Для определения динамической устойчивости суспензии в сепа­ раторе по его длине отбираются пробы из верхнего и нижнего слоев суспензии. После определения плотности суспензии в этих слоях подсчитывается градиент осаждения.

В каждом конкретном случае при определенных скоростях дви­ жения суспензии в сепараторе может быть установлена зависимость

41

между статической и динамической устойчивостью и, следовательно, предварительным определением устойчивости суспензии можно ус­ тановить ее пригодность для практического использования.

Согласно методике, применяемой фирмой «Пик», устойчивость магнетитовой суспензии характеризуют высотой осветленного слоя суспензии плотностью 2 г/см3 в цилиндре емкостью 500 см3 после ее пятиминутного отстаивания. Магнетит считается пригодным для использования, если объем чистой воды, образовавшейся за указан­ ный промежуток времени, составляет 12—25 и 25—40% к общему объему соответственно для демагнетизированного и сфлокулированного магнетита.

В Бельгии и Голландии мерой стабильности суспензии является коэффициент устойчивости [7], который равен нулю, когда плотность 7 3 верхней части суспензии падает до единицы в течение 1 мин, и равен 100, когда плотность х/з верхней части суспензии не изме­ няется в течение 1 мин. Чем выше коэффициент устойчивости, тем лучше стабильность суспензии. Изменения коэффициента устой­ чивости от плотности магнетитовой суспензии одинакового ситового состава следующие:

Плотность магнетитовой суспен­ зии, г /с м з .................................... 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8

Коэффициент устойчивости . . . 29,8 57,5 79,0 87,1 92,0 94,0

П. П. Землянский рекомендует [40] характеризовать устойчи­ вость монодисперсной суспензии величиной, численно равной тан­ генсу угла наклона прямой скорости образования осадка (на гра­ фике количество осадка — время осаждения) к оси ординат

относительными и условными.

Повышение устойчивости суспензий может быть достигнуто раз­ личными способами: созданием восходящих и горизонтальных по­ токов; применением утяжелителей определенного состава; добавле­ нием в суспензию материалов, обладающих коллоидными и пептизирующими свойствами; физическим воздействием.

Метод стабилизации суспензий, т. е. поддержания постоянства ее плотности в рабочей зоне сепаратора за счет создания восходящих и горизонтальных потоков, в настоящее время является основным и поэтому наиболее распространенным. В сепараторах, где разделе­ ние происходит под действием силы тяжести (сепараторы типа СК, «Дрюбой», «Теска», конусы Чанса, барабанные и др.), вертикальные и горизонтальные потоки создаются в результате подачи суспензии или воды (конусы Чанса) снизу или в место загрузки угля в сепара­

42

§ 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СУСПЕНЗИЙ

В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

Для измерения реологических параметров различных сред и систем применяют разнообразные вискозиметры. Измерение в них основано на различии: скорости истечения среды из капилляра (капиллярные вискозиметры), усилий, действующих на враща­ ющийся ротор (ротационные вискозиметры), скорости падения

козпметр Пннкевича

шарика в среде (метод падающего шарика), сопротивления среды движущейся в ней пластины (пластомер Марголина) [66].

В практике измерения реологических параметров суспензий наибольшее распространение получили капиллярные и ротационные вискозиметры. Прототипом первых является капиллярный виско­ зиметр Пинкевича (рис. 14), используемый для определения вязкости ньютоновских сред [23].

Наиболее простыми вискозиметрами капиллярного типа для определения вязкости суспензий являются капиллярный вискози­ метр Шелтона и де-Вани и измерительная воронка.

Вискозиметр Шелтона и де-Вани [158] состоит (рис. 15) из сте­ клянного цилиндра 1, плавно переходящего в капилляр 4. Внутри цилиндра вращается мешалка 2. Ребра 3 предотвращают вращение

44

суспензии в цилиндре при работе мешалки. Скорость вращения мешалки составляет 900 об/мин.

Определение вязкости суспензии производится следующим обра­ зом. Цилиндр заполняют водой и включают мешалку. Затем откры­ вают отверстие капиллярной трубки и определяют время истечения воды. Аналогично определяют время истечения того же объема сус­ пензии. Зная время истечения воды и суспензии, определяют отно­

ность измерений.

Аналогичным образом производится определение относительной вязкости в измерительной воронке на 100 см3 суспензии (фирма «Пик», Франция).

Вуказанных типах вискозиметров невозможно определять зна­ чение абсолютной вязкости суспензии.

Разновидностью вискозиметра Шелтона и де-Вани являются ка­ пиллярный вискозиметр с давлением [1] и капиллярный вискозиметр

свакуумом [10].

Встеклянный герметический резервуар 1 вискозиметра с давле­ нием (рис. 16) вводится суспензия через воронку 2, после чего во­ ронка закрывается и в резервуар через патрубок 3 подается сжатый азот из баллона 6. Измерение давления, при котором происходит истечение суспензии через капилляр, производится с помощью диф­ ференциального манометра 5, соединенного с сосудом посредством патрубка 4.

Время истечения суспензии через капилляр регистрируется се­ кундомером.

45