РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УГЛЯ

В МАГНЕТИТОВОЙ СУСПЕНЗИИ

(ОСНОВНЫЕ параметры;

Министерство угольной промышленности СССР "Институт обогащения твердых горючих ископаемых (НОТТ)

Министерство угольной промышленности УССР Украинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по обогащению и брикетированию углей (УкрНИИУглеобогащение)

Утверждено Начальником Технологического управления по обогащению углей Минуглепрома СССР И. С, Благовым 25 марта 1976 г.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБОГАЩЕНИЮ УГЛЯ В МАГНЕТИТОВОЙ СУСПЕНЗИИ

(основные параметры)

Москва

1976

тающий под давлением |4,5,бЗ . Не исключена возможность применения вискозиметров других типов JY] .

Капиллярный вискозиметр (рис.2.1.) состоит из герметичного резервуара с мешалкой. Ввод суспензии осуществляется через воронку. После ввода суспензии воронка закрывается и в резервуар через патрубок из баллона подается сжатый воздух (лучше газообразный азот). Резервуар патрубком сообщается с манометром, измеряющим внутреннее давление газа, при котором происходит истечение суспензии через капилляр. Давление сжатого газа регулируется краном и изменяется от 0 до 1,25 ати. Вязкость и предельное напряжение сдвигу рассчитываются по изменению скорости истечения суспензии через капилляр в зависимости от давления. Методика измерений и расчетов приведена в следующих работах [4-71 •

Техническая характеристика вискозиметра:

частота вращения мешалки, об/мин 700 объем резервуара для суспензии, мм 250-300

размеры капилляра, мм: длина    500-550

диаметр    1,9-2,!

Капиллярный високозиметр, работающий под давлением, может быть рекомендован для измерения реологических параметров суспензий, имеющих объемное содержание твердого не более 32,5$ и образованных утяжелителем, в котором более 50$ зерен менее 74 мкм.

В условиях работы промышленных предприятий пользуются косвенным показателем для характеристики вязкости суспензии, а именно, содержанием в ней угольного шлама. Чистые магнетитовые суспензии плотностью до 1900 кг/м³ имеют относительно низкую вязкость - до 5,5 спз.

По данным многочисленных исследований установлено, что нормальные условия разделения обеспечиваются при вязкости рабочей суспензии, не превышающей 7-10 спз [4,б] . Допустимая концентрация шлама (класс 0-1 мм) в суспензии, дающая вязкость в 7 спз, составляет: 300 кг/м³ при плотности суспензии 1600 кг/м³,

200 кг/м⁸ при плотности суспензии 1800 кг/м³, менее 100 кг/м³ при плотности суспензии 2000 кг/м³ и выше.

Рис.2,.1. Схема установки капиллярного вискозиметра, работающего под давлением:

I - герметичный резервуар» 2 - воронка; 3,4 - патрубки; 5 - манометр; 6 - баллон сжатого воздуха (азота),

7 - редуктор.

II

В вязкой суспензии эффективность разделения снижается. 2у-зе всего разделяются мелкие зерна* Поэтому, чем выше вязкость суспензии, тем выше должен быть нижний предел крупности угля, который можно в ней обогащать* (табл.2*2*)

Таблица 2*2

Вязкость суспензии в зависимости от плотности и содержания шлама

Оптимальный нижний предел крупности угля, эффективно обогащаемого в тяжелосредных сепараторах определен в 13 мм [8} Для эффективного обогащения более мелкого угля рекомендуется использовать тяжелосредные гидроциклоны*

С целью повышения эффективности разделения макет быть рекомендовано обогащение крупного угля отдельными классами в двух сепараторах или в специальном сепараторе типа СКВД (см.5.1*1. и рис.5.2.).

2*2*2* Допустимые нормы содержания шлама Объемное содержание твердой фазы в магнетитовой суспензии, включая шлам крупностью 0-1 мм, не должно превышать 32,5$*

Этим предельным содержанием твердой фазы гарантируется поддержание вязкости суспензий на допустимом уровне*

При более высоком загрязнении суспензии необходимо увеличивать вывод ее на регенерацию, пока содержание шлама не будет снижено.

Содержание магнетита и шлама в суспензии, рассчитанное исходя из общего содержания твердой фазы 32,5# по объезду, приведено в табл.2.3.

Данными табл.2.3. рекомендуется руководствоваться при расчетах технологических схем регенерации в проектах, а также при контроле и регулировании состава рабочей среды в процессе эксплуатации.

2.3. Основные формулы для расчета параметров суспензий,

Расчет основных параметров суспензий производится по формулам, основанным на балансе твердой и жидкой фаз в данном объеме.

Суспензии, применяемые для обогащения угля, представляют собой смесь утяжелителя плотностью р_м и воды, плотность которой J>₀ ш 1000 кг/м³.    J

В расчетных формулах приняты следующие обозначения:

Рс ~ плотность суспензии, кг/м⁸; р_т - плотность твердой фазы сусцензии, кг/м³;

р_ми Р_ш - соответственно, плотности чистого утяжелителя (магнетита) и шлама в суспензии в тех же единицах измерения;

-    соответственно, объем твердой и жидкой фаз суспензии, л ^И3'

г - вес твердого в суспензии, кг/м³;

ЙФЖ- отношение твердого к жидкому (воде) в суспензии по весу;

-    отношение жидкого (воды) к твердому в суспензии по весу;

С - весовая концентрация твердого в суспензии, %\

/71 - объемная концентрация твердого в суспензии, %\

При расчете количества утяжелителя, необходимого для приготовления суспензии заданной плотности, следует пользоваться формулой:

VPm _ _

Рм-ЮОО

Для зашламленной суспензии прежде всего определяется средняя плотность твердой фазы, исходя из баланса магнетита и шлама:

(2.5)

14

могут быть определены также и графически по диаграммам, разработанным Г.А.Музылевым [V] , Ф. Майером [1о] и К Деллом [llf . Зная две из указанных величин, по диаграммам можно найти осталт -ные три.

Точность графического определения параметров суспензии зависит от масштаба диаграммы. Для определения параметров суспензии на действующих фабриках целесообразно изготовить диаграмму для конкретных условий фабрики по Майеру-Деллу [2] на листе размером 500x800 мм. Практическое определение параметров сводится к двум операциям: определяется плотность суспензии ( Jfc ) -путем взвешивания I л суспензии и содержание в ней твердого ( Р ). Для этого суспензия отфильтровывается, высушивается и взвешивается. Остальные величины определяются графически по диаграмме или расчетным путем по формулам 2.4. - 2.II,.

2.4. Расчет компонентов суспензий, загрязненных шламом

Контроль за состоянием рабочей суспензии в производственных условиях осуществляется двумя непосредственными измерениями: определением плотности суспензии ( J-c ) - взвешиванием I л суспензии и определением содержания в ней твердого ( Р ). Оба определения должны быть по возможности точными. Затем рассчитываются необходимые величины (обозначения - прежние). Объемное содержание твердого, представляющего собой смесь утяжелителя з частиц угля, определяется по формуле;

(2.12.)

найденное по этой формуле объемное содержание твердого, не позволяет судить о степени засорения суспензии шламом. Для полной оценки состава суспензии, необходимо знать объемное содержание утяжелителя в суспензии, незагрязненной шламом:

(2.13.)

Разность ( V ~ Ум    ) показывает степень засорения суспензии

угольными частицами.

Средняя плотность твердого мажет быть достаточно точно определена по формуле:

--£- Р—    .    (2.14.)

р. (р_с-юоо) т

Плотность суспензии, образовавшейся из смеси твердых компонентов (магнетита и шлама), определяется по следующей формуле:

Л = 1000 - р„ -ЯсШ * Р_ш ,    (2.15.)

Гм    ГШ

По этой формуле можно рассчитать Ли и Рш при условии, что плотность суспензии для данного предприятия является постоян-

^Н0Й* Р - &£& (Рс’4Ю0) ~ Рм (Рм-Ю00)]

^ГШ ~    }м (Рш 4000)

Рм = Р -Рш

В процессе эксплуатации тдаедосредных установок плотность рабочей суспензии может систематически снижаться, например, при обогащении мокрых углей, либо повышаться за счет уноса воды с продуктами обогащения и возврата суспензии более высокой плотное-ти из цикла регенерации.

Расчет добавок для корректировки плотности суспензии производится следуххщш образом*

Если первоначальная плотность суспензии J*_c возросла до £ , то к ее объему V нужно добавить разбавленную суспензию (или воду) плотностью fo ( j>0 tjc £ fc_f ) •

Объем добавки для восстановления первоначальной плотности суспензии составит:

Л -Jo

17

В случае понижения плотности рабочей суспензии требуется высокоплотная добавка ( fo > Jc_f )в объеме:

Vo - Vm I^е 'At ,    (2.18.)

л-л

Расчеты добавок рекомендуется вести на единицу объема суспензии и в зависимости от наличия свободной емкости корректировать плотность, добавляя высокоплотную суспензию и отводя часть суспензии на регенерацию.

Извлечение компонентов твердого в продукты регенерации определяются по формулам:

Е, - У'^-/' • т%,

E_z = Ml- 100%,

оС о

- извлечение магнетита в концентрат и шлама в отходы регенерации:

- весовое содержание магнетита в регенерированной суспензии и шлама в отходах регенерации;

Л и Л~2_    -    весовое    содержание    магнетита    и    шлама в ис-

'    ходном    продукте,    поступающем    на    регенера

цию;

- выход продуктов регенерации*

2.5. Улучшение свойств суспензий

эффективность процесса тяжелосредного обогащения существенно зависит от физико-механических свойств суспензии. Загрязнение суспензии приводит к структурообразованию и ухудшению результатов разделения в ней обогащаемого материала.

IB

Для улучшения и регулирования свойств суспензий рекомендует* ся использовать физико-химический метод воздействия на них реа-гентами-пептизаторами, разработанный в ИОТТ j4,6j * Наиболее эффективными из изученных реагентов-пептжзаторов являются гексаме-тафоофат и триполифосфат натрия. Указанные реагенты испытывались на ряде углеобогатительных фабрик: "ЦОФ "Россия", "Украина",

ОФ шахты "Ленинградская", ЦОФ "Гуковская", ОУ ш.им.Абакумова (гексаметафосфат натрия), ГОФ "Интинская" (триполифосфат натрия) и др.

Применение реагентов-пептизаторов снижает вязкость и предельное напряжение сдвига на 15-35/5, вследствие чего улучшается процесс обогащения: снижается зольность концентрата, увеличивается зольность отходов, улучшается отделение магнетита при ополаскивании продуктов и повышается эффективность регенерации. На смежные технологические процессы-флотацию и осаждение шламов реагенты-пептизаторы практически не влияют. По данным промышленных испытаний добавление реагентов-пептизаторов к суспензии можно рекомендовать в следующих случаях:

-    при использовании сильно зашламленной суспензии;

-    при обогащений в суспензии повышенной плотности (2200-2300 кг/м³).

Реагент применяется в виде 20-25-процентного раствора. Он легко растворяется в горячей воде ( t ~ 60°) при перемешивании.

Раствор реагента подается отдельными порциями в емкость кондиционной суспензии, исходя из суточного расхода 1,0-1,5 кг/м³ суспензии в емкости. Первая порция должна составлять 60-70# суточного расхода, остальные 30-40# добавляются по истечении 8-10 часов работы фабрики. Расход реагентов в среднем составляет 3-5 г на тонну обогащаемого угля.

Подача реагента осуществляется по мере ухудшения свойств рабочей суспензии или в случае внезапного нарушения технологии (ухудшение классификации при влажном угле и т.п.).

Для приготовления раствора реагента рекомендуется применять специальную установку, сконструированную для этой цели в ИОТТ (см.5.6.3.). Равным элементом установки является бачек (см.рис.5.25) снабженный подогревателем, автоматизированным кра-

19

УДК 622.766.43

В работе изложены основные параметры технологического процесса обогащения крупного и мелкого угля в магнеТитовой суспензии , разработанные на основе обобщения промышленного опыта работы отечественных обогатительных фабрик и установок.

Приведены характеристика магнетитового утяжелителя и основные свойства магне Титовой суспензии, используемой как среда для обогащения.

Даны принципиальные технологические схемы обогащения угля и регенерации суспензии и помещена краткая характерно тика основного и вспомогательного оборудования; изложены нормы расчета нагрузок на оборудование.

Основные параметры технологии обогащения угля в магжетитовой суспензии разработаны Институтом обогащения твердых горючих ископаемых и "Укрнииуглеобогащением". В разработке непосредственное участие принимали от ЙОТТ: Благова З.С., ст.н.сотр.,к.т.н., Доброхотова И. А., ст.н.сотр., к. t.h_s Зарубин Л.С., зав.лаб. ,ц.т.н.,

Иофа М.Б., ст.н.сотр.,к.т.н., Маевский Ю.Р., ст.н.сотр.,к.т.н., Смураго Э.В., зав. группой, Черткова А. К. ст.инж., от "УкрНИИУгле-обогащения": Готовщикова Л.К., мл.н.сотр., Дегтярева Н.Н. инж., Ковшарь М.Н., зав.сектором, Усенко Ю.П., ст.н.с., Хайдакин В.И., ст.н.с. ,к.т.н., Ямпольский М.Н., зав.лаб. ,к.т.н.

Параметры и нормативные рекомендации предназначены для использования при проектировании фабрик и установок с применением

технологии обогащения угля в магнетитовой суспензии, а также при контроле и регулировании процесса на действующих предприятиях.

ном для выпуска раствора и устройствами, контролирующими выпуск отдельных порций. Для интенсификации растворения реагента применяется подача сжатого воздуха.

Реагенты-гексаметафосфат и триполифосфат натрия поставляются заводами-изготовитеяями в кристаллическом или порошкообразном виде. Растворы реагентов, как и сами реагенты, нетоксичны.

Кристаллический гексаметафосфат натрия выпускается Ивановским химзаводом им.Батурина и другими заводами, поставляется в железных бочках,. Стоимость - 380 руб. за I т.

Порошкообразный триполифосфат натрия выпускается расфасованным в бумажные мешки по 30-50 кг Винницким суперфосфатным и др. заводами. Стоимость - 300 руб. за I т.

Получение указанных реагентов осуществляется через территориальные конторы химснабсбыта. Подробные данные об использовании реагентов изложены в "Рекомендациях для промышленного внедрения реагентов-пептизаторов на углеобогатительных фабриках с обогащением в магнетитовой суспензии" |4,0 .

Реологические свойства тяжелых суспензий могут быть улучшены также за счет физико-механических воздействий. Колебание суспензии с частотой 5-8 герц и амплитудой 6-10 мм приводит к заметному (на 30-40$) снижению ее вязкости при одновременном повышении устойчивости. Максимальный эффект достигается при обработке сильно зашламленных и структурированных суспензий. Работы по проверке данного метода в полупромышленных условиях и внедрению его в промышленность проводятся в настоящее время ИОТТ, КузНИИУглеобогащением Минуглепрома СССР и Институтом физики земли .АН СССР.

20

I. ВВЕДЕНИЕ

На основании обобщения данных зарубежной практики и опыта эксплуатации первых отечественных фабрик, обогащающих уголь в минеральной суспензии, в 1967г. были разработаны и выпущены "Основные параметры технологии обогащения угля в магнетитовой суспензии" 00 ¹

Целью разработки параметров являлось обеспечение проектных институтов и инженерно-технических работников действующих фабрик, использующих тяжелосредное обогащение, необходимыми исходными данными для выбора и расчета технологических схем и оборудования, а также для регулирования и контроля процесса обогащения.

Этот материал явился основанием для разработки "Указаний по технологическому проектированию фабрик для обогащения угля в минеральных суспензиях", выпущенных Дентрогипрошахтом в 1971г.

В связи с широким распространением метода обогащения в тяжелых средах в угольной промышленности Советского Союза, созданием нового оборудования, совершенствованием и отработкой технологии возникла необходимость в пересмотре и корректировке выпущенных ранее "Основных параметров".

В работе содержатся данные, характеризующие утяжелитель и требования, предъявляемые к нему, необходимые формулы для расчета параметров суспензии, характеристики основного и вспомогательного оборудования, технологические показатели тяжелосредно-го процесса и регенерации суспензии, а также некоторые указания по компоновке оборудования. ²

Обогащение углей в тяжелых средах получило в Советском Союзе значительное распространение во всех бассейнах; Этим методом обогащаются угли каменные, бурые, антрациты и сланцы при плотности разделения от 1400 до 2200 кг/м².

В 1975 г. на 70 фабриках и установках Минуглепрома СССР было обогащено этим методом около 68 млн.т угля. Он занимает второе место после отсадки как в СССР, так и во многих зарубежных угледобывающих странах. В 10-й пятилетке (до 1980 года) намечено дальнейшее расширение объема переработки угля в тяжелых средах с вводом в действие мощных фабрик производительностью 6 и более млн. т в год.

За последнее время разработаны и внедрены новые, более совершенные образцы основного и вспомогательного оборудования: сепараторы СКВ-20 и СКВ-32, электромагнитные сепараторы ЭВМ 80/170 и ЭШ 80/250, трехпродуктовые сепараторы СТТ-20, гидроциклоны ГГ-3/80, КГ-2/50, 1ТБ, комплексы автоматического приготовления тяжелой среды (КйПТС) и др. Усовершенствованы технологические схемы, уточнены параметры работы машин и аппаратов.

В связи с изложенным, пересмотр параметров технологии обогащения крупного и мелкого угля в магнетитовой суспензии явился насущной задачей.

Работа выполнена институтами ИОТТ Минуглепрома СССР и УкрНИИУглеобогащение Минуглепрома УССРг. Материалы по характеристике оборудования представлены институтом Гипромашуглеобсгаще-ние, а материалы для раздела - "Средства контроля и регулирования" - Ворошиловградским филиалом института Гицроутлеавтсмати-зация. ¹

. ТРЕБОВАНИЯ. ПРЕШВШШМЕ К МАГНЕТИТОВШУ УТЯЖЕЛИТЕЛЮ И РАСЧЕТ кМОЕВНТОВ СУСПЕНЗИИ

2.1. Характеристика магнетита

2.1.1. Плотность

В качестве утяжелителя рекомендуется применять ыагнетито-вый концентрат плотностью 4300-4600 кг/м³ и более (до ^

5000 кг/м³), поставляемый железорудными горнообогатительными комбинатами.

Основными поставщиками кондиционного магнетита могут служить горнообогатительный комбинат Криворожского бассейна ШЖ -для углеобогатительных фабрик Европейской части Союза и Соко-ловско-Сарбайский горнообогатительный комбинат для фабрик Урала, Кузбасса, Караганды и других восточных бассейнов страны.

Плотность магнетитового утяжелителя определяется пикнометрическим способом в лабораторных условиях для навесок по 5-10 г в пикнометрах емкостью 50 или 100 мл. Определение производится в дистиллированной воде или в технической спирте (гидролизном, изобутиловом и др.)

Для быстрого определения плотности магнетита в производственных условиях, при контроле поступающих на фабрики партий магнетита, можно пользоваться следующим способом: пробу утяжелителя весом в 0,5 кг поместить в цилиндр емкостью 500 мл.

Если вес сухого цилиндра

вес цилиндра с навеской

вес цилиндра с навеской и водой до метки

вес цилиндра, без навески .заполненного водой до метки

то плотность магнетита

п __Pz ~ Pi_

^b~ (p_t-p, )- ft-/у

2.1.2. Крупность»

Крупность магнетита должна отвечать определенным требованиям в зависимости от типов аппаратов, используемых для обогащения. По крупности ыагнетитовый утяжелитель подразделен на три сорта: крупный, мелкий и тонкий.

Магнетит сортов К и М рекомендуется при обогащении в проточных сепараторах с неглубокой ванной (типов СК, СКВ) и в трехцродукто-вых гидроциклонах. Магнетит сорта М и Т - для обогащения в двухпродуктовых гидроциклонах. Чем выше плотность тяжелой суспензии, тем крупнее может быть утяжелитель.

Указанные выше горнообогатительные комбинаты выпускают, как правило, магнетитовый концентрат, характеристика которого по крупности находится между сортами М и Т (табл.2.1.)

Крупность поступавдего на обогатительные фабрики магнетитового утяжелителя должна определяться в каждой новой партии.

Ситовый анализ частиц крупностью до 40 мкм производится на стандартных ситах (0,15; 0,1; 0,074; 0,04 мм) с промывкой водой. Высушенные продукты следует подсевать на тех же ситах и взвешивать. Содержание частиц менее 20 мкм определяется седиментационным анализом по известным методикам (способ Сабанина, отмучивание и ДР.)^{Х 3 4}

Характеристика магнетита, поставляемого горнообогатнтельными комбинатами

2*1.3* Содержание магнитной фракции

Содержание магнитной фракции в магнетитовом утяжелителе должно быть не ниже 90$. Определение содержания магнитной фракции следует производить на магнитном анализаторе МА, изготовляемом Ворошиловградским заводом Тглеприбор" по чертежам Гшгромаш-углеобогащенид (см.5.5.3*) или на других анализаторах.

При отсутствии анализатора (для грубых определений) используется постоянный магнит со съемным диамагнитным чехлом. Ручное отмагничивание производится в фарфоровых чашках из проб весом 50-100 г с многократной перечисткой, пока вода не станет прозрачной. ⁵

2.1.4.    Скорость осветления суспензии и осаждения магнетита

При отстаивании суспензии плотностью 2000 кг/м³ в цилиндре 0 50 мм и емкостью 500мл через 5 шш должен образоваться объем осветленной воды (.% к общему объему): от 15 до 25 для размагниченного материала и от 25 до 40 для намагниченного материала с хлопьями•

2.1.5.    Магнитная проницаемость

Условный коэффициент магнитной проницаемости должен быть не ниже 0,7 проницаемости эталонной пробы магнетита равной I. Магнитная проницаемость определяется компаратором, состоящим из моста переменного тока с катушками индуктивности и показывающего гальванометра .

2.1.6.    Истираемость

Содержание фракций менее 20 мкм в пробе магнетита не должно возрастать более чем на 10% от содержания этой фракции в пробе, если пробу в виде пульпы плотностью 1700 кг/м³ в объеме 25 литров подвергнуть циркуляции в течение 4 часов на пути 4 м при расходе 3 м³/ч.

2.2. Реологические параметры суспензии и нормы содержания в ней шламас

2.2.1. Реологические параметры

Эффективность обогащения угля в тяжелых средах в значительной степени зависит от реологических свойств разделительной среды, которые характеризуются параметрами: кажущейся вязкостью    и    предельным    напряжением    сдвига    - *С₀    .

Для жидкостей, подчиняющихся закону Ньютона, вязкость среды определяется зависимостью:

(7^    Р

где 6 - касательное напряжение сдвига, дин/см ;

£ - постоянный коэффициент вязкости, пуаз;

В

Графическим выражением уравнения (2,2.) является прямая, проходящая через начало координат,. Вязкость ^ определяется как котангенс угла наклона прямой с осью и является постоянной величиной Гз].

Для пластических сред кривая ^с[- не проходит через начало координат, а отстоит от него на величину ЗЗс > представляющую предельное напряжение сдвига, т.е. силу, которую надо приложить к системе, чтобы началось ее течение. Поведение таких систем описывается уравнением Бингама:

«.ад

где <Ь - касательное напряжение сдвига»

%о - предельное напряжение сдвига;

^ - постоянный коэффициент вязкости.

£—

Если 0_о = 0, при отсутствии структуры, то уравнение Бингама переходит в уравнение Ньютона для вязкого ламинарного течения*

Магнетитовые суспензии тех плотностей и концентраций которые обычно применяются при обогащении углей, относятся к структурно-вязким системам, обладающим в некоторой области (при содержании твердого более 27,5-32,5$) пластической текучестью,

В этой области резко ухудшается эффективность разделения обогащаемого материала [YJ •

Если грубодисперсная суспензия ведет себя как ньютоновская жидкость или среда Бингама, то "кажущаяся” вязкость или просто вязкость ( ^    )    суспензии    является    постоянной.    Если    суспензия

ведет себя как структурно-вязкая среда, то вязкость является функцией касательного напряжения сдвига или градиента скорости. Таким образом, чтобы судить о реологических свойствах тяжелых суспензий измерения необходимо производить при различном давлении, что определяет различные величины напряжения сдвига и градиента скорости.

Для определения реологических параметров суспензии в лабораторных условиях рекомендуется капиллярный вискозиметр, рабо- ⁶

1

2

3

^х Может быть использован также автоматический фотоседименто-граф ЛФС-2 конструкции Пензенского инженерно-строительного института, г.Пенза, ул.Г.Титова, 28, ИСИ.

4

5

6