CC BY
35
© В.П. Мязин, В.Г. Черкасов, 2009
УДК 622. 793
В.П. Мязин, В.Г. Черкасов
АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ СИСТЕМЫ ВОДОПОДГОТОВКИ ПРИ ПРОМЫВКЕ МЕТАЛЛОНОСНЫХ ПЕСКОВ МОБИЛЬНЫМИ ОБОГАТИТЕЛЬНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ
Семинар № 18
¥~Ъ настоящее время россыпная ме-
■Я-9 таллодобыча с использованием мобильных обогатительных комплексов (переставных промывочных приборов, драг, модульных фабрик), а так же промывка минерального сырья самоходными агрегатами типа ”Pioneer”, “Wash-all”, “Universal” (США), “Bavaria” (Германия), SK-2 (Польша), ЭТ-1А (Россия) и др. базируется на водоемких операциях с раходом до 12.. .18 м3 технологической воды на 1 м промываемых песков или до 1000-2000 м3/ч. на один промывочный агрегат. Зона устойчивого водоснабжения определяет мобильность этих агрегатов а, по сути, они “привязаны” к внешней системе водоподготовки, как правило, через замыкания массопотоков на пруды-отстойники, которые являются основными источниками загрязнения естественных водотоков, прилегающих к району ведения горных работ.
Сооружение для этих целей временных дамб, руслоотводных каналов, каскада плотин требует значительных затрат времени (до 10-15 % от промывочного сезона) и в таких же пределах средств от себестоимости добытого металла. Такие показатели ставят под сомнение разработку мелких месторождений, где удельная доля затрат на гидротехнические сооружения еще выше. Уровень развития системы кондициони-
рования оборотной воды оказывается ключевой проблемой и при ведении работ в безводной местности.
Существующие методы водоподго-товки на основе внешних временно возводимых гидротехнических сооружений исчерпали свои потенциальные возможности и выступают сдерживающим фактором в совершенствовании мобильных обогатительных комплексов, востребованность которых постоянно растет, что вызвано истощением сырьевой базы страны и вовлечением в переработку мелких и высокоглинистых месторождений.
Инертность в развитии водоподготовительного этапа в технологическом цикле россыпной металлодобычи исключает потенциальную возможность по существенному снижению водоза-трат. Это обусловлено отсутствием надежных энерго- водосберегающих аппаратов по выделению илисто-глинистой фракции из образующихся массопото-ков от промывки металлоносных песков. Другой смежной проблемой по выделению твердой фазы из гидровзвеси эфельных хвостов являются высокие потери (до 45-50 %) тонких классов ценного компонента.
Для кардинального решения этих проблем требуются принципиальные отступления от традиционных схем замы-
кания массопотоков на грунто-вые сооружения путем аппаратурного оформления процесса кондиционирования оборотной воды.
Применение известных технических решений, используемых на стационарных обогатительных фабриках, распространения на россыпях не находят из-за специфических условий эксплуатации оборудования, требующих от конструкций низкой энергоемкости, простоты и мобильности в эксплуатации, технологической гибкости. Этим требованиям отвечают тонкослойные (канальные, полочные, многоярусные) аппараты. Однако отсутствие рекомендаций, конструкторской проработки, экспериментальных исследований ограничивает их использование в обогатительных комплексах, работающих в сложных условиях приисков. Выделим три базовых принципа, на основе которых, по нашему мнению, должно формироваться аппаратурное оформление процесса кондиционирования оборотной воды для мобильных обогатительных комплексов:
- преемственность специфических требований к оборудованию, работающему в сложных условиях приисков, а именно - мобильность и автономность;
- минимизация объема оборотной воды вне контакта с естественным грунтом с минимальными энергозатратами и обеспечением нормального функционирования основного техно-логического оборудования;
- обеспечение технологической гибкости разделительной системы аппаратов для различных по составу и объему массопотоков гидровзвеси, а так же различных конструкций обогатительных комплексов.
Такой подход формирует локальный контур водооборота, который предполагает многократное сокращение объемов оборотной воды за счет
полного или частичного исключения внешних прудов-отстойников путем применения технических устройств.
Так как гранулометрический и минералогический состав эфельных хвостов колеблется в широких пределах, то сам процесс выделения твердой фазы целесообразно разбить на два этапа: с выделением крупной фракции, представленной галей, песком и тонкодисперсной -в виде илисто-глинистой фракции.
Перспективным оборудованием на первом технологическом этапе выступают многоспиральные обезвоживатели (типа ОСП, ОСД), разработанные в ИГД ДВО РАН, испытанные на объектах россыпной металлодобычи и предназначенные для удаления из массопотока эфельных хвостов относительно крупной фракции. По данным разработчиков эти обезвоживатели при общей массе 18 т обеспечивают выход в слив гидровзвеси с частицами крупностью до 80 мкм и развивают производительность по твердой фазе до 130 м3/ч, что соответствует технологической производительности обогатительного комплекса по пескам 200 м3/ч.
Техническую основу по выделению тонкодисперсной твердой фазы могут выполнять тонкослойные аппараты в виде модулей [1]. В зависимости от их соединения (рис. 1) в виде батареи они выполняют функцию осветлителей технологической воды, обогатительных устройств с доизвлечением ценного компонента, сгустителей илистоглинистой фракции.
Принятая за базовую конфигурацию модуля наклонная продольно-вытянутая оболочка в виде трубы большого диаметра (530-820 мм) в отличие от известных тонкослойных аппаратов конструкций фирм “Ба1а”, “№рШп М1сгоАок”, “Бе§гешоп1”, “Яеак8”, “Уралмеханобр”, “Завод Труд” и др., дает возможность
Питание 100 %
Слив НО \
Слив 10 %
--------- *
Рис. 1. Батарея тонкослойных модулей в технологической цепи водоподготовки: 1 - обогатительный модуль, 2 - модуль-осветлитель, 3 - модуль-сгуститель
дополнительных конструкционных манипуляций: во-первых, создавать в образующейся рабочей полости относительно длинное тонкослойное пространства со ступенчатой схемой деления каналов; во-вторых, реализовать двойной тонкослойный эффект и тем самым использовать аппарат как обогатительное устройство; в-третьих, манипулировать схемами массопотоков в одной конструкции (противоточная, прямоточная, поперечная); в-четвертых, многократно сократить удельную массу аппарата и его габариты (по сравнению с аналогами) за счет исключения основания со стойками, распределительно-
накопитель-ных узлов, а так же путем совмещения функции оболочки тонкослойного пространства и несущего корпуса в целом.
В результате примененных новых технических решений по сравнению с аналогами достигнуто многократное снижения удельной массы аппарата и его габаритов до значений соизмеримых
с обогатительным комплексом (пром-прибором), что имеет существенное значение для мобильн^1х устройств. Удельные масса и габариты разработанного модуля относительно номинальной пропускной способности по гидровзвеси составляют соответственно 5-9 кг/м3/ч и 0,04-0,05 м3/м3/ч (рис. 2).
Оригинальность тонкослойных модулей заключается в простоте и технологической гибкости конструкции аппарата. Простота конструкции определяется отсутствием подвижных и энергоемких узлов, возможностью изготовления в условиях приисков, а технологическая гибкость - широким диапазоном состава перерабатываемых гидровзвесей. Обоснованная вариативность схем массопо-токов через одно рабочее пространство предопределяет рациональную конфигурацию аппарата, позволяющую применить эффективный и экономичный способ создания ряда производных установок, используя принципы унификации на основе методов конвертирова-
ния, секционирования, компаундирования конструкции, а так же взаимозаменяемости узлов.
Главным принципом аппаратурного оформления разделительного про-цесса является технологическая многофункциональность, которая достигается методом конвертирования базовой установки путем использования разных схем перемещения массопотоков (противо-точная, прямоточная, поперечная) через одно рабочее пространство, при котором достигается различный разделительный эффект (осветление, сгущение, классификация).
Метод секционирования применительно к тонкослойным аппаратам заключается в создании автономной разделительной секции с унифицированными посадочно-присоединительными элементами определенной производительности, позволяющей изменять качественно-количествен-ные характеристики процесса разделения путем набора унифицированных секций в виде батареи. Этот принцип применим и для создания унифицированных по геометрическим параметрам тонкослойных
Рис. 2. Влияние производительности батареи тонкослойных модулей в режиме подготовки технологической воды (выход в слив 80...85 %) на массу аппарата в целом при диаметре модулей, мм: 1 - 530; 2 - 630; 3 -820 (концентрация твердого в сливе: а - до 1 г/дм3 с расходом флокулянта до 4 г/м3; б - до 10 г/дм3 без использования реагента для среднепромывистых песков)
элементов (каналов), которые собираются в отдельные секции (кассеты) из которых формируется рабочее тонкослойное пространство по функциональному назначению в автономном унифицированном корпусе.
Метод компаундирования дает возможность путем параллельного и/или последовательного соединения секций в сочетании с монтажной вариацией системы вход-выход усиливать эффективность разделительного процесса, включая несколько функций, по качественным показателям с одновременным изменением пропускной способности. В отличие от секционирования этот метод позволяет соединять независимые по назначению автономные секции.
Заложенный в конструкцию метод на основе взаимозаменяемости узлов корпуса, посадочно-присоединитель-ных
элементов, тонкослойных секций в совокупности позволяет варьировать компоновкой как аппарата в целом, так и его геометрией рабочей полости, схемами движения массопотоков путем монтажных операций без дополнительных изменений составных частей.
Применительно к разработкам россыпных месторождений при частой смене мест промывки, а, следовательно, и состава гидровзвеси, такая направленность обеспечивает следующие техно-
логические и эксплуатационные преимущества:
- упрощение, ускорение и удешевление процессов проектирования аппаратов, их сборку и комплектацию по переработке тонкодисперсного минерального сырья;
- сокращение сроков доводки технологических схем;
- сокращение номенклатуры составных элементов оборудования, что упрощает ремонт и облегчает эксплуатацию;
- обеспечение технологической гибкости процесса разделения гидровзвеси применительно к различным месторождениям в мобильном варианте.
Исследования тонкослойных модулей в производственных условиях на объектах россыпной металлодобычи показали высокую их эффективность по выделению тонкодисперсной твердой фазы из массопотока эфельных хвостов. В режиме осветления они восстанавливают до 80-90 % технологической воды. При содержании илисто-глинистой фракции в питании до 100 г/дм3 на выходе в сливе остаточное содержание твердой фазы достигает 10 г/дм3 (без применения водорастворимых полимерных добавок) и до 1 г/дм3 - с использованием флокулянтов (Санфлок, БР1) при дозах до 4 г/м3. Для промывочных приборов (МДП, ПГШ, ПКС, ПГБ), используемых в настоящее время при россыпной металлодобыче, установлено потребное количество тонкослойных модулей разработанного типоразмерного ряда [2]. Так при выходе эфельных хвостов в объеме 1000 м3/ч при обогащении среднепромывистых песков количество
модулей составляет 8-16 единиц с общей массой 19-21 т (рис. 2). Использование водорастворимых полимерных добавок из расчета 3-5 кг/ч на весь объем массопотока сокращает количество модулей и массу аппарата в целом в 3,54 раза.
В режиме сгущения модульная конструкция позволяет получать на выходе сгущенный продукт песчано-глинистой фракции с предельно-возможной объемной влажностью до 45-47 %, однако при этом повышается в 3-4 раза содержание твердой фазы в сливе и при перепадах нагрузки в питании возникает закупорка проходного отверстия насадки. Стабильный выход сгущенного продукта наблюдается при объемной влажности более 65 % в диапазоне отношения Ж:Т по исходному питанию от 7:1 и более.
Физическим моделированием тонкослойного процесса разделение гидровзвеси установлена и исследована возможность этих аппаратов доизвлекать из эфельных хвостов тяжелую тонкодисперсную фракцию ценного компонента. Перераспределение твердой фазы в локализованном осадке, который транспортируется вдоль днища по длине модуля, протекает в двух измерениях, т. е. р = р(к, Ь) (рис. 3). Скорость осадочного слоя (И) в гофрированной части днища на два порядка ниже скорости потока на шлюзах. Эта особенность позволяет усиливать механизм сегрегации частиц с последующим отсечением тяжелой нижней части на выходе. С этой целью модуль включается в технологическую цепь по прямоточной схеме (модуль 1, рис. 1).
б)
Рис. 3. Перераспределение тяжелой фракции (магнетит рм=4950 кг/м3, исходная концентрация см=10 г/дм3) по глубине и длине осадочного слоя из песчано-глинистой фракции (р=2600 кг/м3, исходная концентрация со=100 г/дм3), где а - схема формирования осадочного слоя; б -изменение содержания тяжелой фракции по длине канала на глубине Н,: 1 - 2 мм, 2 - 4 мм, 3 -
8 мм
Образующийся локальный контур водооборота через систему тонкослойных модулей исключает прямой контакт основной массы оборотной воды с естественным грунтом, снижает объемы внешних прудов-отстой-ников в 5-7 раз и тем самым повышает экологическую безопасность в районе ведения горных работ. Использованием тонкослойного процесса по выделению твердой фазы из массопотока эфельных хвостов и его аппаратурным оформлением решается одна из главных задач по формированию энерго- водосберегающих систем водо-подготовки в мобильном варианте
Созданием унифицированных модулей, их спариванием и объединением посредством параллельного, последовательного соединения, их сочетанием в единый агрегат обеспечивается техноло-
1. Мязин В.П., Черкасов В.Г. Расширение технологических возможностей тонкослойных аппаратов // Горный журнал. - 2006. -№ 9. С. 61-63.
2. Мязин В.П., Черкасов В.Г. Принципы
локализации водооборота при промывке металлоносных песков транспортно-
гическая и эксплуатационная гибкость конструкций, а также создаются благоприятные условия для их серийного производства.
Учитывая, что в переработку вовлекаются мелкие месторождения и в связи с этим наблюдается тенденция по созданию модульных обогатительных комплексов, подход к системе водоснабжения с такой же позиции дает возможность гибко “вписываться” в технологические цепи переработки металлоносных песков. Переход на аппаратурное оформление процесса водоподготовки открывает широкие возможности по совершенствованию всего обогатительного комплекса в целом в виде мобильных поточных линий или самоходных агрегатов типа комбайна [3].
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
обогатительными комплексами // Горн. ин-форм.-аналит. бюл. - 2007. - № 1. - С. 360-366.
3. Мязин В.П., Черкасов В.Г. Конструк-
ция промывочного комплекса для разработки россыпных месторождений // Горные машины и автоматика. - 2002. - № 11. С. 14-18. Ш
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------------
Мязин В.П. - заведующий кафедрой “Обогащение полезных ископаемых и вторичного сырья”, Заслуженный работник высшей школы, Заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор.
Черкасов В.Г. - доктор технических наук, профессор,
Читинский государственный университет.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 18 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.И. Галкин.
А
