Аутогенные свойства разделительной среды при обогащении угля Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

700 °С, а V! в диапазоне 40-70 м/с. В таблицу занесены также данные опытов по времени дис-пергации частиц Тд.

По данным опытов было составлено уравнение регрессии, связывающее время диспергации Тд и параметры ^ и VI теплоноси-

теля во время разрушения агрегатов:

Тд = 0,527 + 5,3-10^ + 0,19-10^ --1,53-10-\2-3,0-10-41:2

Полученное уравнение регрессии позволяет определить время диспергации агрегатов, а, зная скорость частиц и составляющих агрегата в потоке газо-

взвеси, в первом приближении с достаточной степенью точности можно определить протяженность горловины прямоточной пневмосопловой сушилки как элемента, на котором реализуется интенсивный тепло-, массообмен процесса сушки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бабенко В.А. Исследование влияния агрегированных свойств мелко-зернистых угольных концентратов на стабильность и эффективность процессов сушки: Канд. дисс., Томск, 1968.

2. Коротич В.И. Теоретические основы окомковывания железнорудных материалов. - М.: Металлургия, 1966 г.

3. Москвина Т.А. Моделирование прочностных свойств влажных агрегатов дисперсных материалов и их дезагрегация в процессе сушки во взвешенном состоянии: Канд. дисс., Томск, 1985.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------

Бобриков В.В. — кандидат технических наук, ИОТТ. Черников В.Н. - инженер, ИОТТ.

Калюжная Н.А. - инженер, ИОТТ.

© А.С. Кириарский, 2QQ2

YAK 622.7

А.С. Кириарский

АУТОГЕННЫЕ СВОЙСТВА РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЙ СРЕЛЫ ПРИ ОБОГАЩЕНИИ УГЛЯ

П

ри обогащении угля используются три основных типа разделяющей среды: чистая вода, тяжелая жидкость и аутогенная среда. Если первых две разновидности достаточно хорошо изучены и реализованы, например, в условиях отсадки и тяже-лосредной сепарации, то последняя остается предметом поисковых исследований и должного развития в практическом и теоретическом аспектах не получила.

Понятие аутогенной среды первым предложил Р. Берт [1] для описания процесса разделения минеральных зерен в гидроциклонах, где, по его мнению, пульпа сама по себе действует как разделительная среда, при этом в зависимости от формы гидроциклон может работать как классификатор или квазитяжелосредный сепаратор. Поль Оливер [2] считает, что аутогенная среда - это самогене-

рирующая среда, которая может быть альтернативной тяжелым жидкостям при условии динамического воздействия и наличия тонкодисперсных частиц крупностью менее 250 мкм, источником которых могут быть глина или глинистый сланец, которые постоянно находятся во взвешенном состоянии в воде, при этом плотность псевдоутяжеленной среды может определяться по формуле:

•X

рс = Sj + S2 = J f(x)dx + (8max- x) - J f (x)dx (1)

0 x

где V, V2 - объем соответственно сухих частиц материала и воды; рс, р1, р2 - плотность соответственно среды, материала и воды.

По мнению исследовательской фирмы «Парнаби» [2], для аутогенной взвеси характерно некоторое ограничение, обусловленное тем, что в определенный момент среда, состоящая из тонких частиц, представленных в самом обогащенном материале, становится слишком вязкой и начинает терять свойства текучести, необходимой для осуществления разделения минеральных зерен, при этом верхний предел плотности самогенерируемой среды может снижаться до 1,25 г/см3, в то время как плотность разделения может изменяться в диапазоне от 1,23 до

РЕЗУЛЬТАТЫ МВС УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СОАЕРЖАНИИ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ФРАКЦИЙ

Про- дукт разде- ления Содержание граничных фракций (1500-1800 кг/м3)

0 5 10

Выкод % (0 §* СП 8р, кг/м3 Ерм, кг/м3 Выкод, % Зола, % 8р, кг/м3 Ерм, кг/м3 Выкод % Зола, % 5р, кг/м3 Ерм, кг/м3

Пита- ние 100,0 39,87 1825 200 100,0 39,87 1750 102 100,0 39,87 1780 150

Кон- цен- трат 69,83 21,57 64,54 8,8 54,24 10,60

Отхо- ды 30,17 82,37 35,46 82,32 45,76 74,56

2,25 г/см . Характерно, что недостаток, обусловлен- слоения компонентов обогащаемой смеси под дейст-

ный ограничением по плотности среды, компенсируется сочетанием различных динамических воздействий, одним их которых является принудительное перемещение частиц материала по спиральной траектории в турбулентном потоке, для чего применяются барабаны, вращающиеся с частотой 8-22 об/мин, в которых обогащается материал крупностью 100-6 мм, а также гидроциклоны, разделительная среда в которых образуется из самого обогащаемого материала.

Исследования процесса мокрой винтовой сепарации (МВС) [3, 4] свидетельствуют о том, что разделение минеральных зерен в условиях МВС-процесса протекает в среде, свойства которой отвечают характеристикам аутогенной среды.

Анализируя упомянутые технологии, автор пришел к заключению, что аутогенная среда есть продукт взаимодействия трех факторов: гидродинамического режима разделения, реологии суспензии и вещественного состава обогащаемого материала. Проявление аутогенных свойств имеет место также в гидросайзерах, радиальных сгустителях, конусных сепараторах, концентрационных стоках и даже на грохотах, при этом существенную роль играет наличие специфической постели, которая формируется из зерен определенной крупности и плотности в условиях про-тивоточного рас-

вием турбулентного потока, отличающегося масштабом, градиентом и интенсивностью пульсаций.

Обязательным условием проявления аутогенных свойств является наличие циркуляций рабочего потока, наиболее характерным примером которой является поперечная циркуляция, возникающая на изгибе потока, как это имеет место на винтовой поверхности или в гидроциклоне. Результатом циркуляций является противоточный характер расслоения обогащаемого материала. Как видно из рис. 1, большинство линий тока загибается кверху, при этом в точках перегиба скорость вертикального движения становится равной нулю. Если точки перегиба соединить линией (показано пунктиром), то получится след геометрического тела вращения, на наружной поверхности которого все струи будут циркулировать по спиральным линиям вниз, на внутренней поверхности - наоборот по спиральным траекториям -вверх. Граничные зерна при этом взвешиваются примерно на уровне линий точек перегиба, а зерна, плотность которых больше или меньше граничной, -соответственно в нисходящей и восходящей ветвях потока. Граничные зерна находятся в противоточном сепараторе длительное время и играют роль специфической постели или аутогенного ядра. Наличие таких зерен обеспечивает необходимую чистоту продуктов разделения за счет уменьшения (вплоть до исключения) взаимозасорения продуктов разделения. В этой связи по-другому следует трактовать понятие граничного зерна разделения и плотности разделения. Традиционно принято считать, что чем больше содержание зерен граничной плотности, тем труднее обогащаемость тонкого материала. Аутогенная трактовка сепарационных процессов свидетельствует об обратном: именно граничные фракции обеспечивают такое равновесное состояние системы, при котором имеет место минимальное засорение продуктов разделения (таблица).

Как видно из данных таблицы, «стерильное» (по содержанию граничных фракций) питание МВС-процесса обеспечивает наиболее низкие технологические показатели разделения, так как средневероятное отклонение (ЕрМ) достигает 200 кг/м3, а зольность концентрата (21,57 %) вдвое больше, чем в случае 10 %-ного содержания промежуточной фрак-

Рис. 1. Вертикальное и радиальное движение жидкости в гидроциклоне

ции. Наиболее высокие показатели имеют место при содержании в исходном продукте МВС на уровне 5 %. В этой связи целесообразно установить физический смысл плотности разделения, например, в условиях мокрой винтовой сепарации, результаты которой могут быть представлены графической кривой распределения s=/ (х) (рис. 2).

Масса фракций плотностью более плотности разделения, попавших в легкий продукт (концентрат), определяется площадью Sb а масса фракций плотностью менее плотности разделения (5р), попавших в породу, - площадью S2.

Тогда величина плотности разделения (5р), определяемая положением точки О (рис. 2) на кривой разделения, соответствует такому состоянию сепа-рационного процесса, в условиях которого взаимо-засорение продуктов обогащения минимальное. В геометрической интерпретации это означает минимум суммы площадей при ординате, равной 8р, если закон распределения фракций по плотности описывается кривой £=/Ь).

Согласно рис. 2 правомочно записать: х Smax

Si + S2 = J/( х )dx + (S max - x ) - J f (x )dx (2)

0 x

где х = Sр.

Учитывая, что:

S max S max x

J /(x )dx = J/(x )dx-J/(x )dx

x 0 0

можно получить:

Рис. 2. Кривая разделения для условий MBC - процесса

x S max

S1+S2 = 2 J/(x )dx + (Smax- x )s - J/(x )dx (3)

00

Исследуем эту функцию на экстремум:

(S+S2)’=2/(x)-S=0,

откуда:

/(х) = s/2 (4)

Сделав допущение, что зависимость / (x) являет собой степенную функцию вида:

У = ахп+Ь,

где n >0, получим, что:

(Sn&2)'=2/(x)">0 при любом х>0.

Полученный результат означает, что ордината точки кривой разделения / (x), равная 0,5s, соответствует такой величине плотности разделения, при которой сумма площадей (S1+S2), отражающих меру взаимозасорения продуктов обогащения, является минимальной независимо от формы кривой.

Таким образом, значение плотности, которая соответствует извлечению, равному 0,5 (50 %), является искомой плотностью разделения.

Плотность разделения (5р) может определяться не только графически, но и аналитически посредством метода линейного интерполирования, если пренебречь кривизной кривых разделения на участках между соседними с величиной 5р значениями плотности, т.е.:

SP =50 -s- (S++S-)+S-s+-s-

где s- - извлечение ближайшей по плотности фракции плотностью менее Sp, %; s+ - извлечение ближайшей по плотности фракции плотностью более Sp, %; S+ - значение ближайшей по плотности фракции плотностью более Sp, кг/м3; S_ - значение ближайшей по плотности фракции плотностью менее Sp, кг/м3. Для нашего примера (рис. 2) получаем:

Sp = 55 ~ 25 (1900 -1800)+1800 = 1850 кг/м3

что соответствует традиционной методике исчисления, опирающейся на характерные извлечения, равные 75 и 25 %.

1. Richard O. Bert. Gravity Concentration Technology//Elsevier. Amsterdam - Oxford - New York - Tokyo. -1984. - 574 p.

2. Paul Olivier. The Parnaloy Process//Bream Mineral Separation, 1988. - P. 7-29.

3. Кочетов В.В., Левандович А.П., Беринберг З.Ш., Пилов П.И., Кирнар-ский А.С. Применение винтовых сепараторов при обогащении углей // Сб. "Збагачення корисних копалин. -1998. - №1(42). - С. 80-87.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Кирнарский А.С. Технологические особенности мокрой винтовой сепарации//Сб. Геотехническая механика. - 1999. - Вып. 12. - С. 49-53.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Кирнарский А.С. - кандидат технических наук, Национальная горная академия Украины.