CC BY
13
© А.Ю. Воловиков, 2013
УДК 622.794.22 А.Ю. Воловиков
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАКУУМНЫХ ДИСКОВЫХ ФИЛЬТРОВ
Представлено экспериментальное оборудование, позволяющее проводить исследования в области разделения суспензий в цикле обогащения железной руды. Главным достоинством описанного оборудования является высокая степень его подобия реально действующим промышленным технологиям. Ключевые слова: дисковый фильтр, железорудный концентрат, обезвоживание.
Конкуренция в такой промышленной сфере, как обогащение полезных ископаемых и обезвоживание железорудного концентрата (ЖРК), в частности, основана, главным образом, на производительности и эффективности каждой используемой единицы оборудования [1]. В виду того, что в процессе обогащения железной руды используется целая цепочка технически сложного оборудования, каждое звено этой цепи может стать лимитирующей стадией процесса в случае снижения его производительности. Поэтому поддержание высокой производительности процесса фильтрования вкупе со снижением влажности получаемого кека является приоритетным аспектом в обслуживании процесса обезвоживания железорудного концентрата. Таким образом, качество разделения системы жидкость-твердое играет решающую роль в процессе обогащения. Продуктивность этой стадии зачастую определяет общую эффективность отдельно взятого горнообогатительного комбината, тогда как качество фильтрования непосредственно влияет на ценность и сорт ко-
нечного продукта вместе со стоимостью его дальнейшей переработки.
Эффективность обезвоживания ограничена техническими возможностями существующего оборудования так же, как и жизненным циклом фильтра и его стойкостью к засорению. Стоимость обслуживания фильтра обратно пропорциональна этим параметрам и нередко играет главную роль в принятии решения об использовании того или иного технологического оборудования [2].
Проблема засорения фильтрующих элементов является камнем преткновения в технологическом процессе обезвоживания железорудного концентра, а изучение механизмов закупоривания пор фильтров оказывается ключом к решению данной проблемы, увеличению срока поддержания эффективного функционирования каждого отдельно взятого керамического фильтра и совершенствованию процесса и оборудования в целом [3].
В рамках работы над исследованием процесса обезвоживания ЖРК одними из главных целей оказались разработка и создание необходимого лабораторного оборудования и экспериментального фильтра, макси-
мально подобного по функциональности реальному промышленному фильтру и включающего в себя набор периферийного оборудования, позволяющего вести мониторинг и последующий анализ таких характеристик процесса фильтрования, как поток фильтрата, масса образующегося кека и его влажность.
Фильтрование суспензии в непрерывном цикле было выбрано как необходимая функция экспериментальной установки для обеспечения максимальной достоверности получаемых результатов исследования. Такие технологические параметры, как глубина вакуума, уровень пульпы в корыте фильтра, давление обратной промывки, ее продолжительность и длительность каждой фазы цикла фильтрования должны были быть сопоставимы с промышленными условиями для получения максимально надежных результатов. Такие показатели фильтрования, как поток фильтрата, проницаемость фильтровального материала, толщина осадка на фильтровальной перегородке и его масса тщательно измерялись и фиксировались в течение каждого эксперимента для эффективной последующей обработки полученных результатов [4].
Исходя из вышеизложенных требований, был создан экспериментальный фильтр, обладающий следующими основными функциональными особенностями:
• Достаточной вместимостью ре-пульпатора было обеспечено проведение продолжительных экспериментов по фильтрованию в непрерывном цикле, с одновременным контролем оперативных параметров, позволяющих судить о мере засорения фильтрующих элементов.
• Обеспечена возможность автоматического проведения процесса обезвоживания ЖРК с минимальным вмешательством оператора.
• Оперативные параметры экспериментов максимально приближены к промышленным.
• Наличие системы сбора и контроля оперативных параметров, таких как масса собранного осадка и фильтрата.
Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке.
Пилотный фильтр
Пилотный фильтр был использован как основное оборудование для разделения суспензии. Изначально фильтр был предназначен для фильтрования под избыточным давлением, однако был модернизирован в соответствии с требованиями, предъявляемыми к вакуум-фильтрам. Основная часть фильтра, используемая в экспериментах содержит следующие функциональные узлы:
1. Мешалка,
2. Сопло подачи суспензии,
3. Корыто фильтра (ванна),
4. Датчики уровня суспензии,
5. Приводной вал,
6. Термометр,
7. Фильтрующая пластина,
8. Скребки.
Вспомогательное оборудование
Помимо основного фильтрующего оборудования в состав установки был включен ряд дополнительных единиц, обеспечивающих полный технологический цикл фильтрования, включая приготовление и перемешивание суспензии, ее подачу и рециркуляцию, отвод фильтрата в емкость, находящуюся под вакуумом, эжектор, манометр, вакуумметр, систему сбора и записи оперативных параметров процесса.
В роли репульпатора была использована емкость с рубашкой охлаждения, отражательными перегород-
Принципиальная схема: 1- проточная вода для обратной промывки, 2 - клапан обратной промывки, 3 - трехходовой клапан, 4 - проточная вода в рубашку охлаждения репульпато-ра, 5 - вакуумный эжектор, 6 - емкость фильтрата, 7 -весы, 8 - коллектор осадка, 9 - насос суспензии, 10 - репульпатор, 11 - кран шаровой, 12 - слив с корыта, 13 - пилотный фильтр
ками и быстроходной мешалкой. Охлаждение суспензии предотвращало её перегрев и обеспечивало температуру на уровне 15—17 °С. При отсутствии охлаждения пульпа перегревалась до 33 °С, что вносило в эксперимент дополнительную погрешность за счет значительного уменьшения вязкости воды.
Особо важную роль в поддержании однородности суспензии в репульпаторе и в корыте фильтра, сыграли два круга рецикла. Первый круг основан на возврате пульпы в репульпатор при закрытом клапане питания фильтра, второй - на оттоке суспензии с нижней части ванны фильтра самотеком в репульпатор.
Представленная выше схема рециркуляции позволила получать сус-
пензию постоянную по содержанию твердого по всему объему оборудования и трубопроводов подачи, а так же избежать застойных зон, где бы осаждался ЖРК.
В течение пробных запусков установки было выявлено, что засорение фильтра и критичное снижение потока фильтрата происходит уже через 10-15 фильтрационных циклов, что делало невозможным проведение длительных экспериментов по обезвоживанию ЖРК. В связи с этим, была разработана и смонтирована система обратной промывки фильтра, подающая промывочную воду под давлением 2 атм. в конце каждого цикла фильтрации после сушки и отделения осадка.
В целях обеспечения максимальной точности обработки оперативных параметров и технологических показателей эффективности фильтрования была смонтирована система непрерывного сбора информации о процессе, позволяющая проследить тенденции их изменения во времени. Системой фиксировались следующие параметры:
• Толщина осадка на фильтре,
• Глубина вакуума,
• Частота вращения вала (период цикла фильтрации),
• Масса осадка (накапливаемая),
• Масса фильтрата (накапливаемая).
В свете проводимых исследований, наиболее значимыми показателями оказались масса осадка и фильтра, позволяющие охарактеризовать динамику засорения фильтра и снижения производительности фильтра в каждой отдельно взятом эксперименте, а также произвести их сравнительный анализ.
Заключение
Смонтированная и модернизированная в результате пробных запусков установка позволяет проводить исследования по фильтрации как ЖРК, так и любых других суспензий, при обезвоживании которых в цикле обогащения применяются вакуумные дисковые фильтры. Важной особенностью созданного фильтра является относительно малый объем циркуляции суспензии и ее расход. Общая фильтрующая поверхность, задействованная в технологическом цикле, составила менее 0.01 м , что позволяет получить 100-150 кг обезвоженного ЖРК с содержанием влаги 68 % в течение эксперимента продолжительностью 9 часов. Получаемые в результате экспериментов выводы, например, о влиянии различных флотационных реагентов, добавляемых в суспензию, могут быть масштабированы на промышленные фильтры, площадью до нескольких сотен квадратных метров, с минимальными затратами на проведение исследований.
1. Кутлубаев И.М., Садыков В.Х., Третьяк Б.А., Усов ЙГ.Анализ влияния режима от-дувки на влажность осадка при обезвоживании железорудных концентратов на дисковых вакуум-фильтрах // Вестник МГТУ им.Г.И.Носова. -2008. №2. — С. 12-14.
2. ГольдбергЮ.С., Гонтаренко A.A., Баришполец В.Т. Процессы и оборудование для обезвоживания руд. — М.: Недра, 1977. 168 с.
3. Бондарь В.В., Красный Б.А. Состоя-
--СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ние и перспективы применения дисковых вакуумных фильтров с керамическими фильтрующими элементами в технологии обезвоживания горно-обогатительных производств //Обогащение руд. — 2007. — №2 — С. 39-43.
4. Веселова Е.Л. Определение закономерностей обезвоживания в вакууме и разработка структуры автоматизированного оборудования: Дис. канд. техн. на-ук:05.13.07. — М., 1998. — 181 с.ИЗЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Воловиков Артем Юрьевич - аспирант кафедры АТПП, volovikovartem@mail.ru, Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (Горный университет).
