Флотационная машина с элементами струйной аэрации МФУ-СА. 1 Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

© Л.А. Антипенко, 2012

Л.А. Антипенко

ФЛОТАЦИОННАЯ МАШИНА С ЭЛЕМЕНТАМИ СТРУЙНОЙ АЭРАЦИИ МФУ-СА.1

Проведены разработка и испытания флотационной машине с элементами струйной аэрации МФУ-СА.1 конструкции ОАО «Сибнииуглеобогашение» Ключевые слова: флотация, обогащение, вытяжная вентиляция, аэрация.

В настоящее время, начиная с 2001 г., в проектах строительства новых и реконструкции действующих обогатительных фабрик предусматриваются водно-шламовые схемы нового поколения, которые замкнуты внутри производств без использования наружных отстойников и гидроотвалов. Изменился верхний предел крупности для флотационного метода обогащения и составляет от 0 до 9,3 мм.

Для флотации тонких шламов наиболее приемлемы в применении флотационные машины пневматического типа, у которых в режиме минерализации отсутствует турбулентное движение, что способствует повышению селективности и увеличению эффективности процесса обогащения.

Флотационная машина МФУ-СД 1 с элементами струйной аэрации (в дальнейшем — флотомашина МФУ-СА.1) разработана в ОАО «Сибнииуглеобогащение» и предназначена для обогащения угольной мелочи крупностью менее 0,5 мм методом пенной флотации с применением флотационных реагентов вспенивателя и собирателя при содержании твердого в питании флотации в среднем 100 кг/м3. Эффект струйной аэрации защищен авторскими свидетельствами на изобретение и патентами (патент № 1680343, 1989 г., патент № 1577846, 1988 г., патент № 1752428, 1989 г.).

Флотомашина МФУ-СА.1 (рис. 1) предназначена для эксплуатации в закрытых производственных помещениях, снабженных приточной и вытяжной вентиляцией при температуре окружающего воздуха от +10 до +50 0С и рекомендована для глубокого обогащения углей средней и высшей стадии метаморфизма.

Рис. 1. Общий вид модуля флотационной машины МФУ-СА: 1 —

флотационная камера, 2 — гидроциклон пульпоприемного устройства, 3 — камера предварительной аэрации, 4 — корпус пульпоприемного устройства, 5 — желоб распределительный, 6 — пневмогидравлический аэратор

Флотационные машины, аналогичные МФУ-СА.1, в России и за рубежом не выпускаются.

Элементы струйной аэрации используются при разработке устройств полготовки пульпы и в аэрационных блоках пневмо-гилравлического типа.

Аэрация угольной пульпы своболными струями является принципиальным новым техническим решением при созлании высокопроизволительной флотомашины МФУ-СА.1. Качество аэрации оценивается коэффициентом эжекции (коэффициентом аэрации), опрелеляемым как отношение количества возлуха в пульпе (м3/ч) к количеству перекачиваемой пульпы (м3/час). В сравнении с существующими механическими аэраторами, имеющими коэффициент эжекции менее 1, коэффициент эжекции аэраторов флотомашины МФУ-СА.1 по результатам стенловых испытаний составил 4,5^6,8, а по результатам испытания экспериментального образца аэратора лля флотома-шины МФУ-СА.1 в промышленных условиях составил 2,1^2,9.

Данная разработка имеет более высокие технико-экономические показатели по сравнению с серийно выпускаемыми флотомашинами МФУ-12А, а именно: большую произволи-тельность по пульпе и по тверлому пролукту, меньшую улель-ную массу, более высокую степень автоматизации управления и регулировки, увеличенный выхол флотоконцентрата на 0,4 %, лучшие экологические показатели за счет уменьшения корректированного уровня звуковой мощности.

Основные проектные технические характеристики флото-машины МФУ-СА.1 привелены в табл. 1.

Пневмогилравлическая схема флотомашины МФУ-СА.1 прел ставлена на рис. 2. Процесс флотации осуществляется внутри трех камер молулей 1, 2 и 3, соелиненных межлу собой промежуточными карманами 4 и 5. Флотомашина заканчивается выпускным карманом 6. Камеры молулей устанавливаются с перепалом 300 мм. Нал головным молулем 1 располагаются лва пульпоприемных устройства. В верхней части кажлого мо-луля нал уровнем пульпы влоль боковых стенок молулей располагаются олнорялные пеноснимагели, приволимые в лвиже-ние при помощи мотор-релуктора или электролвигателя с ре-лактором.

Внутри кажлого молуля распологаются по 8 пневмогилрав-лических аэраторов 7, к которым от магистрали возлушной 8 и магистралей напорных 9 рабочей жилкости (камерного про-лукта) полволятся пол лавлением возлух и рабочая жилкость. Магистраль возлушная 8 и магистрали напорные 9 располагаются, нал камерами молулей и служат лля распрелеления воз-луха и рабочей жилкости по аэраторам.

Магистраль возлушная 8 включает в себя залвижку 10 от возлухолувки, лросселирующее устройство 11, измерительную лиафрагму 12 с лиффманометром 13 и манометром абсолютного лавления 14, регулирующие лиафрагмы 15, регулирующие заслонки 16 и гибкие отволы на аэраторы.

Магистрали напорные 9 включают напорные шламовые насосы 17 типа ШН-270, магистраль всаса 18 рабочей жилкости из карманов 4,5 или 6, регулирующие залвижки 19, манометры 20 и напорные распрелелители на 8 аэраторов в кажлом мо-луле с гибкими отволами на аэраторы.

Таблица 1

Основные проектные технические характеристики флотомашины МФУ-СА

№ пп Наименование показателя Значение

1. Производительность по твердому, т/ч 70 (80)

2. Объемная производительность по пульпе, м3/ч 700 (800)

3. Содержание твердого в исходном питании, не более 100

кг/м3

4. Полезный объем камеры модуля, м3 25,0

5. Количество модулей, шт. 3

6. Количество аэраторов в камере модуля, шт. 8

7. Давление пульпы на входе во флотомашину, не менее 0,05

МПа

8. Давление рабочей жидкости на входе в аэра- не менее 0,12

торы, МПа

9. Давление воздуха на входе в аэраторы, МПа не более 0,01

10. Объемный расход рабочей жидкости на один не менее 240

модуль, м3/ч

11. Объемный расход воздуха на флотомашину, Номинальная —

м3/ч 300

Максимальная —

6000

12. Количество напорных (шламовых) насосов на 1

один модуль, шт.

13. Количество мотор-редукторов на один модуль, 2

14. шт. Скорость вращения пеноснимателей, об/мин не более 15

15. Количество редакторов типа МЭО (на шибер) 1

на один модуль, шт.

16. Установленная мощность электродвигателей на 174

флотомашину (без воздуходувки), кВт

17. Масса без футеровки (до проекта привязки), кг не более 15000

18. Габаритные размеры (до проекта привязки), мм:

длина Не более 21000

ширина 3400

высота 3600

Исходная пульпа поступает в два пульпоприемных устройства (ППУ) по магистрали 21, включающей в себя задвижку 22 и манометр 23. Основное требование для поступающей исходной пульпы на флотомашину МФУ-СД.1: разделение потока исходной пульпы на два равных потока и подачу их в пульпо-приемные устройства.

дрооная дозировка , реагентаИ

-чхь

-1X1-

1

аснобнс/я "

Эсциройка —IX}— т реагентов ^

техничес-

кая

¿'ода

© - сужающее устройство типа диснррагщ/

у - (¡идцмыц разрыв после делителя потока

реагентоё

ппу- пульпоприёмное устройство

ээ/с - эжекторы типа струйного насоса, служащие для подачи реагентов § ЛПУ

\

с;

22 23

АЛЛА л л Д^Л;6 л л д

1 Ь I ■ • 1 1

—!—г- •, Т 1. -1...2

А Д Д/5 ^

Рис. 2. Пневмогидравлическая схема флотационной машины МФУ-СА.1

Подача реагентов производится двумя способами: основная подача реагентов в ППУ и дробная подача реагентов в промежуточные карманы 4 и 5 в зону всаса напорных насосов 17 ддя модулей 1 и 2. При основной подаче реагентов эмульсия смеси реагентов подается в пульпоприемные устройства через эжекторы типа струйного насоса, обеспечивающие напорную подачу реагентов. При дробной — эмульсия смеси реагентов перемещается самотеком в зону всаса напорных насосов 17 для модулей 1 и 2.

Флотомашина МФУ-СД1 работает следующим образом. Исходная пульпа направляется в два пульпоприемных устройства, куда поступает через эжекторы эмульсия реагентов основной дозировки. В пульпоприемных устройствах происходит интенсивное перемешивание пульпы с реагентами и частичная аэрация пульпы. Подготовленная пульпа четырьмя потоками поступает в камеру модуля 1 .

В это же время из аэраторов в объем модулей выходят радиальные потоки (струи) интенсивно аэрированной пульпы, которые попав в объем модуля, заполненного пульпой с омас-ленными частицами, равномерно аэрируют нижнюю часть пульпы в объеме каждого модуля. При этом происходит минерализация пузырьков воздуха, и их движение к пенному слою, т.е. осуществляется процесс пенной флотации. На поверхности модуля образуется слой пенного продукта (флотоконцен-трата), который удаляется пеноснимателями в желоба для фло-токонцентрата.

Под пульпеприемными устройствами пенный продукт, сформированный из всплывающих минерализованных пузырьков, встречается с падающим потоком пенного продукта из пульпоприемных устройств. За счет эффекта «пена на пену» происходит эффективное обогащение частиц крупностью от 0,2 до 0,5 мм. Поток обогащаемой пульпы перетекает из модуля 1 через промежуточный карман 4 в модуль 2 и далее — в модуль 3. В модулях 2 и 3 осуществляется только пенная флотация, аналогично процессу в модуле 1.

Дробная подача эмульсий флотореагентов в промежуточные карманы на всас напорных насосов усиливает действие реагентов, так как флото-реагенты через аэраторы поступают в донную часть модулей 1 и 2.

Рис. 3. Схема пульпоприемного устройства

Конструктивные решения специалистов ОАО «Сибнииуглео-богашение» по составным частям флотомашины МФУ-СД.1, имеющим элементы струйной аэрации, заключались в следуюшем. Схема пульпоприемного устройства представлена на рис. 3. Составными частями ППУ являются вихревое устройство, представляющее собой форсунку, и смеситель — пульподелителъ. Вихревое устройство состоит из цилиндрического корпуса I, входного тангенциального патрубка 2, конусного насадка 3, делителя потока 4 и патрубка 5 для подвода реагентов через эжектор.

Смеситель-пульподелитель состоит из корпуса 6 с крышкой 7, внутри которого размешаются смеситель 8 и труба центрального слива 9 с окнами 10 в зоне подпенного слоя и опорами 11.

Делитель потока 4 изготавливается в нижней части корпуса 1 в виде прямоугольных пазов. Корпус 1 вихревого устройства располагается на крышке 7 так, чтобы длина струй от делителя потока 4 до зеркала смесителя 8 составляла 240+10 мм.

Проходное сечение трубы 9 должно бить не меньше проходного сечения входного патрубка 2.

Пульпоприемное устройство работает следующим образом: исходная пульпа под давлением не менее 5 м. вод. столба поступает в патрубок 2 и ускоряется до 5 м/с; далее, проходя насадок 3, формирует на выходе из насадка полую коническую

9

Рис. 4. Схема пневмогидравлического аэратора

струю, которая пройдя через щелевой делитель потока 4, соударяется со свободной поверхностью пульпы в смесителе 8, производит перемешивание пульпы с реагентами и, вследствие эффекта струйной аэрации, производит частичную аэрацию пульпы с образованием пенного слоя.

Далее часть подготовленной пульпы с пенным слоем переливается через кромку смесителя 8 и направляется к выходному отверстию, а другая часть подготовленной пульпы направляется в трубу 9 и поступает в подпенный слой через окна 10 и в донную часть модуля 1 в зону интенсивной аэрации пульпы.

Основные технические требования к пульподриемному устройству:

1. Все проходные сечения должны обеспечивать прохождение пульпы объемной производительностью О = 500 м3/час с содержанием твердого в пульпе не более 100 кг/м3.

2. Смеситель-пульподелитель является безнапорной частью ППУ.

3. Смеситель должен быть снабжен дренажными отверстиями для выпуска пульпы после прекращения подачи исходной пульпы.

4. Вихревое устройство рассчитывается как низконапорная центробежная форсунка и изготавливается согласно расчетам.

Схема пневмогидравлического аэратора (ИГА) представлена на рис. 4.

Составными частями ПГА являются основание, камера, формирователь струй, пульпопровод и воздухопровод.

Основание состоит из конической обечайки 1, ребер жесткости (на рис.не показаны), устройств для регулирования высоты основания до дна модуля (на рис. не показаны).

Камера состоит из конической обечайки 2, ребер-фиксаторов 3 и соединительного корпуса 4 с системой трубопроводов для воздуха и рабочей жидкости.

Формирователь струй состоит из рассекателя 5, штока 6, стакана 7 с основанием и фиксатором положения рассекателя. Пульпопровод состоит из трубопровода 8 с подводящим патрубком 9, насадка (сопла) 10 гайки 11 с центровочными ребрами, обеспечивающими коаксиальностъ трубопровода 8 относительно трубы 12 воздухопровода. К трубе 12 приварен подводящий воздушный патрубок 13, установлены сальниковое уплотнение 14, крепления 15 и система для фиксированного перемещения трубопровода 8 относительно трубы 12 (на рис. не показаны). Пульпопровод и воздухопровод образуют систему

трубопроводов с кольцевым каналом для воздуха и с возможностью перемещения камеры по наружной поверхности трубы 12.

Пневмогидравлический аэратор работает следующим образом: при подаче сжатого воздуха внутри конической обечайки 2 образуется граница раздела воздух-пульпа; рабочая жидкость (камерный продукт модуля) от напорного шламового насоса под давлением проходит пульпопровод 8 с насадком 10, в котором создается скоростной поток с й=15^20 м/с, который поступая на рассекатель 5, дробится на отдельные струи. Сформированные струи направляются на границу раздела воздух-пульпа, находящейся на расстоянии от рассекателя не менее 240 мм. При соударении струй с пульпой происходит струйная аэрация пульпы, а потоки аэрированной пульпы выходят через кольцевой зазор между коническими обечайками 1 и 2 в объем модуля флотомашины, где происходит интенсивное (струйное) распределение диспергированных пузырьков воздуха по объему модуля, минерализация пузырьков воздуха и движение минерализованных пузырьков к пенному слою, т.е. осуществляется процесс пенной флотации.

Экспериментальный образец флотационной машины МФУ-СА.1, прошел испытания на ЦОФ «Сибирь». В период испытаний машина работала с подготовкой пульп в контактном чане с подачей 100 % флотационных реагентов. Реагенты подавались в автоматическом режиме в устройство подготовки пульпы типа контактного чана (т.е. в голову процесса).

В период проведения пуско-наладочных работ и промежуточных испытаний были определены параметры регулирования по воздуху и рабочей жидкости; определены оптимальные положения регулирующих задвижек.

Таблица 2

Параметры по воздуху и рабочей жидкости флотомашины МФУ-СА.1

№ испытаний Давление насосов рабочей жилкости по модулям, атм. Подача возд! ,/ха

мм вол. столба м3/ч

Рг Р2 Рз Р лР 0.

1 1,0 0,9 1,8 600 500 6400

2 1,0 0,9 1,9 600 450 6300

3 1,0 0,9 1,9 600 500 6400

4 1,0 0,9 1,9 600 500 6400

5 1,0 0,9 1,9 600 500 6400

6 1,0 0,9 1,9 800 700 6900

7 1,0 0,9 1,9 800 700 6900

8 1,0 0,9 1,9 800 700 6900

Таблица 3

Результаты промышленных испытаний флотационной машины МФУ-СА. 1

Режим № испы- Производи- Расход реагентов Питание Флотационный Отходы Приме-

тания тельность концентрат флотации чание

<?„ Ом Коми. РСО кэтгол Р А" Р А" У А"

м3/ч т/ч кг/т кг/т г/м3 кг/м3 % кг/м3 % % %

I 1 400 33,2 1,6 — 1,0 83 15,7 249 9,8 91,0 75,0 м.ОС,

2 400 43,2 1,6 — — 108 14,6 254 6,9 88,1 71,5 КС

ср. зн. 400 38,2 1,6 — 0,5 95,5 15,2 251,5 8,4 89,6 73,3

II 500 34,5 — 3,5 6,0 69 16,2 275 7,0 84,7 67,1 м.ОС,

550 42,4 4,0 6,0 77 13,7 281 6,1 88,0 69,3 КС,Ж

ср. зн. 525 38,5 3,75 6,0 73 15,0 278 6,6 86,4 68,2

III 600 46,2 1 1 — — 77 14,4 252 8,7 90,4 68,2 м.ОС,

600 30,0 2,2 — — 50 12,5 239 8,1 92,3 65,4 КС

600 43,8 2,2 — — 73 13,3 255 8,3 91,6 67,5

600 56,4 2,2 — — 94 10,2 231 7,0 95,2 73,5

ср. зн. 600 44,1 1,9 — — 73,5 12,6 244,3 8,0 92,4 68,7

Наилучшие технологические показатели получены при пол-готовке пульпы в устройствах типа контактного чана и с использованием лобавки к аполярному реагенту спиртовой фракции капролактама (СФК):

а) получен пенный пролукт флотационного концентрата высокого качества с зольностью менее 8 % и солержанием твер-лого более 250 кг/м3;

б) наибольшая произволительность флатомашины составила 600 м3/ч. при солержании тверлого в питании от 50 ло 100 кг/м3.

При заключительных промышленных испытаниях был получен полвижный пенный слой, пенный пролукт активно снимался в 1,2 и 3 камерах, а лалее процесс флотации практически заканчивался с получением хороших отхолов флотации.

В периол испытаний нагрузка на флотомашину колебалась от 400 ло 500 м3/ч. Зольность питания изменялась от 14,1 ло 16,8 %.

Наилучшие результаты получены при расхоле возлуха 1250 м3/ч, коэффициент эжекции составил 1:2,5. При указанных параметрах получено 88,8 % концентрата с зольностью 7,0 % при зольности отхолов 70,6 %.

Результаты заключительных промышленных испытаний флотационной машины прелставлены в табл. 2 и 3.

Максимальная произволительность флотационной машины при зольности флотации не ниже 65 % составила 600 м3/ч.

В периол испытаний выявлены конструктивные нелостатки флотомашины МФУ-СА.1:

• наличие 8 аэраторов в молуле (четыре аэратора в камере);

• отсутствие надежного способа регулирования возлуха по камерам машины;

• отсутствие регулирования солержания тверлого в пенном пролукте;

• трапециевилная форма камеры способствовала осажлению камерного продукта. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Антипенко Л.А. — доктор технических наук, [email protected], Сибнииуглеобогащение.