CC BY
28
УДК 622.765:534.232 © О.Л. Дудченко, Г.Б. Федоров, А.А. Андреев, 2018
Инновационный способ виброакустической классификации угольных пульп
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-6-67-71 -
ДУДЧЕНКО Олег Львович
Канд. техн. наук, доцент НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, тел.: +7 (925) 507-75-06, e-mail: dionis_4444@mail.ru
ФЕДОРОВ Геннадий Борисович
Канд. техн. наук, доцент НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, тел.: +7 (916) 397-72-82, e-mail: dionis_4444@mail.ru
АНДРЕЕВ Александр Александрович
Заведующий лабораторией геомеханикии рудных и нерудных месторождений ООО «МНЦ ГЕОМЕХ», 199106, г. Санкт-Петербург, Россия, тел.: +7 (911) 091-46-86, e-mail: aa-andlex@yandex.ru
Предполагается новый виброакустический способ классификации угольных пульп, который, при высокой производительности, позволяет эффективно разделять мелкие частицы угля. При воздействии виброакустических колебаний происходит непрерывная регенерация фильтровального элемента.
Ключевые слова: виброакустическая классификация, регенерация фильтра, противоточные потоки.
ВВЕДЕНИЕ
Из практики известно, что недостаточно четкая классификация исходного угля по крупности резко ухудшает технико-экономические показатели различных обогатительных процессов. При наличии в питании отсадочных машин около 10% зерен размером меньше 0,5 мм затрудняется процесс отсадки, снижается качество концентрата и увеличиваются потери угля со шламом. Если в питании флотации содержатся зерна крупнее 0,5 мм, то они в большинстве своем теряются с отходами. Известные грохота для классификации и обезвоживания угля не позволяют эффективно разделять материал по крупности 0,5 мм. Из-за этого появляется крупнозернистый шлам, обогащение которого требует усложнения технологических схем [1, 2, 3, 4].
Из сказанного следует, что перед направлением угля на обогащение его следует классифицировать. Такое техническое решение способствует повышению эффективности обогащения и обезвоживания угля, а также в значительной степени упрощает водно-шламовую схему фабрики. Выделение шлама в начальной стадии обработки
угля уменьшает его циркуляцию на последующих этапах обогащения.
Работа по такой схеме целесообразна при наличии высокоэффективных, компактных классификаторов с высокой производительностью.
Известно широкое применение виброакустических колебаний для интенсификации процессов обогащения и повышения их эффективности [5, 6, 7].
Исследовалась возможность использования виброакустических колебаний для эффективной классификации твердого продукта на ситах с размерами ячеек 0,2-0,5 мм при высокой производительности разделения водоуголь-ных смесей.
ВИБРОАКУСТИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
УГОЛЬНЫХ ПУЛЬП
Проведенные теоретические исследования позволили разработать механизм воздействия виброакустических колебаний на процесс классификации угольных суспензий, который можно представить следующим образом. При прохождении суспензии через сито на его поверхности образуется плотный слой из угольных частиц, что приводит к резкому падению производительности классификации (иногда до нуля). Толщина образующегося слоя из угольных частиц зависит от концентрации взвесей и их гранулометрического состава. Соответственно, производительность и эффективность классификации определяются этими параметрами [8, 9, 10].
При воздействии виброакустических колебаний на сетке возникают переменные перепады давления, что приводит к появлению в ячейках сита переменных потоков жидкости, которые регенерируют ячейки фильтра (восстанавливают их пропускную возможность). В первый полупериод колебаний (при совпадении основного и переменного потоков жидкости) расход жидкости увеличивается. В течение некоторого момента второго полупериода под действием отрицательного перепада да влений создается противоток жидкости, который разрушает слой частиц на сите.
Было обнаружено, что воздействие виброакустических колебаний имеет пороговый характер - только при определенных значениях колебательной скорости жидкости начинается регенерация фильтрованной сетки, и производительность процесса практически остается постоянной. Значение этой скорости зависит от перепада давления на фильтрованном элементе и частоты воздействия колебаний.
Было установлено, что производительность процесса определяется условиями движения жидкости под действием перепада гидростатического и виброакустического давлений через сетку и фильтрующий слой, толщина которого увеличивается пропорционально объему жидкости, прошедшей через него.
Удельный объемный расход подрешетной жидкости определяется выражением:
/й 2pgH V Ар
Ч'
'' 5-103
150ц9
-1
где: Н - высота столба жидкости перед фильтром; g - ускорение свободного падения; р -плотность жидкости; ё -размер ячейки фильтрованной перегородки;/- частота виброакустических колебаний; ц - вязкость жидкости; 8 - объемное содержание твердых части ц в пульпе; Ар - виброакустическое давление.
Из приведенной формулы видно, что регенерация фильтрованной перегородки (когда ц > 0) наступает при условии, когда виброакустическое давление становится больше гидростатического давления (Ар > рдН). В этом случае частицы фильтровального слоя перестают поддерживаться потоком жидкости, и слой разрушается.
Экспериментально исследовалась возможность использования виброакустических колебаний для эффективной классификации угольных пульп на ситах с размерами ячеек 0,2-0,5 мм. В качестве разделительного элемента использовались шпальтовые сита с размерами ячеек от 200 до 500 мкм.
Лабораторные исследования по воздействию виброакустических колебаний на процесс классификации угольных суспензий проводился на установке, представленной на рис. 1.
Она состоит из корпуса 1 и помещенного в него наклонного фильтроэлемента 2 в виде шпальтового сита. В боковую сторону корпуса вмонтирован поршень 6, который приводится в колебание вибровозбудителем.
Перепад давления на фильтровальной перегородке фиксировался с помощью тензодатчи-ков 7, установленных по обе стороны от сетки. Давление в камере исходной суспензии изменялось уровнем жидкости над сеткой. Динамический и частотный режимы воздействия виброакустических колебаний определялись с помощью пьезометрического датчика 8 (акселерометра), установленного на колеблющемся поршне 6. Изменялись частота и амплитуда ускорения виброакустических колебаний с помощью вибростенда.
Угольную суспензию подают в установку через патрубок 3. Исходный продукт проходит через шпальтовое сито 2 и отводится через патрубок 5, расположенный в нижней части корпуса. Постоянный уровень пульпы в установке поддерживается регулированием расхода насоса, что обеспечивает постоянный гидростатический перепад давления на сите.
Целью эксперимента было получение новых сведений о физическом механизме воздействия виброакустическуих колебаний на процесс классификации угольной пульпы. Также предполагалось определить технологические параметры процесса(производительность и гранулометрический состав частиц угля) в за-
висимости от динамических и частотных режимов воздействия виброакустических колебаний.
Эксперименты проводились с суспензией, концентрация взвесей которой была равна 25 мг/л, а гранулометрический состав был представлен частицами от 0,1 до 0,5 мм. Перепад давления на сетчатой перегородке поддерживался постоянным и был равен 0,05 атм. Суспензия разделялась на шпальтовом сите с размерами ячеек 0,3 мм.
На рис.2 представлена зависимость удельной производительности виброакустического классификатора от амплитуды колебательной скорости V (м/с) и частоты колебаний f (Гц).
Рис. 1. Экспериментальная установка для исследования процесса классификации при воздействии виброакустических колебаний: 1 - корпус установки; 2 - фильтровальная перегородка; 3 - патрубок для подачи суспензии; 4,5 - патрубки для отвода надрешетного и подрешетного продукта; 6 - поршень; 7- тензодатчики; 8 - акселерометр (датчик измерения ускорений)
100
80
60
40
20
м /<'."■'• ~хч)
V, м/с
> т \
/ / /' \ ^ \ N. ч
---- / Ч N V \
0, 5 1, 0 1, 5 2, 0 /Гц
10 2 0 3 0 40
- омпяищ) колебательной скорости при /=15 Г!
-----частоты колебаний при »=¡.5 м/с
----частоты колебаний при и-1,2 м/с
Рис. 2. Зависимость удельной производительности виброакустического классификатора от амплитуды и частоты колебаний
Из рис. 2 следует, что зависимость удельной производительности классификации от динамического воздействия виброакустических колебаний (от амплитуды колебательной скорости) имеет пороговый характер. Это связано с условиями возникновения противоточных потоков. Имеется частотный диапазон воздействия от 20 до 35 Гц, в котором удельная производительность виброакустического классификатора превышает удельную производительность существующих классификаторов с подвижными ситами.
Максимальная производительность классификатора наблюдается при определенном значении колебательной скорости (например, в нашем случае при V = 2 м/с). Это связано с улучшением регенерации шпальтового сита.
Установлен частотный диапазон (от 20 до 35 Гц), в котором происходит эффективная классификация угольной
пульпы. В этом диапазоне частицы колеблются с большей амплитудой, увеличивается пористость осадка и, соответственно, производительность классификации.
Исследовалось влияние режимов воздействия виброакустических колебаний на гранулометрический состав надрешетного и подрешетного продуктов. Полученные результаты измерений гранулометрического состава над-решетного и подрешетного продуктов при виброакустической классификации угольных пульп представлены на рис. 3.
Из приведенных результатов следует, что при виброакустической классификации происходит эффективное разделение частиц по заданному размеру (в нашем случае 0,3 мм). С возрастанием колебательной скорости с 1,6 до 2,3 м/с наблюдается повышение эффективности процесса. Это связано с тем, что при большей скорости увеличи-
%
50 ■ 40 • 30 ■ 20 ■ 10 ■
0
%
50 ■ 40 ■ 30 ■ 20 ■ 10 ■
о
%
50 ■ 40 ■
30 • 20 ■ К) ■
0
Содержание, р-
оощ
Исходная суспензия
Рис. 3. Гранулометрический состав продуктов виброакустической классификации угольной пульпы (по классу 0,3 мм)
Класс
крупности, мм
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
Содержание, р
общ
Надрешетный продукт
Класс
крупности, мм
0,1
Содержание,
0,2
0,3
0,4
0,5
Р ,
оощ
Подрешетный продукт
Класс
крупности, мм
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
при амплитуде 1,6 м/с----при амплитуде 2,3 м/с
Рис. 4. Принципиальная схема опытно-промышленной виброакустической установки для классификации угольныой пульпы: 1 - корпус; 2 - фильтровальный элемент; 3 - поршень; 4 - гибкая мембрана; 5 - вибратор; 6 - шток
вается пористость осадка, и возрастает вероятность прохождения частиц с меньшим размером.
Дальнейшее увеличение скорости практически не изменяет качество продукции.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют в каждом конкретном случае оценить эффективность процесса классификации суспензий на разделительных ситах при воздействии виброакустических колебаний. Определены оптимальные режимы воздействия виброакустических колебаний в зависимости от гранулометрического состава суспензии, ее концентрации, а также размеров и плотности взвесей.
На базе проведенных исследований была спроектирована опытная промышленная виброакустическая установка для классификации угольных пульп на сите. Принципиальная схема этой установки представлена на рис. 4.
Виброакустическая установка для классификации угольной пульпы состоит из цилиндрического корпуса 1 диаметром три метра с нижней конической частью, в которую вмонтирован патрубок для отвода сгущенного продукта. Внутрь корпуса установлен фильтровальный элемент 2 в виде усеченного конуса. Боковая поверхность конуса выполнена из шпальтовых сит с размером щели 0,5 мм. В нижнюю поверхность конуса вмонтирован патрубок для отвода подрешетного продукта. В верхней поверхности установлен поршень 3 на гибких мембранах 4. Поршень с помощью штока соединен с вибратором 5.
Площадь шпальтового сита равна 5 м2. Выполнение фильтровального элемента в виде усеченного конуса по-зоволяет по всей поверхности сита создавать одинаковую колебательную скорость и улучшает отвод задержанного продукта. Предусмотрен тангенциальный ввод пульпы в нижнюю часть виброакустического классификатора. По-
стоянный уровень пульпы в классификаторе поддерживают регулированием задвижки на линии питания и с помощью патрубка перелива. Отвод подрешетного продукта осуществляется в нижней части фильтровального элемента. Предусмотрена регулировка амплитуды и частоты виброакустических колебаний. Вибровозбудитель работает в диапазоне частот 10-70 Гц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволяют оценить эффективность процесса классификации суспензий на разделительных ситах при воздействии виброакустических колебаний в каждом конкретном случае. Также по этим результатам определены оптимальные режимы воздействия виброакустических колебаний в зависимости от гранулометрического состава суспензии, ее концентрации, а также размеров и плотности взвесей.
Полученнные результаты свидетельствуют об эффективности процесса виброакустической классификации. Дальнейшие работы должны быть направлены на конструкторские разработки промышленных образцов виброакустических классификаторов.
Список литературы
1. Козлов В.А. Процесс обезвоживания мелкого угля и угольного шлама в фильтрующих центрифугах // Уголь. 2016. № 5. С. 91-93. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/052016.pdf (дата обращения: 15.05.2018).
2. Антипенко Л.А. К вопросу о современных технологиях переработки и обогащения угля // Уголь. 2015. № 12. С. 68-72. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/122015.pdf (дата обращения: 15.05.2018).
3. Chen L., Qian Z., Wen S., Huang S. High-graduated magnetic separation of ultrafine particles with rod matrix // Mineral Processing and Extractive Metal, Rev. 2013. Vol. 34. Pp. 340-347.
4. Lima N.P., Valadao G.E.S. and Peres A.E.C. Effect of amine and starch dosages on the reverse cationic flotation of iron ore // Minerals Engineering. 2013. Vol. 45.
5. Agafonov J.G., Dudchenko O.L., Fedorov G.B. Infrasonics for intensification of mining practices // Scientific Reports on Resource Issues. 2014. Vol. 1. Pp. 176-183, Freiberg, Germany.
6. Drebenstedt C., Agafonov J.G., Fedorov G.B. Research and development of waste waters vibroacoustic purification methods for mining enterprises // Mining Meets Water-Conflicts and Solutions 2016, Leipzig, Germany. Pp. 859-866.
7. Agafonov J.G., Dudchenko O.L., Fedorov G.B. Infrasonic methods and technology: innovative approach to intensity mining practices // Scientific Bulletin of National Mining University, Dnepropetrovsk. 2014. N 2 (140). Pp. 99-104.
8. Козлов В.А. Методика расчета влаги осадка угольного шлама в фильтрующих центрифугах // Уголь. 2016. № 6. С. 12-15. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/062016.pdf (дата обращения: 15.05.2018).
9. Козлов В.А. Теория фильтрации в приложении к фильтрующим центрифугам // Уголь. 2016. № 7. С. 76-78. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/072016.pdf (дата обращения: 15.05.2018).
10. Boomade A., Degrez M., Hubaux P., Lucion C. MSWI boiler fly ashes: Magnetic Separation for material recovery // Waste Management. 2011. Vol. 31. Pp. 1505-1513.
COAL PREPARATION
UDC 622.765:534.232 © O.L. Dudchenko, G.B. Fedorov, A.A. Andreev, 2018
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 7, pp. 67-71 Title
innovative method for the classification of coal slurries
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-6-67-71 Authors
Dudchenko O.L.1, Fedorov G.B.1, Andreev A.A.2
' National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation
2 Institute of Mining Geomechanics and Geophysics - Intersectoral scientific center GEOMEH ("ISC GEOMECH") LLC, Saint Petersburg, 199106, Russian Federation
Authors' Information
Dudchenko O.L., PhD (Engineering), Associate Professor, tel.: +7 (925) 507-75-06, e-mail: dionis_4444@mail.ru Fedorov G.B., PhD (Engineering), Associate Professor, tel.: +7 (916) 397-72-82, e-mail: dionis_4444@mail.ru Andreev A.A., Head of laboratory, tel.: +7 (911) 091-46-86, e-mail: aa-andlex@yandex.ru
Abstract
A new vibroacoustic method for classifying coal pulps is proposed, which, with high productivity, allows efficient separation of fine coal particles. Under the influence of vibro-acoustic oscillations is a continuous regeneration of the filter element.
Keywords
Vibroacoustic classification, Filter regeneration, Counter flows. References
1. Kozlov V.A. Protsess obezvozhivaniya melkogo uglya I ugol'nogo shlama v filtruyushckih centrifugah [Small size coal and coal slurry dewatering in filtration centrifuges]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2016, No. 5, pp. 91-93. doi: 10.18796/0041-5790-2016-5-91-93. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/052016.pdf (accessed 15.05.2018).
2. Antipenko L.A. K voprosu o sovremennyh tehnologijah pererabotki i obo-gashhenija uglja [On the issue of advanced coal processing and beneficiation technologies]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 12, pp. 68-72. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/122015.pdf (accessed 15.05.2018).
3. Chen L., Qian Z., Wen S. & Huang S. High-graduated magnetic separation of ultrafine particles with rod matrix. Mineral Processing and Extractive Metal, Rev. 2013, Vol. 34, pp. 340-347.
4. Lima N.P., Valadao G.E.S. and Peres A.E.C. Effect of amine and starch dosages on the reverse cationic flotation of iron ore. Minerals Engineering, 2013, Vol. 45.
5. Agafonov J.G., Dudchenko O.L. & Fedorov G.B. Infrasonics for intensification of mining practices. Scientific Reports on Resource Issues, Freiberg, Germany, 2014, Vol. 1, pp. 176-183.
6. Drebenstedt C., Agafonov J.G. & Fedorov G.B. Research and development of waste waters vibroacoustic purification methods for mining enterprises. Mining Meets Water-Conflicts and Solutions, Leipzig, Germany, 2016, pp. 859-866.
7. Agafonov J.G., Dudchenko O.L. & Fedorov G.B. Infrasonic methods and technology: innovative approach to intensity mining practices. Scientific Bulletin of National Mining University, Dnepropetrovsk, 2014, No. 2(140). pp. 99-104.
8. Kozlov V.A. Metodika rascheta vlagi osadka ugol'nogo shlama v fil'truyushchikh tsentrifugakh [Methodology of coal slurry cake moisture accounting in filtration centrifuges]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2016, No. 6, pp. 12-15, doi: 10.18796/0041-5790-2016-6-12-15. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/062016.pdf (accessed 15.05.2018).
9. Kozlov V.A. Teoriya fil'tratsii v prilozhenii k fil'truyushchim tsentrifugam [Filters theory in reference to the filtration centrifuge]. Ugol'- Russian Coal Journal, 2016, No. 7, pp. 76-78. doi: 10.18796/0041 -5790-2016-7-76-78. Available at: http://www. ugolinfo.ru/Free/072016.pdf (accessed 15.05.2018).
10. Boomade A., Degrez M., Hubaux P. & Lucion C. MSWI boiler fly ashes: Magnetic Separation for material recovery. Waste Management, 2011, Vol. 31, pp. 1505-1513.
«
S «
we process the future
464.808.974 T
Ежедневно оборудование от австрийской компании Втс1ег+Со вносит свой вклад в оптимизацию обогащения такого ценного первичного сырья, как уголь, минералы и руды.
Компания Втс1ег+Со поставляет заказчикам более чем в 100 стран мира как отдельные машины, так и комплексы оборудования для грохочения, оптической сортировки, обезвоживания, сушки и охлаждения сыпучих материалов.
СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ГОД ОБОГАЩАЕТСЯ НА НАШЕЙ ТЕХНИКЕ
Высокая точность, эффективность, надежность и экономичность оборудования и процессов удовлетворяют жесточайшие требования наших заказчиков к качеству продукта.
Грохочение на ВМТЕС Сушка и охлаждение в РКУОЫ Сортировка в М1ЫЕХХ
www.binder-co.com
binder+ci
