Интенсификация процесса по выделению тонких классов ценного компонента из полидисперсного потока Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИНАР 25 :

ЮКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ '"НЕДЕЛЯ ГОРН:

6V,

ср

Н

(Н - у),

(3)

МОСКВА, МГГУ, 31 января - 4 февраля 2000 года

fö В.Г. ■ Черкасов, А.В. А.П. Лисичников

Черкасов, 2000!

где g - ускорение свободного падения; р, рт - плотность ЖИДКой среды И твердой частицы; л - коэффициент динамической вязкости жидкой среды. С учетом нижнего слоя осадка, перемещающегося со скоростью Уо эпюра переносной скорости изменяется и может в первом приближении принять

УДК 622.75

В.Г. Черкасов, А.В. Черкасов, А.П.Лисичников

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ПО ВЫДЕЛЕНИЮ! ТОНКИХ КЛАССОВ ЦЕННОГО КОМПОНЕНТА ИЗ ПОЛИДИСПЕРСНОГО ПОТОКА

vei =

6g( 0,5Vo + Vcp)

(Н - у) - V

у

(4)

Запишем уравнение (1) в координатной форме

[золотосодержащих песков в настоящее время является повышение извлечения тонких классов зерен (0,1 мм). Потери ценного компонента при использовании в технологических процессах типовых шлюзовых аппаратов составляет 20...50 %. Основной причиной низкой улавливающей способности этих аппаратов является турбулентный характер движения потока. Движущаяся взвешенная твердая фаза тонких классов над улавливающими покрытиями находится в течении 4-5 с, а при скорости потока 2-3 м/с и скорости осаждения частиц (гидрав-лическая крупность) до 0,001 м/с (при глубине потока до 0,1 м), основная масса тонкодисперсных частиц не достигает улавливающих покрытий и уходит в хвосты.

Повысить эффективность подобных аппаратов не нарушая их пропускной способности возможно за счет резкого изменения гидродинамических параметров. [1] Многократное снижение скорости и глубины массопотока, создание ламинарного течения создает благоприятные условия для вывода тонких классов ценного компонента. Такое изменение параметров возможно получить в тонкослойных разделительных аппаратах.

В этих конструкциях весь массопоток проходит через емкость, заполненную пакетами параллельных пластин. Резкое увеличение поперечного сечения аппарата снижает скорость потока, а параллельные пластины, которые разбивают поток на тонкие слои, уменьшают глубину оседания частиц и обеспечивают ламинарное течение в образующемся канале.

Рассмотрим движение частицы в одном канале при установившемся движении жидкости (рисунок а). При содержании твердой фазы в потоке менее 2 % считаем движение частицы в жидкой среде как свободное. Ее абсолютная скорость складывается из относительной Уг (гидравлическая крупность) и переносной Уе скоростей V = У + Уе. (1)

Для тонкодисперсных частиц с эквивалентным диаметром dэ<0,1 мм при свободном падении число Рейнолдса Re<1 и можно принять

g(Рт -Р)

Vr =

18ц

(2)

а Уе с учетом выбранных координат на уровне у определяется через среднюю скорость Уср жидкой среды

— = V + V

^ у rx ~у ex dt

± = V

dt

ry

(5)

Исключая время t из (5) с учетом (3) получаем 6Vcpy

dx

— = tga--dy

H 2Vr cos а

-(H - y),

}

(6)

где а - угол наклона канала.

Из уравнения (6) можно получить уравнение траектории частицы х=/(у) и дальность перемещения I при оседании ее с уровня у0 до 0 1 0

2

H Vr cos а

J dx = J (tga -

0 Уо

При у0=Н имеем x=L,

6Vcpy

-(H - у))dy.

(

Lmax H

Vc

cp

У Vr cos а

- tga

(7)

(8)

На рисунке б показаны расчетные зависимости для по-лидисперсных частиц при Уср=0,02 м/с, Н=0,04 м, а=600. Из графиков видно, что тяжелая фракция частиц dэ<0,01 мм оседает на начальном участке канала, длина которого составляет менее 10 % длины улавливания тонких классов.

Для изучения распределения твердой фазы по поверхности улавливающей пластины шириной В введем понятие коэффициента относительной плотности улавливания моно-у 2

дисперсных частиц X X = —,

У1

(9)

где у1=п/(АуВ) - плотность частиц (п), проходящих через поперечное сечение канала АуВ на входе; у2=п/(АхБ) -плотность тех же частиц, осевших на поверхность площадью АхВ.

Тогда относительная плотность улавливания будет равна

^ AynB Ay

AxnB Ax

Если рассматривать не участок улавливания, а точку, то

Х = ^.

dx

(10)

Учитывая (6) и делая заменуу=/(х,у0), получаем

>. = к- У^)][Н -/(х,У0 Л‘. (11)

[ Н 2Уго а ]

Согласно (2) для полидисперсных частиц Vг является функцией Дрт dэ), и для такого массопотока с изменяющейся плотностью частиц от гтп до ртах и размерами от dmin до

dmax получаем Х

Xs = S "Lhj. (12)

i = dmin j = p min

Рис. Распределение улавливаемой твердой фазы массопотока в тонкослойном пространстве:

а) теоретическая модель; б) зависимость распределения частиц при pm (кг/м3): 1-3000, 2-8000, 3-18000; в) зависимость X = f(x)

Зависимость 1=f(x) представлена графиком на рисунке в. Из зависимостей Lmax=f(d3, pm), 1=f(x) видно, что неравномерная плотность оседания частиц в начале и конце длины улавливания является следствием начального этапа интенсивного осаждения при входе твердой фазы массопото-ков в тонкослойное пространство, где образуются активные зоны, границы которых можно определить из условия Ve<Vcp и 1 < 1 cp. Начальный этап канала переводит в осадок свыше 40 % улавливаемых твердых частиц. В таких же пропорциях проходит процесс осаждения и в конце пластины.

Повысить эффективность всего межпластинчатого пространства возможно путем многократного использования начального этапа входа потока в тонкослойную зону за счет перераспределения поверхности улавливания по уровню тонкого слоя массопотока. Сдвиг пластин производится в пределах выполнения неравенства 1 > 1cp в поперечном и продольном измерениях. Конструктивное решение этого вопроса показано в работе [2].

Промышленные испытания подобной конструкции при промывке металлоносных песков в условиях Якутии (Саха) и Забайкалья показали высокую эффективность по улавливанию илисто-глинистой фракции массопотока при создании локальной системы водоподготовки.

Ступенчатое расположение тонкослойных элементов по длине улавливания обеспечивает многократное прохождение активных зон и для тяжелой фракции, вызывая интенсивное осаждение частиц на каждом участке сдвига. Техническое решение по созданию схем улавливания ценного компонента и его вывод из зоны разделения выполнено на уровне изобретения [3].

Таким образом, теоретические предпосылки и практическая их проверка указывают на перспективность применения тонкослойных аппаратов для извлечения тонкодисперсных фракций при промывке металлоносных песков.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Замятин О.В. Основные закономерности и технические возможности обогащения золотосодержащих песков на шлюзах // Обогащение руд. 1997. №1.

2. Мязин В.П., Черкасов В.Г., Карамзин В,В, Совершенствование технологии

переработки золотосодержащих песков с использованием системы замкнутого водоснабжения промприборов // Горный журнал. 1996. №9,10.

3. Патент 1692028, МКИ В 01 Д21/02 Тонкослойный разделитель минеральных

частиц в потоке. Черкасов В.Г., Мязин В.П., Маккавеев Е.П., Шевченко Ю.С. (РФ). №4809502/26; заявл.26.02.90. Опубл.

30.10.91. Бюл. 40.

Черкасов В. 11, Черкасов А.В., Лисичников А.П. Чиїинский іосуларсікеннмй іехнический университет.

d

max Pmax