CC BY
26
© А.Ю. Воловиков, 2013
УДК 622.794.22 А.Ю. Воловиков
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ В РАМКАХ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНОГО КОНЦЕНТРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВАКУУМНЫХ ДИСКОВЫХ ФИЛЬТРОВ
Описаны основные понятия и принципы методики, разработанной и использовавшейся в процессе исследованиях разделения суспензии железорудного концентрата с применением дисковых вакуумных фильтров.
Ключевые слова: дисковый фильтр, железорудный концентрат, обезвоживание.
Основной задачей исследований процесса обезвоживания является определение степени и механизма влияния флотационных реагентов разных классов на засорение керамических фильтров. В качестве реагентов, оказывающих влияние на этот процесс, были взяты реагенты, наиболее часто используемые в процессе обезвоживания суспензий:
• вспениватель;
• коллектор;
• депрессор.
Помимо технологических химикатов для опытов было взято моторное масло, как примесь, наличие которой возможно в суспензии в случае протечек в различных узлах оборудования, используемого в процессе обогащения на стадиях, предшествующих разделению суспензии [1].
Практический этап состоит из двух серий экспериментов:
1. Лабораторные испытания взаимодействия керамического материала фильтрующих пластин с флотационными реагентами в их водных растворах в отсутствие потока фильтрата.
2. Разделение суспензии «жидкость-твердое» на экспериментальной установке.
Лабораторные испытания
В преддверии длительных экспериментов по обезвоживанию железно-рудных концентратов (ЖРК) было решено провести лабораторные тесты керамических пластин. Целью этих тестов было исследование возможных взаимодействий между флотационными реагентами и керамическим материалом. В экспериментах использовалось технически простое оборудование, позволяющее выдерживать фильтрующие пластины в водных растворах реагентов с непрерывным их перемешиванием. Пластины выдерживались в среде реагентов на протяжении 250 часов с помощью стенда, представленного на рисунке 1.
Рис. 1. Стенд для проведения лабораторных тестов: 1 - стойка-держатель, 2 -генератор переменного магнитного поля, 3 -химический стакан, 4 - фильтрующая пластина, 5 - магнитная мешалка.
Через 6, 12 и далее каждые 24 часа производились измерения проницаемости фильтрующих перегородок. Измерения были основаны на фиксации временного промежутка, за который происходит накопление определенного объема промывочной воды при неизменной температуре. В тестах использовались керамические пластины, отличающиеся по форме от фильтрующих элементов, примененных на пилотном фильтре, однако имеющие идентичную структуру и внутреннее строение, что позволило применить полученные результаты для прогнозирования протекания дальнейших экспериментов по фильтрации суспензии. Результаты экспериментов будут описаны в следующей статье.
Эксперименты по фильтрации
Непрерывные эксперименты по обезвоживанию были выбраны как необходимый этап исследований характера засорения фильтров, механизма взаимодействия флотационных реагентов с керамическим материалом и суспензией ЖРК. Такие технологические параметры как глубина вакуума, уровень пульпы в корыте, давление воды обратной промывки, продолжительность обратной промывки, периоды различных функциональных стадий работы дискового фильтра были подобраны максимально подобно промышленным фильтрующим установкам для получения предельно реалистичной информации о процессе [2]. Одновременно, был обеспечен непрерывный сбор таких оперативных показателей как величина потока фильтрата, проницаемость фильтрующей перегородки, масса осадка и оперативные параметры процесса, для обеспечения дальнейшей эффективной их обработки. Аппаратное исполнение экспериментальной установки представлено в отдельной публикации.
Подготовка суспензии и оборудования
В течение пробных пусков оборудования пульпа с концентрацией твердого 65—70 масс.% была выбрана как наиболее подходящей для проведения разделения суспензии с получением достаточного количества осадка на поверхности фильтра. Для исключения возможного влияния примесей и загрязнений в технологической воде, суспензия готовилась с использованием дистиллированной воды. Необходимое количество твердого рассчитывалось с учетом влажности ЖРК, которая составляла 7.9 масс.%. Уравнение 1 использовалось для расчета количества воды и концентрата для приготовления суспензии заданного состава.
С,
ттзп (0,921
тт + т тш3п + т + ттап(0,079
где С№ — концентрация твердого в пульпе, [-]; т03 - масса твердого, [кд]; т№ - масса воды, [кд]; ттдп -
масса влажного ЖРК, [кд]
Основная часть пуско-наладочных работ была проведена при пробных пусках установки и включала в себя отладку фильтра, вакуумного эжектора, системы обратной промывки, системы охлаждения репульпатора, системы рециркуляции суспензии, приборов КИПа, а также настройку блока сбора и записи информации о технологических параметрах процесса. Период вращения главного вала был установлен равным 34 секундам в соответствии с данными с промышленных установок [3].
Проницаемость новых, неиспользованных фильтрующих пластин была крайне низкой, в связи с этим они также прошли специфическую обработку перед экспериментами. Пластины были выдержаны в дистилли-
рованной воде 24 часа для заполнения капилляров жидкостью, что обеспечивало их штатное функционирование. Проведение подготовительных процедур позволило достичь минимального значения проницаемости фильтрующего керамического материала в 5.5 м3/ м2,ч-бар.
В общей сложности было изготовлено 10 фильтрующих пластин. В связи с особенностями изготовления средняя проницаемость каждой из пластин варьировалась в рамках 5.81-7.00 м3/ м -ч-бар. Для обеспечения достоверности получаемых результатов, проницаемость каждой пластины измерялась непосредственно перед экспериментом. Измерения проводились на установке в режиме обратной промывки с избыточным давлением 1 бар.
Отдельное внимание было уделено процедуре обратной промывки фильтра. При калибровке обратной промывки технологические параметры подбирались, исходя из потребности удаления твердых частиц с поверхности фильтра для предотвращения закупоривания ими пор керамического материала [4]. Вместе с тем необходимо было предотвратить избыточное поступление промывочной жидкости в корыто фильтра, так как в этом случае происходит разбавление суспензии водой и снижение массовой доли твердого. Исходя из вышеупомянутых условий, давление и продолжительность обратной промывки был подобраны таким образом, что промывочная жидкость едва достигала поверхности фильтра, без существенного разбавления суспензии (< 0.6 кг/ч).
Содержание экспериментов по разделению суспензии
Основная часть оперативных параметров фильтрования устанавливалась в течение калибровки обратной промывки. В течение эксперимента существенные оперативные и технологические параметры фиксирова-
Рис. 2. Формирование слоя осадка на фильтровальной пластине
лись в специально разработанный журнал, включавший в себя ниже перечисленные пункты:
Оперативные параметры:
• Глубина вакуума.
• Давление жидкости обратной промывки
• Период вращения вала.
• Время отбора проб.
• Концентрация твердого.
• Влажная масса.
• Сухая масса.
• Температура.
• рН суспензии.
• Характеристика суспензии
• Хронографическая шкала эксперимента
Вид осадка, получаемого на фильтрующей пластине в момент его отделения скребками, представлен на рис. 2.
Для предотвращения нештатных ситуаций процесс фильтрования находился под непосредственным контролем оператора, либо наблюдался посредством системы видеомониторинга.
Отбор проб
Отбор проб включал в себя отбор суспензии одновременно с формирующимся осадком в определенные интервалы времени. Главной целью отбора проб был сбор информации о состоянии суспензии и его влиянии на количество и влажность образующегося осадка. Эти наблюдения не относились к основным задачам иссле-
дования, но способствовали более глубокому анализу полученных результатов с учетом текущих характеристик суспензии и осадка.
Было найдено несколько способов отбора проб суспензии с установки, но как результат особенностей в строении оборудования, возможны были различия в содержании твердого в суспензии, образование застойных зон и зон с пониженной концентрацией ЖРК. Сравнительный анализ проб, взятых в течение одной минуты из разных источников при неизменных технологических параметрах, показал, что пульпа, взятая из рецикла и из питающего патрубка, обладает идентичным содержанием твердого, который был принят за реальное среднее содержание твердого в суспензии. Данный факт также свидетельствовал об отсутствии пагубного влияния системы распределения суспензии на ее однородность.
Отбор проб осадка велся непосредственно с поверхности фильтра, в момент его отделения на скребках. Этот способ обеспечивал постоянное время таких стадий фильтрации, как формирование осадка и его сушка, которые потенциально могли влиять на влажность получаемого осадка.
Далее массы взятых проб измерялись и помещались в печь при темпера-
1. Белоглазов И.Н. Фильтрование технологических пульп. — М.: ФГУП «Издательский дом «Руда и металлы», 2003. 320 с.
2. 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.
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
туре 150 °С для испарения воды. После чего взвешивание производилось повторно, и рассчитывалось содержание твердого и влажность осадка для проб суспензии и осадка соответственно.
Заключение
Разработанная и описанная выше методика проведения цикла экспериментов по обезвоживанию железорудного концентрата была использована в исследовании влияния флотационных реагентов на материал керамических вакуумных дисковых фильтров. Основным требованием при проработке каждого шага представленной методики являлось максимальное подобие лабораторного процесса промышленному с учетом масштабирования оборудования. В результате удалось получить полнофункциональный процесс разделения суспензии, содержащий все технологические этапы соответствующей стадии обезвоживания ЖРК.
Важной и наиболее ценной особенностью представленной методики и установки является ее универсальность и возможность применения в целом ряде исследований, посвященных процессу разделения суспензии «жидкость-твердое» с применением вакуумных дисковых фильтров.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. ГольдбергЮ.С., Гонтаренко A.A., Баришполец В.Т. Процессы и оборудование для обезвоживания руд. — М.: Недра, 1977. 168с.
4. Пухнатый A.E. Исследование закономерностей и интенсификация процесса обезвоживания пульп марганцевых и железорудных концентратов. М.: ИПКОН РАН, 1993. — 17с. ЕПЗ
Воловиков Артем Юрьевич - аспирант кафедры АТПП, [email protected], Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (Горный университет).
