CC BY
23
Чіч,
Рис. 3. Передвижная модульная установка для обогащения золотоносных песков
стах составили 5-6 %.
Таким образом, разработанные конструкции винтовых сепараторов обеспечивают высокие показатели при обогащении золотоносных песков косовых россыпей. Созданные технологические схемы передвижных модульных установок применимы на небольших по запасам россыпных месторождениях с мелким и тонким золотом упорного чешуйчатого морфо-типа.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------
Ковлеков Иван Иванович - профессор, доктор технических наук, ст. научный сотрудник, Якутский государственный университет
Зобачев Валерий Александрович - директор ЧП «Аигит».
---------------------------------------- © В.П. Мязин, В.Г. Черкасов,
2005
УДК 622.75
В.П. Мязин, В.Г. Черкасов
РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТОНКОСЛОЙНЫХ АППАРАТОВ С ЦЕЛЬЮ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ТЯЖЕЛОЙ ФРАКЦИИ ЦЕННОГО КОМПОНЕНТА
Семинар № 21
Сохранить положительную конструктивную преемственность гравитационных аппаратов проточного типа с существенным повышением улавливающей способности по тонким классам ценного компонента можно достичь путем снижение гидродинамических режимов массопотоков, при которых возрастает роль гравитационной составляющей
в разделительном процессе. Этот эффект достигается в тонкослойных (канальных) аппаратах, где твердая фаза, переходящая в осадок в статическом состоянии, расслаивается по гидравлической крупности, а в динамическом состоянии образует стратифицированное (двухслойное) по плотности течение.
Разделение замкнутого объема гидровзвеси на тонкослойные потоки преследует главную цель, которая заключается в выделении тонкодисперсной структурно неустойчивой твердой фазы из жидкой среды благодаря созданию ламинарного режима и относительно небольшой глубины оседания частиц. И как показывает проведенный обзор существующих конструкций тонкослойных аппаратов по технологическому назначению обогатительный фактор, направленный на выделение узкой фракции, например по плотности частиц, в этих конструкциях отсутствует, хотя для этого просматриваются возможности создания конструктивным путем благоприятных условий.
Если существующие конструкции по технологическому назначению являются осветлителями или сгустителями и предназначены для выделения твердой фазы в целом, то, формируя локальную концентрацию осадка, транспортируемого вдоль канала, можно создать условия для выделения узких классов частиц в зависимости от их плотности, то есть использовать тонкослойное пространство как обогатительное устройство.
Разобьем гравитационный процесс, протекающий в тонкослойном пространстве, на два этапа. На первом этапе частицы гидровзвеси из исходного потока переходят в осадок, на втором - сгруппированные частицы по гидравлической крупности в осадке перемещаются вдоль наклонного канала. Если при проектировании тонкослойных аппаратов преследуется основная цель по переводу твердой фазы
в осадок и задача сводится к первому этапу, то изучение и реализация потенциальных возможности второго этапа со стороны исследователей должного внимания не находит.
Выделим на первый план
фактор разделения твердой фазы по плотности частиц, тогда процесс формирования осадка необходимо рассматривать по узким фракциям. При этом как результат первого этапа гравитационного процесса выступает осадок. В результате расслоения твердой фазы по гидравлической крупности образуется определенный гранулометрический состав частиц вдоль канала различной крупности и плотности, создающий условия для их сепарации. Задача на втором этапе уже при перемещении слоя осадка сводится к определению рациональных методов, усиливающих концентрацию ценного компонента по плотности с последующим выводом его из тонкослойного пространства.
Отметим два важных момента, играющие ключевую роль в формировании обогатительного режима применительно к тонкослойному пространству.
Сущность первого заключается в том, что в результате ламинарного режима в канале полидисперсные частицы, переходящие в
Рис. 1. Базовые схемы формирования слоя осадка в канале: а,б - противо-точная; в,г - прямоточная; д - поперечная
МІІШтН-----—.1
придонное положение, накрывают перемещающийся осадок, образуя по высоте послойное образование, где приоритет занять нижнее положение, зависит не от плотности и крупности частиц и их потенциальных возможностей, а от выбранной схемы массо-потоков.
Второй момент связан с расплывчатостью слоя осадка в придонной плоскости относительно малой толщины, и за счет хаотического перемещения частиц по высоте затрудняется организация процесса перераспределения узких фракций по вертикали при их транспортировке на втором гравитационном этапе, и требуются определенные условия для подавления пульсации частиц с образованием механизма сегрегации. Перераспределение твердой фазы в осадке носит весьма сложный характер, и выделяются такие фазы, как стесненное осаждение, сжатие, уплотнение. Однако динамическое состояние нижнего слоя гидровзвеси при его перемещении вдоль канала удерживает полидис-персную твердую фазу во взвешенном состоянии. В результате более тяжелые и мелкие частицы проникать в глубь рыхлого осадка, увеличивая их концентрацию в придонном слое.
Расположение узких фракций в слое осадка по его высоте неоднозначно и зависит от выбранной схемы движения фаз в канале, что немаловажно в проектных разработках уже на стадии назначения проектируемого аппарата по функциональным признакам (классификация, сгущение, обогащение, подготовка технологической воды и т.д.). Рассмотрим движение фаз по трем базовым схемам (противоточная, прямоточная, поперечная), рис. 1.
По первой схеме тяжелая фракция ложится на легкую фракцию, которая, перемещаясь с верхнего уровня канала, занимает перед выходом из него нижний слой в осадке. Эта схема благоприятна для аппаратов, работающих в режиме осветления технологической воды и
Рис. 3. Конструкция тонкослойного обогатительного аппарата: а базовый вариант; б - схема формирова-
рия 2адщпи<е-фтмтр$кцт улаже-рающеочещм мар кда --^трт та ишПтжтжяхртынт”™1
сгущения осадка, так как тяжелая и крупная фракция в этом случае накрывает легкую и мелкую и препятствует ее сносу в слив встречным потоком, а так же уплотняет слой осадка. По второй схеме наоборот, тяжелая фракция в начале канала оказывается в нижнем положении слоя осадка и при его транспортировании концентрируется по нижней поверхности пластины. Этот вариант рационально применять в обогатительном режиме для улавливания тяжелых по плотности минералов. Третья схема позволяет распределять неустойчивую твердую фазу в осадке по длине канала в зависимости от гидравлической крупности частиц и благоприятна для классификации минералов по скорости их оседания в жидкой среде.
Сохраняя продольную характеристику тонкослойного пространства, конструктивным путем, изменяя форму поперечного сечения канала можно добиться локальной концентрации слоя осадка по высоте, когда оседающие частицы в придонный слой на первом гравитационном этапе распределяются не по всей поверхности, а сосредотачиваются в определенных продольных ложе в днище канала. Уменьшение ширины и увеличение высоты продольного осадка дает возможность на втором этапе гравитационного процесса усилить механизм сегрегации частиц. Кроме того, локальная концентрация осевших частиц по длине канала сокращает площадь контакта динамического слоя между встречными или поперечными потоками исходной гидровзвеси и слоя осадка, что частично предотвращает “захват” легких частиц встречным (поперечным) потоком с последующим их сносом в слив.
Заменяя плоский канал, выполненный из пластин на гофрированный, рис. 2, и рассматривая ширину участка в пределах одной гофры, можно оценить перераспределение параметров осадка в поперечном сечении. При одинаковом балансе потоков для сечения осадка БИп = 0,001 м2 (В = 1 м, Ьп = =0,001 м, р = 900) имеем максимальную высоту слоя частиц в гофрированном канале в 32 раза больше, чем в плоском. Во столько же раз сокращается поверхность раздела локального слоя осадка, транспортируемого вдоль канала со встречным потоком.
Для повышения результативности перевода более плотных частиц в нижний слой в процессе их транспортирования путем создания эффекта отсадки возможен вариант установки в придонном слое перегородок (трафаретов) по аналогии со шлюзовым покрытием в соизмеримом отношении к размерам гофр.
Другим характерным резервом по повышению качественно-количественных показателей разделительного процесса является выбор рациональной комбинации схем массоперено-са, обеспечивающих при двухслойном течении эффективный способ вывода продуктов разделения из тонкослойного пространства.
Совмещение двух потоков в одном канале за счет гидродинамического плотностного расслоения (механической стратификации) создает между слоями разноплотностых потоков турбулентный обмен, вызванный разностью скоростей на границе раздела. По ходу перемещения слоя осадка его скорость растет с одновременным понижением скачка плотности за счет перехода частиц во взвешенное состояние. Механическая стратификация в межпластинчатом
пространстве с увеличением длины канала вызывает интенсивный массообмен между верхним слоем исходной гидровзвеси и слоем осадка. Процесс
обмена формирует динамический слой раздела с циркуляцией в нем твердой фазы в пределах длины канала. Чем выше и плотнее слой осадка, меньше скорость и короче путь перемещения, тем устойчивее состояние в нем твердой фазы.
Кроме того, при выходе из канала, сформированный слой осадка теряет одностороннюю удерживающую связь с днищем, и частицы вновь оказываются во взвешенном состоянии. Распад двухслойной системы снижает локальную концентрацию частиц вне полости канала, часть из которых в зависимости от применяемой схемы массопотоков создает второй контур циркуляции твердой фазы, охватывая накопительную зону.
Анализ известных технических решений по разделению гидровзвесей и широкая возможность в комбинировании различных схем массопереноса в тонкослойном пространстве дают основания конструктивным путем перераспределять потоки, снижая или частично, исключая турбулентный обмен между
слоями. Изоляция потоков и последовательный отвод продуктов разделения двухфазной среды непосредственно из тонкослойного пространства снижает гидродинамический режим и его воздействие на массообмен между слоями в канале.
Варианты реализации потенциальных возможностей тонкослойного пространства в конструкцию аппарата, как обогатительного устройства, представлены на рис. 3, и выполнены на уровне изобретения (п. 1692028).
На этом этапе сформируем основные положения применительно к тонкослойным аппаратам, как к обогатительному оборудованию.
Во первых, - ламинарный режим и относительно малая глубина слоя жидкой среды обеспечивает благоприятные условия по переводу в осадок мелких и тонких классов твердой фазы, распределяя основную массу по длине канала в зависимости от их гидравлической крупности.
Во-вторых, - принцип тонкослойного разделения массопотока дает избирательную возможность путем выбора схем перемещения образующихся потоков и их комбинаций формировать для узких фракций приоритет занять определенное положение по уровню слоя осадка в зависимости от их гравитационных свойств.
В-третьих, - конструкция позволяет, не нарушая основных принципов работы тонкослойных аппаратов путем перераспределения осевшей твердой фазы и ее последующей транспортировкой из тонкослойной зоны, создать условия для сепарации частиц по плотности.
Физическое моделирование описанного процесса показывает, что при содержании тяжелой тонкодисперсной фракции плотностью более 7 кг/дм3 в гидросмеси (Ж:Т = = 15...17) в пределах 0,5... 1,0% от объема твердого на выходе в отсеченной части в объеме 10 % от твердой фазы осадка содержание тяжелого компонента достигает 8-12 %. Практически частицы тяжелой фракции класса +0,01 мм полностью переходят в осадок, отсекаются и выводятся наружу.
Таким образом, изменение традиционной схемы движения потоков в энергосберегающих тонкослойных аппаратах, создание благоприятных условий для сегрегации частиц в канале и аппаратурное оформление процесса позволяет расширить функциональные возможности подобных конструкций и использовать их не только как отстойники или сгустители, но и как обогатительное оборудование по концентрации и выводу тяжелой фракции ценного компонента из полидис-персной гидровзвеси.
— Коротко об авторах
Мязин В.П., Черкасов В.Г. - ЧитГУ.
УДК 541.1
В.А. Маслов, Ю.В. Семенов, А.А. Агаев,
© В.А. Маслов, Ю.В. Семенов,
A. А. Агаев, В.П. Кузнецов,
B.Н. Лыгач, Т.Г. Куропаткина,
2005
