Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

521

лению вертикальных струй воды (воздуха), проходящих через реше-

то отсадочной машины.

Отсадке обычно подвергают предварительно обесшламленные

широко- или узкоклассифицированные материалы оптимальной круп-

ности 0,5-100 мм для нерудных и 0,2-40 мм для рудных материалов.

При отсадке крупного материала находящийся на решете его слой

толщиной в 5-10 диаметров наибольших частиц в подаваемом на

переработку материале (питании) называют постелью. При отсадке

мелкого материала (до 3-5 мм) на решете укладывают искусствен-

ную постель из крупных тяжелых частиц материала, размер кото-

рых в 3-4 раза превышает размер наиболее крупных частиц пита-

ния. В процессе отсадки материал расслаивается: в нижнем слое

концентрируются тяжелые частицы, в самом верхнем - легкие мел-

кие. Получаемые слои разгружают раздельно.

Отсадочные машины различаются способом создания пульса-

ции (движением диафрагмы, поршня, решета, пульсирующей пода-

чей сжатого воздуха), типоразмерами, конструктивными особеннос-

тями, числом фракций выделяемых продуктов.

Их производительность (в т/ч) как транспортных механизмов

может быть определена по формуле:

Q = 3600

Уер

ВНо

, (III. 45)

где Y

- средняя насыпная плотность материала постели, т/м

; В -

ширина отсадочного отделения, м; H - высота отсадочной постели,

м; \>

- средняя скорость продольного перемещения материала в ма-

шине, м/с.

Время т пребывания материала в отсадочной машине (время от-

садки, обычно составляющее на практике 50-180 с) связано с со-

держанием рассматриваемых частиц в материале питания F

и в вы-

делившемся их слое F

следующим выражением:

т =ln[F

/(F

-F

)] /К, (III. 46)

где К - коэффициент пропорциональности, характеризующий удель-

ную скорость разделения, с

-1

(обычно находится в пределах 0,01-

0,05 с"

Так как в первом приближении

x = L/o

, (III. 47)

где L - длина отсадочной машины, м, то с учетом (III.45) и (1П.46)

производительность (в т/ч) будет:

522

Q = 3600

BHLK / In

/ (F

- F

)] (III.48)

или

ЗбООу^ВНЬК /

In (1

/ F

(111.49)

где отношение F

характеризует извлечение выделившейся фрак-

ции в свой продукт, а выражение

/ F

представляет погрешность

извлечения, измеряемую содержанием данной фракции в «чужих»

продуктах.

Общая погрешность извлечения для всех продуктов отсадки ха-

рактеризуется суммой засоряющих фракций Sa в этих продуктах,

выражаемой в долях единицы или в % по отношению к материалу

питания:

H-

B) =

/**- (

°)

Натуральный логарифм обратной величины погрешности извле-

чения определяют как критерий точности разделения:

= In 100/Ia. (III. 51)

С учетом (III.51) связь производительности (в т/ч) отсадочной

машины с качеством продуктов отсадки выражается уравнением:

ЗбООу BHLK/-п. (111.52)

ср

Типичная схема технологического комплекса отсадки представ-

лена на рис. III-6.

Обогащение в тяжелых суспензиях и жидкостях. Этот про-

цесс заключается в разделении материалов по плотности в гравита-

ционном или центробежном поле в суспензии или жидкости, плот-

ность которой является промежуточной между плотностями разде-

ляемых частиц.

Тяжелые суспензии представляют собой взвешенные в воде тон-

кодисперсные частицы тяжелых минералов или магнитных сплавов

- утяжелителей, в качестве которых используют ферросилиций, пи-

рит, пирротин, магнетитовый и гематитовый концентраты и другие

материалы крупностью до 0,16 мм. В качестве тяжелых жидкостей

используют растворы хлоридов кальция и цинка, тетрахлорида угле-

рода, тетрабромэтана, хлорного олова и других соединений.

Плотность суспензии (в г/см

) определяют по формуле:

6=С(6

-1)+1, (111.53)

где С - объемная концентрация утяжелителя, доли единицы; 5 -

523

плотность утяжелителя, г/см

Масса утяжелителя (в кг) в

данном объеме суспензии со-

ставляет:

(5-1)/(8-1), (Ш.54)

где V - объем суспензии,

дм

;

и S

- плотность соот-

ветственно утяжелителя и сус-

пензии, г/см

Для поддержания устойчи-

вости суспензии в нее добав-

ляют глину (до 3% от массы

утяжелителя) или применяют

смесь порошков утяжелителей

различной плотности.

Наиболее распространен-

ными аппаратами обогащения в

тяжелых средах являются барабанные, конусные, колесные и гидро-

циклонные сепараторы.

Производительность (в т/ч) барабанных сепараторов по всплы-

вающему легкому продукту определяют по формуле:

Q=I/

, (III. 55)

где у - выход легкого продукта, доли единицы; D - диаметр бараба-

на, м; h -высота сливного потока (h = 1,2-1,5 поперечника макси-

мального куска), м; и - скорость потока суспензии на выходе из сепа-

ратора (0,3-0,5), м/с; 5

- насыпная плотность легкого проду кта, кг/м

Производительность конусного сепаратора по питанию (в т/ч) рас-

считывают по формуле:

qS, (111.56)

где q - удельная нагрузка на единицу площади рабочей зоны зеркала

суспензии сепаратора, т/(м

•

ч); S - площадь рабочей зоны зеркала

суспензии сепаратора, м

Производительность колесных сепараторов (в т/ч) составляет:

по легкому продукту

= 3,6B

IIU

, (III. 57)

где B

- ширина ванны сепаратора, м; U

- окружная скорость дви-

Рис. III-6. Технологический комплекс

отсадки:

I -отсадочная машина; 2 - элеваторы; 3 -

бак оборотной воды; 4 - воздуходувка;

5 - зумпф оборотной воды; 6 - насос

524

жения гребков; м/с; 6 - коэффициент заполнения су спензии материа-

лом. доли единицы;

- плотность легкого продукта; h - высота слив-

ного потока, м; по тяжелому продукту

60 Vnz<p6

, (III. 58)

где V - объем ковша сепаратора, м

; п - число оборотов в минуту

элеваторного колеса; z - число ковшей;

ср

- коэффициент заполнения

объема ковша материалом (q> = 0,6-0,7).

Производительность гидроциклонного сепаратора по исходному

материалу (в т/ч) определяют из его объемной производительности

по суспензии:

Q = Kd

/gH5/q

, (III. 59)

где К - коэффициент пропорциональности, равный 8,5; d

и d

- диа-

метр соответственно питающего отверстия и сливной насадки, м;

- расход суспензии на 1 м

исходного материала (q = 7 - 10), м

;

б - плотность исходного материала.

Обогащение в потоках на наклонных поверхностях. Эти

процессы включают обогащение на концентрационных столах, а так-

же в струйных сепараторах, шлюзах и подшлюзках, в винтовых се-

параторах и шлюзах.

Обогащение на концентрационных столах характеризуется раз-

делением минеральных частиц по плотности в тонком слое воды,

теку щей по наклонной плоской деке стола, совершающей возвратно-

поступательные горизонтальные движения перпендикулярно направ-

лению движения воды.

Деки бывают трапециевидной и прямоугольной формы. На части

поверхности дек в продольном направлении закрепляют параллель-

но располагаемые рифли (планки переменной высоты и длины), дли-

на которых увеличивается от верхнего к нижнему краю стола - краю

разгру зки легких продуктов. Пульпу разделяемого материала пода-

ют в верхний угол поверхности стола (деки). Питание деки смывной

водой ведут с ее верхнего края, ниже места ввода пульпы. Частицы

разделяемого материала большей плотности оседают в межрифлен-

ных пространствах и под действием колебаний наклонной деки про-

двигаются вдоль рифлей, достигая нерифленой части деки, где обра-

зуют веер частиц различной плотности, удаляемых раздельно. Heo-

седающие частицы меньшей плотности переносятся смывным

потоком через рифли; их в виде раздельных продуктов отводят с

поверхности концентрационного стола.

525

Более эффективно разделение предварительно классифицирован-

ных материалов. Оптимальное отношение длины деки L к ее ширине

S определяется крупностью обогащаемых материалов. Концентра-

ционные столы изготовляют в промышленном, полупромышленном

и лабораторном исполнении в одно- и многоярусном вариантах с де-

ками трех видов: песковые с L / S » 2,5 для материалов крупностью

d >

мм, мелкопесковые (L /

= 1,8, d = 0,2—1 мм), шламовые (L/S ^

1,5, d< 0,2 мм).

К основным регулируемым технологическим параметрам обо-

гащения на столах относят число п ходов деки стола в минуту и оп-

тимальную длину (в мм) хода, определяемые пд выражениям:

n = (111.60) £ = 18/ifiZ, (III. 61)

где d

Maxc

- размер частиц, равный размеру сита, на котором остаток

материала составляет 5%.

Производительность (в т/ч) концентрационного стола может быть

определена по формуле:

Q = KSFd

[(5, -

Д)

- Д)Г, (111.62)

где К - коэффициент (обычно К = 0,1); S - плотность питания стола,

г/см

; F -площадь деки стола, м-; (J

- средний арифметический ди-

аметр частиц, мм; б

и 5

- плотность соответственно тяжелой и

легкой фракций, г/см

; Д - плотность среды (для воды A = I), г/см

Один из примеров роли и места концентрации на столах в техно-

логии рекуперации твердых отходов иллюстрируется представлен-

ной на рис. III-7 схемой подготовки (обезжелезивания) кварцевого

песка для производства хрусталя. Последовательные операции от-

тирки от песчинок примесей оксидов железа в шаровой мельнице, их

отмывки на деке концентрационного стола и магнитной доочистки

обеспечивают остаточное содержание железа в продукте менее (10-

12)

•

10"

Обогащение на винтовых сепараторах и шлюзах происхо-

дит, как и на столах, в небольшой толщины (6-15 мм) потоке пульпы

разделяемых материалов, подаваемой в верхнюю часть наклонного

желоба (содержание твердого в пульпе 6-40%).

Винтовые сепараторы представляют собой неподвижные верти-

кальные винтообразные желоба (число витков 4-6) с поверхностью

специального профиля. Тяжелые частицы пульпы сосредоточивают-

ся в желобе ближе к вертикальной оси его витков и разгружаются

посредством отсекателей в соответствующие приемники. Легкие

526

Рис. III-7. Схема обезжелезивания кварцевого песка

для производства хрусталя

частицы концентрируются у периферийной части желоба и разгру-

жаются в нижней части сепаратора. Желоб имеет угол наклона к

горизонту; характеризуемый величиной относительного шага винта

(отношением шага к диаметру), находящейся в пределах 0,4-0,6.

При максимальной крупности частиц обогащаемых материалов

0,2-8 мм и плотности извлекаемых материалов 6-7,5 г/см

средняя

производительность винтовых сепараторов диаметром 0,5-1,2 м на-

ходится в пределах 0,3-12 т/ч. Обогащение предварительно класси-

фицированных и обесшламленных материалов характеризуется луч-

шими показателями.

Разновидностью винтовых сепараторов являются винтовые шлю-

зы, характеризующиеся более широкими желобами и меньшими на-

клонами днищ желобов.

Струйные сепараторы снабжены суживающимся к нижнему

концу и устанавливаемым под углом 15-20° желобом или кону сом.

Пульпу (содержание твердого 50-60%) загружают в верхнюю часть

желоба. Сокращение расстояния между стенками желоба от загру-

зочного конца к разгрузочному приводит к увеличению высоты по-

тока от 1,5-2 до 7-12 мм. Частицы большей плотности концентриру-

ются в нижних слоях потока, а меньшей плотности сосредоточива-

ются в верхних его слоях. Разделенные потоки частиц поступают в

отдельные приемники. Производительность этих аппаратов опреде-

ляется крупностью и минеральным составом обрабатываемого ма-

териала и обычно составляет 0,9-5,5 т/ч на 1 м

рабочей площади

желоба. Их можно использовать и для классификации (например,

строительного песка).

Шлюзы характеризуются наличием наклонных (3-15°) лотков с

укрепленными на их дне трафаретами (бруски, утолки, профилиро-

ванные коврики, панцирные сетки, ткань) для задержания тяжелых

частиц подаваемой в верхнюю часть лотка пульпы перерабатывае-

мого материала. Эти аппараты могут быть неподвижными и под-

вижными, глубокого (высота потока до 0,4 м для переработки мате-

риалов крупностью от 20 до 100 мм и более) и мелкого (высота пото-

527

ка до 0,05 м для материалов крупностью до 20 мм) заполнения. Ап-

параты мелкого заполнения называют подшлюзками. Легкие части-

цы пульпы уносятся потоком через трафареты, частицы большей

плотности депонируются в межтрафаретных пространствах, после

заполнения которых при прекращенной подаче пульпы производят их

промывку водой с последующим смывом концентрата в приемник.

Необходимую для заданной объемной производительности ши-

рину шлюза (в м) определяют по выражению:

В = Q/(oh), (111.63)

где Q - расход пульпы, м

/с; и - скорость потока пульпы, м/с; h -

высота потока, м.

Расход пульпы определяют по уравнению:

Q = q(L£ + R), (III. 64)

где q - расход твердого в питании, т/с; 5 - плотность твердого, т/м

;

R - разжижение пульпы (отношение Ж : T по массе).

Ширина шлюзов обычно составляет 0,5-1,5 м, длина 6-20 м. При-

мер технологического комплекса обогащения на шлюзах представ-

лен на рис. III-8.

Промывка. Для разрушения и удаления глинистых, песчаных и

других минеральных, а также органических примесей твердых отхо-

дов часто ИСПОЛЬЗУЮТ процессы их промывки (отмывки), которые

проводят в промывочных машинах разнообразной конструкции (гид-

ромониторы, барабанные грохоты, бутары, вращающиеся скруббе-

ры, корытные мойки, аппараты автоклавного и других типов). В ка-

честве промывочного агента наиболее часто используют воду' (в ряде

случаев с добавками ПАВ), иногда применяют острый пар и различ-

ные растворители.

Помимо описанных гравитационных методов обогащения в прак-

тике переработки твердых отходов используют и другие, часто

называемые инерционными, которые основаны на различии плотнос-

тей компонентов обрабатываемых материалов, а также их упругос-

тей и коэффициента трения. Некоторые из таких методов представ-

лены на рис. III-9.

Флотация. В практике переработки отдельных видов твердых

отходов (некоторых шламов, металлургических шлаков, рудных и не-

рудных компонентов отвалов и т.п.) находит применение метод их

обогащения флотацией. Крупность флотируемых материалов обыч-

но не превышает 0,5 мм. Наиболее распространенной является пен-

528

Вода

Отходы

Рис. III-8. Технологический комплекс обогащения

на шлюзах:

1 - шлюз; 2 - привод; 3 - бак питания; 4,1 - насосы,

5 - зумпф питания: 6 - зумпф концентрата; 8 - зумпф

смывной воды

ная флотация с ис-

пользованием меха-

нических и пневмоме-

ханических машин,

пленочную флотацию

ввиду ее низкой про-

изводительности и

масляную флотацию

ввиду

ее

дороговизны

используют крайне

ограниченно. Более

подробно о флотации

см. в разд. 8.2.

Магнитные ме-

тоды. Магнитное

обогащение использу-

ют для отделения па-

рамагнитных (слабо-

магнитных) и ферромагнитных (сильномагнитных) компонентов (ве-

ществ с удельной магнитной восприимчивостью

выше IO

" м

/кг)

смесей твердых материалов от их диамагнитных (немагнитных) со-

ставляющих. Сильномагнитными свойствами обладают магнетит

(FeO • Fe

), маггелит (Fe^O

), пирротин (Fe

n l

), титаномагнетит,

ферросилиций, франклинит, сидерит, слабомагнитные оксиды железа

после их обжига и некоторые другие вещества. Ряд оксидов, гидро-

ксидов и карбонатов железа, марганца, хрома и редких металлов от-

носится к материалам со слабомагнитными свойствами. Различные

породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, кальцит

т.п.)

относятся к немагнитным материалам.

Удельной магнитной восприимчивостью % (в м

/кг) называют

объемную магнитную восприимчивость вещества X

, отнесенную к

его плотности 5:

= К /

(III. 65)

Величина X выражает связь между магнитным моментом ве-

щества M (М - векторная величина, равная геометрической сумме

магнитных моментов всех магнитных диполей в данном веществе)

и магнитным полем V-HB ЭТОМ веществе:

X =

M/(V-H) = J/H, (111.66)

529

Рис. III-9. Некоторые приемы разделения смесей твердых отходов:

а, б - баллистической сепарацией; в - сепарацией, основанной на различии коэффици-

ентов трения;

- ленточные транспортеры; 2 - роторы; 3 - пластинчатый транспор-

тер; 4 - отражатель; JIH - фракция легких неупругих материалов; ТУ - фракция

тяжелых упругих материалов

где H - напряженность магнитного поля, А/м; J - намагниченность

вещества - векторная величина (в А-м-), равная отношению сум-

марного магнитного момента M к объему вещества V:

Слабомагнитные материалы обогащают в сильных магнитных

полях (напряженностью H около 800-1600 кА/м), сильномагнит-

ные - в слабых полях (Н

70-160 кА/м). Магнитные поля промыш-

ленных сепараторов бывают в основном постоянными или перемен-

ными, комбинированные магнитные поля применяют реже.

Поведение зерен обрабатываемых материалов в постоянном маг-

нитном поле определяется значением их магнитной восприимчивос-

ти X, тогда как в переменном магнитном поле помимо этой величи-

ны оно зависит от значения остаточной индукции B

и коэрцитивной

(задерживающей) силы H

для этих частиц.

Сила магнитного притяжения F

и величина магнитной

инду

кции

В являются функциями соответственно градиента напряженности и

величины напряженности Н:

где

Hgrad

H - сила магнитного поля, А

/м

; ц - магнитная проницае-

мость вещества; ц

- магнитная постоянная (магнитная проницае-

J = M/V.

(111.67)

ВДН^Н,

В=цц

Н-ц

(К + 1)Н,

(111.68)

(III.

69)

35 Зак. 6

530

мость вакуума, |H

= 1,26 Ю

-6

) Гн/м; ц

•

- абсолютная магнитная

проницаемость.

Процесс намагничивания сильномагнитного вещества, помещен-

ного в магнитное поле с увеличивающейся напряженностью, в коор-

динатах

= f (H) выражается некоторой кривой, выходящей из нача-

ла координат. При у странении поля такое вещество сохраняет часть

магнитных свойств в виде остаточной индукции B

. Дчя достижения

нулевого значения B

необходимо создать поле противоположной на-

пряженности H

, величину которой называют коэрцитивной силой ве-

щества. Чем меньше величина H

, тем легче размагничивается ма-

териал.

Различные сильномагнитныс вещества характеризуются различ-

ными значениями B

и H

. Действие коэрцитивной силы тем больше,

чем дисперснее частицы таких веществ. При напряженности пере-

менного магнитного поля, превосходящей величину H

магнитных

компонентов, происходит притяжение их зерен к полюсам магнитной

системы при сильной вибрации, вызываемой некоторым отставани-

ем перемагничивания зерен от изменения направления напряженно-

сти поля и обеспечивающей получение весьма чистой фракции при

СУ ХОЙ

сепарации мелкодисперсных материалов. Магнитные свойства

слабомагнитных веществ не зависят от величины Н.

Подлежащие магнитной сепарации материалы, как правило, под-

вергают предварительной обработке (дробление, измельчение, гро-

хочение, обесшламливание, магнетизирующий обжиг и др.). Обычно

магнитное обогащение материалов крупностью 3-50 мм проводят

сухим способом, материалов мельче 3 мм - мокрым. Технология

магнитной сепарации зависит прежде всего от состава подлежащего

переработке материала и определяется типом используемых сепа-

раторов. Последние обычно снабжены многоплюсными открытыми

или закрытыми магнитными системами, создающими различные типы

магнитных полей, различаются способами питания (верхняя или ниж-

няя подача материала), транспорта проду ктов обогащения (барабан-

ные, валковые, дисковые, ленточные, роликовые, шкивные сепарато-

ры), характером движения обрабатываемого потока и эвакуации

магнитных компонентов (прямоточные, противоточные, полу проти-

воточные) и другими особенностями.

Оценка производительности магнитных сепараторов затруднена

влиянием на нее многих факторов. Имеющийся опыт эксплуатации

этих аппаратов позволяет в ряде случаев рассчитывать их произво-