Протитечійна водна сепарація

ЗАГАЛЬНІ ДАНІ ПРО ПРОЦЕСИ

Протитечійна водна сепарація – гравітаційний процес, який застосовується для збагачення енергетичного вугілля, антрацитів, розубоженої гірничої маси відкритих розробок, крупнозернистих шламів і видалення породи з гірничої маси на шахтах і розрізах. Протитечійні гравітаційні апарати відрізняються характером розділення збагачуваного матеріалу, способами транспортування продуктів і принципами регулювання робочого режиму. При цьому в них реалізуються спільні принципи, що полягають в підвищенні ефективності розділення внаслідок рециркуляції частини збагачуваного матеріалу в межах робочої зони. Сформований в процесі сепарації потік легких фракцій є попутним потоку розділювального середовища, а важких – зустрічним.

Протитечійна сепарація реалізується з використанням крутопохилих (КНС) і шнекових (СШ і СВШ) сепараторів.

 

КРУТОПОХИЛІ СЕПАРАТОРИ

В сепараторах КНС, на відміну від шнекових сепараторів, спостерігається керована взаємодія між транспортними потоками легкої і важкої фракцій по всієї довжині їх контактування в робочій зоні. В умовах рівноваги частинок в нахиленому каналі, в якому створюються турбулентні збурювання потоку (напр., пластинами з перегородками), опір турбулентного потоку для одних і тих же частинок буде тим більше, чим більше задана інтенсивність турбулентності. Ця залежність може бути описана рівнянням уявної додаткової густини середовища:

 

, кг/м³,       (9.1)

 

де – густина середовища і уявна додаткова густина середовища, кг/м³;  – додатковий перепад тиску на одиницю довжини каналу, Па/м;  – коефіцієнт повноти турбулізації потоку;  – число перегородок на одиницю довжини каналу, м^-1;  – швидкості потоку середовища: максимальна на рівні перегородок і середня, м/с;  – прискорення вільного падіння, м/с².

Крутопохилі сепаратори використовуються для збагачення розубоженого вугілля, крупнозернистих шламів і механізації вибірки породи крупністю до 150 мм.

Крутопохилий сепаратор (рис. 9.1) являє собою прямокутний короб 1, нахилений під кутом 46 – 54º до горизонту.

У середині корпуса розташовано завантажувальний жолоб 2 для подачі в сепаратор вихідного матеріалу. На верхній кришці кожного із відділень закріплені гвинтові регулятори 3 дек 4, які обладнані зигзагоподібними перегородками. Деки, що фіксуються гвинтовими регуляторами, забезпечують необхідний перетин каналу у породному (нижньому) і концентратному (верхньому) відділеннях сепаратора.

 

 Вихідний матеріал з водою безперервно по завантажувальному жолобу 2 подається в центральну частину каналу 1. Одночасно у нижню частину каналу через опирач елеватора 5 надходить із заданою швидкістю вода. Важкі фракції випадають у придонний шар і рухаються назустріч потоку води. Легкі фракції виносяться потоком води угору і розвантажуються через зливний поріг сепаратора.

Ефективність роботи крутопохилого сепаратора залежить від ряду постійних і змінних параметрів. Постійні параметри – кут нахилу корпуса сепаратора (вибирається перед монтажем) і положення рухомих дек (підбирається в період настройки режиму роботи сепаратора). Змінним (оперативним) параметром є витрата води, що подається в завантажувальну лійку з вихідним матеріалом і надходить у опирач елеватора.

Витрати води повинні відповідати пропускній спроможності перетинів у концентратній і породній зонах каналу. Співвідношення потоків необхідно вибирати таким чином, щоб підтримувати задану густину розділення в робочій зоні на постійному рівні. Відповідний вибір регульованих параметрів дозволяє забезпечити в сепараторі при збагаченні крупних класів робочі швидкості 0,5 – 0,7 м/с, при збагаченні дрібних класів – 0,2 – 0,3 м/с.

У крутопохилих сепараторах досягається рівномірне збагачення по всім класам крупності аж до класу 0 – 3 мм. Засмічення крупного концентрату не перевищує 2%, дрібного – 3 %.

 

ШНЕКОВІ СЕПАРАТОРИ

Шнекові сепаратори горизонтального і вертикального типів належать до класу збагачувальних апаратів, в яких підвищення густини розділення обумовлюється відставанням руху частинок збагачуваного матеріалу від руху розділювального середовища, а також дією додаткового градієнту тиску, що виникає при розбіжності векторів швидкостей частинок і середовища. Відставання руху частинок є результатом дії сил інерції і особливого характеру розділення окружних швидкостей в межах робочої зони. В цьому випадку ефективна густина розділення буде:

, кг/м³,                     (9.2)

 

де – окружні швидкості розділювального середовища і твердої частинки, м/с; – густина середовища, кг/м³.

Шнекові сепараторивикористовуються для збагачення енергетичного вугілля крупністю 6 – 25 і 13 – 100 мм.

 

Сепаратор шнековий горизонтальний СШ-15 (рис. 9.2) складається з циліндричного корпуса 1, шнека 2, рами 8 і привода 3.

 

 

 

У верхній частині корпусу знаходиться завантажувальна лійка 4 для подачі вихідного матеріалу. У нижній частині розташована лійка 5 для розвантаження породи. Концентрат розвантажується через тангенціальну лійку 6 у верхній частині корпусу. Вода в апарат подається через тангенціальний патрубок 7 і рухається по гвинтовому каналу, що створюється внутрішньою стінкою корпуса і шнеком, у напрямку руху гвинтового потоку.

Вихідний матеріал подається через завантажувальну лійку у середину робочої зони сепаратора, де на ділянці один-півтора витка здійснюється основне збагачення і формування двох транспортних потоків, що спрямовані у протилежні боки – до концентратної і породної розвантажувальних лійок.

Частинки матеріалу рухаються у сепараторі за складними гвинтовими траєкторіями, при цьому частота їх обертання навколо валу шнека визначається густиною і крупністю. Частинки, у яких частота обертання близька до частоти обертання водного потоку, переміщуються разом з ним до концентратної лійки. Частинки, у яких частота обертання менше частоти обертання водного потоку, а також ті, що випали зі зваженого потоку на дно і придонні ділянки біля стінок сепаратора, з різною швидкістю транспортуються шнеком до породної лійки.

Сепаратор шнековий вертикальний СВШ-15 (рис. 9.3) відрізняється від горизонтального завантаженням вихідного матеріалу через порожній вал і приводом, що розташований знизу.

 

Параметрами регулювання процесу в шнекових сепараторах є: витрати води, частота обертання шнека і навантаження сепаратору.

 

Література до розділу 9: [1] c. 181 – 236, [2] c. 117 - 158