книги из ГПНТБ / Циперович, М. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях

622.766 : 622.333

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

^ [{- /АОЗЗ

Цнперович М. В., Курбатов В. П., Хворов В. В. Обогащение углей в тяжелых суспензиях. М., «Недра», 1974, 344 с.

В книге раскрывается сущность процесса обогащения угля в тя­ желых средах и даются основы теории разделения частиц различной плотности под действием гравитационных и центробежных сил. Опи­ саны свойства суспензий и их влияние на качественные и коли­ чественные показатели разделения угля. Рассмотрены принципи­ альные схемы обогащения и регенерации суспензий, а также зависимость их от качества исходного угля, вмещающих пород, утяжелителей. Приведены принципиальные схемы на отечествен­ ных и зарубежных фабриках и их анализ. Описаны методы оценки эффективности обогащения угля в тяжелых суспензиях, конструкции отечественного п зарубежного оборудования. Дан анализ работы современных отечественных и зарубежных обогати­ тельных фабрик и установок для обогащения крупного и мелкого угля. Описан контроль качества утяжелителей, суспензий, угля, продуктов обогащения и автоматическое регулирование отдельных параметров. Даны перспективы развития и применения метода обо­ гащения угля в тяжелых суспензиях.

Книга предназначена для инженерно-технических работников обогатительных фабрик, научно-исследовательских и проектных институтов, студентов горных вузов и учащихся горных техни­ кумов.

Таблиц 109, иллюстрации 184, список литературы — 167 назв.

ВВЕДЕНИЕ

V

Повышение добычи угля и выплавки чугуна можно достичь не только введением в строй новых мощностей, но и посредством интенсификации процесса выплавки чугуна и добычи угля на дей­ ствующих предприятиях.

Интенсификация добычи угля, связанная с механизацией, при­ водит к перераспределению минеральных примесей в отдельных классах рядового угля, значительному увеличению количества мел­ ких классов, а также некоторому повышению средней зольности углей вследствие их валовой выемки.

Вместе с тем значительное увеличение выплавки чугуна в теку­ щей пятилетке должно быть осуществлено не только путем соору­ жения новых мощных доменных печей, но и повышением производи­ тельности действующих, что требует как улучшения технологии процесса выплавки, так и более высококачественного сырья, в том числе кокса.

Таким образом, интенсивное развитие добычи угля приводит к ухудшению его качества, а интенсификация выплавки чугуна требует улучшения качества угля, из которого получают кокс для доменного процесса. Устранить отмеченное противоречие можно путем дальнейшего развития и совершенствования техники и тех­ нологии обогащения угля.

Объем обогащения угля за последнее время резко увеличился, причем темпы его роста даже превысили темпы роста угледобычи.

На современном уровне развития техники наиболее эффективным методом переработки угля крупностью более 1 (0,5) мм является его обогащение в минеральных суспензиях.

1.Плотность твердой частицы больше плотности жидкой среды (6Х> 6 2), тогда масса частицы G0 больше выталкивающей силы жид­ кости и частица погружается.

2.Плотность твердой частицы равна плотности жидкой среды (§! = б2), тогда масса частицы равна выталкивающей силе жидкости

ичастица находится во взвешенном состоянии (занимает любое по­ ложение в жидкости).

3.Плотность частицы меньше плотности жидкости (бх < 6 2), тогда масса частицы меньше выталкивающей силы жидкости и ча­ стица всплывает.

Независимо от направления при перемещении твердого тела в жидкости приводятся в движение расположенные вблизи ее эле­ ментарные слои. При этом возникают силы инерции, стремящиеся сохранить жидкость в состоянии покоя. На преодоление сил инерции затрачивается сила тяжести передвигающейся частицы. Кроме того, между частицей и жидкостью, а также между слоями жидкости, дви­ гающимися с различными скоростями, действуют силы трения, обусловленные вязкостью среды и зависящие от размера перемеща­ ющихся твердых частиц. Сопротивление инерционных сил назы­ вают динамическим, а сопротивление сил трения — вязкостным.

В зависимости от размеров частиц, перемещающихся в жидкой среде, преобладает тот или другой вид сопротивления. При падении крупных частиц, размером более 6 мм, сопротивление в основном носит динамический характер, а при падении мелких частиц сопро­ тивление, главным образом, зависит от вязкости среды. Так как обо­ гащение угля в тяжелых суспензиях в статических условиях, т. е. под влиянием только силы тяжести, производится для кусков более 6 (10) мм, то в основном имеет значение только динамическое сопро­ тивление.

Вследствие воздействия на частицу двух противоположно на­ правленных сил — силы тяжести G0 и динамического сопротивления R — возникает сила Q.

Так как

т dv

то уравнение движения перемещающейся в вертикальном направле­ нии частицы, учитывающее как действие силы тяжести, так и дей­ ствие силы сопротивления, имеет вид

где т — масса частицы, г; — — ускорение движения частицы, см/сек2;

R — сила сопротивления, дин. Верхний знак величин G0 n R следует брать для тонущих частиц, а нижний — для всплывающих.

В тяжелых суспензиях, в которых обогащают сравнительно круп­ ные куски угля (от 6 мм и выше), сила динамического сопротивления невелика по сравнению с силой тяжести для тяжелых частиц и подъ­

6

сил вследствие большой потери подвижности, происходит менее эффективно.

В лабораторных условиях, при длительном времени разделения угля в тяжелых жидкостях, можно получить удовлетворительное разделение более мелких частиц (до 1 мм), но разделение частиц размером менее 1 мм в гравитациоииом поле даже в лаборатории приводит к нечеткому разделению частиц по заданной плотности.

Скорость свободного падения мелких шарообразных зерен при числе Рейнольдса Re < 1 определяется законом Стокса, выража­ емым формулой

Для более крупных частиц при Re = 2—300 скорость падения можно определить по формуле Аллена

(5)

где VK— конечная скорость падения зерна; g — ускорение силы тяжести; бг — плотность зерна; б2 — плотность жидкости; d — диаметр зерна; ц — абсолютный коэффициент вязкости; v — кине­ матический коэффициент вязкости.

Точность разделения зерен по заданной плотности зависит от скорости перемещения их в вертикальном направлении, т. е. от скорости падения и выталкивания. Для угольных частиц размером до 5—6 мм эти скорости определяются по приведенным формулам. Скорости падения могут быть повышены в результате увеличения диаметра частиц d; увеличения разницы между плотностями твердых частиц и жидкости (бх — б2); уменьшением вязкости разделяющей ереды; увеличением ускорения. Однако ни один из первых трех пара­ метров нельзя изменять в значительных пределах, так как, во-пер­ вых, обычно обогащают мелкий уголь; во-вторых, плотность среды должна быть промежуточной между плотностями разделяемых ча­ стиц, а следовательно, совершенно определенной; в-третьих, умень­ шение вязкости может быть произведено в ограниченных размерах.

Таким образом, все перечисленные параметры практически должны быть постоянными. И только один параметр — ускорение — можно значительно увеличить. Для этого частицы, подвергаемые разделению, необходимо поместить в центробеяшое поле.

Действующую на вращающееся тело центробежную силу можно определить по формуле

где т — масса тела; w — окружная скорость вращения; г — радиус вращения. Величина — — центробежное ускорение.

На вращающуюся частицу в основном действуют две силы: сила тяжести (гравитационная) и центробежная сила. Пренебрегая силой

8

тяжести, как ничтожно малой по сравнению с центробежной силой, развиваемой вращением тела, можно найти центробежную скорость частицы по формулам, применяемым при определении скорости сво­ бодного падения, заменив в них ускорение силы тяжести ускоре­ нием центробежной силы.

Если заменить ускорение силы тяжести g ускорением центро­

Отношение скорости падения частиц в центробежном поле к ско­ рости свободного падения под влиянием только гравитационной силы

во сколько раз скорость падения частиц при центрифугировании больше скорости свободного падения частиц.

Для частиц, скорость падения которых определяется по формуле Аллена, фактор разделения

Отсюда следует, что центробежную силу легче увеличить при повышении числа оборотов, чем при увеличении радиуса вращения тела.

Применяя центробежную силу, можно увеличить скорость перемещения частиц. Так, например, при радиусе вращения частицы 10 см и при 4000 об/мин фактор разделения равен 1780, следовательно, скорость перемещения частицы в образуемом центробежном поле больше скорости свободного падения в 1780 раз.

Таким образом, наиболее эффективным способом разделения мелких частиц угля является применение центробежной силы, что значительно увеличивает скорость их передвижения.

9