КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

При обогащении в основном используются мокрые процессы. Расход воды при обогащении составляет 3~5м³/т обогащаемого сырья.

Задачами процессов обезвоживания являются: 1) доведение товарных продуктов до кондиционной влажности (6-9%) в соответствии с требованиями потребителей и из условий транспортирования; 2) осветление оборотной воды, т.е. снижение содержания в ней твердой фазы до необходимого уровня, что позволит использовать воду в технологическом процессе многократно.

В горном деле применяются в основном механические и термические методы обезвоживания.

Процессы механического обезвоживания т.е. отделения твердой и жидкой фаз основаны на двух физических принципах: (рис. 1.1)

1) фильтрование – выделение жидкости из массы твердого материала; при этом жидкость движется относительно твердой фазы.

2) осаждение – выделение твердого материала из массы жидкости; при осаждении твердые частицы движутся относительно жидкости.

Показателем, по которому оценивается качество обезвоживания, является влажность. Влажность – отношение массы воды в продукте к массе сырого продукта. Рабочая влажность определяется по формуле:

W^r = [q_H2O / (q_H2O + G)]·100, % .

Здесь G - масса сухого материала.

Влажность подразделяют на рабочую, лабораторную и внешнюю, между которыми соблюдается следующее соотношение:

W_вн = W^r – W_л.

В зависимости от содержания воды продукты обогащения делятся на:

1) обводненные (жидкие) – содержат ~40% воды, обладают подвижностью жидкости, представляют собой механическую смесь твердого и воды. Это слив мельниц, отсадочных машин.

2) Мокрые – 15-40% влаги, не обладают подвижностью жидкости. Содержат все виды влаги. Получаются после обезвоживания жидких.

3) Мокрые – 15-40% влаги, не обладают подвижностью жидкости. Содержат все виды влаги. Получаются после обезвоживания жидких.

4) Влажные – 5-15% влаги. В них нет гравитационной влаги. Получаются после обезвоживания мокрых.

5) Воздушно-сухие – сыпучие продукты. Влага, конденсированная на поверхности частиц, не превышает 5%.

6) Сухие – не содержат влаги.

Чем больше энергия связи жидкости с поверхностью твердого, тем труднее эту жидкость отделить. На энергетическом принципе основана классификация форм связи влаги с материалом по Ребиндеру: 1) химическая связь (адгезионная влага); 2) физико-химическая связь (адсорбционная или гигроскопическая влага); 3) физико-механическая (капиллярная, гравитационная влага). В соответствии с этой классификацией влага разделяется на следующие виды (рис. 1.2):

1. Адгезиoнная (внутренняя) влага – удерживается на поверхности частиц молекулярными силами, химически связана с твердой фазой, не удаляется даже при термической сушке. Это гидратная или кристаллизационная влага.

2. Адсорбционная (гигроскорическая) влага – поглощается (адсорбируется гидрофильными материалами из воздуха. Удерживается на поверхности в виде пленок силами адсорбции. Прочно связана с поверхностью. Ее поглощают материалы капиллярно-пористой структуры и хорошо растворимые в воде вещества. Количество поглощенной влаги увеличивается с увеличением влагосодержания воздуха. Удаляется при сушке.

3. Капиллярная влага – заполняет капиллярные промежутки, образующиеся между частицами, или поры внутри самих частиц твердого и удерживается в них силами капиллярного давления. Количество влаги зависит от пористости материала и смачиваемости поверхности.

Капиллярное давление определяется по формуле Лапласа:

ΔP = 2σ Cosθ / r ,

где r – радиус капилляра или кривизна поверхности.

4. Свободная (гравитационная влага) – заполняет все промежутки между частицами и перемещается под действием силы тяжести.

Капиллярная и свободная влага удаляются механическими и термическим методами обезвоживания. Оказывают максимальное отрицательное влияние на такие показатели как грохотимость, смерзаемость и транспортабельность продуктов.

Влажные материалы в зависимости от форм связи и содержания влаги делятся на: 1) коллоидные, 2) капиллярно-пористые, 3) капиллярно-пористые коллоидные. В коллоидных влага осмотически связана и поглощена. При удалении влаги они значительно сжимаются в объеме (например, желатин). В капиллярно-пористых влага связана капиллярными силами (например, рудные концентраты, кварцевый песок, каменные угли, старые бурые). Капиллярно-пористые коллоидные – содержат влагу всех форм связи (торф).

Влагоудерживающая способность материалов зависит от удельной поверхности частиц и от энергии, расходуемой на взаимодействие с водой. Удельная поверхность бывает двух видов: 1) массовая удельная поверхность – поверхность, приходящаяся на единицу массы; 2) объемная удельная поверхность – поверхность, приходящаяся на единицу объема. Различают также внешнюю и внутреннюю поверхности, которые в сумме дают полную поверхность. Внешняя – геометрическая поверхность частиц; внутренняя – суммарная поверхность микропор и микротрещин. Чем больше поверхность материала и степень смачивания, тем больше влаги может удерживать этот материал и тем труднее ее отделить.

Энергия, расходуемая на взаимодействие с водой, определяет степень смачивания твердой поверхности. Мерой смачивания служит краевой угол θ между смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости на периметре смачивания (рис. 1.3).

При равновесном смачивании краевой угол θ определяется уравнением Юнга:

Сos θ = (σ_т-г - σ_т-ж) / σ_ж-г .

Здесь σ - поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

Смачивание на границе раздела фаз является результатом межмолекулярного взаимодействия в зоне контакта этих фаз.

Поверхностное натяжение является термодинамической характеристикой поверхности раздела фаз. Для жидкости σ равна свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объеме (энергии нескомпенсированных межмолекулярных сил). Это работа образования новой поверхности, затрачиваемая на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия (когезии) при переходе молекул вещества из объема в поверхностный слой.

Показателем влагоудерживающей способности является максимальная молекулярная влагоемкость ММВ, которая зависит от сил взаимодействия поверхности частиц с водой. Чем больше эти силы, тем больше толщина водных пленок, удерживаемых на поверхности частиц при механическом обезвоживании. ММВ - это максимальное количество влаги, которая не удаляется при механическом обезвоживании.

В табл. 1 приведена влажность продуктов обогащения углей, которая принимается в расчетах по данным практики углеобогащения.

Таблица 1. Влажность продуктов обогащения углей, принимаемая по результатам практики

Бóльшие значения влажности принимаются для углей меньшей степени метаморфизма. При размокаемых породах (содержание глинистых частиц больше 50%) влажность породы увеличивают на 20%.

Лекция № 2.

Тема 2. ДРЕНИРОВАНИЕ.

1. Дренирование. Общие сведения.

2. Дренирование в статических условиях.

3. Дренирование в кинетических условиях

4. Способы интенсификации процесса

Дренирование – процесс обезвоживания обводненных и мокрых зернистых материалов, основанный на естественном истечении жидкости через слой материала и пористую перегородку под действием силы тяжести.

Количество отфильтрованной воды зависит от режима ее движения, который может быть:1) ламинарным, 2) переходным, 3) турбулентным и определяется значением параметра Рейнольдса:

Re = vdρ / μ; Re < 1, 1-1000, Re > 1000 .

Объем дренированной воды зависит от крупности материала, его смачиваемости, давления воды и времени обезвоживания (рис. 2.1).

Чем меньше диаметр частиц, тем меньше промежутки между ними и тем больше высота капиллярного подъема жидкости, определяемая из соотношения:

H = 2σ Cosθ / ρgr, (ρgh = 2σ Cosθ / r = ΔP) .

Процесс дренирования характеризуется скоростью фильтрации:

w = (1/F) dV/dt,

где V – объем дренированной жидкости; F – площадь дренирования (фильтрования).

Кроме того существует понятие удельного сопротивления фильтрующего слоя, которое обратно пропорционально среднему радиусу всех капилляров. Удельное сопротивление полностью характеризуется свойствами капилляров и является важнейшей характеристикой фильтруемости различных продуктов. Чем больше удельное сопротивление, тем ниже скорость фильтрации и больше влажность осадка.

При дренировании материала в статических условиях частицы неподвижны друг относительно друга и относительно сита. Для дренирования в статических условиях характерен переходный, а затем ламинарный режим движения жидкости. При кинетическом дренировании частицы перемещаются.

Дренирование в статических условиях выполняется в обезвоживающих бункерах, на обезвоживающих конвейерах и элеваторах, в складах. Применяется для материалов крупностью более 0.5 мм и чаще используется при обогащении угля. Время обезвоживания и минимальная влажность зависят крупности зерен и μ и σ жидкости. Некоторую роль при дренировании играет и обсыхание материала. Оно связано с движением воздуха в пустоты вместо воды при статическом дренировании или с движением частиц при кинетическом дренировании.

Обезвоживание в бункерах применяется для крупнозернистых продуктов. Предварительно часть воды удаляется на ситах, грохотах или элеваторах.

Бункера состоят из отдельных ячеек прямоугольного сечения с пирамидальной нижней частью и решетчатым днищем (рис. 2.2).

Работа ячеек цикличная – материал загружается, фильтруется, выгружается, бункер очищается. Время дренирования и количество ячеек определяются по зависимостям:

T = t_загр + t_обезв + t_выгр + t_оч,

0.5 4-8 0.5 0.5 час.

n = (QT / q ) + (1-2) .

Здесь Q – количество продукта, которое необходимо обезвоживать, т/ч, T – время работы бункеров, час, q – емкость одной ячейки бункера, т.

Об окончании процесса дренирования судят по снижению объема фильтрата (рис. 2.3).

Обезвоживание в дренажных складах. Склады – бетонные или железобетонные помещения больших размеров (рис. 2.4).

Полы склада имеют уклон в направлении дренажных канав, проходящих по всей его длине. Материал укладывается в штабель грейферным краном. В штабеле имеются две зоны: I - верхняя – в промежутках между частицами находится воздух, и II - нижняя – между частицами вода. Высота нижней зоны определяется высотой капиллярного подъема жидкости. Иногда на пол укладывается дренированный слой (постель) из крупнокускового материала. Если крупность материала постели меньше или равна крупности обезвоживаемого материала, то эффективность обезвоживания выше, т.к. высота зоны капиллярного подъема не превышает высоты постели.

Эффективность обезвоживания зависит от крупности материала, его смачиваемости, высоты штабеля, наличия постели, способа укладки, времени обезвоживания. Время обезвоживания 6-24 час, конечная влажность 9-16% при начальной – 20-22%.

Обезвоживание в элеваторах. Применяется для крупнозернистых материалов. На двух тяговых цепях укрепляются ковши с перфорированными передними стенками. Вода через отверстия стекает в кожух элеватора (рис. 2.5). Для предотвращения стока воды из верхнего ковша в нижний предусматривается водоотводящая пластина. Элеваторы типа ЭО (ковши расположены через звено цепи) устанавливаются под углом 60-70^о , а ЭОС (с сомкнутыми ковшами – на каждом звене цепи расположен ковш) – 75^о. Эффективность обезвоживания в элеваторах зависит от крупности продуктов, высоты обезвоживающей части элеватора, скорости движения цепи и содержания твердого. Недостатки – громоздкость, высокий расход электроэнергии.

Лекция №3

(продолжение темы)

При дренировании в кинетических условиях частицы перемещаются друг относительно друга и относительно сита. Дренирование в кинетических условиях выполняется на неподвижных и подвижных ситах различных конструкций.

Неподвижные плоские щелевидные сита применяются для предварительного отделения части воды перед обезвоживанием на грохотах. Чтобы материал не оседал на сите, оно устанавливается под углом 25-35^о, ширина сита равна ширине желоба, но не более 2м. Направление щелей совпадает с направлением перемещения материала.

Дуговые сита применяют для предварительного отвода части воды (рис. 3.1).

Щели располагаются перпендикулярно движению пульпы. При движении по ситу материал встречается с краем каждого поперечного колосника сита (рис. 3.2).

В результате часть потока уходит под решето. Толщина слоя жидкости, отделяемого краем колосничка равна ≈ 1/4 ширины щели. Поэтому отделяются частицы с диаметром ≈ 0,5 ширины щели. Щели не забиваются. Эффективность обезвоживания невысокая. Это связано с небольшим значением центробежной силы, возникающей только в результате изменения направления движения потока при движении по криволинейной поверхности. Для обезвоживания и классификации продуктов обогащения применяются также двухкаскадные дуговые грохоты.

Конические грохоты типа ГК. Благодаря тангенциальному подводу питания на поверхности грохота создается вращающийся поток суспензии (рис. 3.3).

На кольцевой обезвоживающей поверхности в верхней части грохота образуется слой материала определенной толщины. Под действием центробежной силы здесь удаляется 80-90% воды и мелочи. Оставшаяся свободная влага удаляется в пирамидальной части грохота. Удельная производительность ГК больше, чем у подвижных грохотов и составляет ≈ 80 м³/м² ч по суспензии и 20 т/м² ч по твердому. Выпускаются грохоты ГК-1.5, ГК-3, ГК-6, цифры показывают площадь обезвоживающей поверхности, м². Устанавливаются перед отсадочными машинами или для обезвоживания крупнозернистого шлама.

Подвижные грохоты легкого типа ГСЛ, ГРЛ, ГИСЛ. Применяются для обезвоживания крупных и мелких материалов (рис. 3.4). Для крупных классов используются двухситные грохоты.

Для получения качественного обезвоживания необходимо разрыхлять материал на сите и добиваться взаимного перемещения частиц. Тогда удаляется не только гравитационная влага, но и капиллярная, расположенная в промежутках между частицами. Это достигается при подбрасывании или вертикальном перемещении частиц вверх-вниз.

Скорость колебаний сита поэтому должна быть значительной и изменяться по величине и направлению. В результате ускорений на пленки адгезионной воды будут действовать силы инерции. Когда величина этих сил будет больше поверхностного натяжения воды, капли будут отрываться от частиц. Но большие ускорения вредны: 1) из-за хрупкости частиц; 2) они могут вызвать подъем и массы гравитационной воды вместе с частицами, особенно в начале грохота, когда материал еще представляет собой пульпу. Это ведет к переизмельчению материала или к увеличению времени обезвоживания.

Показатель вертикального перемещения частиц определяется как:

U = (n² a / 90 000) ( sin (α + β) / cos β) .

Здесь n – частота колебаний, a – размах колебаний (амплитуда), α – угол наклона сита, β – угол, под которым действует возбуждающая сила.

Вертикальные перемещения начинаются при U = 1. Высота подъема частиц над ситом тем больше, чем больше U. Обычно 1.4 < U < 4-5.

Особенно трудно обезвоживать материал, содержащий частицы, близкие по размерам к коллоидным (глина). Для таких пульп используется промывка водой, что снижает влажность и зольность надрешетного продукта.

В последнее время появились высокочастотные грохоты типа ГВЧ. Особенностью их является повышенная частота вибраций сита при той же амплитуде. Это обеспечивает возможность достижения высоких значений ускорений и соответственно сил инерции, действующих на частицы. На этих грохотах возможно обезвоживание частиц класса 0.2-3мм из состояния пульпы с содержанием твердого 30-40% до влажности порядка 25%.

Оригинальное конструктивное решение имеют грохоты типа «Банан» с переменным углом наклона просеивающей поверхности (рис. 3.5). Разгрузочная часть сита грохота имеет отрицательный угол наклона, т.е. она приподнята по отношению к остальной поверхности сита. Это увеличивает время нахождения материала на сите и эффективность обезвоживания.

Обезвоживание на грохоте можно разделить на 3 этапа (см. рис. 3.4). 1 этап – 1/3L - предварительное обезвоживание. Твердая фаза осаждается на сите, основная масса воды удаляется через слой материала и отверстия сита.

2 этап - 1/3L - промывка. Здесь на грохот подается вода из брызгал и отмывается основная масса тонких и глинистых частиц. Эффективность промывки зависит от конструкции брызгал и их расположения, расхода воды.

3 этап –1/3L - окончательное обезвоживание. Здесь удаляются остатки свободной и капиллярной влаги. В течение этапов 2 и 3 происходит попеременное разрыхление и уплотнение осадка. В результате переформирования структуры осадка разрушаются капилляры в осадке и удаляется капиллярная влага.

Удельная производительность грохотов и влажность надрешетного продукта зависят от диаметра отверстий сита и крупности материала.

Т.к. время обезвоживания и минимальная влажность зависят от вязкости и поверхностного натяжения воды, то эффективность обезвоживания можно повысить химическим или механическим путем. Поверхностное натяжение снижается при введении ПАВ или при повышении температуры. Способы интенсификации процесса:

механические – 1) подача воды для промывки

2) обдувка сжатым воздухом

химические – обработка ПАВ. Добавка ПАВ снижает силы сцепления влажных частиц между собой.

Лекция №4.

ТЕМА 3. ФИЛЬТРОВАНИЕ

1. Схема процесса фильтрования. Закон Дарси.

2. Типы осадков. Вывод уравнения фильтрования для несжимаемых осадков.

3. Уравнение фильтрования для сжимаемых осадков.

4. Факторы, влияющие на процесс фильтрования.

Фильтрованием называется процесс истечения жидкости через слой осадка под действием разности давлений. Схема процесса фильтрования: в общем случае имеет вид (рис. 4.1).

Под действием разности давлений ΔР = Р₁ – Р₂ жидкость проходит через поры ткани, а твердое задерживается. С течением времени высота слоя суспензии Н будет уменьшаться, а толщина осадка h увеличиваться. Фильтрование будет идти, пока Н=0. В этот момент h будет max. Толщина фильтровальной ткани постоянна.

При ламинарном режиме течения жидкости по капиллярам скорость фильтрации определяется по закону Дарси:

W = K j,

где К – коэффициент фильтрации, j - гидравлический градиент.

j = ΔР / δ_ж h.

Здесь ΔР - перепад давлений на входе и выходе из пористого слоя (сопротивление пористого слоя); h - высота слоя материала.

Коэффициент фильтрации характеризует одновременно свойства пористой среды и свойства жидкости и зависит от пористости, размера и формы частиц, вязкости.

Для характеристики фильтрационных свойств среды независимо от рода жидкости формулу для скорости фильтрации можно представить в виде:

w = C / μ • ΔР / h.

Здесь С - проницаемость пористой среды, м².

Проницаемость – гидродинамический параметр пористой среды, зависит от внешних нагрузок, приложенных к сжимаемой пористой среде.

Различают два типа осадков – сжимаемые и несжимаемые. К сжимаемым осадкам относятся материалы коллоидной структуры. Они изменяют свою пористость под действием приложенного давления и плохо фильтруются (глина, торф).

Несжимаемые осадки имеют зернистую или кристаллическую структуру и при фильтровании сохраняют ее жесткость и пористость независимо от давления. Хорошо фильтруются и имеют низкую влажность. Фильтрацию можно рассматривать как течение жидкости через капилляры (рис. 4.2).

Рассматривая капилляры как серию каналов, можно применить закон Пуазейля для установившегося ламинарного движения вязкой несжимаемой жидкости по трубе круглого сечения. По закону Паузейля объем воды, протекающей через сечение капиллярной трубки в единицу времени (м³/с):

V = π / 128 • ΔРd⁴ / l μ,

где ΔР - разность давлений у входа в капилляр и на выходе из него; d - диаметр капилляра; l - длина капилляра; μ - вязкость жидкости.

Скорость фильтрации будет:

w = V / F = V 4/ π d² = π / 128 • ΔР d⁴ / l μ • 4 / πd² = ΔР d² / 32 l μ .

Выражение d² / 32 l = 1/R, откуда R = 32 l / d² характеризует сопротивление движению воды, возникающее в капиллярной трубке.

Тогда w = ΔР / μR .

Сопротивление R складывается из сопротивлений осадка R_ос и фильтрующей поверхности R_ф.

R_ос = r_ос h; R = r_ос h + R_ф ,

где r_ос h - удельное сопротивление слоя осадка единичной толщины; h - толщина слоя осадка; R_ф - сопротивление фильтрующей поверхности.

Удельное сопротивление полностью характеризуется свойствами капилляров и зависит от крупности частиц. Тогда

w = ΔР / μ (r_ос h + R_ф).

Высота осадка зависит от объема фильтрата V и объема осадка V_ос. При фильтровании пульпы постоянной плотности отношение объема осадка к объему фильтрата постоянно и определяется как

α = V_ос / V.

Этот параметр называют удельным объемом осадка. Отсюда

V_ос = αV.

Тогда толщина осадка будет:

h = V_ос / F = αV / F.

После подстановки получим

ΔР / μ (r_осαV / F + R_ф) = (1 / F ) dV / dt,,

ΔРF / μ(r_осαV / F + R_ф) = dV / dt,

ΔРF² / μ(r_осαV + R_фF) = dV / dt,

ΔРF² dt = μ(r_осαV + R_фF) dV,

dt = (μ / ΔРF²) •(r_осα VdV + R_фF dV);

∫ VdV = V² / 2 .

После интегрирования:

t = (μ r_осα / ΔРF² ) • V²/2 + (μ R_фF / ΔРF² ) • V + C, C = C₁ + C₂ + C₃ .

A₁ = μ R_ф / ΔРF; A₂ = μ r_осα / 2ΔРF² ,

t = A₁ V + A₂ V² + C.

А₁ и А₂ называются константами фильтрования. При t = 0, С = 0, т.к. V = 0.

Представим уравнение в виде:

t / V = A₂ V + A_1.

Функция t / V = f(V) представляет собой зависимость типа у = ах + в. Эту зависимость строят после проведения экспериментов и на ее основе определяют константы фильтрования А₁ и А₂ (рис. 4.3).

Для сжимаемых осадков из-за сужения каналов фильтрации снижается пористость осадка, сопротивление осадка увеличивается. Т.е. зависимость между скоростью фильтрации и давлением нелинейная. Экспериментально определено, что

r_ос = r’ Pⁿ ,

Здесь r’ - удельное сопротивление данного осадка при Р = 1 кг/см² = 10⁵ Па.

При этом давлении можно пользоваться формулой для несжимаемого осадка. Но при больших давлениях (в фильтр-прессах) в выведенные формулы вместо r_ос подставляется r’ Pⁿ .

Тогда уравнение фильтрации для сжимаемых осадков имеет вид:

dV /dt = ΔРF² / μ(r’ Pⁿ αV + R_фF).

На эффективность процесса фильтрования влияют: содержание твердого в суспензии, крупность твердой фазы, пористость, значение перепада давлений ΔР , частота вращения рабочего органа фильтра, свойства фильтрующей перегородки.

Содержание твердого, С,% влияет на толщину осадка h, влажность W^r, удельную производительность q. При увеличении плотности пульпы с 300 до 400 г/л производительность увеличивается в 1,5 раза (рис. 4.4).

Для давления (разрежения) справедливо соотношение ΔP₁ / ΔP₂ = Q₁ / Q₂ , где Q – производительность фильтра. При фильтровании целесообразно использовать более низкое разрежение в зоне фильтрации и более высокое в зоне подсушки осадка.

Частота вращения рабочего органа – при ее снижении увеличивается время фильтрования и просушки осадка, снижается его влажность, но падает производительность.

Соотношение зон набора и просушки осадка подбирают оптимальным.

Нагрев пульпы понижает вязкость и поверхностное натяжение, а также вызывает некоторую флокуляцию мелких частиц. Это увеличивает скорость фильтрации и снижает влажность.

Фильтрующие перегородки бывают: сетки (металлические и плетеные), ткани (х/б, шерсть, синтетические, стеклотканевые, комбинированные). Должны удовлетворять требованиям: 1) эффективно задерживать твердое; 2) иметь небольшое гидравлическое сопротивление; 3) легко регенерироваться; 4) быть прочными и износостойкими. Роль перегородки значительна в начальный период фильтрования, когда начинается отложение первых слоев осадка. Далее осадок выполняет функции фильтрующей перегородки, а перегородка служит опорой для осадка.

Толстые жесткие ткани легче засоряются, чем тонкие гибкие. Ворсистые и многослойные х/б ткани лучше задерживают частицы при сохранении достаточной проницаемости, чем гладкие и металлические сетки. Здесь проницаемость высокая, но недостаточна задерживающая способность.

Ткани забиваются не только тончайшими частицами, но и отложениями из водной части пульпы. Отложения располагаются в углублениях ткани и между нитями, образуя флокулы. Эти образования не разрушаются при промывке или распускании ткани. (Для угля это бикарбонаты и карбонаты Са и Мg . Удаляются 2-5% раствором НС1). Интенсивность засорения ф/тк зависит: 1) крупность фильтруемых частиц; 2) степень агрегации частиц (развитие процессов коагуляции); 3) природа ткани; 4) знак и величина зарядов частиц и волокон ткани; 5) мажущие свойства твердого (зависят от размера, формы и степени гидратации частиц).

Структура осадка: например, для углей производительность фильтра зависит от содержания кл. -74 мкм и его зольности. Зольность характеризует содержание в этом классе глины или суглинка и влияет на фильтруемость сильнее, чем крупность. К материалу необходимо присаживать крупнозернистый угольный шлам. Содержание кл <74мкм должно находиться в пределах 20-50%. При меньшем содержании происходит расслоение материала в ванне фильтра, при большем – снижается производительность и повышается влажность осадка. Аналогичные зависимости справедливы для фильтрования рудных концентратов, где поддерживают оптимальное содержание тонких частиц с размером менее 10 мкм.

Лекция №5.

ТЕМА 4. КОНСТРУКЦИИ ВАКУУМ – ФИЛЬТРОВ

1. Область применения и устройство дисковых вакуум-фильтров

2. Зоны вакуум-фильтра

3. Устройство распределительной головки и вала.

4. Конструкции дисковых вакуум-фильтров

5. Барабанные вакуум-фильтры

6. Ленточные вакуум-фильтры

Для обезвоживания флотационных концентратов и крупнозернистых шламов применяются вакуум-фильтры непрерывного действия: дисковые, ленточные и барабанные. В практике наибольшее распространение получили дисковые фильтры. Общий вид наиболее производительно вакуум-фильтра «Сибирь» показан на рис. 5.1.

Дисковые вакуум-фильтры имеют ванну, в которой выше уровня пульпы расположен горизонтальный вал (рис. 5.2).

На валу вертикально расположены диски, собранные из отдельных пустотелых секторов, обтянутых фильтровальной тканью. Вал фильтра имеет проточки (каналы) по всей длине и ячейки, к которым присоединяются секторы. Число секторов может быть 12-16-18, число дисков от 1 до 14.

При вращении дисков каждый ряд секторов через каналы ячейкового вала сообщается с различными полостями распределительной головки, прижатой к торцам вала. При этом секторы последовательно проходят зоны набора осадка (фильтрования), просушки осадка, отдувки, регенерации фильтроткани. Зоны набора и просушки осадка соединены с вакуум-проводом, зоны отдувки и регенерации – с линией сжатого воздуха. Схема распределения зон представлена на рис. 5.3.

В зоне фильтрования под действием разрежения происходит набор осадка на секторы и просасывание жидкости через слой осадка и фильтровальную ткань. Фильтрат собирается во внутренней полости секторов, откуда по каналам в ячейковом валу и через распределительную головку удаляется в сборник фильтрата. В зоне просушки вместе с остатками воды в слой осадка засасывается также и воздух. В зоне отдувки осадок отделяется от фильтроткани сжатым воздухом и разгружается в карманы ванны. Для облегчения отделения осадка в кармане, куда он разгружается, имеются специальные ножи. Сжатый воздух подается с помощью клапана мгновенной отдувки. В зоне регенерации фильтроткань продувается воздухом или промывается водой.

Между зонами набора и просушки осадка устроена промежуточная зона, которая позволяет поддерживать две ступени вакуума – более низкий в зоне всасывания и более высокий в зоне обезвоживания. Остальные промежуточные зоны необходимы для того, чтобы сектор не попадал одновременно в зону действия вакуума и сжатого воздуха. Вакуум в зонах набора и просушки устанавливается в зависимости от свойств материала. Например, при плотной пульпе при высоком вакууме в зоне набора может набраться толстый слой осадки, который не успеет просушиться. На угольных пульпах поддерживают более высокий вакуум в зоне набора, часто работают с одинаковым вакуумом.

Фильтры с 2-6 дисками имеют 1 распределительную головку, а с 8 и более – 2. Распределительные головки примыкают к торцам ячейкового вала, на котором укрепляется подвижная ячейковая шайба, а на головке – неподвижная шайба. Это предохраняет головку и торец вала от истирания. Отверстия шайбы совпадают с отверстиями каналов ячейкового вала и с полостями распределительной головки. Устройство распределительной головки и ячейкового вала показано на рис. 5.4.

Срок службы фильтров рассчитан на 10 лет, коэффициент технического использования 0.98. Выпускаются и работают фильтры следующих модификаций.

Фильтр «Украина» - ДУ80-2.7 имеет 8 дисков диаметром 2.7м, площадь фильтрования 80м². Отличается увеличенной площадью сечения каналов вала и горловин секторов. Это позволило увеличить скорость оттока фильтрата и повысить производительность. Вал разделен посередине на две части глухой перегородкой, что обеспечивает отдельную отдувку осадка с обеих половин фильтра и препятствует перетоку воздуха из одной распределительной головки в другую. В ванне нет мешалки.

Фильтр «Горняк» – ДУ140-3.5У имеет 10 дисков диаметром 3.5м, площадь фильтрования 140м², рис. 5.5. Фильтр «Горняк» имеет секционную ванну (рис. 5.6) - каждый диск вращается в своей ванне. Это снижает время пребывания материала в ванне и возможность расслоения его по крупности. Секторы дисков наклонены в сторону вращения вала под углом 35^о относительно радиального направления (см. рис. 5.5, в). Это способствует ускорению отвода фильтрата и увеличению зоны
просушки на 50%, взмучиванию осевшего шлама. Нет мертвой зоны.

Фильтр «Сибирь» имеет 14 дисков диаме