Тема 9. Вспомогательные процессы и аппараты

Обезвоживание продуктов обогащения

Назначение и общая характеристика процессов и продуктов обезвоживания

Обезвоживанием называется разделение твердой и жидкой фаз. Ему могут подвергаться не только конечные, но и про­межуточные продукты обогащения, осуществляемого обычно в водной среде. Причинами обезвоживания являются: необходи­мость снижения затрат на транспортирование продуктов обо­гащения (концентратов); переход от мокрых процессов обога­щения к сухим или к операциям, требующим меньшей разжиженности пульпы; необходимость организации на фабрике полного водооборота с целью снижения себестоимости про­дукции и охраны окружающей среды.

Для обезвоживания крупнозернистого и кускового мате­риала достаточно операции дренирования, при которой избы­ток воды удаляется самотеком. Из тонкозернистого материа­ла вода удаляется значительно труднее и для его обезвожива­ния обычно требуется несколько последовательных операций: сгущение или центрифугирование (до влажности 30—50 %) пу­тем осаждения частиц под действием силы тяжести или цен­тробежных сил; фильтрование (до влажности 10—15 %) путем отделения твердых частиц от жидкости пропусканием пульпы через пористые перегородки; сушка (до влажности 0,5—5,0 %) для удаления влаги под действием температуры.

В зависимости от содержания влаги различают продукты обогащения и обезвоживания: мокрые, из которых вода (сво­бодная, гравитационная) может свободно стекать под дейст­вием сил тяжести; влажные, содержащие капиллярную и пле­ночную воду, удерживаемую между минеральными частица ми; воздушно-сухие, содержащие гигроскопическую влагу, удер­живаемую поверхностью частиц, и сухие, содержащие только кристаллизационную влагу.

Дренирование

Дренирование представляет собой процесс естественной фильтрации жидкости через промежутки между твердыми ча­стицами или кусками под действием силы тяжести. Оно ис­пользуется для обезвоживания кускового и крупнозернистого материала в штабелях, бункерах, обезвоживающих элевато­рах, механических классификаторах и на грохотах.

Обезвоживание в штабелях крупнокускового материала (до 150—200 мм) с нижним пределом крупности 0,1—1 мм про­изводится на дренажных складах, представляющих собой же­лезобетонные сооружения большой вместимости с наклонным дном, в котором проложены дренажные канавы для отвода воды. Время обезвоживания мелкого материала (например, же­лезного концентрата) достигает 24 ч после предварительного его сгущения в отстойниках.

Обезвоживание в бункерах обычно прямоугольной формы с пирамидальной нижней частью, оборудованной специальными затворами-выпусками с перфорированными отверстиями для стока воды, используется главным образом на углеобогати­тельных фабриках для удаления воды из углей крупнее 0,6 мм.

Обезвоживанию в элеваторах с дырчатыми ковшами под­вергается материал крупнее 2 мм в процессе его транспорти­рования из обогатительных аппаратов или отстойников. Что­бы предотвратить попадание воды из верхнего ковша в ниж­ний и получить материал влажностью не более 25—30 %, эле­ватор устанавливают под углом 60—70 % к горизонту.

Обезвоживание продуктов в механических (реечных и спи­ральных) классификаторах происходит при их транспортиро­вании по днищу классификатора. Влажность средне- и мелко­зернистых железных концентратов и продуктов обогащения марганцевых руд после обезвоживания составляет 15—25 %.

Обезвоживанию на грохотах может подвергаться мате­риал широкого диапазона крупности (от 0,35 до 300 мм и бо­лее). Наиболее широко используются вибрационные, самобалансные, резонансные и дуговые грохоты с щелевидными си­тами. Встряхивание и перемещение материала по грохоту значительно интенсифицируют процесс дренирования воды.

Сгущение

Сгущением называется процесс разделения твердой и жидкой фаз, основанный на естественном осаждении мине­ральных частиц в жидкости под действием силы тяжести.

Осаждение частиц при сгущении подчиняется законам стесненного падения твердых тел в жидкой среде. Скорость осаждения возрастает с увеличением крупности и плотности частиц, повышением тем­пературы и разбавлением сгущаемой пульпы, вызывающих уменьшение ее вязкости. Тонкодисперсные частицы оседают медленно из-за малой скорости падения, броуновского движе­ния и взаимного отталкивания при одноименном заряде их по­верхности. По этим причинам оседание частиц меньше 0,1 мкм практически прекращается. Решение проблемы сгущения тон­кодисперсных частиц достигается применением реагентов, вы­зывающих их слипание или агрегацию в результате коагуля­ции или флокуляции.

Коагуляция под действием сил Ван-дер-Ваальса происхо­дит при уменьшении или нейтрализации заряда поверхности частиц при использовании неорганических реагентов (кисло­ты, извести, железного купороса и др.). Флокуляция обуслов­лена действием органических реагентов, вызывающих или гидрофобизацию поверхности частиц и стремление их при этом сократить поверхность контакта с более полярной жидкостью — водой (при использовании реагентов-собирателей: ксанто-генатов, жирных кислот, аминов и др.), или сцепление частиц «мостиками» полимерных молекул, закрепляющихся одновре­менно своими полярными группами на разных частицах (при использовании реагентов-флокулянтов: полиакриламида, сепа-рана, суперфлока, полиокса и др.). Магнитная флокуляция ча­стиц минералов, обладающих повышенной магнитной воспри­имчивостью, обеспечивается созданием магнитного поля.

Рис. 9.1. Схема зон осаждения пульпы в сгустителях (а) и конструкции одноярусных радиальных сгустителей с центральным (б) и периферическим (в) приводом

В настоящее время сгущение производится в основном в цилиндрических (радиальных) сгустителях с механической раз­грузкой осадка. При установившемся режиме в сгустителе мож­но выделить (рис. 9.1, а): зону А осветленной жидкости, уда­ляемой в слив; зону Б пульпы исходной плотности, в которой происходит (в зависимости от содержания твердого) свобод­ное или стесненное падение зерен; зону Г уплотнения, в кото­рой дополнительное выделение жидкости происходит в ре­зультате сжатия осадка под давлением находящегося выше материала; промежуточную зону В. Разгрузка сгущенного ма­териала осуществляется медленно вращающимся в центре сгу­стителя устройством, перемещающим осевшие твердые части­цы к отверстию в средней части его днища. По расположению приводного механизма различают сгустители с центральным и периферическим приводом.

Сгуститель с центральным приводом может быть одно-или многоярусным. Одноярусный радиальный сгуститель (рис. 9.1, б) состоит: из цилиндрического чана 1 диаметром от 2,5 до 50 м и глубиной от 1,5 до 5 м с горизонтальным (при малом диаметре) или коническим (при большом диамет­ре) днищем и кольцевым желобом 2 для удаления слива; раз­грузочной воронки 3, заглубленной по отношению к уровню слива примерно на 0,5—1 м и снабженной металлической ре­шеткой для гашения скорости потока и дефлектором — рас­пределителем поступающей пульпы; механизма для разгрузки сгущенного продукта.

У сгустителей небольшого диаметра (до 18—24 м) меха­низм разгрузки осадка крепится на ферме 7. Он представляет собой вращающийся от привода 8 вал 5 с граблинами б в ви­де крестовины с наклонными гребками (или в виде полуспи­ралей), позволяющими перемещать осадок к разгрузочному конусу 4 в центре днища. У сгустителей большего диаметра (до 50 м и более) вал заменяется сварной конструкцией, опи­рающейся на центральную колонну. Для предотвращения по­ломок механизма при перегрузках сгустителя, регистрируе­мых указателем 10, вал вместе с граблинами может переме­щаться в вертикальном направлении вручную или автомати­чески механическим устройством 9.

Разгрузочный механизм сгустителей с периферическим при­водом (рис. 9.1, в) диаметром до 100 м и глубиной до 7 м име­ет вид рамы с гребками 3, которая опирается на центральную колонну 1 и монорельс 5, уложенный вкруговую на стенке ча­на 6. У периферии рама заканчивается кареткой 4, на которой размещены электропривод, редуктор, приводной ролик и бал­ласт для увеличения силы сцепления ролика с рельсом при вра­щении рамы 2 вокруг центральной оси.

Окружная скорость движения граблин или гребковой ра­мы у периферии составляет обычно 0,1 м/с; она уменьшается до 0,05 м/с при сгущении тонких шламов и возрастает до 0,2 м/с при сгущении грубозернистых пульп. Удельная производи­тельность составляет при этом от 0,1 до 2 т/(м²∙сут) и только при сгущении магнетитовых и титаномагнетитовых концен­тратов магнитной сепарации благодаря их магнитной флокуляции достигает 6—8 т/(м²∙сут).

Для откачки продукта, сгущенного до плотности 60—70 % твердого, из сгустителей малого диаметра применяют диафрагмовые насосы, а из сгустителей большего диаметра — центре бежмые песковые насосы. Слив сгустителей используется в качестве оборотной воды. Для предотвращения потерь пены с ним при сгущении флотационных концентратов перед слив­ным порогом устанавливают пеноотбойник (экран), заглуб­ленный ниже уровня слива. Исходная пульпа поступает в сгу­ститель по трубопроводу или желобу, проложенным по не­подвижной ферме 7.

Рис. 9.2. Схема цилиндрического сгустителя с осадкоуплотнителем (а) и пластинчатого сгустителя (б)

В последнее время на угольных фабриках для сгущения шламов и хвостов флотации кроме радиальных сгустителей используются также цилиндроконические сгустители с осад­коуплотнителем (рис. 9.2, а), состоящие из цилиндрической 1 и конической 2 частей, питателя 3, сливного кольцевого жело­ба 4 и разгрузочного устройства 5 для сгущенного продукта. Цилиндрическая часть обеспечивает необходимую степень оса­ждения тонких зерен, а коническая — уплотнение осадка до 80 ° о твердого при удельной производительности на 1 м² по­верхности несколько большей, чём у радиальных сгустителей. Для сгущения рудных тонкодисперсных продуктов начи­нают применять пластинчатые сгустители (рис. 9.2, б), представляющие собой камеру 1, в которой установлены пакеты параллельных плоскостей 2 общей площадью до 1000 м², из сте­клопластика или нержавеющей стали, расположенных на рас­стоянии 30—50 мм друг от друга под углом 25—60° к гори­зонту. Это позволяет разделить поток на струи 4 с ламинар­ным движением, значительно уменьшить путь оседания твер­дых частиц и тем самым резко увеличить удельную производительность сгущения на горизонтальную площадь всех пло­скостей. Твердые частицы оседают на наклонные плоскости, перемещаются вниз и удаляются через патрубок 5; осветлен­ная жидкость поднимается вверх и сливается через патрубок 3. Разгрузка сгущенного продукта до 60—75 % твердого может быть автоматизирована; регулирование его плотности при этом может осуществляться с использованием гамма-лучей, ульт­развука или электропроводности пульпы, а изменение скоро­сти разгрузки — «наложением» на пакет пластин вибрации с малой амплитудой колебаний.

Для сгущения пульп, содержащих быстрооседающую твер­дую фазу, например магнитную фракцию сепарации железных руд, применяют гидросепаратор, представляющий собой не­высокий сгуститель с центральным приводом и используемый обычно как классифицирующий аппарат. Его использование позволяет совместить две операции — сгущение и удаление шламистых частиц породы, что очень важно при сгущении, например, магнетитовых и титаномагнетитовых концентра­тов. Эффективность этих операций повышается при исполь­зовании специальных магнитных дешламаторов, отличающих­ся от гидросепараторов наличием намагничивающего устрой­ства, состоящего из четырех катушек, расположенных в пита­ющей воронке.

Для предварительного сгущения продуктов иногда исполь­зуют пирамидальные отстойники и гидроциклоны, сливы ко­торых поступают в радиальные сгустители, а сгущенные про­дукты аппаратов обычно объединяются. В отстойниках пуль­па поступает в головную часть и движется к сливному порогу на противоположной стороне. По пути движения пульпы твер­дые частицы оседают в камеры и выпускаются через специ­альные разгрузочные отверстия вручную через патрубки с кранами, при помощи диафрагмовых насосов и автоматически через шлюзовой питатель. Обезвоживающие гидроциклоны и мультициклоны устанавливают обычно перед сгустителем.

Фильтрование

Фильтрованием называется процесс разделения твердой и жидкой фаз пульпы с помощью пористой перегородки под действием разности давлений, создаваемой разряжением или избыточным давлением воздуха. Жидкая фаза при этом про­ходит через пористую перегородку в виде фильтрата, а твер­дая задерживается на ее поверхности, образуя слой осадка — кека. Разность давлений в пресс-фильтрах создается подачей пульпы на фильтрующую перегородку под давлением выше атмосферного, а в вакуум-фильтрах — созданием вакуума за пористой перегородкой ниже 0,1 МПа. В качестве пористой перегородки используют синтетические, реже хлопчатобумаж­ные и шерстяные ткани, иногда металлические сетки с отвер­стиями 0,1—0,2 мм.

Для обезвоживания угольных и рудных суспензий на обо­гатительных фабриках применяют преимущественно вакуум-фильтры, которые по конструкции основного рабочего орга­на разделяются на дисковые, барабанные и ленточные.

В дисковых вакуум-фильтрах (рис. 9.3, а) фильтрация осу­ществляется через боковую поверхность фильтрующих элемен­тов — секторов, закрепленных на вращающемся от привода 3 валу и образующих сплошной диск 2, погруженный нижней частью в ванну 6 с пульпой, подаваемой сверху или через ее днище. Мешалка 4, совершая качательное маятниковое дви­жение вокруг вала 1, взмучивает пульпу. Каждый сектор (рис. 9.3, б, в) представляет собой обтянутую тканью фильтрую­щую камеру 8 из дерева (см. рис. 9.3, б), металла (см. рис. 9.3, в) илисинтетического материала, подсоединенную через патрубок 9 (с помощью шпильки, накладки и гайки) к про­дольному каналу 10 пустотелого вала 1, конец которого вхо­дит в обойму распределительной головки 3 (см. рис. 9.3, а). Чи­сло секторов равно числу продольных каналов, которые при вращении вала (с частотой 0,13—2 мин^-1) поочередно совмещаются с окнами неподвижной распределительной головки (рис. 9.3, в), находящимися под вакуумом (окна 11, 13) через патрубок 12 и давлением (окна 14, 17) сжатого воздуха, подводимого через патрубки 15 и 16.

Рис. 9.3. Схема дискового вакуум-фильтра (а), фильтрующих секторов (б) и распределительной головки (в)

В период, когда сектор погружен в пульпу, соответствующий продольный канал вала соединяется с системой вакуума через окна 11 и происходит отсасывание жидкости через ткань с образованием на ней осадка -кека нарастающей толщины. При выходе из пульпы сектор продолжает некоторое время сообщаться с вакуумом через ок­на 13, вызывая уплотнение и просушку кека воздухом. Затем продольный канал вала соединяется с окном 14, подключен­ным к линии сжатого воздуха, и происходит отдувка кека от фильтроткани с последующим снятием его боковыми ножами 5, армированными резиной.

При подключении к окну 17 фильтроткань продувается сжатым воздухом с целью очистки ее отверстий. Затем цикл фильтрования повторяется.

Преимуществом дисковых фильтров является большая фильтрующая поверхность и возможность быстрой замены любого сектора при выходе из строя фильтроткани. При чис­ле дисков от 2 до 14 и диаметре их от 1,8 до 2,5 м общая пло­щадь фильтрующей поверхности составляет 9—100 м².

Барабанный вакуум-фильтр с внешней фильтрующей по­верхностью(рис. 9.4) состоит из вращающегося на подшип­никах 3 перфорированного барабана 5, покрытого фильтротканью 6 и погруженного в ванну 7 с пульпой, перемешивае­мой мешалкой 9 маятникового типа.

Рис. 9.4. Схема барабанного вакуум-фильтра с внешней фильтрующей по­верхностью

Внутри поверхность ба­рабана разделена на продольные полые секции, соединенные отводящими фильтрат трубами 4 с секциями пустотелых цапф 5. К торцевым поверхностям цапф прижаты распределитель­ные головки 2, через окна которых производится поперемен­ное соединение отдельных секций барабана с вакуумом и дав­лением. Принцип работы фильтра аналогичен дисковому ва­куум-фильтру. За один оборот барабана совершается полный цикл фильтрации: образование, подсушка и отдувка кека, ре­генерация фильтроткани. По сравнению с дисковыми фильт­рами барабанные вакуум-фильтры более пригодны для обезвоживания труднофильтруемых продуктов, поскольку они по­зволяют монтировать приспособления для дополнительного удаления влаги из кека во время фильтрации: устройства для промывки кека и заглаживания трещин, хлопуши, рыхлители, отжимные ролики и вибраторы. Фильтры с предварительным нанесением на барабан поверх ткани слоя кизельгура, целлю­лозы или других фильтрующих материалов используются для получения фильтрата высокой степени чистоты. Магнитные фильтры (с расположенным внутри их магнитными систе­мами) предназначены для обезвоживания магнетитовых кон­центратов.

К существенным недостаткам вакуум-фильтров с внешней фильтрующей поверхностью относятся большая площадь и объем при малой фильтрующей поверхности, длительное вре­мя, необходимое для крепления фильтроткани и ее замены при порыве. При изменении диаметра барабана от 1,75 до 3 м и его длины от 0,95 до 4,4 м фильтрующая поверхность воз­растает с 5 до 40 м².

Барабанные фильтры с внешней фильтрующей поверхно­стью, как и дисковые фильтры, изготовляют в обычном (типа БОУ, ДУ) и кислотостойком (БОК, ДК) исполнении для фильт­рования тонкозернистых материалов с верхним пределом крупности 65—70 % класса -0,074 мм.

Для фильтрования материалов большей крупности ис­пользуют барабанные вакуум-фильтры с внутренней фильт­рующей поверхностью, ленточные вакуум-фильтры и план-фильтры.

В барабанных вакуум-фильтрах с внутренней фильтрую­щей поверхностьюфильтрующие секции общей площадью от 10 до 40 м² расположены на внутренней поверхности сплошно­го барабана диаметром 2,7 м и длиной от 1,2 до 5,2 м. Про­дольные каналы между барабаном и фильтротканью соедине­ны, как и у барабанных фильтров с внешней фильтрующей по­верхностью, с каналами полой цапфы, которые через распределительную головку подключаются при вращении барабана к вакууму или сжатому воздуху. Пульпа подается внутрь ба­рабана, кек отдувается в верхней его части и падает на ленту конвейера, удаляющего его из барабана.

Ленточный вакуум-фильтр(рис. 9.5, а) представляет со­бой бесконечную резиновую ленту 5 с отверстиями, покрытую фильтротканыо и натянутую на приводной 1 и натяжной 6 ба­рабаны.

Рис. 9.5. Схема ленточного фильтра (а) и планфильтра (б)

Борта ленты скользят со скоростью 0,01— 0,167 м/с по двум направляющим планкам 3, а средняя ее часть прилегает к колосниковой решетке над вакуумной камерой 2, соединен­ной патрубками с коллектором для фильтрата. Пульпа поступа­ет из питающего лотка 4, образующийся слой кека снимается ножевым устройством 9 на приводном барабане. Нижняя часть ленты, поддерживаемая роликами 7, может подвергаться про­мывке устройством 8 с целью регенерации фильтроткани.

В планфильтре (рис. 9.5, б) горизонтальная тарель 2 ус­танавливается на раме 1 и приводится во вращение через ре­дуктор 5 электродвигателем 6, покрыта сверху перфориро­ванным диском 3, на который натягивается фильтровальная ткань. Пространство между диском и дном тарели разделено на ряд секций, сообщающихся каналами с распределительной головкой 4, которая при вращении тарели последовательно соединяет ее секции с вакуумом (при отсосе фильтрата) или со сжатым воздухом (при подсушке кека, его отдувке и регенера­ции ткани). Цикл фильтрования совершается за один оборот тарели. Пульпа на фильтрующую поверхность подается свер­ху. Слой образующегося кека снимается с диска вращающим­ся от электродвигателя 8 шнеком 7. Недостатком планфильт­ра и ленточных вакуум-фильтров является малая площадь их фильтрующей поверхности (до 10 м²), достоинством — возмож­ность промывки кека.

Вакуум-фильтры работают при вакууме 0,04—0,09 МПа и давлении сжатого воздуха при отдувке кека до 0,05 МПа. Удель­ная производительность их увеличивается, а влажность кека уменьшается с увеличением вакуума и температуры пульпы, крупности материала и содержания твердого в фильтруемой пульпе, при уменьшении содержания в ней шламистых час­тиц, забивающих поры фильтроткани, и осуществлении маг­нитной флокуляции материала или флокуляции его под дей­ствием гидрофобизирующих реагентов. При добавке синтети­ческих флокулянтов забивка пор уменьшается и производитель­ность фильтров возрастает, однако влажность кека при этом также возрастает (из-за внутрифлокулярной воды) на 1,5—2 %. Аналогичное влияние оказывает увеличение скорости движе­ния фильтрующей поверхности.

Удельная производительность дисковых и барабанных фильтров с внешней фильтрующей поверхностью составляет 0,1—2 т/(м²∙сут) при влажности кека 8—25 %, барабанных фильтров с внутренней фильтрующей поверхностью — 0,6-1,15 т/(м²∙сут) при влажности кека 10,5 -14 %, ленточных и планфильтров — 0,3—10 т/(м²∙сут) при влажности кека 9—20 %.

В вакуум-фильтровальных установках применяют в зави­симости от конкретных условий производства схему с прину­дительным удалением фильтрата насосами или схему с само­течным удалением фильтрата (рис. 9.6).

Рис. 9.6. Схемы вакуум-фильтровальных установок с принудительным (а) и самотечным (б) удалением фильтрата

По первой из них (рис. 9.6, а) фильтрат из вакуум-филь­тра 1 отсасывается по трубопроводу 4 в ресивер 2, откуда вы­качивается центробежным насосом 9. Расстояние h от нижней точки ресивера 2 до оси насоса 9 должно составлять не менее 600 мм; на трубопроводе, соединяющем под углом 45° ресивер и насос, устанавливается обратный клапан. Во избежание по­падания фильтрата в вакуум-насос 5 на высоте 10,5 м над гидрозатвором 8 установлена ловушка 7 для окончательной очист­ки воздуха от фильтрата, который самотеком попадает в гид­розатвор по барометрической трубе 3. Сжатый воздух для отдувки кека поступает от воздуходувки 6.

Вторая схема (рис. 9.6, б) отличается от рассмотренной тем, что фильтрат из ресивера 2 поступает самотеком по баро­метрической трубе 3 в гидрозатвор 8, из которого может отка­чиваться насосом. Фильтр 1 и ресивер 2 в этом случае должны располагаться на высоте 10,5 м над гидрозатвором 8.

Достоинством схемы с самотечным удалением фильтрата (см. рис. 9.6, б) является простота и надежность в работе; не­достатком — возможность зашламования гидрозатвора и не­обходимость устанавливать фильтры и ресиверы на высоте 10— 10,5 м. Преимущество схемы с принудительным удалением фильтрата (см. рис. 9.6, а) заключается в экономии высоты здания и устранении зашламования системы при хорошей ра­боте насосов. Недостатки связаны с дополнительными затра­тами на насосы, большим их числом и ненадежной работой, особенно при отдельных отводах фильтрата от секций набора и просушки кека, необходимостью строгого контроля уровня фильтрата в ресивере и более сложным обслуживанием ваку­ум-фильтровальных установок.

Пресс-фильтры (рис. 9.7) применяются для обезвоживания труднофильтруемых и разжиженных тонкодисперсных суспензий под действием избыточного давления.

Рис. 9.7. Принципиальная схема пресс-фильтра типа ФПАК.

Они получают все более ши­рокое распространение на предприятиях, использующих ком­бинированные схемы переработки полезных ископаемых, и при решении проблем водно-шламового хозяйства на углеобога­тительных фабриках.

Камерный автоматический пресс-фильтр типа ФПАК (рис. 9.7) состоит из упорной 5, опорной 12 и фильтроваль­ных 4 плит, между которыми проходит бесконечная лента фильтроткани 8, огибающая ролики 2, где происходит съем осадка с нее ножами 1 в приемники 10. Натяжение фильтроткани производится с помощью устройства 7, промывка ее и зачистка осадка скребками — в камере регенерации 9. Фильт­ровальные плиты представляют собой горизонтальные каме­ры, перекрытые сверху тканью 8 и щелевидным ситом 16, име­ющие внизу глухое конусное днище 15 для сбора фильтрата, который отводится через патрубки 14 и коллектор 11, распо­ложенные на боковой стенке пресс-фильтра.

Пресс-фильтр работает периодически. В каждом цикле сна­чала с помощью насоса под давлением 800—1000 кПа в ре­зиновые уплотнительные ткани 9 накачивается вода и они плотно закрывают зазоры между плитами, зажимая фильтроткань. Затем в пространство между плитами по трубопроводу 6 и патрубкам 13 под избыточным давлением до 500 кПа подается исходная пульпа. После этого включается компрес­сор, нагнетающий сжатый воздух по этой же системе под давлением 400—500 кПа. Вода фильтруется через ткань, а оставшийся осадок просушивается поступающим воздухом. Отключение воды, подаваемой в уплотнительные шланги 3, приводит к изменению их формы на овальную, образова­нию зазора между плитами и освобождению фильтроткани 8, которая электроприводом перемещается на длину одной плиты.

Работа пресс-фильтра полностью автоматизирована. Пе­риод полного цикла фильтрования составляет 3—10 мин в за­висимости от крупности фильтруемого материала и консистен­ции пульпы. Преимущество пресс-фильтров, по сравнению с ва­куум-фильтрами, заключается в получении более чистого филь­трата и меньшей влажности осадка; недостатком их является сложность конструкции, малая производительность и боль­шие эксплуатационные затраты.

Центрифугирование

Центрифугирование является процессом разделения твер­дой и жидкой фаз под действием центробежных сил. Исполь­зуется оно в основном на углеобогатительных фабриках для обезвоживания мелких классов углей, флотационных концен­тратов и хвостов обогащения. Высокая интенсивность отделе­ния влаги от твердых частиц при центрифугировании обу­словлена тем, что ускорение центробежных сил в центрифугах в десятки и сотни раз превосходит ускорение силы тяжести в обычных аппаратах. По принципу своего действия центрифу­ги разделяются на фильтрующие и осадительные.

Фильтрующие центрифуги оснащены коническим перфо­рированным ротором, расположенным вертикально или гори­зонтально. В России получили наибольшее распространение вер­тикальные фильтрующие центрифуги с вибрационной (типа ФВВ) и шнековой (типа ФВШ) выгрузкой осадка.

Рис. 9.8. Схема фильтрующих центрифуг с вибрационной (а) и шнековой (б) выгрузкой осадка

В фильтрующих центрифугах с вибрационной выгрузкой осад­ка (рис. 9.8, а) производительностью до 350 т/ч исходный ма­териал подается через загрузочное устройство 4 в нижнюю часть вращающегося фильтрующего ротора 7 диаметром до 1500 мм, установленного на верхних 2 и нижних 1 амортизато­рах, связанных с втулкой 5, вращающейся с частотой 350— 470 мин'¹ вокруг трубчатой стойки 12. Одновременно ротору сообщаются вертикальные вибрации от эксцентрика 11 через шатун 10 и амортизатор 3. Под комбинированным воздейст­вием центробежных сил и осевых вибраций материал распре­деляется равномерным потоком по фильтрующей поверхно­сти ротора и обезвоживается, продвигаясь вверх к его широ­кой части. Фугат проходит через фильтрующие щели стенок ро­тора и удаляется по желобу 9; обезвоженный материал разгру­жается через верхнюю кромку ротора в кольцевое простран­ство между внутренним 6 и наружным 8 кожухами центри­фуги и попадает в приемник, расположенный под аппаратом.

В фильтрующих центрифугах со шнековой выгрузкой осадка (рис. 9.8, б) производительностью до 100 т/ч внутри вращающе­гося с частотой 600 мин^-1 сетчатого ротора 2 диаметром до 1000 мм расположен шнек 3 в виде усеченного конуса с закре­пленной на его поверхности спиралью. Исходная пульпа подает­ся на вращающуюся крышку шнека и отбрасывается центробежными силами к внутренним стенкам ротора. Вода фильтру­ется через слой осадка и сетчатую поверхность ротора, и фугат удаляется из корпуса 1 центрифуги. Обезвоженный осадок перемещается по ротору спиралями шнека, вращающегося с меньшей, чем у ротора, угловой скоростью, и разгружается в приемный бункер 4.

Преимуществом фильтрующих вибрационных центрифуг является меньшая измельчаемость материала при центрифуги­ровании и большая чистота фугата, чем в шнековых фильт­рующих центрифугах, однако последние позволяют получать осадок меньшей (на 1—1,15 %) влажности, которая зависит от содержания тонких частиц в исходной пульпе и составляет 6—9 %.

Осадителъные центрифуги имеют только шнековую вы­грузку осадка. Наибольшее распространение из них получили центрифуги (рис. 9.9) с ротором диаметром до 1350 мм цилин-дроконической конфигурации и горизонтальной осью вращения (чипа НОГШ) производительностыо до 300 м³/ч. Пульпа в них подается внутрь вращающегося шне­ка 4, а затем через его окна 3 попадает во вращающийся с большой частотой (800 мин^-1) ротор 5 и заполняет его до уровня сливных окон 2.

Рис. 9.9. Схема осадительной центрифуги со шнековой выгрузкой осадка

Под действием центробежных сил частицы прижимаются к внутренней стенке ротора, а жидкая фаза переливается через кромку сливных окон 2 и поступает в сборник фугата. Образовавшийся слой осадка из зоны осажде­ния перемещается шнеком в зону обезвоживания и разгружа­ется через специальные окна 6. Влажность осадка изменя­ется в пределах 10— 25 %. Увеличение частоты вращения ротора и крупности материала повышает чистоту фугата и снижает влажность осадка; уменьшение крупности мате­риала, увеличение нагрузки на центрифугу и скорости враще­ния шнека выше оптимальных оказывают обратное влияние. Подача флокулянтов снижает содержание твердого в фугате.

Сушка

Сушка основана на испарении влаги в окружающую сре­ду при нагревании, является дорогостоящей операцией и ис­пользуется только в тех случаях, когда необходимо предот­вратить смерзание концентратов, удешевить их перевозку на большие расстояния или когда другие методы обезвоживания не могут обеспечить требуемых кондиций по влажности про­дуктов.

Для сушки продуктов применяют различные типы печей (подовые, шахтные, барабанные, электрические, кипящего слоя и др.) и труб-сушилок, из которых на обогатительных фабриках наибольшее распространение получили барабан­ные сушилки, вертикальные трубы-сушилки и сушилки кипя­щего слоя.

Рис. 9.10. Схема барабанной сушилки (а) и типы насадок (б)

Барабанная сушилка (рис. 9.10, а), широко применяемая для сушки углей, рудных и нерудных материалов широкого ди­апазона крупности, представляет собой сварной барабан 3 ди­аметром 1—3,5 м и длиной 4—27 м, установленный бандажами 4 на опорные ролики 7 с углом наклона 1—5° в сторону раз­грузочной камеры 6. Вращение барабана с частотой 1—6 мин^-1 осуществляется от привода 8, находящегося в зацеплении с венцовой шестерней 5. Влажный материал подается в барабан по загрузочному устройству 2; туда же из топки 1 поступает газ-теплоноситель с температурой 600—900 °С. При сопри­косновении его с материалом происходит испарение влаги, которая вместе с газом отводится естественной или прину­дительной тягой. Для перемешивания материала и его ин­тенсивного контактирования с газом-теплоносителем внут­ренняя поверхность барабана оборудована насадками (рис. 9.10, б), форма которых определяется диаметром барабана и характеристикой подвергаемого сушке материала: круп­ностью, влажностью, способностью к слипанию, спеканию и пылеобразованию. При вращении барабана материал посте­пенно перемещается (за 30—40 мин) к разгрузочной каме­ре, из которой выгружается с влажностью от 4—8 до 0,5— 1,5%.

Барабанные сушилки производительностью 140—230 т/ч экономичны в работе, имеют высокую производительность по испаряемой влаге, удельный расход топлива в них не превы­шает 0,25 кг/кг.

Газовые трубы-сушилки производительностью до 250 т/ч применяются главным образом на углеобогатительных фаб­риках для сушки концентратов крупностью до 12—13 мм. Они состоят из топки со смесительной камерой и вертикально установленной трубы диаметром 0,65—1,2 м и длиной от 14 до 35 м.

Горячие газы (600—900 °С) засасываются из топки через нижний конец трубы вентилятором-дымососом вместе с за­брасываемым в трубу через питатель исходным материалом влажностью 14—24 %. По мере продвижения в топке вверх по трубе материал высушивается до влажности 4—9 %.

Сушилки кипящего слоя (рис. 9.11) производительностью до 300 т/ч применяются для сушки углей крупностью до 50 мм и мелкозернистых рудных материалов равномерной крупно­сти. Они состоят из топливно-смесительной 1 и сушильной 4 камер, разделенных газораспределительной решеткой 2 с пло­щадью отверстий 5—11 % от общей ее площади. Исходный материал подается через загрузочное устройство 3 питателем и под действием потока горячего воздуха или дымовых газов с температурой 500—800 °С образует на решетке 2 кипящий слой высотой 30—45 см.

Рис. 9.11. Схема сушилки кипя­щего слоя

Взвешенное состояние частиц в потоке горячего газа обе­спечивает эффективное испарение влаги с их поверхности. Вы­сушенный продукт разгружается через патрубок 5, высоту рас­положения которого над решеткой можно регулировать. Дос­тоинствами сушилок кипящего слоя являются высокая интен­сивность сушки (как и в газовых трубах-сушилках) и возмож­ность регулирования времени пребывания материала в сушке с получением материала влажностью 0,5—8 %.