Теоретические основы процесса пневматического обогащения угля

Динамический напор (давление) воздуха, необходимый для удержания во взвешенном состоянии твердых частиц на деке пневматического сепаратора (отсадочной машины), определяется из выражения

где А — удельный вес (плотность) воздуха, Г/см3;

g — ускорение силы тяжести, см/сек2;

v0 — конечная скорость свободного падения частицы, см/сек;

где d — диаметр частицы, см;

b — удельный вес (плотность) частицы, Г/см3;

w — коэффициент сопротивления движению частицы. При ориентировочных расчетах для частиц d > 0,1 см

где k1 — эмпирический коэффициент (от 1600 до 1737).

Для условий стесненного падения частиц, имеющего место при пневматическом обогащении, предельную (критическую) взвешивающую скорость струи воздушной определяют по формуле

где v01 — конечная скорость свободного падения в воздухе наиболее крупной частицы угля, см/сек;

v02 — конечная скорость свободного падения в воздухе наиболее мелкой частицы породы, см/сек;

b2 — удельный вес (плотность) частицы породы, Г/см3;

b1 — удельный вес (плотность) частицы угля, Г/см3.

При критической скорости воздушной струи частицы угля оказываются во взвешенном состоянии, а частицы породы остаются в покое.

Процесс пневматического обогащения можно представить следующим образом. Продуваемый через пористую поверхность (сито) воздух проникает в угольную постель и в зависимости от динамического напора поднимает: на различную высоту над декой отдельные частицы постели, удерживая их во взвешенном состоянии. При этом воздушные струи в результате расширения воздуха, трения его о частицы и других причин теряют энергию и напор их снизу вверх уменьшается. В связи с потерей напора в различных слоях постели взвешиваются не одинаковые по удельному весу и крупности частицы: совместно взвешиваются те частицы, конечная скорость падения которых в воздушной среде равна скорости воздушных струй в данном слое, т. е. в каждом слое взвешиваются равнопадающие частицы.

Если в каком-либо слое оказываются частицы, скорость падения которых меньше скорости воздушных струй, то они выталкиваются воздухом в вышележащие слои. Частицы, скорость падения которых больше скорости восходящих струй в данном слое, опускаются в нижерасположенные слои.

Таким образом происходит перегруппировка частиц в постели, т. е. в верхних слоях сосредоточиваются наиболее мелкие и легкие, в нижних слоях наиболее крупные и тяжелые частицы, а между ними располагаются частицы промежуточной крупности и удельного веса.

Статический напор воздуха, необходимый для уравновешивания сплоченной угольной постели на деке, приближенно может быть найден из выражения

где 0 — коэффициент разрыхления постели;

b — средний удельный вес (плотность) постели, Г/см3;

h — высота постели.

Так как постель на деке не представляет собой сплошной массы, а состоит из отдельных частиц, то некоторое количество воздуха перемещается в промежутках между частицами и статический напор частично переходит в динамический.

В результате действия статического и динамического напоров воздуха угольная постель на деке приходит в текучее состояние, при котором частицы, будучи взвешенными, одновременно перемещаются в направлении уклона деки к месту разгрузки.

Состояние текучести постели наступает при определенном статическом напоре воздуха — в пределах от 13 до 21 мм вод. ст. на каждые 25 мм толщины постели.

Величина статического напора при пневматической сепарации имеет весьма важное значение. В производственных условиях необходимо добиваться, чтобы меньшая часть статического напора переходила в динамический, что возможно при более плотной постели. Для создания такой постели шкала классификации принимается большей, чем величина коэффициента равнопадаемости частиц угля и породы. Мелкие частицы уплотняют постель, заполняя собой промежутки между крупными, и улучшают условия расслоения последних. Сами мелкие частицы при этом не расслаиваются и выносятся воздушной струей в верхние слои постели, засоряя концентрат крупных классов частицами мелкой породы.

В целях удаления из концентрата мелкой породы от него отсеивают всю мелочь и направляют на повторное обогащение в сепараторы или в отсадочные машины для мелкого угля.

При пневматическом обогащении угля, расклассифицированного по узкой шкале, образуется пористая постель, что приводит к большой потере статического напора и ухудшению текучести постели.