Осветление моечных (шламовых) вод и сгущение шлама
Моечные воды — воды, используемые на обогатительных фабриках в качестве разделительной среды при обогащении угля. После завершения цикла обогащения полученные продукты обезвоживаются — отделяются от моечных вод, а последние направляются вновь в технологический процесс. При этом в моечных водах остаются мельчайшие частицы угля и различных минеральных примесей (шлама), поэтому они подвергаются предварительно осветлению и периодически — полной замене.
Осветление моечных (шламовых) во процесс осаждения взвешенных в них частиц шлама под действием силы тяжести или центробежной силы, сгущения шлама и отделения его от осветленной воды.
При осветлении моечных вод получают: слив — осветленную воду с минимальным содержанием в ней частиц шлама — до 20 Г/л; сгущенный шлам — пульпу с соотношением жидкого к твердому (Ж:T) от 1:1 до 8:1. Условно считают шлам крупным при размере частиц его > 0,5 мм и мелким (тонким) при размере частиц < 3 0,5 мм.
Устройства и аппараты, в которых осаждение частиц шлама происходит под действием силы тяжести, представляют собой большие бассейны или резервуары, куда подаются для осветления непрерывно или периодически моечные (шламовые) воды. Медленно оседающие в них частицы шлама образуют осадок, который уплотняется и по мере накопления выдается из аппарата. Верхние слои осветленной воды переливаются через край аппарата.
В нижних слоях моечной воды происходит увеличение концентрации частиц шлама, в связи с чем скорость осаждения частиц неодинакова — она постепенно уменьшается по глубине отстойника. Условно различают три зоны, образующиеся в отстойнике при осаждении шлама, — осветления, осаждения и уплотнения (сжатия) осадка.
В зоне осветления концентрация частиц шлама в моечной воде невысокая, и поэтому происходит свободное осаждение частиц с максимальной скоростью. Вода быстро осветляется.
В зоне осаждения концентрация частиц шлама увеличивается. При концентрации частиц более 65—70 Г/л осаждение их происходит в условиях стесненного падения, характеризуемого оседанием частиц всей массой. Крупные, быстро оседающие частицы задерживаются более мелкими и оседают вместе с ними.
В зоне уплотнения осадка концентрация частиц шлама достигает максимума, а скорость осаждения их приближается к нулю. Здесь происходит выжимание воды из осадка под действием веса вышележащих частиц и перемещение ее снизу вверх. Концентрация осадка зависит от структуры и размеров частиц шлама. Обычно предельная концентрация частиц, при которой сгущенный шлам не теряет текучести, составляет 43—44% по объему.
Производительность устройств и аппаратов, основанных на принципе осаждения частиц под действием силы тяжести, пропорциональна поверхности осветления (зеркалу) отстойника.
Скорость осаждения частиц в зоне осветления может быть найдена по известной формуле определения скорости падения мелких минеральных частиц в спокойной воде
где с — коэффициент, зависящий от формы частицы, вязкости воды, концентрации шлама и пр.;
d — диаметр частицы, см;
b — удельный вес частицы, Г/см3.
Обычно для расчетов сгустительных устройств скорость выпадения частиц шлама определяют опытным путем.
На характер движения в воде самых тонких частиц шлама (< 0,01 мм), кроме силы тяжести, влияют и другие силы, обусловленные поверхностной энергией частиц. Мельчайшие частицы шлама, несущие на себе одноименные электрические заряды, отталкиваются одна от другой и могут продолжительное время находиться в воде во взвешенном состоянии, образуя устойчивую суспензию. Для осаждения таких частиц вводят различные реагенты (коагулянты), разряжающие электрические заряды, несомые частицами. При этом происходит объединение диспергированных частиц в хлопья — флокуляция и быстрое их осаждение.
Для глинистых шламов применяют в качестве коагулянтов известь или каустическую соду, смеси извести с сернокислым железом, алюминатом натрия, кальцинированной содой и др. Известь загружают в сгустители в сухом измельченном виде или в виде известкового молока (1 часть CaO на 4 части H2O). Расход извести 1—3 кГ на 1 т сухого шлама.
Для кремнистых шламов коагулянтами являются хлористый кальций, квасцы в смеси с двууглекислым натрием и др.
Для угольных шламов хорошим коагулянтом является крахмал. Эффективность его действия повышается при добавлении небольшого количества какого-либо электролита, например каустической соды. Крахмальный коагулянт действует очень быстро — для обработки разжиженной пульпы необходимо 15—20 сек. Расход крахмала 100—200 Г на 1 т сухого шлама.
Угольные и породные шламы наиболее эффективно коагулируют под действием высокомолекулярных органических коагулянтов — полимеров. Под действием, например, 0,2—0,5%-ного водного раствора полиакриламида шламовая вода, содержащая до 200 Г/л частиц шлама, осветляется в течение 8—10 сек. до содержания твердого 3—5 Г/л. Расход полиакриламида составляет 1—2 Г на 1 т сухого шлама.
В аппаратах, основанных на принципе осаждения частиц шлама под действием центробежной силы, моечные воды приводятся во вращательное движение. Частицы шлама отбрасываются центробежной силой к периферии (стенкам аппарата), а осветленная вода собирается в центре вращения. В этих аппаратах также можно наблюдать отдельные зоны концентрации частиц шлама. Благодаря действию центробежной силы скорость осаждения частиц шлама здесь значительно больше.
Основные величины, характеризующие шламовые воды (пульпу), связаны между собой следующими соотношениями:
объемы твердого и жидкого (чистой воды) в 1 л шламовой воды (пульпы)
весовая концентрация
удельный вес шламовой воды
концентрация твердого
где T — вес твердого в 1 л шламовой воды, Г;
b — удельный вес твердого, Г/см3.
