21.02.2021

Тяжелые суспензии


Основные свойства суспензий


Основные свойства тяжелых суспензий, дающие возможность использовать их в качестве разделительной среды при обогащении углей, — удельный вес (плотность), вязкость и гравитационная устойчивость.

Удельный вес (плотность) суспензии определяется соотношением твердой и жидкой фаз р единице ее объема:
Тяжелые суспензии

где m — объемная концентрация утяжелителя в суспензии, в долях единицы;

b1 — удельный вес утяжелителя, Г /см3;

b2 — удельный вес жидкости, Г/см3.

Так как для воды b2 = 1, то удельный вес тяжелой суспензии

Формулы для расчета состава суспензии

где G — необходимое количество сухого утяжелителя для приготовления заданного объема суспензии, от;

V — заданный объем суспензии, м3;

b — удельный вес (плотность) утяжелителя;

A — удельный вес (плотность) суспензии;

Q — необходимое количество воды для приготовления заданного объема суспензии, м3.

где q — количество воды, необходимое для доведения 1 м3 суспензии с излишней плотностью A1 до заданной плотности А;

g — количество утяжелителя, необходимое для доведения 1 м3 суспензии с недостаточной плотностью A2 до заданной плотности А.

Вязкость суспензии проявляется различно, в зависимости от концентрации в ней твердой фазы и дисперсности утяжелителя.

При малых концентрациях твердой фазы вязкость суспензии проявляется преимущественно в виде внутреннего трения в дисперсионной среде и имеет много общего с вязкостью однородных жидкостей или истинных растворов, вязкость которых характеризует свойство жидкости оказывать сопротивление при перемещении одной части жидкости относительно другой. Вязкость количественно характеризуется коэффициентом n, или динамической вязкостью, измеряемой в пуазах. Величина, обратная вязкости, ф=1/n называется текучестью.

Суспензии характеризуются также кинематической вязкостью А, измеряемой в стоксах,

где А — плотность суспензии.

С увеличением концентрации утяжелителя в суспензии подвижность системы уменьшается, так как для ее деформации требуются усилия не только на преодоление внутреннего трения жидкости, но и на преодоление трения между твердыми частицами. Повышение дисперсности утяжелителя увеличивает количество жидкости, образующей защитные слои на поверхности твердых частиц, что уменьшает подвижность системы.

При гидролизе твердого вещества с образованием хлопьевидной или губчатой структуры взвеси, характерной, например, для гидрата окиси железа Fe(ОH)3, большие массы дисперсионной среды механически связываются внутри структурных образований твердой фазы, в результате чего возникает структурная вязкость суспензии. Структурно-механические свойства суспензии начинают проявляться при концентрации в ней утяжелителя более 20—25% по объему или при наличии глинистых примесей более 2—3% (к объему утяжелителя).

Повышение вязкости суспензии ухудшает процесс расслоения обогащаемого материала в суспензии в результате резкого снижения скорости всплывания и погружения в ней разделяемых частиц.

В структурированной суспензии движение частиц возможно только после разрушения структурной сетки. Поэтому разделение частиц в таких суспензиях происходит не только по удельному весу, но также и по крупности.

Для измерения вязкости суспензий в лабораторной практике применяют различные капиллярные вискозиметры. Один из таких вискозиметров, состоящий из стеклянного цилиндра, оканчивающегося капиллярной трубкой 02,5 мм, показан на рис. 77. Для предотвращения оседания частиц утяжелителя внутри цилиндра помещена мешалка, приводимая во вращение от электродвигателя.

Вязкость суспензии определяют относительно вязкости воды. Для этого вначале устанавливают время истечения из цилиндра определенного объема чистой воды (водяное число), затем время истечения такого же объема суспензии.

Кинематическую вязкость суспензии vс вычисляют по формуле

где vв — кинематическая вязкость воды;

tс, tв — время истечения суспензии и воды через капиллярную трубку.

Гравитационная устойчивость суспензии — способность сохранять постоянство своего удельного веса. Различают статическую и динамическую устойчивость суспензии.

Статической устойчивостью обладают суспензии при коллоидной дисперсности утяжелителя. В практике обогащения такие суспензии имеют ограниченное применение из-за высокой стоимости измельчения утяжелителя до необходимой дисперсности и сложной регенерации суспензии.

Динамическая устойчивость грубодисперсных суспензий достигается путем поддержания их в непрерывном вертикальном или горизонтальном движении либо путем механического перемешивания.

В вертикальном потоке суспензии при достаточной скорости движения концентрация частиц утяжелителя в любом ее объеме сохраняется постоянной и, следовательно, плотность суспензии будет также постоянной. Такая суспензия может быть названа равноплотной.

В горизонтальном потоке суспензии состояние рав-ноплотности может быть достигнуто лишь при турбулентном режиме движения потока (за счет вертикальной составляющей скорости) и достаточной статической устойчивости суспензии. Такой режим практически неприемлем, так как вихревые потоки при этом режиме препятствуют расслоению частиц обогащаемого материала. Поэтому обычно в сепараторах протекает ламинарный режим движения суспензии и в горизонтальном потоке происходит некоторая дифференциация суспензии, т. е. возрастание ее удельного веса по глубине потока.

Механическое перемещение суспензии осуществляется рабочими органами транспортирующих устройств сепаратора, например скребками конвейера, удаляющего из ванны утонувшие тяжелые фракции.

Мерой устойчивости суспензии может служить изменение ее плотности в определенном слое за некоторый промежуток времени. Устойчивость может также характеризоваться скоростью восходящего потока суспензии, необходимой для сохранения заданного удельного веса ее в рабочем слое толщиной 400—500 мм.

Утяжелители для приготовления суспензий


Утяжелители должны обладать следующими основными свойствами:

1) достаточно высоким удельным весом, обеспечивающим получение устойчивых и маловязких суспензий заданного удельного веса при концентрации утяжелителя от 10 до 25% по объему.

Удельный вес утяжелителя, соответствующий этому требованию,

где bmax иbmin — максимальный и минимальный удельные веса утяжелителя;

A — заданный удельный вес суспензии;

2) химической инертностью по отношению к окружающей среде и устойчивостью против истирания;

3) возможно низкой абразивностью.

В табл. 57 и 58 приведены основные виды минералов, горных пород и отходов промышленности, наиболее соответствующие указанным выше требованиям и применяемые для приготовления тяжелых суспензий.

В качестве утяжелителя широко применяют также ферросилиций (уд. в. 6,5—6,8 Г/см3, содержание кремния 15—22%), обладающий хорошей магнитной проницаемостью.

При обогащении антрацитов применяют воднопесчаные суспензии.

Крупность утяжелителя для грубодисперсных систем принимают до 0,1—0,2 мм. Содержание класса <50 мк — не менее 60—70%.

Для создания более стабильных суспензий выход класса < 60 мк утяжелителя принимают около 95%.

На углеобогатительных фабриках во Франции применяют два сорта магнетита: тонкоизмельченный

(60—70% < 40 мк, 5% больше 150 мк) и грубого помола (40—50% < 40 мк, 5% больше 150 мк). В Саарском угольном бассейне используют магнетит крупностью 60 лис (30—40%) и 200 мк (20%).

Для приготовления водно-песчаных суспензий применяют песок крупностью 0,1—1,3 мм.

Измельчение утяжелителя обычно производят в шаровых мельницах, работающих в открытом или замкнутом цикле с классификатором. Для перемешивания утяжелителя с водой пользуются лопастными или пропеллерными мешалками, Песковыми насосами или воздушными подъемниками.

Расход утяжелителя составляет от 200 до 1000 Г/т в зависимости от ситового состава обогащаемого угля, схемы обогащения и способа регенерации суспензии (утяжелителя). Расход утяжелителя при обогащении крупного угля 300—650 Г/т, а при обогащении мелкого угля 550—750 Г/т.

Контроль и регулирование удельного веса (плотности) суспензии


Контроль и регулирование плотности суспензии осуществляются при помощи автоматических регуляторов — весовых, электрических, пневматических.

Весовые регуляторы работают на принципе пикнометрического определения плотности суспензии. Весовой регулятор (рис. 78) представляет собой мерный сосуд, подвешенный на одном плече коромысла весов. В сосуд непрерывно подается суспензия в таком количестве, что она не успевает разгружаться через отверстие в дне сосуда и некоторый избыток ее переливается через край. Таким образом, сосуд всегда наполнен постоянным объемом суспензии. На другом плече коромысла подвешивается груз, уравновешивающий вес сосуда, наполняемого суспензией заданной плотности. При отклонении плотности суспензии от заданной коромысло весов отклоняется в ту или иную сторону. При этом через систему рычагов срабатывают соответствующие клапаны, регулирующие выпуск суспензии из сгусти-тельного устройства.

Электрические регуляторы работают по принципу изменения индуктивного сопротивления катушки самоиндукции при изменении концентрации сильномагнитного утяжелителя в суспензии, протекающей по трубе внутри катушки датчика. Принципиальная схема электрического индуктивного регулятора изображена на рис. 79.

Индуктивная и эталонная катушки, одинаковые по своим электрическим характеристикам, включены в цепь дифференциального трансформатора. При изменении концентрации утяжелителя суспензии нарушается равновесие индуктивного сопротивления между катушками, и в цепи возникает электрический ток. Электрические импульсы через купроксный выпрямитель передаются на исполнительную аппаратуру, регулирующую плотность суспензии.

Пневматические регуляторы измеряют плотность суспензии непосредственно в ванне сепаратора (рис. 80). В суспензию на разную глубину погружены две трубки, через которые из ресивера подается сжатый воздух под низким давлением, регулируемым редукционными клапанами. Разность давления в трубках, зависящая от, глубины погружения их и изменения плотности суспензии, измеряют дифференциальным манометром. Сгущенную суспензию подают в ванну из гидроциклона через выпускное отверстие, образованное резиновым кольцом, наполняемым сжатым воздухом.

При изменении плотности суспензии в ванне включается контрольный клапан, регулирующий подачу воздуха в кольцо, которое соответственно сужает или расширяет отверстие для выпуска суспензии.

Регенерация суспензий


Регенерация суспензий — очистка их от угольных и породных шламов и тончайших частиц утяжелителя, накапливающихся в суспензии при использовании ее в качестве разделительной среды. При регенерации производят также сгущение суспензий и доведение их удельного веса до заданной величины.

В систему регенерации поступает разбавленная суспензия, отмытая с поверхности продуктов обогащения, и часть общего циркулирующего потока суспензии. Отмывка суспензии обычно производится на ситах с размерами отверстий 0,5—1,0 мм путем ополаскивания продуктов обогащения свежей водой. Вместе с утяжелителем в подрешетный продукт попадают частицы угольного и породного шламов. Крупные частицы шламов выделяются из подрешетного продукта на следующей серии сит с размером отверстий 0,15—0,25 мм, а разбавленная суспензия (второй подрешетный продукт), содержащая тонкие шламы, направляется на регенерацию.

Применяют гравитационный, магнитный и флотационный методы регенерации суспензии.

Регенерация суспензии гравитационным методом производится путем гидравлической классификации с использованием в качестве основного оборудования сгустительных воронок, пирамидальных отстойников, цилиндрических сгустителей, гидроциклонов. Регенерация суспензии при гидравлической классификации совмещается со сгущением ее до необходимой плотности.

Регенерация суспензии магнитным методом применяется при утяжелителях с высокой магнитной проницаемостью. Магнитная регенерация обычно совмещается с гидравлической классификацией. Частицы утяжелителя подвергаются намагничиванию, в результате чего происходит образование агрегатов из слипшихся магнитных частиц, быстро оседающих при гидравлической классификации суспензии. Немагнитные частицы выносятся в слив. Осевшие магнитные частицы размагничивают, пропуская их через демагнетизатор.

Намагничивающий и размагничивающий аппараты НА и PA (рис. 81 и 82) представляют собой трубы из немагнитной стали с надетыми на них индукционными катушками, питаемыми током. Катумки помещены в металлическом кожухе, заполненном трансформаторным маслом. Суспензия пропускается через трубы; частицы утяжелителя при этом намагничиваются или размагничиваются. Техническая характеристика аппаратов приведена в табл. 59, 60.

Магнитный сгуститель (рис. 83) представляет собой конический сосуд-воронку, оборудованную намагничивающим устройством в виде вращающегося диска из диамагнитного материала с установленным над ним электромагнитом.

В ряде случаев после удаления из разбавленной суспензии мельчайших немагнитных частиц в сгустителе производят магнитную сепарацию осевшего в нем материала для выделения из него более крупных немагнитных частиц.


Для сепарации применяют ленточные магнитные сепараторы. Сепаратор (рис. 84) состоит из ванны, заполняемой водой, и установленного в ванне ленточного конвейера с магнитной системой. Частицы, обладающие большой магнитной проницаемостью, попадая в ванну, притягиваются к нижней ветви конвейера и разгружаются в крайние карманы после выхода из зоны действия магнитного поля. Крупные слабомагнитные и немагнитные частицы осаждаются в ванне сепаратора, а мелкие выносятся в слив вместе с избытком воды.

Регенерация суспензии флотационным методом применяется обычно для выделения из суспензии чистых угольных шламов.

Ниже приведены примеры компоновки схем регенерации суспензий на обогатительных фабриках.

Схема регенерации гравитационным методом (рис. 85) предусматривает отмывку суспензии на ситах обезвоживающего грохота и осаждение шлама в отстойнике.

Схема регенерации магнитным методом с применением магнитного сгустителя (рис. 86) предусматривает: предварительную обработку суспензии в отстойнике и на грохоте с целью выделения из нее тонкого и крупного шламов; намагничивание частиц утяжелителя и осаждение их в сгустителе; размагничивание частиц утяжелителя.

Схема регенерации магнитным методом с применением ленточных магнитных сепараторов (рис. 87) предусматривает предварительное сгущение суспензии в гидроциклоне и двухстадиальную магнитную сепарацию сгущенного продукта. Гидроциклон иногда заменяют дуговым ситом.





Яндекс.Метрика