Схемы обезвоживания

Глава 6. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ

Выбор схемы обезвоживания продуктов обогащения зависит от минерального состава твердого, принятой схемы обогащения, крупности и содержания влаги в исходном продукте, требуемой влажности конечного продукта. Обезвоживание крупных классов (+10 мм для углей, +3 мм для руд) особых затруднений не вызывает, более сложно обезвоживание мелких классов (-10+0,5 мм для углей, -3+0,1 мм для руд), самым сложным является обезвоживание тонких классов – шламов (менее 0,1–0,5 мм).

Крупные продукты обезвоживания – концентраты, промпродукты и хвосты обычно обезвоживают в одну или две стадии дренированием. Первая стадия обезвоживания осуществляется в обезвоживающих элеваторах или на неподвижных грохотах. Вторая стадия обезвоживания, если не достигается требуемая влажность продукта после первого приема обезвоживания, производится на подвижных грохотах, в обезвоживающих бункерах или на дренажных складах. В настоящее время отдают предпочтение обезвоживанию крупных продуктов на грохотах ввиду продолжительности процесса обезвоживания в бункерах и их значительных объемов. Схема обезвоживания крупного продукта приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема обезвоживания крупного продукта

Для предварительного сброса части жидкой фазы суспензии применяют неподвижные прямолинейные или дуговые грохоты. Окончательное обезвоживание осуществляется на механических обезвоживающих грохотах типа ГИСЛ или ГРЛ. Дополнительное снижение влаги достигается при ополаскивании струей воды материала, движущегося по поверхности сита. Конечная влажность обезвоженного крупного продукта невысокая – 6–7%.

Мелкие продукты обогащения – концентраты, промпродукты, отходы, полученные при обогащении углей, обезвоживают в три или четыре стадии. Первая стадия обезвоживания – предварительный сброс части жидкой фазы суспензии – осуществляется на неподвижных грохотах, вторая стадия – на механических обезвоживающих грохотах, третья стадия – в фильтрующих центрифугах, позволяющих снизить конечную влажность до 7–8%. Продукт такой влажности летом отгружают потребителю, а зимой, для предупреждения смерзаемости, сушат до влажности 3–4%.

Предварительное обезвоживание средне- и мелкозернистых концентратов, получаемых при обогащении железных и марганцевых руд, осуществляется в спиральных классификаторах, окончательное – в штабелях на дренажных складах.

При сгущении продуктов, содержащих значительное количество песковых фракций, производится предварительная классификация продукта в гидроциклонах. На сгущение направляется слив гидроциклона, а пески поступают на второй прием обезвоживания – непосредственно на фильтрование.

Схема обезвоживания мелкозернистого железного концентрата (60% класса –0,074 мм) приведена на рис. 6.2. По этой схеме концентрат в первом приеме обезвоживания в гидроциклонах или спиральных классификаторах разделяется на песковую и шламовую части, которые затем обезвоживаются раздельно. Крупнозернистый продукт – пески – направляется на фильтрование на ленточном вакуум-фильтре с получением кека влажностью 9%. Слив гидроциклона сгущается в радиальном сгустителе и далее сгущенный продукт обезвоживается на дисковых вакуум-фильтрах до влажности 12%. Кеки ленточного и дискового вакуум-фильтров поступают на дренажный склад, где происходит дополнительное снижение влажности концентрата до 8,1%. В зимнее время при необходимости концентрат с дренажного склада подсушивают до влажности 2–5%. Сливы сгустителей и фильтраты направляются в оборот.

Обезвоживание тонкоизмельченных концентратов руд черных и цветных металлов и некоторых неметаллических полезных ископаемых производится в три стадии по схемам, приведенным на рис. 6.3, 6.4.

Рис. 6.2. Схема обезвоживания мелкозернистого железного концентрата

В первом приеме обезвоживания концентраты сгущаются в радиальных одноярусных сгустителях. В последние годы в основном используются сгустители с центральным приводом, также получили распространение высокопроизводительные сгустители SUPAFLO. Сгущенные продукты с высоким содержанием твердого подвергаются фильтрованию, которое производится на вакуум-фильтрах непрерывного действия и в последнее время все чаще на автоматических фильтр-прессах. Выбор типа оборудования для фильтрования определяется в основном характеристикой крупности твердой фазы, ее плотностью, требуемой производительностью и кондициями на влажность. Вакуум-фильтры дают лучшие результаты на пульпах с размером твердой фазы 30–100 мкм, а фильтр-прессы способны работать с материалом крупностью до 1 мкм и ниже при низких концентрациях твердого. При необходимости применяется третий прием обезвоживания – термическая сушка – в тех случаях, когда кек после фильтрования имеет повышенную влажность и не отвечает кондициям на влажность, а также в зимнее время при транспортировании концентратов на значительные расстояния.

Рис. 6.3. Схема обезвоживания магнетитового концентрата

Тонкоизмельченные магнетитовые концентраты сгущают в радиальных сгустителях или магнитных дешламаторах до содержания твердого 60–70%. На некоторых магнито-обогатительных фабриках сгустители не устанавливают, а сгущение магнетитовых концентратов осуществляют на магнитных сепараторах (фабрики ЮГОКа, I очередь НКГОКа, I очередь Лебединского ГОКа). Однако ввиду существенных недостатков технологической схемы с уплотняющими магнитными сепараторами в разработанной схеме типового фильтровального отделения операция сгущения магнетитового концентрата осуществляется в магнитных дешламаторах. На ряде горно-обогатительных комбинатов, производящих до 1500 т/ч магнетитового концентрата, для обезвоживания требуются большие площади сгущения, для чего устанавливаются радиальные сгустители диаметром 30 и 50 м [6].

Вторая стадия обезвоживания производится на дисковых вакуум-фильтрах с получением кека влажностью 9,5–10%. Как правило, такая влажность концентрата удовлетворяет требованиям последующего передела – агломерации или окатышкования концентрата. На некоторых фабриках кек с вакум-фильтров выдерживают на закрытых дренажных складах, при этом его влажность снижается еще на 0,5%, одновременно происходит и усреднение концентрата.

Рис. 6.4. Схема обезвоживания флотационного концентрата

Схема обезвоживания тонкоизмельченных флотационных концентратов руд цветных металлов (см. рис. 6.4) включает в первой стадии сгущение в радиальных сгустителях с подачей флокулянтов. Пески сгустителя с содержанием твердого 55–60% перекачиваются на фильтрование. Если в операции фильтрования используются традиционные дисковые или барабанные вакуум-фильтры, то кек с влажностью 12–16% направляется на термическую сушку в барабанных сушилках. Высушенный концентрат имеет влажность 4–6%. Перелив фильтров и фильтрат возвращают в сгуститель. В последние годы на зарубежных обогатительных фабриках и на ряде отечественных фабрик в операции фильтрования устанавливают вакуум-фильтры с керамическими пластинами, фильтр-прессы, гипербарические (напорные) фильтры, что позволяет получать кек с влажностью 7–10% и исключить из схемы обезвоживания дорогостоящую операцию сушки.

На некоторых отечественных флотационных фабриках цветной металлургии при реконструкции фильтровальных отделений дисковые вакуум-фильтры были заменены на более совершенные фильтр-прессы или вакуум-фильтры CERAMEC. Например, при реконструкции Учалинской обогатительной фабрики в фильтровально-сушильном отделении вместо технологических линий, состоящих из вакуум-фильтров, барабанных сушилок и сложной системы очистки отходящих дымовых газов, были установлены четыре фильтр-пресса фирмы DIEMME – по два на медном и цинковом концентратах. Это значительно улучшило экологическую обстановку и позволило избежать потерь меди и цинка с отходящими дымовыми газами и со сливами сгустителей, так как фильтр-прессы успешно работают на пульпах, содержащих тонкоизмельченные частицы (более 96% класса –44 мкм), и позволяют получать кеки с влажностью 7–8%.

При реконструкции фильтровально-сушильного отделения Гайской обогатительной фабрики предусмотрен вывод из эксплуатации действующего фильтровального оборудования с установкой взамен традиционных дисковых высокоэффективных фильтров, обеспечивающих кондиционную влажность товарных концентратов без сушки, что позволяет исключить из процесса обезвоживания операцию сушки концентратов в барабанных сушилках. Для фильтрации медного концентрата установлен напорный дисковый фильтр HBF S 120/10 производства фирмы Andritz. Производительность одного фильтра 100 т/ч, остаточная влажность кека – 7–8%. Для фильтрования цинкового концентрата предусмотрены мембранные фильтр-прессы MFP 40S 1206/02 Vh фирмы Outokumpu. Производительность одного фильтра 5 т/ч, остаточная влажность кека – 11%.

На Норильской обогатительной фабрике в цехе фильтрации с 1996 г. успешно эксплуатируются вакуум-фильтры капиллярного действия CERAMEC CC-45. Влажность отфильтрованного медного концентрата составляет 7–8%, что удовлетворяет требованиям к концентрату, поступающему на плавильные агрегаты медеплавильного завода.

Наиболее сложными и многостадиальными являются схемы обезвоживания шламов или отходов флотации, предназначенные для получения осадков, пригодных для транспортирования и складирования в твердом виде. Пример такой схемы приведен на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Схема обезвоживания отходов флотации

Отходы флотации подают на сгущение в радиальный сгуститель, в который с целью интенсификации процесса сгущения добавляют также флокулянты. Сгущенный продукт откачивают насосом и подают на классификацию в гидроциклон. Граничная крупность разделения в гидроциклоне 40–70 мкм. Пески гидроциклона обезвоживают на ленточном вакуум-фильтре с получением осадка влажностью 19–25%. Слив гидроциклона и фильтрат ленточного вакуум-фильтра направляют в сгуститель, сгущенный продукт которого, содержащий наиболее тонкую часть отходов, обезвоживают в фильтр-прессах. Сливы сгустителей, а также фильтрат фильтр-пресса направляют в оборот. Концентрация твердого в оборотной воде не превышает 1 г/л. Влажность осадка ленточного и фильтр-прессов составляет 18–20%. Осадок пригоден для складирования в твердом виде. Применение указанной схемы обезвоживания отходов флотации позволяет исключить насосную станцию и пульпопроводы для транспортирования отходов в хвостохранилище, значительно уменьшить объемы шламохранилищ.

В зарубежной практике для обезвоживания сгущенных отходов флотации применяют в основном фильтр-прессы, что позволяет замкнуть водно-шламовый цикл фабрики и существенно снизить объемы отходов, направляемых в хвостохранилища.

6.2. Компоновка оборудования
обезвоживающих установок

Отделения сгущения. Сгустители больших размеров располагают обычно вне корпуса фильтровального отделения под открытым небом. Если фабрика расположена в районе с суровыми климатическими условиями, то сгустители больших размеров располагают в помещении, как, например, на Костомукшском ГОКе.

При открытом расположении сгустителя его размещают в непосредственной близости к главному корпусу или к корпусу фильтрования в зависимости от длины перекачивания сгущенных продуктов, рельефа местности, геологических и других условий генерального плана фабрики.

Корпуса сгущения проектируют самостоятельными лишь при большом числе сгустителей, при применении сгустителей диаметром более 30 м, по условиям рельефа.

Сгустители для обеспечения безопасного и удобного обслуживания их разгрузочных устройств сооружают на столбовых фундаментах, поднятых над уровнем пола не менее чем на 1,5 м. Если чаны сгустителей устанавливают на полу, то под днищем устраивают траншеи для обслуживания разгрузочных устройств. Возможна установка сгустителей с заглублением в землю. Сгущающие аппараты небольших размеров (диаметр D < 25 м) обычно поднимают над нулевой отметкой; сгустители с 25 £ D < 50 м устанавливают или с заглублением в землю или приподнимают над землей; сгустители с D ³ 50 м устанавливают только с заглублением в землю.

Помимо основного оборудования в отделении сгущения устанавливаются пульподелители, насосы, средства автоматизации процесса.

Корпуса фильтрования и сушки. На обогатительных фабриках малой производительности или на крупных фабриках с малым выходом концентрата оборудование для сгущения, фильтрования и складирования обезвоженных концентратов размещают в цехе обогащения.

Если устанавливаются сгустители большого диаметра и большое количество фильтров, то они выносятся в отдельное здание.

Для фабрик с большим выходом концентратов, подлежащих сушке, ввиду значительного пылевыделения по санитарно-гигиени­чес­ким соображениям рекомендуется сооружать отдельный корпус сушки.

На рудных обогатительных фабриках фильтры обычно размещаются вместе с сушилками, так как обезвоженные на фильтрах концентраты трудно транспортировать ленточными конвейерами. Часто к фильтровально-сушильному корпусу примыкают корпус сгущения, склады и погрузочные устройства для концентратов.

Рекомендуется размещать фильтры по отношению к сгустителям на верхних перекрытиях здания, чтобы переливы фильтров можно было возвратить в сгустители и, кроме того, обеспечить самотечную разгрузку осадка на конвейер или в сборник. Если перед фильтрованием нет сгущения пульпы, то для переливов и фильтрата устанавливается сгуститель, который служит буферной емкостью, создающей независимость в работе цехов флотации и фильтрования. Перед вакуум-фильтрами рекомендуется установка перемешивателей для равномерного питания фильтров.

Компоновка оборудования фильтровальных установок может быть индивидуальной или групповой. При групповой системе вспомогательное оборудование – вакуум-насосы и воздуходувки – размещаются в отдельном помещении и подключаются соответственно к общему вакуум-проводу и общему трубопроводу сжатого воздуха. Групповая компоновка фильтровальных установок на фабриках большой производительности позволяет автоматически поддерживать необходимый вакуум в системе и максимально использовать вакуум-фильтры, вакуум-насосы и воздуходувки.

На углеобогатительных фабриках обезвоживание крупных и мелких продуктов обогащения производится на грохотах, центрифугах и в бункерах. Обезвоживание флотационных концентратов осуществляется на дисковых вакуум-фильтрах. Осветление моечных вод и сгущение шламов производится в пирамидальных отстойниках и в радиальных сгустителях. Оборудование для обезвоживания размещается в главных корпусах углеобогатительных фабрик. При этом нижняя часть здания занята под обезвоживающие бункера, пирамидальные отстойники, сборники для шламовых вод, насосы и вспомогательные помещения. В верхней части здания размещаются сгустители и резервуары для оборотной моечной воды. Для сушки флотационного и мелкого концентрата (мельче 13 мм) на углеобогатительных фабриках применяют барабанные сушилки, трубы-сушилки и сушилки с кипящим слоем, которые располагают в отдельном сушильном цехе.