Сгущение в гидроциклонах и других аппаратах

На некоторых обогатительных фабриках гидроциклоны применяются для сгущения пульп и для обесшламливания продуктов перед последующими операциями, например перед флотацией. Обезвоживающие гидроциклоны и мультициклоны устанавливают обычно перед сгустителем.

На показатели работы гидроциклонов, в том числе и для сгущения и обесшламливания, влияют его конструктивные и технологические параметры. К первым относят диаметр гидроциклона, размер питающей насадки, диаметры сливного патрубка и песковой насадки, угол конусности, размер сливной трубы; ко вторым – содержание твердого в питании, объемную производительность, вещественный состав твердой фазы и физические свойства пульпы (плотность, вязкость), давление на входе.

С увеличением диаметра гидроциклона его производительность повышается, но при этом закрупняется слив, в связи с чем снижается эффективность обесшламливания. Однако при работе гидроциклонов большого диаметра (750 и 1000 мм) на разжиженных пульпах в операциях обесшламливания содержание крупных частиц может быть снижено [7].

Отношение диаметра пескового насадка к диаметру сливного патрубка составляет 0,4–0,9. Для снижения крупности частиц в сливе и для операции осветления устанавливают максимальное значение этого соотношения. Для этих целей применяют гидроциклоны с углом конусности до 5–10°, работающих на разжиженных пульпах.

Снижение крупности твердого в сливе достигается также на гидроциклонах сравнительно малых размеров.

Угол конусности гидроциклонов, предназначенных в основном для сгущения плотных пульп, составляет 20°. В этом случае отношение диаметров песковой и сливной насадок может быть небольшим.

При работе гидроциклона в режиме сгущения уменьшение диаметра песковой насадки приводит к увеличению твердого в песках и песковый продукт вытекает в виде густых витков. Но одновременно это приводит к увеличению выхода и крупности слива. Чрезмерное уменьшение диаметра песковой насадки может привести к забиванию насадки песками. Сгущающие и осветляющие гидроциклоны работают при давлениях, значительно больших, чем гидроциклоны для классификации. Для получения тонких сливов давление должно быть 0,15–0,2 МПа и поддерживается постоянным.

При использовании гидроциклонов для сгущения в некоторых случаях применяют сгущающе-осветляющую схему из двух групп гидроциклонов. Двухступенчатые батарейные гидроциклоны скомпонованы из блоков – по три гидроциклона в каждом. Один из гидроциклонов диаметром 350 мм предназначен для первичного сгущения пульп, а два гидроциклона диаметром 250 мм – для вторичного осветления слива первого гидроциклона. Сгущенные продукты обеих групп гидроциклонов объединяются.

При сгущении в гидроциклонах пульп с содержанием твердого 30% и выше, содержание твердого в песках тяжелых руд составляет 75–83%, в песках более легких руд – 70–78%. При этом чистый слив не получается. Такой слив может служить питанием сгустителя, сгущенный продукт которого объединяется с песками гидроциклона.

Рис. 3.13. Сгустительный конус: 1 – конус; 2 – питающая труба

Сгустительные конусы применяют при небольшой производительности, главным образом на углеобогатительных фабриках как для сгущения пульпы, так и для очистки угольных шламов от тонких породных частиц. Питание подается сверху или снизу (рис. 3.13) через центральную трубу с сетчатым дном и распределяется радиально в направлении сливного желоба, расположенного по периферии конуса. При движении пульпы происходит осаждение твердых частиц. Сгущенный продукт из конусов обычно выгружают периодически через штуцер с выпускным краном. Степень осветления слива зависит от площади зеркала осаждения. Угол наклона нижней конической части составляет 60–65°.

Сгустительные конусы малоэффективны при значительном содержании тонких шламов в пульпе, но в связи с простотой конструкции и несложностью в эксплуатации их можно применять в случаях, где не требуются большие площади осаждения.

Пирамидальные отстойники представляют собой ряд отсеков (железобетонных или металлических) с пирамидальными камерами в нижней части, имеющими угол наклона 70–75%. Верхняя часть отстойника является проточным желобом. Пульпа, поступающая в первый отсек, проходит через все остальные к сливному порогу. Нижняя часть, состоящая из ряда пирамидальных камер, служит сборником сгущенного продукта, который выгружают через кран или задвижку; иногда используют диафрагмовые насосы. Пирамидальные отстойники работают по принципу классификатора с горизонтальным потоком: по мере удаления от точки подачи питания происходит осаждение все более мелких и глинистых частиц. Частично осветленная вода сливается через борта последних камер. Технологические показатели работы пирамидальных отстойников, как и сгустительных конусов, зависят от постоянства подаваемого питания и своевременного выпуска сгущенного продукта. Для небольших аппаратов режим выпуска осевшего материала периодический, для аппаратов с большой площадью осветления– непрерывный.

Установлено, что отстойники хорошо работают на разжиженных пульпах с концентрацией твердого 50–100 г/л. При концентрации твердого в питании не более 110 г/л содержание класса более 0,5 мм в сливе не превышает 5–6%. Удельная производительность равна 7–10 м³/м²·ч.

Пирамидальные отстойники используют для предварительного сгущения продуктов, сливы поступают в радиальные сгустители, а сгущенные продукты аппаратов обычно объединяются. К недостаткам пирамидальных отстойников относят их громоздкость, трудоемкость обслуживания, особенно по выпуску сгущенного продукта, малую эффективность осветления. Для предотвращения забивки разгрузочных устройств к ним подводят трубы со сжатым воздухом.

Багер-зумпфы или зумпфы с элеватором применяют, главным образом, на углеобогатительных фабриках для удаления шламов из мелкого концентрата в разбавленных пульпах (до 100–120 г/л). Багер-зумпфы представляют собой сравнительно небольшого объема осветлительные резервуары, осадок из которых удаляется наклонными обезвоживающими элеваторами. В зумпфе происходит осаждение и сгущение зернистого материала, который удаляется наклонным обезвоживающим элеватором, благодаря чему улучшаются условия осаждения. Одновременно в слив выделяются тонкие шламы, таким образом установка работает и как сгуститель, и как классификатор. Багер-зумпф, благодаря непрерывному удалению осадка элеваторами, допускает удельные нагрузки в два раза больше, чем нагрузки пирамидальных отстойников. Удельная производительность багер-зумпфов составляет 15–20 м³/м²·ч. Багер-зумпфы довольно громоздки, для их установки нужна большая высота (10–25 м).