Основные факторы 

Разделение угля по плотности в тяжелых средах зависит от характеристик обогащаемого угля, а также от технологических параметров.

К технологическим параметрам относятся: удельная производительность аппарата, объемная концентрация твердой фазы, вязкость суспензии, крупность магнетита, плотность суспензии, расход воды на отмывку утяжелителя, давление суспензии на входе в гидроциклон, расход суспензии и др. Технологические параметры подразделяются на регулируемые (поддающиеся оперативному изменению) и нерегулируемые, изменяющиеся независимо от оператора или устанавливающиеся в период наладки тяжелосредного оборудования. Некоторые нерегулируемые параметры жестко задаются проектом данной обогатительной фабрики (например, давление суспензии на входе).

Характеристика исходного угля.

Из опыта эксплуатации тяжелосредных сепараторов и гидроциклонов известно, что колебания гранулометрического состава исходного угля влияют на точность разделения обогащаемого угля. Повышение содержания мелочи в исходном угле снижает общую эффективность обогащения угля в тяжелой среде (табл. 3.4). Нижняя граница крупности частиц угля при обогащении в тяжелосредных гидроциклонах обычно составляет 0,1—0,15 мм, поэтому частицы меньших размеров разделяются неэффективно.

Однако по сравнению с другими методами точность разделения тонких классов при обогащении в тяжелосредных гидроциклонах значительно выше.

Концентрация твердого в суспензии.

Разделившуюся по плотности угольную мелочь необходимо отделить от магнетита и направить на осветление, чтобы содержание твердого в суспензии было в пределах допустимого. Это особенно важно при обогащении угольной мелочи в трехпродуктовом гидроциклоне, так как в данном аппарате обязательным условием для получения трех конечных продуктов является сгущение суспензии. Если в питании тяжелосредных гидроциклонов содержатся в большом количестве зерна размером менее 0,2 мм, то для обеспечения высокой точности разделения рабочая суспензия должна иметь по возможности минимальную вязкость (концентрацию шлама не более 150 кг/м3).

В установке производительностью 100 т/ч циркулирует примерно 400 м3/ч рабочей среды. В 1 м3 суспензии плотностью 1500 кг/м3, содержащей 550 кг магнетита и 130 кг шлама, таким образом, циркулирует около 52 т/ч угольных и породных частиц размером менее 0,5 мм.

При содержании шлама в питании гидроциклонной установки 4—5 % с отходами регенерации необходимо выводить из системы 4—5 т/ч шлама. Если же процесс обесшламливания нарушается и содержание мелких классов превышает указанные значения, то тогда равновесие наступает при более высокой концентрации шлама в суспензии. Увеличение концентрации шлама, а следовательно, и вязкости тяжелой среды по-разному влияет на точность разделения в тяжелосредных сепараторах.

По данным Г. А. Ван Доорнум, А. Дж. Петрик, точность разделения в тяжелосредных сепараторах угля крупностью до 38 мм остается достаточно высокой до тех пор, пока вязкость суспензии не превышает 0,2 Па-с. На разделение мелких зерен вязкость оказывает более сильное влияние. Для угля крупностью 19—38 мм точность разделения заметно снижается при вязкости 0,1 Па-с, а для угля крупностью 6—19 мм — при вязкости 0,09 Па-с. Г. Гейденрейхом также установлено, что с увеличением содержания шлама в суспензии точность разделения снижается, особенно для мелких зерен при использовании транспортерной ленты нужного качества. Опыт эксплуатации тяжелосредных сепараторов на обогатительных фабриках Донбасса подтверждает мнение многих исследователей о том, что если разделение в сепараторе происходит при низких концентрациях твердого и, следовательно, небольшой вязкости тяжелой среды, то на эффективность обогащения не влияет изменение удельной подачи пульпы. При значительной объемной концентрации твердой фазы удельная подача на сепаратор становится доминирующим фактором, влияющим на разделение. При допустимой концентрации шлама (190 кг/м3) для суспензии плотностью 1800 кг/м3 проводились опыты по обогащению на тяжелосредных сепараторах угля крупностью 6—300 мм, в процессе которых концентрация шлама возрастала до 480 кг/м3. Максимальная подача материала на сепаратор составила 140 т/ч на 1 м ширины ванны.

В результате, опытов установлено, что только при концентрации шлама 480 кг/м3 нарушился нормальный ход процесса (погрешность разделения 85 кг/м3). Содержание видимой породы в концентрате плотностью более 3000 кг/м3 достигло 18 %. При этом были получены исключительно чистые отходы, содержащие около 98 % фракции плотностью, большей, чем плотность суспензии. При дальнейшем увеличении концентрации шлама в суспензии ухудшается эффективность разделения, причем так резко, что даже крупная (до 200 мм) порода попадает в концентрат. Значительно возрастают и потери магнетита с продуктами обогащения. По данным Г. Гейденрейха потери магнетита с концентратом при постоянной производительности сепаратора и подаче ополаскивающей воды следующие: для угля крупностью 40—160 мм при объемной концентрации шлама в суспензии 25; 53 и 70 % соответственно 0,045; 0,057 и 0,142 кг/т, а для угля крупностью 10—40 мм при объемной концентрации шлама 25 и 55 % соответственно 0,1 и 0,3 кг/т.

Влияние концентрации твердого в суспензии на обогащение в тяжелосредных гидроциклонах несколько иное. С повышением концентрации шлама и плотности суспензии происходит ее структурирование. Состояние структурированной суспензии характеризуется двумя параметрами: вязкостью и предельным напряжением сдвига. При развитом турбулентном режиме многие структурированные тонкодисперсные суспензии ведут себя как однородные жидкости повышенной плотности. Режим течения жидкости в гидроциклоне турбулентный. Тонкодисперсные твердые частицы «гасят» турбулентные пульсации и тем самым ламинизируют поток, а грубодисперсные — изменяют только характер турбулентности. При высокой концентрации твердого в угольной суспензии наблюдается непосредственное взаимодействие между частицами в результате их столкновений и вследствие этого изменение структуры потока. При максимальной концентрации твердых частиц образуется такая их структура, при которой турбулентность исчезает. Этим можно объяснить наблюдаемое в некоторых случаях повышение точности (снижение погрешности) разделения при незначительном увеличении концентрации шлама в суспензии и изменении производительности трехпродуктового гидроциклона.

Производительность гидроциклона с увеличением плотности тяжелой среды до 1800 кг/м3 возрастает, а при дальнейшем повышении плотности суспензии — уменьшается. Гидродинамическое сопротивление гидроциклона в этом случае увеличивается в результате взаимодействия частиц друг с другом, с дисперсной средой и со стенками гидроциклона.

Крупность магнетита, применяемого в качестве утяжелителя, влияет на результаты обогащения угля в тяжелых средах, однако сама она подбирается в зависимости от типа обогатительного аппарата и содержания илистых частиц в суспензии.

На предприятиях Украины, обогащающих угли в сепараторах типа СК, СКВ и тяжелосредных гидроциклонах, в качестве утяжелителя используют мелкозернистый магнетитовый концентрат Южного горно-обогатительного комбината (ЮГОКа) с содержанием 92—96 % класса —74 мкм. На обогатительной фабрике разреза «Нерюнгринский» ПО «Якутуголь», ОФ «Северная» ПО «Воркутауголь» и ЦОФ «Ткварчельская» ПО «Грузуголь» применяют крупнозернистый магнетит.

В результате проведенных на ЦОФ «Максимовская» ПО «Ворошилов-градуглеобогащение» исследованийустановлено, что если использовать в вечного  коэффициента для качестве утяжелителя крупнозерстый магнетит, то из-за расслоения суспензии в ванне сепаратора фактическая плотность разделения превысит плотность суспензии на 430 кг/м3. Может наступить такой момент, когда в сепараторе образуется свод из уплотненного слоя суспензии, при этом отходы не тонут в тяжелой среде, а разгружаются через порог сепаратора совместно с концентратом.

Установлено, что крупнозернистый утяжелитель легче смывается с продуктов обогащения. Так, при опытном обогащении на ЦОФ «Украина» ПО «Донецкуглеобогащение» (используют только шахтную конвейерную ленту) потери магнетита составили 1700 и 1300 г/т при использовании магнетита с содержанием соответственно 88 и 70,3 % класса —63 мкм. Погрешность разделения угля в сепараторе СК20 составила 50 и 32,5 кг/м3 при применении соответственно тонко- и крупнозернистого магнетита.

Такие показатели разделения можно объяснить увеличением вязкости суспензии из-за наличия в оборотной воде илистых частиц.

При использовании тонкоизмельченного магнетита для обогащения угля в тяжелосредном гидроциклоне плотности суспензий, уходящих в слив и пески, практически одинаковы, при этом плотность разделения близка к плотности исходной суспензии, а точность разделения высокая.

При использовании крупнозернистого магнетита в качестве утяжелителя в трехпродуктовых тяжелосредных гидроциклонах можно получать: разницу в плотностях разделения в I и II стадии до 1000 кг/м3; минимальную вязкость суспензии; высокую точность (малую погрешность) разделения.

В некоторых случаях при обогащении угля в двухпродуктовых тяжелосредных гидроциклонах с использованием крупнозернистого утяжелителя, можно получить высокую точность разделения. Она зависит от концентрации шлама. Сначала с ростом концентрации шлама погрешность разделения уменьшается, а затем начинает возрастать из-за увеличения вязкости суспензии. Таким образом, крупнозернистый магнетит целесообразно применять на фабриках, обогащающих угли с глинистыми породами, т. с. если в суспензии имеются илистые частицы, а также для получения разницы в плотностях разделения более 300 кг/м3 в трехпродуктовых гидроциклонах.

Расход воды на отмывку магнетита от продуктов обогащения. Для отмывки продуктов обогащения от магнетита с целью улавливания утяжелителя и возврата его в процесс применяют оборотную и чистую техническую воду. В качестве оборотной воды на установках для обогащения в тяжелых суспензиях используют слив магнитных сепараторов, который самотеком подводится к брызгальным устройствам, работающим по принципу водослива или дождевания. При применении брызгал, работающих по принципу дождевания, расход воды уменьшается в 3 раза.

Расход воды на отмывку магнетита от продуктов обогащения крупного угля колеблется в пределах 0,5—1,5 м3/т и зависит от его крупности, плотности суспензии, производительности грохота, равномерности распределения материала и воды по ширине грохота, содержания шлама в промывочной воде, типа брызгал и др. При отмывке продуктов обогащения мелкого угля расход воды возрастает до 1,2—3 м3/т. Основная часть воды поступает на отмывку из перелива магнитных сепараторов системы регенерации. Свежей или осветленной воды следует расходовать не более 0,2—0,3 м3 на 1 т продуктов. Способ отделения суспензии. Суспензию отделяют на вибрационных грохотах, оборудованных щелевидными или ткаными ситами. Размер щели сита выбирают в зависимости от крупности исходного угля, плотности суспензии и ее реологических свойств.

При большой вязкости суспензии  может наступить  такой момент, когда дренаж суспензии прекратится и в течение 10— -15 мин вся тяжелая среда уйдет с продуктами обогащения.

Для отделения суспензии при обезвоживании на грохотах мелкого угля обычно применяют щелевидные сита с размером щели 0,5—1 мм. (при раздельной регенерации до 3 мм), а при обезвоживании крупного угля — 0,75—1,5 мм. Реже применяют тканую сетку типа «Волна» с размером отверстия 0,7X1,4 мм. Длина обезвоживающего грохота на участке отделения суспензии должна быть не менее 1,5 м, а на-участках отмывки продуктов и обезвоживания после отмывки— 1,5—2 м.

Для отделения суспензии и обезвоживания продуктов обогащения с их отмывкой применяют как односитные, гак и двухситиые грохоты с размерами отверстий верхнего разгрузочного сита 6; 13 или 25 мм.

При применении тканых сит допускается увеличивать подачу в 1,5—2 раза. Перед грохотами, обезвоживающими концентрат и промпродукт гидроциклонов, для частичного отделения суспензии устанавливают дуговые сита.