Розробка моделі процесів розділення при збагаченні мінеральної сировини

Валерій Самилін,

кандидат технічних наук, доцент Донецького

національного технічного університету

Ольга Мальцева,

магістрант

Розробка моделі процесів розділення при збагаченні мінеральної сировини

Збагачення вугілля являє собою складний технологічний процес, оснований на відмінностях у властивостях компонентів, що розділяються, пов'язаний з переміщенням значних об'ємів матеріалу у водному середовищі. Переробка вугілля в збагачувальних апаратах, а також транспортування його по системах комунікації неминуче приводить до утворення шламів. Накопичення шламу у водно-шламовій системі в процесі циркуляції оборотних вод приводить до порушення технологічного процесу, погіршення якісних показників продуктів збагачення.

Вузол переробки шламів є найбільш складним в технології збагачення вугілля. На процес переробки впливає ряд чинників, таких як гранулометричний склад, речовинний склад, фізико-хімічні властивості поверхні зерен, кількість глинистих частинок в супутніх породах і т.д.

Однією з основних задач в технології збагачення є управління процесами накопичення шламів у системі, своєчасне виведення з метою регенерації оборотних вод і стабілізації технологічного процесу.

Значний внесок у розвиток і вдосконалення водношламових схем збагачувальних фабрик внесли дослідження, проведені в інститутах ИОТТ, УкрНДІВуглезбагачення, ДонНТУ.

Математичне моделювання технологічних процесів суттєво розширює діапазон досліджень.

Для складання математичної моделі системи збагачення і регенерації оборотних вод доцільно подати її у вигляді укрупнених технологічних вузлів. Кожний технологічний вузол являє собою систему апаратів, сполучених між собою пульпопроводами що виконує певну роль в процесі розділення.

Представляючи водно-шламову систему у вигляді двостадійної схеми (рис. 1) ми виділили три вузли:

- вузол гравітаційного збагачення - ВГЗ, який включає операції класифікації, дроблення, відсадку, зневоднення;

- вузол згущення шламів - ВЗШ,

- вузол переробки (уловлювання) шламів - ВПШ, який включає флотацію, фільтрацію, флокуляцію і згущення шламів.

Продукт, який надходить у кожний з цих вузлів ділиться на дві частини з різним вмістом дріб'язку. Міра розділення характеризується вилученням в "згущений" продукт Е.

Операція розділення в кожному вузлі має певну інерційність, яка оцінюється величиною часу запізнення t.

На схемах і в формулах прийняті наступні позначення:

f - кількість твердого, що надходить в систему ззовні, т/год;

F - кількість твердого в живленні системи регенерації, т/год;

Ci - кількість в зливі i-го вузла, т/год;

Qi - кількість твердого в згущеному продукті i-го технологічного вузла, т/год;

У - кількість твердого, що надходить на ГК, т/год;

Р - частина зливу вузла гравітаційного збагачення, що направляється на ГК, частки од.

Ei - коефіцієнти вилучення твердого в згущений продукт i-тим вузлом, частки од.

(i - міра інерційності i-го технологічного вузла, од. часу;

t - час роботи системи, од. часу.

Виходячи з розрахункової схеми системи регенерації оборотних вод (рис. 1) і припущення, що в даний момент у вузол гравітаційного збагачення надходить деяка кількість дріб'язку F(t), а також виходячи з поняття вилучення й інерційності, можна визначити кількість дріб'язку в циркуляційних продуктах за допомогою співвідношень, приведених нижче:

С1 = (1 - Е1) F (t -1)

C2 = P(1 - E1) F(t - 1 - 2)

Q2 = P(1 - E1)Е2 F(t - 1 - 2)

C3 = P(1 - E1) (1 -E2) (1 -E3) F(t - 1 - 2 - 3) (1)

Q1 = E1F(t - 1)

Q3 = P(1 - Е1) (1 - E2) Е3F (t -1 - 2 - 3)

У свою чергу в будь-який момент часу t > 1 + 2 + 3 справедливою буде рівність

F(t) = f + (1-P)C1 + Q2 + C3 (2)

або, враховуючи значення C1,Q2,C3 знайдемо:

F(t) = f + (1-P)(1-E1)F(t-1) + P(1-E1)E2F(t-1-2) +

+P(1-E1)(1-E2)(1-E3)F(t-1-2-3) (3)

Співвідношення 3 є описує процес накопичення частинок твердого в живленні системи регенерації, що розглядається. Його рішення визначить функцію, що описує процес накопичення твердого в живленні системи в залежності від f, Ek, k і t.

Прийнявши к = 0 (тобто вважаючи вузли безінерційними), можна визначити величину твердого в продуктах живлення системи.

F() = f + (1-P)(1-E1)F()+ P(1-E1)E2F()+P(1-E1)(1-E2)(1-E3)F() (4)

Звідки легко визначити значення F() по відношенню тієї кількості дріб'язку, яка надходить в систему ззовні і утвореної в ній внаслідок стирання і розмокання.

F() = f /1-(1-E1)1-PE3(1-E2) (5)

Використовуючи співвідношення 1 легко визначити граничну кількість тонкого шламу і в продуктах розділення технологічних вузлів.

С1 = f (1-E1) / 1-(1-E1)[1-PE3(1-E2)]

C2 = f P(1-E1)(1-E2) / 1-(1-E1)[1-PE3(1-E2)]

C3 = f P(1-E1)(1-E2)(1-E3)/ 1-(1-E1)[1-PE3(1-E2)] (6)

Q1 = f E1/1-(1-E1([1-PE3(1-E2)]

Q2 = f P(1-E1)E2 / 1-(1-E1)[1-PE3(1-E2)]

Q3 = f P(1-E1)(1-E2)E3 / 1-(1-E1)[1-PE3(1-E2)] (7)

Рис.1 - Модель технологічної схеми, представлена трьома вузлами

Визначивши значення f,E1,E2,E3,1,2,3 і Р, можна визначити названі параметри, а також і всі технологічні характеристики системи регенерації, що розглядається.

Висновки

1. Запропонована модель технологічного процесу збагачення, представлена трьома вузлами.

2. Отримана залежність, що дозволяє визначити:

Кількість шламу, що виходить з вузла гравітаційного збагачення (С1),

Кількість шламу, що надходить у вузол згущення шламу (РС1),

Кількість шламу, що надходить у вузол переробки шламу (С2),

Кількість шламу, що надходить у циркуляцію (1-P)C1, Q2, С3.

3. Управляючи вказаними параметрами, можна регулювати процес накопичення дрібнодисперсних частинок твердого в живленні системи регенерації.

Література

1. Справочник по обогащению углей. - М.: Недра, 1984. - 614с.

2. Брук О.Л. Фильтрование угольных суспензий. - М.: Недра, 1978. - 271 с.

3. Губа Б.М., Богданов В.Д. Фильтровщик углеобогатительных фабрик. - М.: Недра, 1970. -112 с.

4. Гутин Ю.В., Жужиков В.А. Влияние концентрации угольных суспензий на сопротивление осадков при фильтровании. - Химическая промышленность, 1967, № 5, с. 388 - 391.

5. Фоменко Т.Г., Бутовецкий В.С., Погарцева Е.М. Водно-шламовое хозяйство углеобогатительных фабрик. - М.: Недра, 1974. -272 с.

6. Фоменко Т.Г., Благов И.С., Коткин А.М. Шламы, их накопление и обезвоживание. - М.: Недра, 1968.

7. Самылин В.Н., Коновалова Т.Ф., Гураль В.Г. Повышение эффективности переработки крупнозернистых шламов обогатительной фабрики ЕКХЗ. - Сб. Обогащение полезных ископаемых, Киев, Техника, 1986, № 36.

8. Баландин С.М. Фильтрование крупнозернистых материалов. - М.: Недра, 1988.

9. Смирнов В.А., Білецький В.С. Проектування збагачувальних фабрик. - Донецьк: Східний видавничий дім, 2002.