Процесс сгущения

Сгущение– это непрерывный процесс разделения твердой и жидкой фазы, основанный на естественном осаждении твердых частиц пульпы под действием силы тяжести. Твердые минеральные частицы, осевшие в аппарате для сгущения (сгустителе), непрерывно разгружаются в виде сгущенного продукта, а осветленная жидкая фаза удаляется в виде слива.

Процесс сгущения осуществляется обычно в цилиндрических резервуарах большой емкости – сгустителях, получивших широкое распространение в практике обогащения различных руд. Помимо цилиндрических сгустителей в последнее время все более широкое распространение получают пластинчатые сгустители различной конструкции, где осождение осуществляется на наклонных пластинах.

В цилиндрическом сгустителе исходная пульпа поступает в центр сгустителя. При оптимальном заполнении материалом в установившемся режиме образуется несколько зон ( рис. 178).

Исходная пульпа

Рис. 178. Зоны сгущения в радиальном сгустителе

В верхней части располагается зона А – зона осветленной воды , которая поступает в кольцевой желоб сгустителя и удаляется в виде слива. Далее следует зона Б – зона пульпы первоначальной плотности, куда подается исходная пульпа. В этой зоне в зависимости от содержания твердого происходит свободное или стесненное осаждение частиц. В нижней части находится зона уплотнения или сжатия Г, в которой жидкость выделяется из пульпы в результате давления находящегося выше материала. Иногда между зоной Б и Г выделяют промежуточную зону В – зону осаждения или сгущения. Сгущенный материал разгружается через отверстия в центральной части днища сгустителя.

На процесс сгущения, протекающий под действием силы тяжести, влияют различные факторы такие, как минералогический и гранулометрический состав материала, содержание твердого в исходной пульпе, плотность твердой фазы, температура пульпы, рН среды, наличие реагентов, требования к чистоте слива и т.п.

С увеличением крупности и плотности частиц эффективность сгущении я повышается, т.к. скорость падения их соответствует закономерностям скорости осаждения частиц – закону Стокса. Чем мельче материал, тем медленнее идет процесс сгущения, а осаждение материала крупностью менее 0,1 мкм практически прекращается. В этом случае частицы уже являются коллоидными, для которых влияние молекулярных сил, броуновского движения и электрического отталкивания одноименно заряженных частиц, уравновешивает скорость падения частиц и они находятся во взвешенном состоянии.

Трудно сгущаются глинистые материалы, когда они разбухают и тончайшие глинистые частицы обволакиваю минеральные зерна и стабилизируют их.

Увеличение плотности пульпы и понижение температуры повышают вязкость пульпы, а следовательно, увеличивают сопротивление подения частиц и уменьшают скорость их осаждения. Эффективность сгущения повышается с разжижением пульпы, но только до определенного предела, т.к. в сильно разбавленных пульпах частицы настолько разрозненны, что не могут укрупняться. Оптимальное отношение Т:Ж при сгущении составляет около 1:6.

В зависимости от состава пульпы и от состава специальных реагентов твердые частицы при сгущении осаждаются раздельно или в виде агрегатов, которые имеют значительно большую скорость осаждения. Поэтому для интенсификации процесса осаждения применяются различные способы агрегации тонких минеральных частиц и прежде всего процесс коагуляции и флокуляции.

Как известно, тонкие коллоидные частицы как твердые тела обладают свойствами адсорбировать ионы на поверхности с образованием на них двойного электрического слоя, который имеет заряд одноименный с зарядом адсорбированных ионов. Поэтому эти частицы имеют одинаковые заряды и отталкиваются друг от друга. Изменение двойного электрического слоя частиц можно осуществить добавлением электролита, который не только изменяет общий заряд частицы, но и снижает величину электрокинетического потенциала ее до такого критического значения, при котором частицы теряют устойчивость и образуют крупные агрегаты, которые обладают большой массой и быстро осаждаются. Такое явление называется коагуляцией. В качестве электролитов коагулянтов применяется известь, серная кислота, сульфаты металлов и т.п.

Тонко диспергированные частицы можно укрупнять также с помощью поверхностно – активных высокомолекулярных органических соединений. Флокулянты адсорбируются на поверхности минеральных частиц, строго ориентируясь аполярными радикалами в водную фазу. Затем частицы образуют крупные агрегаты – флокулы. Такой процесс в отличии от коагуляции называется флокуляцией.

В качестве флокулянта на обогатительных фабриках применяются ваысокомолекулярные соединения – полиакриламид, сепаран, полиоксиэтилен и др.

Молекулярная масса полиакриламида (ПАА)

где n - число звеньев в молекуле, колеблется от 1· 10⁶ до 60 · 10⁶.

Применяется ПАА в виде водного раствора концентрацией 0,05…0,15%. Расход флокулянта составляет 40…100 г/т. Использование полиакриламида позволяет увеличить скорость осаждения минеральных частиц в 4…10 раз, уменьшить потери твердого со сливом в 4…5 раз и увеличить удельную производительность сгустителя на 30…40%.

Сгустители. На обогатительных фабриках для сгущения нашли наиболее широкое распространение цилиндрические сгустители непрерывного действия с центральным или периферическим приводом, а также пластинчатые сгустители.

Радиальный сгуститель с центральным приводом ( рис. 179)

состоит из цилиндрического чана с горизонтальным или коническим днищем и кольцевым сливным желобом. В центре чана на металлической ферме укреплен вертикальный вал , к нижнему концу которого прикреплен гребковый механизм с гребками . Исходная пульпа по желобу или трубе поступает в питающую воронку, которая располагается в центре сгустителя. Пройдя предохранительный диск и распределительный диск пульпа поступает в сгуститель. Частицы минералов оседают на днище сгустителя, имеющего угол наклона до 12°, и гребками перемещаются к разгрузочной воронке в центре чана. Осветленная вода в верхней части сгустителя переливается через бор и по кольцевому желобу удаляется через отверстие в стенке чана. Чан сгустителей большого диаметра изготовляется из бетона, а сгустителей небольшого размера – из железа. Сгущенный продукт из сгустителей небольшого размера обычно разгружается самотеком, а из больших сгустителей - диафрагмовыми насосами.

Сгустители с центральным приводом имеют диаметр от 2,5 до 50 м с глубиной чана в центре от 2,8 до 7,5 мм с площадью сгущения от 5 до 7850 м² ( табл. 71).

Сгустители с периферическим приводомотличаются от сгустителей с центральным приводом только устройством разгрузочного механизма, который состоит из рамы с гребками, опирающуюся на центральную колонну и монорельс, уложенный по всему периметру чана. У периферии рама заканчивается кареткой, на которой имеется электродвигатель, редуктор и приводной ролик. Каретка движется по монорельсу и приводит в движение гребковую раму с граблинами, окружная скорость которой у периферии обычно составляет 0,1 м/с. Слив удаляется через кольцевой желоб, а сгущенный продукт через отверстия в днище откачивается центробежными или диафрагмовыми насосами.

Сгустители с периферическим приводом выпускаются только двух диаметров – 25 и 30 м ( см. табл. 71).

Таблица 71 Техническая характеристика радиальных сгустителей

Производительность сгустителей определяется по удельной производительности, т.е. по количеству твердого в сутки на 1 м² площади сгущения . Эта величина зависит от содержания твердого в сгущенном продукте, от содержания материала крупностью минус 0,074 мм в питании, от свойств ценного минерала и от свойств применяемого флокулянта. Значения удельной производительности устанавливается по практическим данным. В табл. 72 приведены значения удельной производительности сгустителя при сгущении различных концентратов.

Таблица 72. Удельная производительность сгустителя при сгущении концентратов

В последнее время повсеместное использование находят высокопроизводительные цилиндрические сгустители типа Супафло фирмы Оутокумпу ( Финляндия). Производительность этих сгустители в 3…10 раз больше производительности обычных сгустителей. Они обеспечивают получение сгущенного продукта плотностью до 75% и чистого слива.

Отличаются эти сгустители наличием питающего колодца, в который питание и раствор флокулянта подается по касательной ( типа трубы Вентури), и в котором происходит эффективная флокуляция с деаэрацией поступающей пульпы, наличием перегородок для регулирования перемешивания и регулируемой скоростью подачи пульпы. Все это приводит к увеличению скорости осаждения, снижению расхода флокулянта, повышению производительности по твердому и увеличению плотности сгущенного продукта. Кроме того, сгуститель Супафло имеют небольшой размер и занимают значительно меньше площади, чем обычные сгустители. Диаметр наиболее широко применяемых сгустителей Супафло обычно составляет от 6 до 12 м.

В пластинчатых сгустителях используется принцип осаждения на наклонной поверхности. Пульпа в этих сгустителях проходят в каналах небольшой толщины, образуемых тонкими наклонно установленными пластинами под углом 55°. Это позволяет придать потоку пульпы ламинарный характер, значительно сократить путь и время осаждения твердых частиц, что значительно увеличивает ( в 5…10 раз) удельную производительность сгустителя на единицу занимаемой площади по сравнению с радиальным сгустителем.

Пластинчатый сгуститель ( рис.180) состоит из двух основных частей – верхней емкости с наклонными пластинами и нижней цилиндрической или конической емкости для отстоя.

Рис. 180. Плпстинчатый сгутитель

1 – подача питания; 2 – камера флокуляции; 3 – пакеты наклонных плстин; 4 – слив; 5 – выход слива; 6 – отстойная камера; 7 – сгущенный продукт; 8 – гребок сприводом; 9 – мешалка камеры флокуляции

Питание в пластинчатый сгуститель поступает через вертикальные камеры, которые расположены с двух сторон верхней емкости с наклонными пластинами и через щелевые питающие отверстия равномерно распределяется между пластинами без взмучивания. Твердая фаза осаждается на пластинах, которые изготовляются из стеклопластика или алюминиевого сплава, и попадает в нижнюю трапецевидную емкость, где происходит дальнейшее сгущение и уплотнение. Площадь выше ввода питания является зоной осветления В сгустителе предусмотрено регулирование процесса осаждения и получение сгущенного продукта, содержащего до 60% твердого, и слива с содержание твердого 0…1 г/л. Однако эти сгустители не могут применяться для сгущения крупного материала и материала, имеющего большую плотность, а также для пульпы с высоким содержанием пены.

В табл. 73 приведена техническая характеристика сгустителей пластинчатого типа СП.

Таблица 73. Техническая характеристика пластинчатых сгустителей СП

Фирма Меtso Minerals выпускает пластинчатые сгуститель нескольких типов: сгустители с удлиненныи чаном LT с общим объемом пульпы от 1,1 до 72,8 м³, LTS c объемом от 0,8 до 65 м³, LTK c объемом от 4,5 до 112 м³ и комбинированный пластинчато - чановый сгуститель с диаметром чана от 6300 до 12000 мм, площадью осаждения от 220 до 1040 м² и объемом пульпы от 86 до 1004 м³.

Иногда для сгущения используются гидроциклоны, которые обычно устанавливаются перед сгустителями. Слив гидроциклонов является питанием сгустителей. В результате выделения в пески гидроциклона наиболее крупных классов улучшаются условия сгущения в сгустителе и снижается расход флокулянта. Пески гидроциклонов и сгущенный продукт сгустителя обычно объединяются.