Обґрунтування параметрів технології зневоднення вугільних шламів на високочастотних грохотах

Abstract

У дисертації вирішено актуальну наукову задачу вдосконалення процесу механічного зневоднення вугільних шламів нефлотаційної крупності на основі розробки технології віброущільнення шару матеріалу на кінцевій стадії процесу та створення для неї високочастотного грохота з різнопохилими ділянками ро-бочої поверхні. На базі теоретичних досліджень розроблено фізичну модель процесу зне-воднення вугільного шламу на віброгрохоті, яка містить явища переходу в’язкої суспензії у вʼязкопластисний і далі у вʼязкопружнопластичний матеріал за ра-хунок відповідно згущення, концентрації і ущільнення, та математичну модель віброущільнення шару матеріалу на кінцевій стадії процесу зневоднення, яка враховує його реологічні властивості. У результаті лабораторних та промислових досліджень встановлені зако-номірності переходу в’язкої вугільної суспензії у вʼязкопластичний і далі вʼязкопружнопластичний матеріал, на підставі яких розроблена удосконалена технологія зневоднення вугільного шламу нефлотаційної крупності, а для її впровадження створено високочастотний грохот з різнопохилими ділянками робочої поверхні та запропоновані технічні рішення щодо модернізації існую-чих високочастотних грохотів. Впровадження удосконаленої технології зневоднення вугільних шламів здійснено на ЦЗФ «Октябрьська» та ЦЗФ «Гуківська» з загальним річним роз-рахунковим економічним ефектом 6,8 млн. грн.

В диссертации решена актуальная научная задача совершенствования процесса механического обезвоживания угольных шламов на основе разработ-ки технологии виброуплотнения слоя материала на конечной стадии процесса для частичного удаления капиллярной воды из порового пространства материа-ла и создания для нее высокочастотного грохота с разнонаклонными участками рабочей поверхности. На базе теоретических исследований разработана физическая модель процесса обезвоживания угольного шлама на виброгрохоте, которая содержит явления перехода вязкой угольной суспензии в вязкопластичный и далее вязко-упругопластичный материал за счет, соответственно, сгущения, концентрации и уплотнения. Установлено, что процесс обезвоживания суспензии на сите виброгрохота состоит из трех этапов: на первом этапе, характеризуемом значительным соде-ржанием жидкой фазы, происходит предварительное обезвоживание за счет сброса свободной воды, обусловленное главным образом гидростатическим да-влением слоя суспензии; на втором этапе процесс обезвоживания обусловлен инерционной составляющей виброколебаний, обеспечивающий отрыв внешней поверхностной воды, на третьем этапе процесс обезвоживания происходит за счет виброуплотнения материала, сопровождающимся частичным выделением капиллярной воды из его порового пространства. На первом этапе происходит перевод угольной суспензии в высококонцентрированную (до 600 кг/м3); на втором – перевод высококонцентрированной суспензии в вязкопластичный ма-териал (до 900 кг/м3); на третьем – перевод вязкопластичного материала в вяз-коупругопластический матеріал (более 900 кг/м3). На конечных двух этапах обезвоживания материал характеризуется вяз-копластическими свойствами и может быть описан реологической моделью Би-нгама-Шведова. Разработаная математическая модель процесса виброуплотнения слоя материала в процессе обезвоживания, содержащая реологические параметры материала и включающая в явном виде амплитуду и частоту колебаний рабочей поверхности, позволила установить, что в диапазоне динамических параметров существующих грохотов интенсификация процесса обезвоживания наиболее эффективна путем повышения частоты колебаний рабочей поверхности до ве-личины, ограничиваемой реологическими свойствами материала. При этом не-обходимым условием перехода вязкой суспензии в концентрированную и далее в вязкопластичный и вязкоупругопластичный материал являются соответству-ющие значения реологического параметра , где - скорость деформации слоя; - число Рейнольдса. В результате экспериментальных исследований установлено: наибольшее значение скорости уплотнения обезвоживаемого материала достигается при ам-плитуде и частоте колебаний сита грохота, соответственно, 1,5-2,0 мм и 1500-2000 мин-1 в зависимости от толщины слоя, при этом время уплотнения должно быть не менее 35 с. Обезвоживающая поверхность шламовых высокочастотных грохотов должна состоять из трех разнонаклонных участков, причем начальный и конечный участки имеют, соответственно, отрицательный (до -20°) и положи-тельный (до +15°) наклон по отношению к среднему участку. Общая длина рабо-чей поверхности высокочастотного грохота при обезвоживании угольных шла-мов должна быть не менее 2,5 м. Разработана конструкция высокочастотного грохота ГісМх-2,5х1 для обез-воживания угольных шламов нефлотационной крупности, который выдержал приемочные испытания и рекомендован серийному производству. Определено направление модернизации существующих высокочастотных грохотов путем изменения плоской обезвоживающей поверхности в не симметричную S-образную. Внедрение усовершенствованной технологии обезвоживания угольных шламов осуществлено на ЦОФ «Октябрьская» (на базе высокочастотного гро-хота ГісМх-2,5х1) и ЦОФ «Гуковская» (на базе высокочастотного модернизи-рованного грохота ГВЧ-41М). Применение на ЦОФ «Октябрьская» высокочастотного грохота ГісМх-2,5х1 на операции обезвоживания сгущенного продукта гидроциклонов ГЦ-1000 вместо грохота ГК-3 снизило влажность шлама на 29,6% с 53,9% до 24,3%, что позволи-ло уменьшить влажность товарной продукции фабрики на 0,3% с 11,6% до 11,3%. Использование на ЦОФ «Гуковская» модернизированного высокочастотно-го грохота ГВЧ-41М на операции обезвоживания концентрата и отходов винтовых сепараторов вместо высокочастотного грохота ГВЧ-41 позволило снизить влаж-ность концентрата винтовых сепараторов на 6% с 28,0% до 22,0%, отходов на 5,3% с 21,3% до 16,0%, что позволило уменьшить влажность общего концентрата фабрики на 0,2% с 7,1% до 6,9%. Суммарный расчетный экономический эффект от применения высокочасто-тных грохотов ГісМх-2,5х1 на ЦОФ «Октябрьская» и ГВЧ-41М на ЦОФ «Гуковс-кая», полученный за счет увеличения реализационной стоимости товарной уголь-ной продукции, составил 6,8 млн. грн.

In dissertation the actual research task of perfection of process of mechanical dehydration of unflotation's size coal's mud is decided size on the basis of develop-ment of technology of vibrocompression of layer of material on the final stage of process and creation for it high-frequency screen with the different slopes areas of working surface. On the base of theoretical researches the physical model of process of dehydra-tion of coal's mud is developed on a vibrocsreen, which contains the phenomena of transition of viscid suspensoids in visco-plastic and farther in visco-spring-plastic material due to accordingly concentration, concentrations and compressions, and mathematical model of vibrocompression of layer of material, on the final stage of process of dehydration, which takes into account him rheological properties. As a result of laboratory and industrial researches conformities to the law of transition of viscid coal suspensoids are set in visco-plastic and farther visco-spring-plastic material, on the basis of which the developed is improved technology of de-hydration of unflotation's size coal's mud , and for its introduction a high-frequency csreen is created with the different slopes areas of working surface and technical so-lutions are offered in relation to modernization of existent high-frequency screen's. Introduction of the improved technology of dehydration of coal's mud is car-ried out on CPP «Oktyabr'ska» and CPP «Gukivska» with a general annual calcula-tion economic effect 6,8 million uah