PL152467B1 - Urządzenie do klasyfikacji zawiesin węglowych dla uzyskania koncentratów węgli najdrobniejszych - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 152 467 POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr--Int. Cl.⁵ B03B 5/62

Zgłoszono: 88 01 28 (P. 270329)

Pierwszeństwo--Zgłoszenie ogłoszono: 88 11 10

Opis patentowy opublikowano: 1991 06 28

Twórcy wynalazku: Sławomir Panek, Czesław Kozłowski, Zygfryd Nowak, Jerzy Sredniawa

Uprawniony z patentu: Główny Instytut Górnictwa,

Katowice (Polska)

Urządzenie do klasyfikacji zawiesin węglowych dla uzyskania koncentratów węgli najdrobniejszych

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do klasyfikacji zawiesin węglowych dla uzyskania koncentratów węgli najdrobniejszych o żądanych parametrach jakościowych.

Podczas wzbogacania węgla kamiennego do obiegu wodnomułowego zakładu przeróbczego przedostaje się faza stała o górnym wymiarze ziarn 3/2/mm. faza ta stanowi składnik zawiesin, które zgodnie z używaną terminologią określa się wspólnym terminem jako zawiesiny płuczkowe. W zależności od zastosowanego w zakładzie przeróbczym schematu technologicznomaszynowego, zawiesinami płuczkowymi mogą być zawiesiny pochodzące z węzła klasyfikacji mułu, z węzła rekuperacji w płuczkach grubo i średnioziarnowych opartych na separatorach zawiesinowych, z węzła odmulania w płuczkach osadzarkowych (w przypadku gdy proces ten jest stosowany), z węzłów odwadniania produktów wzbogacania w płuczkach osadzarkowych, z węzła odmulania produktów wzbogacania w technologii water-only, z węzła odmulania miału w zawiesinowych płuczkach cyklonowych, z węzła rekuperacji w zawiesinowych płuczkach cyklonowych, z wód awaryjnych i wód spustowych pochodzących z opróżniania maszyn i urządzeń pracujących z ośrodkiem wodnym oraz z wód zmywczych.

Dotychczas w istniejących zakładach przeróbczych stosuje się najczęściej dwa schematy technologiczne obiegów wodno-mułowych. Zgodnie z pierwszym schematem dla zakładów przeróbczych o głębokości wzbogacania +0,5 mm, to jest zakładów w których produkowany jest muł surowy (niewzbogacony), nadawa to jest wody popłuczkowe kierowane są do węzła klasyfikacji, w którym stosowane jest rząpie o stałej powierzchni czynnej. Rząpie to współpracuje z węzłem odwadniania mułów gruboziarnistych wydzielanych w klasyfikatorze. Przelew klasyfikatora hydraulicznego kierowany jest do węzła klarowania, w którym najczęściej stosowane są zagęszczacze promieniowe, pracujące zazwyczaj z dodatkiem flokulanta. Wylew zagęszczaczy promieniowych, to jest zagęszczone muły, kierowany jest do węzła odwadniania, w którym stosuje się filtry

152 467 próżniowe, a w przypadku trudnofiltrowalnych mułów, prasy filtracyjne. Przelew zagęszczacza promieniowego, będący sklarowaną wodą jest recyrkulowany do obiegu.

Natomiast w drugim schemacie dla zakładów przeróbczych o głębokości wzbogacania do 0 mm, to jest zakładów w których wzbogacane są muły, stosowanym obecnie w zakładach przeróbczych wzbogacających węgle koksowe i przewidywanym w przyszłości do stosowania w płuczkach mułowych węgli energetycznych, można umownie wydzielić dwa bloki maszyn i urządzeń, spełniających odmienne funkcje technologiczne. W pierwszym bloku realizowane są procesy przygotowania do wzbogacania flotacyjnego, mające za zadanie ograniczenie górnego wymiaru ziarn fazy stałej zawiesiny kierowanej do flotacji oraz często otrzymywanie zadanej koncentracji fazy stałej w tej zawiesinie. Blok ten obejmuje zwykle węzeł klasyfikacji hydraulicznej to jest klasyfikator hydrauliczny o stałej powierzchni czynnej, współpracujący z węzłem odwadniania mułów gruboziarnistych wydzielonych w klasyfikatorze oraz węzeł dogęszczania nadawy do flotacji to jest zagęszczacz promieniowy wraz z układem umożliwiającym bocznikowanie części kierowanych do niego zawiesin. Węzeł dogęszczania nadawy spełnia trzy zadania to jest dogęszczanie czyli uzyskiwanie zadanej koncentracji fazy stałej w nadawie do flotacji, ilościową stabilizację tej nadawy oraz klarowanie tej części zawiesin, która jest kierowana do zagęszczacza promieniowego, a następnie recyrkulowanie sklarowanej wody do obiegu. W bloku drugim realizowany jest proces flotacyjnego wzbogacania zawiesin i obróbka produktów flotacji. Blok ten obejmuje zwykle węzeł wzbogacania flotacyjnego, węzeł odwadniania koncentratu flotacyjnego, węzeł klarowania wód poflotacyjnych oraz węzeł odwadniania odpadów flotacyjnych. Woda sklarowana jest recyrkulowana do obiegu.

Według dotychczasowych rozwiązań uzyskiwanie pożądanego składu ziarnowego fazy stałej w zawiesinach kierowanych bądź do klarowania (zagęszczania) i odwadniania jak to ma miejsce w przypadkach produkowania mułów surowych, bądź też do flotacji, oparte jest na hydraulicznej klasyfikacji zawiesin, przeprowadzonej w klasyfikatorach wykonanych zazwyczaj w postaci rząpi o stałej powierzchni czynnej, przy czym do rząpi tych kieruje się zawiesiny zbiorcze z zakładu przeróbczego, to jest zawiesiny z płuczki cieczy ciężkiej w przypadku wzbogacania węgla w zakresie +20 mm lub też łącznie zawiesiny z płuczki cieczy ciężkiej i płuczki miałowej w przypadku wzbogacania węgla w zakresie do 0,5 mm i do 0 mm. Powierzchnię rząpi klasyfikacyjnych określa się w projektach na podstawie wskaźników jednostkowego obciążenia ich powierzchni. Przy doborze wartości liczbowej tego wskaźnika bierze się również pod uwagę własności sedymentacyjne fazy stałej. Wskaźniki te mają głównie charakter empiryczny i są oparte o wyniki badań tego samego rodzaju lub podobnych rząpi, pracujących w istniejących zakładach przeróbki mechanicznej węgla. Dla maksymalnego wymiaru ziarna 0,5 mm przy koncentracji części stałych w nadawie do klasyfikatora zawartej w granicach 60-100 kg m”³ wartości tych wskaźników wahają się w granicach 25-35 m3m”²h”i.

W praktyce ruchowej występują jednak wahania ilościowych i jakościowych parametrów nadawy kierowanej do rząpi klasyfikacyjnych w stosunku do wartości założonych w projekcie. Wahania ilościowe mają miejsce przy zmianach wprowadzanych w obiegu wodno-mułowym (ilości wody do osadzarek, ilości wody natryskowej) oraz przy wyłączeniu z pracy niektórych maszyn i urządzeń (na przykład wyłączenie jednego rząpia klasyfikacyjnego). Wahania jakościowe (koncentracja fazy stałej, zapopielenie) występują przy zmianie technologicznych parametrów nadawy i związane są z cytowanym już wyżej kierowaniem do rząpi klasyfikacyjnych wysoko zazwyczaj zapopielonych zawiesin z płuczki cieczy ciężkiej, czy odmulania miałów łącznie z nisko zapopielonymi zawiesinami z odwadniania koncentratów miałowych. Wahania o których mowa wyżej, należy rozumieć jako długotrwałe odchylenia od wartości założonych w projekcie. Obserwowane wahania jednostkowego obciążenia powierzchni klasyfikatora, jak również jakościowe zmiany nadawy do klasyfikatora, powodują zmianę wymiaru ziarna maksymalnego przelewu w szerokich granicach od 0,3 do 0,8 mm. W takim układzie klasyfikator hydrauliczny nie daje możliwości ingerencji w ustalenie parametrów jakościowych oraz żądanego składu ziarnowego wylewu i zadanego składu ziarnowego przelewu klasyfikatora, stanowiącego nadawę do odwadniania lub do flotacji.

W przypadku zakładów przeróbczych produkujących muły surowe brak możliwości regulowania wymiarów ziarna podziałowego, a tym samym składu ziarnowego mułu kierowanego do węzła odwadniania, nie powoduje zazwyczaj większych zakłóceń, jeżeli w węźle tym pracują filtry próżniowe. Stała powierzchnia klasyfikacyjna rząpia uniemożliwia jednak regulowanie składu

152 467 ziarnowego, a to z kolei nie pozwala na dobór składu ziarnowego najkorzystniejszego dla pracy filtrów próżniowych. W węzłach odwadniania opartych na prasach filtracyjnych niekorzystny wymiar ziarna podziałowego (zbyt duży) w rząpiu klasyfikacyjnym ma zdecydowanie niekorzystny wpływ na pracę tych pras. W przypadku zakładów przeróbczych wzbogacających muły metodą flotacji, skierowanie do flotacji nadawy sklasyfikowanej względem zbyt wysokiego wymiaru ziarna podziałowego powoduje nieuchronnie wystąpienie strat substancji węglowej w odpadach. Niekiedy usiłuje się te straty zmniejszyć poprzez wtórną klasyfikację odpadów flotacyjnych w cyklonach. Są to jednak operacje kosztowne, dające tylko częściowe rozwiązanie technologiczne. Zjawisko zbyt dużego wymiaru ziarna podziałowego występuje często w warunkach przemysłowych przy flotacji węgli koksowych. Wystąpiło ono również podczas doświadczalnego wzbogacania metodą flotacji najdrobniejszych ziarn węgli energetycznych. Proces przygotowania zawiesin pod względem składu ziarnowego i koncentracji fazy stałej w zawiesinie powinien w przemysłowych warunkach dawać możliwość regulacji górnego wymiaru ziarn kierowanych do flotacji, stabilizacji wymiaru ziarn na ustalonym poziomie, a w uzasadnionych przypadkach możliwość wydzielania z nadawy do flotacji najdrobniejszych, wysokozapopielonych ziarn ilastych.

Stosowane obecnie rozwiązania węzła klasyfikacji hydraulicznej nie zapewniają tych warunków i powodują wystąpienie szeregu negatywnych zjawisk, takich jak: straty substancji węglowej w odpadach flotacyjnych powstające na skutek skierowania do flotacji zbyt dużych wzbogaconych już w osadzarce ziarn węglowych, wzrost kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych wzbogacania flotacyjnego z uwagi na obecność w nadawie do flotacji wzbogaconych już ziarn o wymiarach powyżej 0,2 mm, jak i najdrobniejszych wysokozapopielonych ziarn ilastych, które w uzasadnionych przypadkach mogą być wydzielone innymi tańszymi metodami, wzrost kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych odwadniania koncentratu flotacyjnego na skutek przechodzenia do tego koncentratu części zanieczyszczeń ilastych, wysoki stopień zawilgocenia częściowo zailonych koncentratów flotacyjnych odwadnianych tradycyjną metodą filtracji próżniowej, powodujący obniżenie ceny zbytu mieszanek koncentratu miałowego z koncentratem flotacyjnym.

Istotną nieprawidłowością dotychczasowych rozwiązań w zakładach przeróbczych węgla o zakresie wzbogacania do 0,5 mm i do Omm jest również kierowanie do rząpi klasyfikacyjnych połączonych zawiesin, to jest z płuczki cieczy ciężkiej czy odmulania miału (niskopopiołowych) oraz zawiesin z płuczki osadzarkowej (wysokopopiołowych). Układ taki powoduje zanieczyszczenie wzbogaconych już miałów gruboziarnistych (+0,2 mm) pochodzących z odwadniania koncentratów miałowych mułami o wyższej zawartości popiołu. Ze względu na pogorszoną jakość mułów gruboziarnistych, stanowiących po klasyfikacji hydraulicznej wylew rząpi klasyfikacyjnych, po odwodnieniu są one kierowane według dotychczasowych rozwiązań bądź do miału surowego bądź też zawracane do wtórnego wzbogacania w osadzarkach.

Powyższe wady i niedogodności usuwa urządzenie do klasyfikacji zawiesin węglowych dla uzyskania koncentratów węgli najdrobniejszych według wynalazku, stanowiące klasyfikator hydrauliczny o poziomym przepływie strumienia zawiesin, wyposażony w koryto nadawcze, zbiornik oraz koryto przelewowe i odprowadzenie przelewu. Zgodnie z wynalazkiem w pierwszej wersji wykonania urządzenie ma dodatkowe ruchome ściany boczne do zmiany powierzchni czynnej zbiornika, zamocowane przesuwnie w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu nadawy. Natomiast w drugiej wersji urządzenie ma zgodnie z wynalazkiem ruchome koryto nadawcze z dodatkową ścianą czołową do zmiany powierzchni czynnej zbiornika, zamocowane przesuwnie w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu nadawy.

Zastosowanie urządzenia według wynalazku pozwala uzyskać szereg wymiernych efektów technologicznych i ekonomicznych, takich jak znaczne ograniczenie ilościowego zakresu wzbogacania flotacyjnego lub jego eliminację, ograniczenie strat substancji węglowej, istotne obniżenie poziomu zawilgocenia koncentratu flotacyjnego oraz wzrost cen zbytu mieszanek koncentratu miałowego z odwodnionym odiłowanym mułem. Wykonane ostatnio badania właściwości zailonych mułów węglowych wykazują, że zastosowanie dwustopniowej klasyfikacji hydraulicznej zawiesin pochodzących ze wzbogacania surowych mułów węglowych zawierających łatworozmywalne zanieczyszczenia skalne, zrealizowanej w oparciu o urządzenie według wynalazku, to jest zastosowanie w pierwszym stopniu klasyfikacji hydraulicznej zawiesin klasyfikatora o regulowanej powierzchni, gwarantującej uzyskanie w jego przelewie fazy stałej o maksymalnym wymiarze ziarn

152 467

0,2/0,3/mm i następnie zastosowanie w drugim stopniu klasyfikacji odśrodkowej, na przykład multihydrocyklonów, pozwoli na znaczne ograniczenie ilościowego zakresu drogiego wzbogacania flotacyjnego, a w niektórych przypadkach na· eliminację flotacyjnego wzbogacania mułów węglowych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dyspozycyjny schemat technologiczny obiegów wodno-mułowych zakładów przeróbczych o głębokości wzbogacania do 0,5 mm, fig. 2 i 3 — dyspozycyjne schematy tych obiegów zakładów o głębokości wzbogacania do 0 mm, fig. 4 — konstrukcję urządzenia do wzbogacania w pierwszej wersji wykonania, a fig. 5 — konstrukcję urządzenia w drugiej wersji wykonania.

W zakładach przeróbczych, w których produkowany jest muł surowy (niewzbogacony) stosuje się typowy dyspozycyjny schemat obiegów wodno-mułowych uwidoczniony na fig. 1 rysunku, z tą zasadniczą różnicą, że w węźle I klasyfikacji hydraulicznej prowadzi się ciągłe pomiary natężenia dopływu zawiesin do klasyfikacji oraz stosuje klasyfikator o regulowanej powierzchni czynnej. W oparciu o uzyskane dane pomiarowe dokonuje się regulacji powierzchni czynnej klasyfikatora, tak aby w przelewie uzyskać zadany wymiar ziarna maksymalnego. Pozwala to na uzyskiwanie w przelewie tego klasyfikatora ziarna podziałowego o zadanym wymiarze, a przez to na dobór parametrów jakościowych mułu, optymalnych dla węzła II klarowania, a co ważniejsze dla węzła III odwadniania. Jest to istotne zarówno w przypadku, gdy w węźle III odwadniania pracują filtry próżniowe i celowym jest kierowanie do odwadniania na nich większych ziarn (na przykład 2 mm), jak również gdy w tym węźle pracują prasy filtracyjne i konieczne jest ograniczenie górnego wymiaru ziarna (na przykład do 0,3 mm).

Figury 2 i 3 rysunku przedstawiają dyspozycyjne schematy obiegów wodno-mułowych zakładów przeróbczych, w których wzbogaca się muł. Do węzła I klasyfikacji kierowane są zawiesiny płuczkowe pochodzące wyłącznie z odwadniania koncentratu miałowego. W węźle I klasyfikacji, jak i w poprzednim przypadku zastosowano ciągłe pomiary natężenia dopływu zawiesin do klasyfikacji oraz klasyfikator o regulowanej powierzchni czynnej. W oparciu o uzyskane dane pomiarowe dokonuje się regulacji powierzchni czynnej klasyfikatora, tak aby w przelewie uzyskać zadany wymiar ziarna maksymalnego. W wyniku przebiegu procesu klasyfikacji prowadzonego w ustalonych empirycznie warunkach uzyskuje się wylew, który po odwodnieniu w węźle IV stanowi komponent koncentratu miałowego i przelew o maksymalnym wymiarze ziarn fazy stałej 0,2./0,3// mm, jak w sytuacji przedstawionej na fig. 1 rysunku, który w zależności od obecności w nim klas ilastych poddawany jest dwuwariantowej obróbce technologicznej. Przelewy węzła I klasyfikacji charakteryzujące się wychodem klas ilastych (<0,025 mm) nie większym niż 30% i maksymalnym wymiarem ziarn fazy stałej poniżej 0,2/0,3/ mm poddawane są obróbce technologicznej zgodnie z układem przedstawionym na fig. 2 rysunku, to znaczy dogęszczacze w węźle V i kierowane do węzła VI wzbogacania flotacyjnego, odpady flotacyjne są zagospodarowywane w węźle VII klarowania i węźle VIII odwadniania zawiesin odpadowych, natomiast koncentrat w węźle IX odwadniania. Przelewy węzła I klasyfikacji zawiesin charakteryzujące się wychodem klas ilastych wyższym niż 30% poddawane są obróbce technologicznej według układu przedstawionego na fig. 3 rysunku, zgodnie z którym przelewy z węzła I klasyfikacji kierowane są do co najmniej jednostopniowej wtórnej klasyfikacji na przykład w baterii multihydrocyklonów X. Przelew multihydrocyklonów X zawierający ziarna ilaste o zawartości popiołu w stanie suchym nie niższej niż 60% zagospodarowywany jest w węźle VII klarowania i węźle VIII odwadniania zawiesin odpadowych. Wylew multihydrocyklonów X zawierający muły drobnoziarniste w zależności od ich charakterystyki technologicznej w całości lub w części kierowany jest do węzła VI wzbogacania flotacyjnego lub stanowi produkt gotowy bez wzbogacania kierowany do węzła IX odwadniania.

W przypadku wzbogacania wylewu multihydrocyklonów X pożądaną koncentrację fazy stałej w nadawie do flotacji uzyskuje się poprzez wprowadzenie do zagęszczonego wylewu odpowiedniej ilości sklarowanej wody technologicznej. W zależności od przyjętego wariantu wzbogacania wylewu multihydrocyklonów X nadawę węzła IX odwadniania stanowi: w przypadku wzbogacania całości wylewu - koncentrat flotacyjny; w przypadku częściowego wzbogacania wylewu - koncentrat flotacyjny łączony z niewzbogaconą częścią wylewu; w przypadku nie wzbogacania wylewu -całość wylewu.

152 467

Urządzeniem stosowanym w powyższych układach jest specjalnej konstrukcji klasyfikator hydrauliczny według wynalazku, o regulowanej powierzchni czynnej klasyfikacji, do którego kierowane są wody płuczkowe. Klasyfikator hydrauliczny zainstalowany jest na pierwszym stopniu klasyfikacji zawiesin i skonstruowany jest w taki sposób, że możliwa jest w warunkach ruchowych płynna (bezstopniowa) regulacja powierzchni czynnej klasyfikatora proporcjonalnie do zmiennego natężenia dopływu kierowanych do niego zawiesin, tak aby zapewnić stałe, wyznaczone empirycznie obciążenie jednostkowe powierzchni klasyfikacji. Powierzchnię węzła klasyfikacji w fazie projektowej dla nominalnego obciążenia zakładu przeróbczego nadawą przyjmuje .się wychodząc z założenia, że jednostkowe obciążenie powierzchni .klasyfikacji nie będzie większe niż l5 m³m'²h'¹ przy maksymalnym dopływie do tego węzła zawiesin. Regulację wymiaru ziarna podziałowego w procesie klasyfikacji i wymiaru ziarna maksymalnego w przelewie klasyfikatora uzyskuje się w warunkach ruchowych poprzez sukcesywne zmniejszanie czynnej powierzchni klasyfikatora, aż do uzyskania pożądanego składu ziarnowego fazy stałej w jego przelewie, przy określonym jednostkowym obciążeniu jego powierzchni.

Regulację czynnej powierzchni klasyfikatora uzyskuje się w jego .różnych wariantach konstrukcyjnych w różny sposób. Jak uwidoczniono na fig. 4 rysunku, klasyfikator o poziomym przepływie strumienia zawiesin, wyposażony w koryto nadawcze 1, . zbiornik 2 oraz koryto przelewowe 3 łącznie z odprowadzeniem ' 4 przelewu, ma w tym celu dodatkowe ruchome ściany boczne 5 przesuwane poprzecznie do kierunku przepływu nadawy za pomocą układu napędowego 6. Natomiast zgodnie z fig. 5 rysunku, klasyfikator o poziomym - przepływie strumienia zawiesin, wyposażony w zbiornik 7, koryto przelewowe 8 oraz odprowadzenie 9 wylewu, ma w tym celu ruchome koryto nadawcze . 10 z dodatkową ścianą czołową 11. Przesuw koryta nadawczego 10 odbywa się wzdłuż osi podłużnej klasyfikatora za pomocą układu napędowego i jezndego 12.

Regulacja powierzchni czynnej klasyfikatora prowadzona jest automatycznie lub ręcznie w oparciu o pomiar natężenia dopływu nadawy do klasyfikatora - i wyznaczony empirycznie nomogram do określania wpływu jednostkowego obciążenia powierzchni klasyfilua:jina wymiar ziarna podziałowego oraz wymiar ziarna maksymalnego w przelewie klasyfikatora. ' Stabilizację odbioru wylewu klasyfikatora uzyskuje się poprzez zabudowę pompy o regulowanej wydajności sterowanej automatycznie przez gęstościomierz zainstalowany na rurociągu wylewu.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do klasyfikacji zawiesin węglowych dla uzyskania koncentratów węgli najdrobniejszych, stanowiące klasyfikator hydrauliczny o 'poziomym przepływie strumienia zawiesin, wyposażony w koryto nadawcze, zbiornik oraz koryto przelewowe i odprowadzenie przelewu, znamienne tym, że ma dodatkowe ruchome ściany boczne (5) do zmiany powierzchni czynnej zbiornika (2), zamocowane przesuwnie w kierunku poprzecznym do kierunku przepływu nadawy.
2. 2. Urządzenie do klasyfikacji zawiesin węglowych dla uzyskania koncentratów węgli najdrobniejszych, stanowiące klasyfikator hydrauliczny o poziomym przepływie strumienia zawiesin, wyposażony w koryto nadawcze, zbiornik oraz koryto przelewowe i odprowadzenie przelewu, znamienne tym, że ma ruchome koryto nadawcze (10) z dodatkową ścianą czołową (11) do zmiany powierzchni czynnej zbiornika (7), zamocowane przesuwnie w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu nadawy.

   Fig. 3

   Fig. 4

   Fig.5