Обогащение угля в двухпродуктовом тяжелосредном колёсном сепараторе СКВП-20
Курсовой проект
Обогащение угля в двухпродуктовом тяжелосредном колёсном сепараторе СКВП-20
ВВЕДЕНИЕ
обогащение уголь гидроциклон
Наряду с увеличением добычи нефти и газа, развитием атомной энергии предусматривается последовательное наращивание темпов добычи углей.
Природные угли - это твёрдые горючие вещества органического происхождения. Исходным материалом для них служили преимущественно растительные остатки.
Угли служат и ещё продолжительное время, будут служить технологическим сырьём и топливом для важнейших видов производства, а также одним из основных источников тепловой и электрической энергии.
В настоящее время около половины добываемых каменных углей используется для производства металлургического кокса, значительная часть добываемых антрацитов - для производства электродной продукции, агломерации железных руд, производства карбида и других технологических нужд. Примерно половина добываемого твёрдого топлива служит для производства электроэнергии. В удовлетворении коммунально-бытовых нужд этому виду топлива отводится также значительное место.
Обогащение углей в условиях непрерывного роста технического уровня угольной промышленности в широкой комплексной механизации всех процессов является обязательной стадией в производстве топлива, удовлетворяющего требованием народного хозяйства.
В настоящее время перед всеми специалистами-обогатителями стоит главная задача − непрерывно изыскивать пути совершенствования технологии комплексного использования минерального сырья и максимального извлечения ценных компонентов.
На решение этой задачи направлены усилия специалистов-обогатителей, создающих и совершенствующих процессы обогащения полезных ископаемых и обогатительное оборудование.
Повышение эффективности обогатительного производства требует разработки и внедрения новых технологических процессов и оборудования, обеспечивающих получение высоких технико-экономических показателей в условиях постепенного снижения качества исходного минерального сырья.
Технологические процессы должны совершенствоваться на производство концентратов, обеспечения наиболее полного использования в народном хозяйстве всех компонентов сырья, устранения вредного влияния обогатительного производства на окружающую среду.
Целью данной работы является показ значимости проектирования процесса обогащения; выбора и расчёта применяемого оборудования. Курсовой проект включает в себя перечень вопросов, которые необходимо решить и которые являются его составными частями:
а) определение характеристик обогатимости угля;
б) составление теоретического баланса продуктов обогащения и построение кривых обогатимости;
в) на основе технологической схемы дача обоснования выбора основного и вспомогательного оборудования;
г) определение производительности и числа применяемых аппаратов; составление схемы цепи аппаратов по результатам расчетов;
д) разработка мероприятий по Т.Б.
1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
.1 Производственное отделение углеобогатительной фабрики как этап в обработке угля
Технология обогащения полезного ископаемого состоит из ряда последовательных операций, осуществляемых на обогатительной фабрике. Обогатительными фабриками называют промышленные предприятия, на которых методами обогащения обрабатывают полезные ископаемые и выделяют из них один или несколько товарных продуктов с повышенным содержанием ценных компонентов и пониженным содержанием вредных примесей. Современная обогатительная фабрика − это высокомеханизированное и автоматизированное предприятие со сложной, как правило, технологической схемой переработки полезного ископаемого.
На фабриках полезные ископаемые подвергаются последовательным процессам переработки, которые по назначению в технологическом цикле фабрики разделяются на подготовительные, собственно обогатительные и вспомогательные.
К подготовительным операциям обычно относят дробление, измельчение, грохочение и классификацию, т. е. процессы, в результате которых достигается раскрытие минералов с образованием механической смеси частиц различного минерального состава.
К основным обогатительным процессам относят те физические и физико-химические процессы разделения минералов, при которых полезные минералы выделяются в концентраты, а пустая порода − в хвосты.
К вспомогательным процессам относят процессы удаления влаги из продуктов обогащения. Такие процессы называются обезвоживанием, которое проводится с целью доведения влажности продуктов, до установленных норм.
К вспомогательным процессам относят очистку сточных вод (для повторного их использования или сброса в водоёмы общего пользования) и процессы пылеулавливания, т. е. процессы очистки воздуха перед выбросом его в атмосферу.
Обогатительные фабрики классифицируют в зависимости от применяемых на них процессов или в зависимости от перерабатываемого сырья.
По первому признаку различают фабрики гравитационные, флотационные, магнитные, промывочные, дробильно-сортировочные, брикетные и с комбинированными процессами обогащения. В зависимости от перерабатываемого сырья различают фабрики медно-молибденовые, железорудные, оловянные, угольные и т.д.
Флотационные фабрики предназначены главным образом для обогащения руд цветных и редких металлов, а также неметаллических полезных ископаемых.
На гравитационных фабриках обогащают чаще всего угли, марганцевые, оловянные, вольфрамовые и другие руды.
Магнитообогатительные фабрики предназначены для обогащения магнетитовых железных руд.
На промывочных фабриках обогащают руды чёрных металлов, фосфоритовые руды и россыпные руды благородных металлов.
На дробильно-сортировочных фабриках происходит дробление и грохочение богатых железных руд, известняков, приготовление строительных материалов, сортировка углей, антрацитов, сланцев.
Брикетные фабрики предназначены для окускования мелочи полезных ископаемых (бурые угли, торф, каменные угли, антрациты, руды и др.).
Фабрики с комбинированными процессами предназначены для переработки многокомпонентного сырья и полезных ископаемых с неравномерной вкраплённостью.
К производственным цехам и отделениям фабрики относятся цех крупного дробления, включающий отделение приема руды, склады сырья; цех мелкого и среднего дробления; цеха измельчения, обогащения, обезвоживания, сушки; хвостовое хозяйство.
Вспомогательные цеха, отделения и службы включают; водоснабжение, электроснабжение, реагентное отделение, ремонтный цех, склады запчастей, материалов, топлива, котельную, научно-исследовательскую и химическую лаборатории, отдел технического контроля, управление фабрикой и административно- хозяйственную службу.
В зависимости от характера перерабатываемого полезного ископаемого некоторые цеха и службы могут отсутствовать. При малой производительности фабрики машины и аппараты располагаются в одном здании и фабрика на цехи (отделения) не подразделяется.
Взаимное расположение зданий, цехов, сооружений, складов, железнодорожных и других путей и коммуникаций на местности называется генеральным планом обогатительной фабрики.
При проектировании и строительстве фабрики выбирается место для хранения отходов (хвостов) производства и сооружается хвостохранилище.
Обогатительные фабрики с мокрыми процессами обогащения являются предприятиями с высоким расходом воды. Поэтому при их проектировании обязательно должны решать вопросы оборотного водоснабжения.
Для обеспечения успешной работы фабрики существует вспомогательные подразделения:
.Ремонтно-строительный участок. Представляет собой участок, предназначенный для проведения текущих ремонтов зданий и сооружений, находящихся на балансе фабрики. В составе участка работают 17 человек рабочих. Основные специальности: плотник-бетонщик, столяр, штукатур-моляр. Участок включает в себя столярный цех с парком станочного оборудования, позволяющего производить необходимый ассортимент столярной продукции для внутренних нужд фабрики.
. Цех монтажа, демонтажа, ремонта и наладки оборудования, исходя из своего названия, предназначен для проведения текущих и капитальных ремонтов основного технологического оборудования обогатительной фабрики. В составе цеха работают 165 рабочих. Основные специальности: электрогазосварщик, электрослесарь - слесарь по ремонту оборудования. В структуру цеха входят: автотранспортный участок и участок строительно- монтажных работ, механический цех и электроцех, что позволяет вести на фабрике ремонтные и монтажные работы в полном объёме, без привлечения рабочей силы сторонних организаций, включая и услуги специального автомобильного транспорта.
В настоящее время коллектив обогатителей Нерюнгри насчитывает 1034 человек, из них рабочих 868, инженерно-технических работников 166, которые постоянно работают над внедрением современных технологий и новейшего оборудования, что позволяет углю Нерюнгри быть конкурентоспособным на мировом рынке. Угольный концентрат Южной Якутии - обладатель двух золотых медалей на международной выставке в Париже.
Сегодня обогатительная фабрика «Нерюнгринская» - современное высокотехнологическое и перспективное предприятие, которое является одним из передовых в угольной отрасли Российской Федерации.
.2 Технологический процесс отделения обогащения угля в тяжелых средах
Обогащение в тяжёлых средах - метод разделения углей по плотности в истинных тяжёлых жидкостях или минеральных суспензиях.
Истинные тяжёлые жидкости - водные растворы неорганических солей и органические жидкости - в производственных условиях имеют ограниченное применение. Их используют в основном для разделения углей по плотности при фракционном анализе и контроле качества продуктов обогащения.
Взвеси в воде тонкоизмельчённых утяжелителей - минеральные суспензии - широко распространены во всем мире в качестве разделяющей среды при обогащении углей.
В качестве утяжелителя используют магнетитовый концентрат для успешного обогащения каменных и бурых углей, антрацитов, горючих сланцев.
В угольной промышленности обогащение твёрдых горючих ископаемых в магнетитовой суспензии осуществляется на 69 обогатительных фабриках и 25 установках при шахтах. Этим методом перерабатывается до 90 млн. т. в год углей и антрацитов, т. е. около 26 % общего объёма обогащения.
Технологические комплексы тяжелосредных установок для обогащения как крупного, так и мелкого углей комплектуются отечественным оборудованием - сепараторами, гидроциклонами, регенерационными сепараторами, грохотами, сборниками суспензии, суспензионными насосами и другим вспомогательным оборудованием.
Тяжелосредное обогащение крупного машинного класса (разделение по плотности на легкую и тяжелую фракции) производится в ванне колёсного сепаратора, заполненной минеральной суспензией (рис.1).
Объяснением вертикальных перемещений зёрен может служить наличие стационарных циркуляций суспензии, переносящих зёрна разделившегося материала в ниже- или вышележащие слои. По большей части такие циркуляционные потоки возникают в застойных зонах, т.е. в зонах с пониженной скоростью движения суспензии.
В процессе перемещения в ванне сепаратора за каждым крупным зерном возникает вихревая дорожка, взаимодействие таких вихрей турбулизует весь объём суспензии.
В сепараторе СКВП желоба вынесены за пределы ванны, улучшена конфигурация проточной части, кроме того, с помощью специального загрузочно-распределительного устройства упорядочена подача горизонтального потока суспензии.
Внутри ванны оптимальной формы (сепаратор СКВП) отсутствуют зоны со значительной неоднородностью скоростей, вызывающей циркуляционные потоки, а также зоны с малыми значениями скоростей (застойные зоны), что способствует повышению производительности сепаратора и эффективности разделения обогащаемого материала.
Опыты на лабораторном сепараторе для углей крупностью 13 − 25 мм показали, что в ванне оптимизированной формы разделение проходит более интенсивно по сравнению с разделением в ванне обычной формы: время разделения уменьшается почти вдвое (соответственно растет производительность), а эффективность разделения существенно улучшается.
Более детальные экспериментальные исследования были проведены на полученном промышленном сепараторе также с ваннами двух типов (стандартной и оптимизированной), имевшими одинаковую ширину 0,44 м.
Увеличение нагрузки на ванну стандартной формы сопровождается резким ухудшением эффективности разделения во всем диапазоне производительностей. Ванна оптимизированной формы позволяет достичь лучшей эффективности разделения до предела нагрузочной устойчивости, после чего показатели обогащения также ухудшаются.
В промышленных сепараторах суспензия обычно загрязнена угольным и породным шламами, что ухудшает её реологические свойства. Поэтому снижение вязкости и предельного напряжения сдвига рабочей суспензии является одним из средств воздействия на результаты обогащения.
Преимущества обогащения в тяжелосредных сепараторах узких классов углей вытекающие из теоретических представлений, были подтверждены экспериментальным путем. Так, при обогащении угля крупностью 6− 25 мм в тяжелосредном сепараторе в суспензии плотностью 1800 кг/м3 эффективность разделения Epm составила 70 кг/м3, а при обогащении того же угля раздельно по классам 6−13 и 13−25 мм − 67 и 48 кг/м3 соответственно.
Тяжелосредное обогащение твердых горючих ископаемых может производиться также с целью получения продуктов высокого качества для специальных целей, например, антрацитовых концентратов для электродной промышленности, малосернистых угольных концентратов, сланцевых концентратов с повышенным содержанием органической массы.
.3 Характеристика обогатимости исходного угля
Для того чтобы определить характеристику обогатимости исходного угля необходимо по результатам фракционного анализа (таблица 1.3.1.) рассчитать выход (г) и зольность (Аd) суммарных и всплывших и потонувших фракций по следующим формулам:
выход всплывших суммарных фракций:
гBn = гBn-1 + гn , %; (1)
гПn = гBn+1 + гn , %; (2)
- зольность всплывших суммарных фракций:
Аd Bn = (гBn-1 ∙ АdBn-1 + гn ∙ Аdn) / гBn , %; (3)
зольность потонувших суммарных фракций:
Аd Пn = (гBn+1 ∙ Аd Пn+1 + гn ∙ Аdn) / гПn , %; (4)
где гBn-1 - выход предыдущей суммарной всплывшей фракций, %;
гn - выход частной п-ой фракции, %;
гBn+1 - выход последующей потонувшей фракции, %;
Аd Bn - зольность предыдущей всплывшей фракции, %;
Аdn - зольность частной п-ой фракции, %;
Аd Пn+1 - зольность последующей потонувшей фракции, %;
Следует учесть, что расчеты выхода и зольности всплывших суммарных фракций ведутся со второй строчки таблицы, а расчеты выхода и зольности потонувших суммарных фракций - с предпоследней, пятой строчки. Выход и зольность всплывших и потонувших суммарных фракций соответственно равны частным выходу и зольности первой и шестой строк.
гв1 = г1 = 11,5 % и Аdв1 = Аd1 = 3,8 %; гп6 = г6 = 24,6 и Аd П6 = Аd 6 = 73,0 %;
Полученные результаты вносим в таблицу 1.3.1.
По данным таблицы 1.3.1. строим графики кривых обогатимости (см. рисунок 1.3.1.), где л - кривая элементарных фракций (4,5 столбики); в - кривая всплывших фракций (5,6 столбики); и - кривая потонувших фракций (7,8 столбики); с - кривая плотности (2,5 столбики).
С помощью результатов фракционного анализа рассчитываем теоретический баланс продуктов обогащения и заносим данные в таблицу 1.3.2. Выход и зольность концентрата рассчитываем по формулам:
гк = г< 1300 + г1300-1400 + г1400-1500 , %;
гк = 11,5 +31,4 + 16,5 = 59,4 %;
Аd к = (г< 1300 ∙ Аd< 1300 + г1300-1400 ∙ Аd1300 -1400 + г1400-1500 ∙ Аd1400-1500 ) / гк,%;
Аd к = (11,5 ∙ 3,8 + 31,4 ∙ 8,8 + 16,5 ∙18,2) / 59,4 = 10,4 %;
Выход и зольность промышленного продукта:
гпр.пр. = г1500-1600 + г1600-1800, %;
гпр.пр. = 6,5 + 9,5 = 16,0 %;
Аd пр.пр. = г1500-1600 ∙ Аdпр.пр. + г1600-1800 ∙Аdпр.пр. / г пр.пр , %;
Аdпр.пр.. = 6,5 ∙ 26,1 + 9,5 ∙ 41,1 / 16,0 = 35,0 %;
Выход и зольность породы (хвостов):
гх = г<1800 ,%;
гх = 24,6 %;
Аd =Аdх.,%;
Аd = 73,0 %;
Производительность по углю для каждого из продукта обогащения рассчитывается по формулам:
Qи.у. = 350, 0 т/ч;
Qк. = Qи.у. ∙ гк. / 100 т/ч;
Qк. = 350, 0 ∙ 59, 4 / 100 = 207, 9 т/ч;
Qпр.пр. = Qи.у. ∙ гпр.пр. / 100 т/ч;
Qпр.пр. = 350, 0 ∙ 16,0 / 100 = 56, 0 т/ч;
Qх. = Qи.у. - Qк. - Qпр.пр. т/ч;
Qх. = 350, 0 - 207, 9 - 56, 0 = 86, 1 т/ч.
Таблица 1.3.1. Результаты расчетов фракционного анализа.
№ строкиПлотность фракций, кг/м3Выход, %Зольность, %Суммарные легкие фракцииСуммарные тяжелые фракцииВыход,%Зольность,%Выход,%Зольность,%12345671< 130011,53,811,53,8100,029,721300-140031,48,842,97,488,533,131400-150016,518,259,410,457,146,541500-16006,526,165,911,940,658,051600-18009,541,175,415,634,164,16> 180024,673,0100,029,724,673,0Итого:100,029,7
Качественные характеристики товарной продукции углеобогатительной фабрики, отправляемой потребителям, устанавливаются в соответствии с действующими ГОСТами и требованиями потребителей.
Таблица 1.3.2. Теоретический баланс продуктов обогащения.
Продукты обогапщенияВыход,%Зольность,%Производительность, т/чКонцентрат59,410,4207,9Промышленный продукт16,035,056,0Порода (хвосты)24,673,086,1Итого:100,029,7350,0
Определяем категорию обогатимости угля:
T = 100 ∙ гПn / (100 − гП), %,
где T − показатель обогатимости;
гПn = г1500-1600 + г1600-1800, % - определяем по из таблицы 1.3.1.
гпр.пр. = 6,5 + 9,5 = 16,0 %;
гх = 24,6 %;
T = 100 ∙ 16, 0 / (100 − 24, 6) = 21, 2 %
По ГОСТу 10100 - 84 данный уголь относится к категории очень трудной обогатимости.
.4 Выбор технологической схемы обогащения угля в тяжелых средах
Технологической схемой обогащения называется последовательность операций обогащения и путь следования угля, продуктов обогащения и вспомогательных материалов (воды, воздуха и др.) от одной операции к другой.
В зависимости от характера воздействия на уголь, все операции технологического процесса обогащения разделяют на главные, вспомогательные и служебные.
Вспомогательными операциями называют операции, связанные непосредственно с главными, но в результате которых не изменяется качество угля (внутрифабричный транспорт, загрузка, разгрузка и др.).
Служебными называются операции общетехнического характера, непосредственно не связанные с главными и вспомогательными операциями (водоснабжение, электроснабжение, технический контроль и др.).
Главные операции в свою очередь разделяют на подготовительные, основные, и заключительные.
Технологические схемы обогащения углей в тяжелых суспензиях отличаются большим разнообразием. Выбор структуры технологической схемы обогащения угля в магнетитовой суспензии определяется:
характеристикой обогащаемого угля;
требованиями к качеству и назначению продуктов обогащения;
величиной потоков обогащаемого угля;
характеристикой оборудования, которое можно применить на тех или иных операциях.
Основные операции технологических схем угля в магнетитовой суспензии:
подготовка угля;
приготовление суспензии;
разделение угля в суспензии по плотности;
отделение суспензии, промывка и обезвоживание продуктов обогащения;
циркуляция и регенерация магнетитовой суспензии и промывных вод.
Обогащение в тяжелых средах рекомендуется для углей очень трудной, трудной и средней обогатимости, а также антрацитов всех категорий обогатимости при содержании класса + 13мм, в горной массе более 20%, а также для углей легкой обогатимости при содержании породных фракций более 30%.
Подготовка машинных классов угля к обогащению в магнетитовой суспензии существенно влияет на эффективность разделения. Она включает операции классификации на машинные классы заданной крупности и обесшламливания.
На рисунке 2 представлена технологическая схема обогащения угля в две стадии с разделением на три продукта от меньшей плотности к большей.
Исходный уголь класса крупностью 13-100мм, зольностью 29,7 % поступает на обогащение в двухпродуктовый тяжелосредный колёсный сепаратор СКВП-20 (первая стадия), в котором происходит разделение на два продукта:
Хвосты (гх = 24,6 %; Аd = 86,1 %);