Повышение эффективности флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации углей для интенсификации процесса их обезвоживания на ленточных фильтр-прессах

Панфилов, Павел Феодосиевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Повышение эффективности флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации углей для интенсификации процесса их обезвоживания на ленточных фильтр-прессах
ВАК РФ 25.00.13, Обогащение полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации углей для интенсификации процесса их обезвоживания на ленточных фильтр-прессах"

На правах рукописи

ПАНФИЛОВ Павел Феодосиевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФЛОКУЛЯЦИОННОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ УГЛЕЙ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ИХ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ НА ЛЕНТОЧНЫХ ФИЛЬТР-ПРЕССАХ

Специальность 25.00.13 "Обогащение полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Люберцы 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном дочернем предприятии "Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых" (ИОТТ) ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского.

Научный руководитель:

доктор технических наук ЛИНЁВ Б.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор МОРОЗОВ В.В.

кандидат технических наук, профессор ЯКУШКИН В.П.

Ведущая организация: ОАО "Воркутауголь"

Защита диссертации состоится 30 ноября 2005 г. в 12 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д.222.004.02 в ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского по адресу: 140004, г. Люберцы-4, Московской обл., пос. ВУГИ, ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского.

Автореферат разослан 28 октября 2005 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять ученому секретарю совета.

Ученый секретарь диссертацио* совета, д.т.н., профессор

И.Г. Ищук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные процессы обогащения углей осуществляются с применением значительного количества воды (в среднем 3-4 м3 на 1 тонну обогащаемого угля). В связи с ужесточением требований к качеству угольных концентратов, охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов приобретают все большую актуальность задачи эффективного разделения твердой и жидкой фаз. Решение указанных задач позволит: осуществить полное замыкание водно-шламовых схем углеобогатительных фабрик (ОФ); повысить выход и качество концентрата; исключить загрязнение окружающей среды жидкими и твёрдыми выбросами ОФ; сократить расход воды на обогащение; обеспечить получение продуктов обогащения с низкой влажностью.

Наиболее действенным способом повышения эффективности процессов разделения твердой и жидкой фаз (осветления, сгущения, фильтрования и обезвоживания) является применение синтетических полимерных флокулянтов. Наибольшего количества флокулянтов требует операция обезвоживания тонкодисперсных шламов или отходов флотации на ленточных фильтр-прессах, которые в последние годы получили широкое распространение на ОФ многих стран, в том числе России.

Технологические показатели вышеуказанных процессов в значительной степени зависят от параметров режима флокуляционного кондиционирования, в особенности - от перемешивания суспензий с флокуляптами. В зарубежной практике углеобогащения для этой цели широко применяются различные устройства - статические и динамические. В то же время на отечественных ОФ вопросам перемешивания суспензий с флокулянтами до настоящего времени не уделялось должного внимания. Данный процесс на большинстве ОФ осуществляется в желобах или трубопроводах без применения специальных устройств, т.е. практически без регулирования. Теория перемешивания суспензии с флокулянтами, в особенности применительно к статическим устройствам, разработана ещё недостаточно. Между тем, "("""»»"»угар гт^цнчрпгиу гмрмт» лей является

I *ОС НАЦИОНАЛЬНАЯ ) I 1 БИБЛИОТЕКА I

одним из перспективных направлений в развитии технологий флокуляционного кондиционирования суспензий. Это обусловлено простотой конструкции и низкими затратами по изготовлению и эксплуатации указанного оборудования.

Ещё одной существенной проблемой, возникающей при кондиционировании суспензий шламов и отходов флотации, является гелеобразование. Данное явление заключается в том, что флокуляционные структуры, образующиеся в суспензиях при их кондиционировании, имеют гелеобразный характер. Такие гелеобразные структуры практически не поддаются механическому обезвоживанию, что чрезвычайно нежелательно, особенно при обезвоживании суспензии на ленточных фильтр-прессах. До настоящего времени эта проблема ещё не решена.

Цель работы: разработка научно обоснованных способов управления процессом флокуляционного кондиционирования для повышения эффективности технологии обезвоживания отходов флотации углей на ленточных фильтр-прессах.

Идея работы. Разработка критерия, позволяющего оценить эффективность перемешивания суспензий с флокулянтами в статических смесителях; разработка предложений по управлению свойствами флокупяционных структур и экспериментальная проверка этих разработок. Задачи исследований:

- анализ современных технологий и оборудования для флокуляционного кондиционирования;

- разработка критерия, позволяющего оценить эффективность процесса перемешивания суспензии с флокулянтом в статическом смесителе;

- установление закономерностей процесса обезвоживания суспензии отходов флотации на ленточных фильтр-прессах в зависимости от параметров режима флокуляционного кондиционирования;

- разработка и экспериментальная проверка предложений по предотвращению гелеобразования при флокуляционном кондиционировании отходов флотации;

- проведение опытно-промышленных исследований и испытаний технологии флокуляционного кондиционирования отходов флотации с применением статических смесителей;

- разработка усовершенствованной технологии флокуляционного кондиционирования и обезвоживания отходов флотации на ленточных фильтр-прессах.

Методы исследований. Теоретические исследования закономерностей перемешивания суспензий с флокулянтами на основе положений физико-химической гидродинамики и коллоидной химии; определение гранулометрического состава отходов флотации методом микросъёмки с компьютерной обработкой изображения; моделирование процесса дренирования суспензий отходов флотации на лабораторной фильтровальной установке; опытно-промышленные исследования флокуляционного кондиционирования отходов флотации и испытания статических смесителей с определением эффективности работы последних по усовершенствованной методике опробования промышленных ленточных фильтр-прессов. При обработке результатов исследований использованы методы математической статистики: корреляционный и регрессионный анализ.

Научные положения, разработанные лично автором, и выносимые на защиту:

1. Методология оценки эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статическом смесителе, основанная на разработанном автором критерии оценки эффективности перемешивания, позволяющая определять оптимальные режимы процесса флокуляционного кондиционирования.

2. Модель перемешивания суспензии с флокулянтами в статических смесителях, позволяющая рассчитать время процессов: гомогенизации флокулянта в жидкой фазе суспензии; адсорбции флокулянта на частицах твёрдой фазы; собственно флокуляции.

3. Способы управления свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации: с применением коагулянтов-электролитов и гетерокоа-

гулянтов; высокомолекулярного анионактивного, низкомолекулярного катио-нактивного и высокомолекулярного катионактивного флокулянтов.

4. Технологические закономерности процесса флокуляционного кондиционирования отходов флотации углей перед их обезвоживанием на ленточном фильтр-прессе.

Научная новизна:

1. Впервые предложен критерий эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статических смесителях, позволяющий определять оптимальные режимы процесса флокуляционного кондиционирования.

2. Разработана модель, позволяющая рассчитать время процессов, протекающих при флокуляционном кондиционировании суспензий в статических смесителях: гомогенизации флокулянта в жидкой фазе суспензии; адсорбции флокулянта на частицах твёрдой фазы; собственно флокуляции.

3. Предложены и экспериментально подтверждены способы управления свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации.

4. Доказано, что эффективность процесса перемешивания суспензий с флокулянтами в статических смесителях регулируется путём варьирования объёмного расхода суспензии.

5. Выявлен характер зависимости удельного объёмного сопротивления осадка от свойств флокулянтов и параметров флокуляционного кондиционирования.

6. Установлена корреляция между производительностью ленточных фильтр-прессов по твёрдому и удельным объёмным сопротивлением осадка.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов н рекомендаций заключается в следующем.

1. Теоретические выводы подтверждаются данными расчётов, экспериментальными и опытно-промышленными исследованиями и испытаниями, а также положительным опытом внедрения усовершенствованной технологии флокуляционного кондиционирования отходов флотации на ЦОФ "Печорская" ОАО "Воркутауголь".

2. Объём полученных экспериментальных данных является представительным. При проведении лабораторных экспериментов, полупромышленных и промышленных испытаний на ЦОФ "Печорская" и ОФ "Нерюнгринская" выполнено около 2400 опытов.

3. Сходимость результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований является высокой: ошибка эксперимента во всех сериях опытов не превышала 15 %.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей перемешивания суспензии с флокулянтами в статических смесителях и создании оригинальной методологии оценки эффективности данного процесса, а также в обосновании предложений по управлению свойствами флокуляцион-ных структур в суспензиях отходов флотации. Данные предложения защищены патентами РФ.

Практическое значение работы. На основании методологии оценки эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статическом смесителе разработана усовершенствованная технология флокуляционного кондиционирования отходов флотации углей. В условиях действующего предприятия (ЦОФ "Печорская") доказана высокая эффективность статических перемешивающих устройств и определена величина экономического эффекта, достигаемого за счёт снижения расхода флокулянтов.

Теоретическая и экспериментальная часть работы были выполнены в ИОТТ, промышленные исследования и испытания проводились на ЦОФ "Печорская" и ОФ "Нерюнгринская".

Реализация результатов работы. Основные положения работы использованы при реконструкции фильтровального отделения ЦОФ "Печорская" ОАО "Воркутауголь" путем установки статических перемешивающих устройств на операции флокуляционного кондиционирования отходов флотации перед их обезвоживанием на ленточных фильтр-прессах. Результаты работы могут быть распространены на проектируемые, строящиеся и реконструируемые углеобогатительные фабрики.

Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались на: учёных советах ИОТТ (г. Люберцы, 2003 - 2005 гг.); технических совещаниях ООО "Дегусса-Евразия" (г. Москва, 2003 - 2005 гг.); технических совещаниях фирмы "J.F. Knauer GmbH" (ФРГ, г. Франкфурт, 2003 - 2005 гг.); научных симпозиумах "Неделя горняка" (г. Москва, МГТУ, 2004 - 2005 гг.); технических советах ЦОФ "Печорская" (г. Воркута, 2004 - 2005 гг.); на V Конгрессе Обогатителей Стран СНГ (г. Москва, МИСиС, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 5 статей, получено 3 патента.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 3 приложений; содержит 47 рисунков, 7 таблиц и список использованных источников из 83 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую признательность и благодарность д.х.н., проф. Лобанову Ф.И., д.ф.-м.н., проф. Гупало Ю.П., к.т.н. Гольбергу Г.Ю. - за советы и консультации при подготовке диссертационной работы; всему творческому коллективу и руководству ЦОФ "Печорская" за помощь в проведении опытно-промышленных исследований и испытаний.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Статические смесители получают всё более широкое распространение в отечественной и зарубежной практике, в частности, для перемешивания суспензий с флокулянтами. Однако данный процесс недостаточно изучен. Это обусловливает необходимость выявления закономерностей и разработки критерия для оценки эффективности указанного процесса. Анализ работ М.А. Борца, Ю.П. Гупало, Б.И. Линева, Ф.И. Лобанова, В.П. Неберы, A.A. Байченко, В.А. Мягченкова, A.B. Засядько, Н.С. Ельской, О.С. Галактионова, Дж. Грегори, К. Уильямса, Л. Шпильмана, Г. Петцольда и других показал, что перемешивание суспензий с флокулянтами оказывает значительное влияние на показатели процессов разделения твёрдой и жидкой фаз. Применение статических смесителей для данной цели обусловлено следующими достоинствами: низкими капиталь-

ными и эксплуатационными затратами, простотой устройства и надежностью работы.

Теория перемешивания в статических смесителях разработана применительно к чистым жидкостям (главным образом в ламинарном режиме). Процесс перемешивания суспензий с флокулянтами в литературе рассматривается только применительно к устройствам с вращающимися мешалками. Кроме того, отсутствуют критерии, позволяющие оценить эффективность указанного процесса. Следует также отметить, что структурообразование при флокуляции суспензий практически не изучено.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

СУСПЕНЗИЙ С ФЛОКУЛЯНТАМИ В ТРУБОПРОВОДАХ СО СТАТИЧЕСКИМИ ПЕРЕМЕШИВАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ.

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ СВОЙСТВАМИ ФЛОКУЛЯЦИОННЫХ СТРУКТУР СУСПЕНЗИЙ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ.

Для оценки эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статическом смесителе предлагается критерий, включающий в себя необходимое и достаточное условия:

Необходимое условие:

*Пр>*г+*а+*ф (1)

где: 1пр - время пребывания суспензии с флокулянтом в статическом смесителе, 1г - время достижения полной гомогенизации флокулянта в суспензии,

- время адсорбции флокулянта на твердой фазе суспензии, ¡ф - время флокуляции.

Достаточное условие: удельное объемное сопротивление осадка (а0) должно быть минимальным. Это условие сформулировано на основании следующего предположения. Очевидно, что величина а0 существенно зависит от режима перемешивания. С увеличением значения критерия Рейнольдса существенно возрастает конвективный массоперенос, следовательно, скорость распространения флокулянта значительно увеличивается. В то же время возрастает

степень механической деструкции флокул. Поэтому можно предположить, что при определенных параметрах гидродинамического режима может быть достигнуто достаточно эффективное перемешивание суспензии с флокулянтом при минимальной деструкции флокул, т.е. достигается минимальное значение щ.

Значения /а и Хф определяются по известным формулам. Уравнение

для определения ¿г выводится для случая перемешивания в потоке при развитом турбулентном режиме за счёт поперечной конвективной диффузии. Используя уравнение первого закона Фика (для турбулентной диффузии), получаем:

—• (2)

где: 5- площадь поперечного сечения потока, м2;

£>г - коэффициент поперечной турбулентной диффузии,

м^/с.

Значения /г, /а и ^ удобно выразить через величину объёмного расхода суспензии УсуСП, являющейся независимой переменной. В результате получаем следующие выражения:

1г = 2,93-^—, (3)

' суги

л3

= 21п(1-/)— ---5—, (4)

1ф=0,72 (5)

-^„ад ЛГ

где: Л - радиус поперечного сечения потока, м;

/- доля полимера, адсорбированного твёрдой фазой суспензии; а/ - средний диаметр частиц твёрдой фазы, м; а2 - средний диаметр клубка полимера, м;

N0 - число частиц в единице объёма в начальный момент времени; Ы- число частиц в единице объёма в момент времени ^.

Расчёт, выполненный по данным формулам для гладкого трубопровода и для статического смесителя (с одинаковыми значениями длины и диаметра), позволил установить следующую закономерность. Необходимое условие выполняется в обоих случаях во всём диапазоне значений Куст соответствующих развитому турбулентному режиму (Ке > 104). Это свидетельствует о том, что рассмотренные смесители способны обеспечить перемешивание суспензии с флокулянтом. Сравнение значений суммарного времени процессов гомогенизации, адсорбции и флокуляции ( и) для статического смесителя и гладкого трубопровода показывает, что для последнего это значение примерно в 2 раза выше. Следовательно, при прочих равных условиях указанные процессы протекают в гладком трубопроводе медленнее, чем в статическом смесителе.

Однако из полученных данных невозможно определить оптимальный режим работы смесителя. Следует проверить, выполняется ли достаточное условие эффективности перемешивания суспензии с флокулянтом. Для этого требуется проведение опытно-промышленных исследований и испытаний.

Предложения по управлению свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации разработаны на основе современных представлений о свойствах дисперсных систем и макромолекул флокулянтов. Наиболее предпочтительными представляются следующие способы:

- применение коагулянтов-электролитов перед перемешиванием суспензии с флокулянтами;

- применение гетерокоагулянтов, содержащих частицы с положительным поверхностным зарядом, перед перемешиванием суспензии с флокулянтами;

- применение последовательно трёх флокулянтов различной природы: высокомолекулярного анионактивного, низкомолекулярного катионактивного, высокомолекулярного катионактивного.

Следует отметить, что вышеуказанные способы требуют экспериментальной проверки.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ФЛОКУЛЯЦИОННОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ ОТХОДОВ ФЛОТАЦИИ

Экспериментальные исследования проводились с суспензиями отходов флотации ЦОФ "Печорская" (углей марок ГЖО и 2Ж), предварительно сгущёнными до содержания твёрдого 350 - 400 кг/м3. Выход класса крупностью -0,05 мм для исходных (не сгущённых) суспензий отходов флотации составлял не менее 90 %, зольность данного класса - более 50 %. Применялись различные флокулянты "Праестол":

- анионактивные с молекулярной массой от 9-106 до 16-106 и долей заряженных функциональных групп от 5 до 80 %;

- катионактивные с молекулярной массой от 0,5-106 до 9106 и долей заряженных функциональных групп от 10 до 100 %;

- неионогенный с молекулярной массой 14106.

В качестве коагулянтов применялись: кристаллический сульфат алюминия Al2(S04)3-18H20 и гетерокоагулянт (коллоидный раствор Si02 и АЬОз).

В результате выполненных лабораторных исследований было установлено следующее.

1. В серии опытов по кондиционированию суспензии комбинацией анионак-тивного и катионактивного флокулянтов минимальное значение щ и максимальная механическая устойчивость осадка достигалось при применении анио-нактивного флокулянта с молекулярной массой 14-106 и долей заряженных функциональных групп 40 % и катионактивного с молекулярной массой 6106 и долей заряженных функциональных групп 70 % (см. рис. 1). Соотношение расходов флокулянтов составило примерно 1:7.

2. С увеличением доли тонких частиц в исходных отходах флотации величина «о возрастает, однако значение суммарного расхода флокулянтов, при котором достигается минимальное значение а0, практически не зависит от гранулометрического состава твёрдой фазы отходов флотации (см. рис. 2).

3. Применение последовательно трёх флокулянтов различной природы: высокомолекулярного анионактивного; низкомолекулярного катионактивного; высокомолекулярного катионактивного позволяет в ряде случаев предотвратить гелеобразование при обработке суспензий отходов флотации анионактивным и катионактивным флокулянтами. Эффект достигается в случае применения анионактивного флокулянта на стадии сгущения суспензии, а катионактивных флокулянтов - на стадии кондиционирования перед обезвоживанием на ленточных фильтр-прессах.

0,0

о л

0,4

0,6

1,0

Доля анионактивного флокулянта х заряд + доля катионактивного флокулянта х заряд

- Суммарный расход флокулянтов - 410 г/т

- Суммарный расход флокулянтов - 560 г/т

Суммарный расход флокулянтов - 460 г/т

Рисунок 1 - Зависимость удельного объёмного сопротивления осадка от суммарной ионной активности комбинации анионактивного и катионактивного флокулянтов.

4. Применение коагулянтов в сочетании с флокулянтами позволяет в ряде случаев предотвратить гелеобразование при флокуляции суспензий отходов флотации, плохо поддающихся кондиционированию как комбинацией анионактив-ного и катионактивного, так и комбинацией анионактивного и двух катионак-тивных флокулянтов. Наибольший эффект при прочих равных условиях достигается применением гетерокоагулянта, содержащего частицы 8Ю2 и А]203, в сочетании с анионактивным и катионактивным флокулянтами на стадии обработки суспензии перед обезвоживанием. При этом время перемешивания гетерокоагулянта с суспензией отходов флотации составляет около 30 с при частоте вращения мешалки порядка 1000 об/мин, что подтверждает справедливость предложений, изложенных в теоретической части настоящей работы.

0 Я

1 %

Я л

200 300 400 500 600 700

Суммарный расход флокулянтов, г/т

• Выход класса -5 мкм 37 %; ■ Выход класса -5 мкм 48 %; * Выход класса -5 мкм 60 %;

Рисунок 2 - Зависимость удельного объемного сопротивления осадка от суммарного расхода флокулянтов <Л при различном гранулометрическом составе исходных отходов флотации. 12

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ

СУСПЕНЗИЙ ФЛОКУЛЯНТАМИ ПРИ ОБЕЗВОЖИВАНИИ НА ЛЕНТОЧНЫХ ФИЛЬТР-ПРЕССАХ ЦОФ "ПЕЧОРСКАЯ"

Опытно-промышленные исследования и испытания технологии флоку-ляционного кондиционирования сгущённых отходов флотации перед их обезвоживанием на ленточных фильтр-прессах были выполнены на ЦОФ "Печорская" в 2004 - 2005 годах. Схема цепи аппаратов фильтр-прессового отделения ЦОФ представлена на рис. 3.

Действовавшая на фабрике до начала испытаний (т.е. базовая) технология предусматривала кондиционирование сгущённой суспензии отходов флотации последовательно двумя флокулянтами "Праестол": анионактивным 2540 (расход - около 60 г/т) и катионактивным 851 ВС (расход - около 400 г/т). При этом перемешивание с первым осуществлялось в статическом смесителе, а со вторым - в гладком трубопроводе диаметром 270 мм. Подача катионактивного флокулянта осуществлялась непосредственно после указанного смесителя. Вследствие низкой эффективности перемешивания суспензии с катионактивным флокулянтом описанная базовая технология не обеспечивала удовлетворительный режим работы ленточных фильтр-прессов. Это проявлялось в том, что удаление свободной влаги на гравитационных столах и в зоне дренирования ленточных фильтр-прессов было недостаточно эффективным; в результате получался осадок с невысокой механической устойчивостью, выдавливавшийся за пределы лент в зоне отжима. Производительность ленточных фильтр-прессов по твёрдому не превышала 10 т/ч.

В ходе испытаний было осуществлено усовершенствование существующей технологии. С этой целью были установлены статические смесители диаметром 150 мм на операции перемешивания суспензии с катионактивным флокулянтом. Катионактивный флокулянт "Праестол 851 ВС" был заменён на "Праестол 655 ВС", определённый как наиболее эффективный по результатам лабораторных исследований. Кроме того, опытным путём была выбрана наи-

Отхода флотации первой

стадии сгущения . „

* - Анионакгивный

флокулянт

Анионакгивный флокулянт

Катионактивный флокулянт !*

Фильтрат

В отвал

1 - радиальный сгуститель второй стадии сгущения; 2 - накопительная емкость для сгущенных отходов флотации; 3,4 - статические смесители для перемешивания отходов флотации с флокулянтами; 5 - гравитационный стол;

6 - ленточный фильтр-пресс; 7 - скребковый конвейер. Рисунок 3 - Схема цепи аппаратов фильтр-прессового отделения ЦОФ "Печорская". Пунктиром показаны усовершенствования существующей технологии.

лучшая точка подачи катиоиактивного флокуляита (непосредственно в смеситель). Перечисленные усовершенствования технологии позволили повысить эффективность флокуляционного кондиционирования отходов флотации: суммарный расход флокулянтов снизился примерно до 380 г/т (т.е. на 17 %); существенно возросла механическая устойчивость осадка, в результате прекратилось выдавливание последнего за пределы лент при отжиме. Производительность ленточных фильтр-прессов возросла в среднем до 13 - 14 т/ч (т.е. на 30 - 40 %). Полученные результаты представлены графически на рис. 4.

300 400 500 600 700 800 Суммарный расход флокулянтов, г/т ° Базовая технология

• После установки статического перемешивающего устройства ■ Усовершенствованная технология

Рисунок 4 - Зависимость производительности ленточного фильтр-пресса по твердому от суммарной дозировки флокулянтов.

Опытно-промышленные исследования и испытания позволили выявить также, что зависимость величины а0 от объёмного расхода суспензии имеет минимум (см. рис. 5), причём при отсутствии перемешивающего устройства для катионактивного флокулянта минимальное значение а0 составляет ~ 3,510й м"2 при объёмном расходе 25 - 30 м3/ч, а при наличии статического смесителя ~ 2-10" м"2 при объёмном расходе 40 - 45 м3/ч. Это подтверждает правильность предположения о существовании минимального значения а0 в зависимости от гидродинамического режима перемешивания в статическом смесителе (определяемого в данном случае величиной объёмного расхода суспензии).

Объемный расход суспензии, м /ч

о Базовая технология ■ Усовершенствованная технология

Рисунок 5 - Зависимость удельного объёмного сопротивления осадка от объёмного расхода суспензии.

Установлен характер зависимости производительности по твёрдому ленточных фильтр-прессов 0 от удельного объёмного сопротивления осадка а0: <3 ~ ап'1 (коэффициент корреляции не менее 0,88).

Из полученных данных следует, что перемешивание в статическом смесителе обеспечивает более низкое значение а0 при ббльшем объёмном расходе суспензии по сравнению с перемешиванием в гладком трубопроводе. Таким образом, для предлагаемой (усовершенствованной) технологии флокуляцион-ного кондиционирования отходов флотации соблюдаются как необходимое (подтверждено данными расчёта), так и достаточное условия (подтверждено данными опытно-промышленных исследованиями и испытаниями), входящие в критерий эффективности перемешивания суспензии с флокулянтами в статическом смесителе.

На основании вышеизложенного можно сделать следующий вывод: предлагаемая технология флокуляционного кондиционирования отходов флотации ЦОФ "Печорская" существенно отличается от базовой и обеспечивает более высокую эффективность обезвоживания на ленточных фильтр-прессах при меньшем суммарном расходе флокулянтов. Экономический эффект от внедрения предлагаемой технологии на ЦОФ "Печорская" за счёт снижения суммарного расхода флокулянтов, повышения производительности ленточных фильтр-прессов по твёрдому и увеличения срока службы фильтрующих лент составил 2,8 млн. руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи - повышение эффективности флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации углей, имеющей существенное значение для угольной отрасли России.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Анализ современной литературы позволил сделать вывод о перспективности применения статических смесителей на операции перемешивания суспензий тонкодисперсных продуктов углеобогащения с флокулянтами.

2. Предложен критерий, позволяющий оценить эффективность перемешивания суспензий с флокулянтами в статических смесителях, включающий необходимое и достаточное условия. Соблюдение первого условия свидетельствует о том, что смеситель способен обеспечить перемешивание суспензии с флокулян-том. Соблюдение второго условия означает, что смеситель работает в оптимальном режиме.

3. Предложены и подтверждены экспериментально следующие способы управления свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации:

- применение коагулянтов-электролитов перед перемешиванием суспензии с флокулянтами;

- применение последовательно трёх флокулянтов различной природы: высокомолекулярного анионактивного; низкомолекулярного катионактивного; высокомолекулярного катионактивного.

Последние два способа защищены патентами РФ.

4. Установлены значения молекулярной массы и доли заряженных функциональных групп для анионактивного и катионактивного флокулянтов, обеспечивающих наиболее эффективное кондиционирование суспензий отходов флотации ЦОФ "Печорская".

5. Установлен характер зависимости удельного объёмного сопротивления осадка отходов флотации от свойств и дозировки флокулянтов, гранулометрического состава твёрдой фазы отходов флотации и параметров перемешивания суспензии с коагулянтами и флокулянтами.

6. Установлен характер зависимости производительности ленточных фильтр-прессов по твёрдому от удельного объёмного сопротивления осадка.

7. Разработана, испытана и внедрена усовершенствованная технология флоку-ляционного кондиционирования отходов флотации предусматривающая применение статических смесителей для перемешивания суспензии с катионактив-ным флокулянтом. Установлено, что усовершенствованная технология обеспечивает режим перемешивания суспензии с флокулянтами, удовлетворяющий критерию эффективности (как необходимому, так и достаточному условиям). Обеспечено повышение производительности ленточных фильтр-прессов по твёрдому, в среднем, на 35 % и снижение суммарного расхода флокулянтов на 17 % по сравнению с базовой технологией. Экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии на ЦОФ "Печорская" составил 2,8 млн. руб. в год.

8. Определены направления дальнейших исследований. Одним из наиболее перспективных способов перемешивания суспензий с флокулянтами было признано применение вращающихся мешалок, устанавливаемых непосредственно в трубопроводах, и предназначенных для работы с высококонцентрированными растворами флокулянтов.

Основное содержание диссертационной работы отражено в следующих публикациях:

1. Панфилов П.Ф. Оборудование для приготовления растворов флокулянтов и смешения полученных растворов с суспензией // Сб. "Научные сообщения" ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского. - № 325. - Люберцы, 2003. - Деп. 24.09.2003, № 6125.

2. Панфилов П.Ф. Повышение эффективности флокуляционного кондиционирования и обезвоживания отходов флотации ЦОФ "Печорская" на ленточных фильтр-прессах // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: Изд-во МГТУ. - 2005, № 1. - С. 336-337.

3. Лобанов Ф.И., Канев Н.И., Панфилов П.Ф. Исследование особенностей флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации ЦОФ "Печорская" с целью повышения эффективности их обезвоживания на ленточ-

ном фильтр-прессе // Материалы V Конгресса Обогатителей Стран СНГ, МИСиС, 23 - 25 марта 2005 г. - М.: Альтекс, 2005. - Т. 3. - С. 55-56.

4. Панфилов П.Ф. Исследование влияния перемешивания флокулянтов в статических смесителях с суспензиями отходов флотации на эффективность их обезвоживания на гравитационном столе // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГГУ, 2005 - № 6. - С. 329-331.

5. Линев Б.И., Гольберг Г.Ю., Панфилов П.Ф. К вопросу об эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статических перемешивающих устройствах // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд-во МГТУ, 2005. - Деп. 15.09.2005, № 429/12-05.

6. Пат. 2238245 Российская Федерация, МПК7 С 02F 1/52, В 01 D 21/01. Способ обезвоживания суспензий, содержащих тонкодисперсные глинистые частицы, на ленточном фильтр-прессе / Лобанов Ф.И., Панфилов П.Ф., Гольберг Г.Ю., Засядько A.B., Костромитин A.B., Гузенко А.И., Канев Н.И.; заявитель и патентообладатель Лобанов Ф.И., Панфилов П.Ф. - № 2003130629/15; заявл. 17.10.2003; опубл. 20.10.2004. - 3 с.

7. Пат. 45645 Российская Федерация, МПК7 В 01 F 5/00. Струйный смеситель / Кнауер И.Ф. (ФРГ), Кнауер Й. (ФРГ), Лобанов Ф.И., Панфилов Ф.А., Панфилов П.Ф., Канев Н.И., Засядько A.B., Костромитин A.B.; заявитель и патентообладатель Лобанов Ф.И. - № 2004136349/22; заявл. 15.12.2004; опубл. 27.05.2005, Бюл. № 15. - 2 с. ил.

8. Пат. 2253632 Российская Федерация, МПК7 С 02 F 11/14, В 01 D 21/01. Способ обезвоживания суспензий / Панфилов П.Ф., Лобанов Ф.И., Хартан Х.Г. (ФРГ), Канев Н.И., Фишер В. (ФРГ); заявитель и патентообладатель Лобанов Ф.И., Панфилов П.Ф. - № 2004105840/15; заявл. 01.03.2004; опубл. 10.06.2005, Бюл. № 16. - 5 с. ил.

Подписано в печать 25.10 .2005"г. Объем печ.л. Тираж 100 экз.

Формат 60x90/16 Заказ №¿/53

Типография МГТУ. Ленинский пр., 6

»20730

РНБ Русский фонд

2006-4 18786

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Панфилов, Павел Феодосиевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Современные теоретические представления о процессе флокуляции суспензий.

1.2. Анализ современных способов и оборудования для перемешивания суспензий с флокулянтами.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Исследование закономерностей перемешивания суспензий с флокулянтами в трубопроводах со статическими перемешивающими устройствами.

2.2. Предложения по управлению процессом флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации и свойствами получающимися в результате этого процесса флокуляционных структур.

3. ЭКСШРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1. Методика исследований по флокуляционному кондиционированию и гравитационному обезвоживанию суспензий отходов флотации, описание лабораторного оборудования.

3.2. Результаты экспериментальных исследований.

3.2.1. Свойства исследованных отходов флотации.

3.2.2. Свойства применявшихся коагулянтов и флокулянтов.

3.2.3. Исследования по подбору флокулянтов.

3.2.4. Исследования влияния ряда характеристик суспензий отходов флотации на результаты опытов по флокуляционному кондиционированию.

3.2.5. Исследования по предотвращению образования гелеобразных структур в суспензиях отходов флотации.

3.3. Оценка результатов экспериментальных исследований.

4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ СУСПЕНЗИЙ ФЛОКУЛЯНТАМИ ПРИ ОБЕЗВОЖИВАНИИ НА ЛЕНТОЧНЫХ ФИЛЬТР-ПРЕССАХ ЦОФ «ПЕЧОРСКАЯ».

4.1. Технологическая схема флокуляционного кондиционирования и обезвоживания суспензий отходов флотации.

4.2. Исследование влияния основных технологических факторов на процесс флокуляции отходов флотации.

4.3. Обоснование режимов кондиционирования суспензии отходов флотации флокулянтами.

4.4. Расчёт экономической эффективности технологии флокуляционного кондиционирования и обезвоживания отходов флотации

ЦОФ "Печорская".

4.5. Перспективы дальнейших исследований.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Повышение эффективности флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации углей для интенсификации процесса их обезвоживания на ленточных фильтр-прессах"

Современные процессы обогащения углей осуществляются с применением значительного количества воды (в среднем 3 — 4 м3 на 1 тонну обогащаемого угля). В связи с ужесточением требований по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов приобретают все большую актуальность задачи эффективного разделения твердой и жидкой фаз с целью получения продуктов обогащения с как можно более низкой влажностью и возвращения в систему оборотного водоснабжения углеобогатительных фабрик (ОФ) возможно большего количества воды с возможно более низким содержанием твёрдого. Необходимо осуществить полное замыкание водно-шламовых схем ОФ с целью исключения сброса шламовых вод (отходов флотации) за пределы ОФ.

Известно, что наиболее действенным способом повышения эффективности процессов разделения твердой и жидкой фаз (осветления, сгущения, фильтрования и обезвоживания) является применение синтетических полимерных флоку-лянтов (далее — флокулянтов). В последние годы флокулянты получают все более широкое применение в указанных операциях на ОФ России и зарубежных стран. Наибольшего количества флокулянтов требует операция обезвоживания тонкодисперсных шламов или отходов флотации на ленточных фильтр-прессах.

На процесс флокуляции влияет большое количество разнообразных факторов (рис. 1) [1]. Наиболее важным представляется комплекс параметров, определяющих режим флокуляционного кондиционирования, т.е. операции, заключающейся в добавлении к суспензии определенного количества флокулянта (флокулянтов) при определенных условиях с целью придания суспензии требуемых свойств исходя из назначения процесса разделения и его режимных параметров.

Флокуляционное кондиционирование включает следующие этапы: приготовление растворов флокулянтов; дозирование растворов флокулянтов; перемешивание растворов флокулянтов с суспензией; транспортирование сфлокули-рованной суспензии к аппарату. t*

ФЛОКУЛЯНТ

Ионогенность: -неионогенный -анионактивный -катионактивный

Молекулярная масса: низкомолекулярный среднемолекулярный высокомолекулярный

Раствор флокулянта: • концентрация способ приготовления ■ продолжительность, условия хранения ■рН

СУСПЕНЗИЯ

Твёрдая Фаза

- плотность

- удельная поверхность

- концентрация

- С, -потенциал

- вещественный состав -степень гидратированности

Жидкая фаза

- солевой состав -рН

-температура

- электропроводность

- жёсткость

УСЛОВИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ФЛОКУЛЯНТА С СУСПЕНЗИЕЙ

- дозировка

- точка подачи

- способ подачи

- перемешивание: время, интенсивность

Рисунок 1 Основные факторы, влияющие на процесс мостиковой флокуляции

Все указанные этапы имеют важное значение, однако наибольший теоретический и практический интерес вызывают вопросы, связанные с перемешиванием суспензий и флокулянтов [3; 4, с. 177 - 183; 7; 13; 45; 48; 69; 74].

В зарубежной практике углеобогащения широко применяются различные специальные устройства для перемешивания суспензий с флокулянтами: с вращающимися мешалками (в емкостях и в трубопроводах); статические перемешивающие устройства разнообразных конструкций. В то же время на отечественных ОФ вопросам перемешивания суспензий с флокулянтами до настоящего времени не уделялось должного внимания. Данный процесс на большинстве ОФ осуществляется в желобах или трубопроводах без применения специальных устройств, т.е. практически без регулирования. Только в последние годы на отдельных фабриках были установлены статические смесители.

Теория перемешивания суспензии с флокулянтами разработана ещё недостаточно. Сравнительно большое количество публикаций посвящено перемешиванию вращающимися мешалками в замкнутом объёме [13, 45, 52, 65, 67, 68], но процесс перемешивания в статических смесителях практически не исследовался. Между тем, именно статические смесители представляют весьма большой интерес, поскольку, по сравнению с вращающимися мешалками, они значительно проще и дешевле в изготовлении и не требуют затрат электроэнергии.

Следует отметить еще одну существенную проблему, возникающую при перемешивании с флокулянтами суспензий, содержащих значительное количество тонкодисперсных глинистых частиц (высокозольных шламов и отходов флотации) - гелеобразование. Данное явление заключается в том, что флокуляционные структуры, образующиеся в суспензиях при их кондиционировании, имеют геле-образный характер. Такие гелеобразные структуры практически не поддаются механическому обезвоживанию, что чрезвычайно нежелательно, особенно при обезвоживании суспензии на ленточных фильтр-прессах. До настоящего времени не предложены достаточно эффективные способы предотвращения данного явления.

Целью настоящей работы является разработка научно обоснованных способов управления процессом флокуляционного кондиционирования для повышения эффективности технологии обезвоживания отходов флотации углей на ленточных фильтр-прессах.

Идея работы заключается в разработке критерия, позволяющего оценить эффективность перемешивания суспензий с флокулянтами в статических смесителях; разработка предложений по управлению свойствами флокуляционных структур и экспериментальная проверка этих разработок.

Исходя из поставленной цели, сформулированы следующие задачи диссертационной работы:

- анализ современных технологий и оборудования для флокуляционного кондиционирования;

При проведении исследований использованы следующие методы. Теоретические исследования закономерностей перемешивания суспензий с флокулянтами основаны на положениях физико-химической гидродинамики и коллоидной химии. Гранулометрический состав отходов флотации определен методом микросъёмки с компьютерной обработкой изображения. Моделирование процесса дренирования суспензий отходов флотации осуществлялось на лабораторной фильтровальной установке. Опытно-промышленные исследования флокуляционного кондиционирования отходов флотации и испытания статических смесителей с определением эффективности работы последних проводились по усовершенствованной методике опробования промышленных ленточных фильтр-прессов. При обработке результатов исследований использованы методы математической статистики: корреляционный и регрессионный анализ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методология оценки эффективности перемешивания суспензий с фло-кулянтами в статическом смесителе, основанная на разработанном автором критерии оценки эффективности перемешивания, позволяющая определять оптимальные режимы процесса флокуляционного кондиционирования.

- модель перемешивания суспензии с флокулянтами в статических смесителях, позволяющая рассчитать время процессов: гомогенизации флокулянта в жидкой фазе суспензии; адсорбции флокулянта на частицах твёрдой фазы; собственно флокуляции;

- способы управления свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации: с применением коагулянтов-электролитов и гетерокоагу-лянтов; высокомолекулярного анионактивного, низкомолекулярного катионак-тивного и высокомолекулярного катионактивного флокулянтов.

- технологические закономерности процесса флокуляционного кондиционирования отходов флотации углей перед их обезвоживанием на ленточном фильтр-прессе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

2. Разработана модель, позволяющая рассчитать время процессов, протекающих при флокуляционном кондиционировании суспензий в статических смесителях: гомогенизации флокулянта в жидкой фазе суспензии; адсорбции флоку-лянта на частицах твёрдой фазы; собственно флокуляции.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций заключается в следующем:

- теоретические выводы подтверждаются данными расчётов, экспериментальными и опытно-промышленными исследованиями и испытаниями, а также положительным опытом внедрения усовершенствованной технологии флокуляционного кондиционирования отходов флотации на ЦОФ "Печорская" ОАО "Воркутауголь";

- объём полученных экспериментальных данных является представительным: при проведении лабораторных экспериментов, полупромышленных и промышленных испытаний на ЦОФ "Печорская" и ОФ "Нерюнгринская" выполнено около 2400 опытов;

- сходимость результатов лабораторных и опытно-промышленных исследований является высокой: ошибка эксперимента во всех сериях опытов не превышала 15 %.

Научное значение работы состоит в установлении закономерностей перемешивания суспензии с флокулянтами в статических смесителях и создании оригинальной методологии оценки эффективности данного процесса, а также в обосновании предложений по управлению свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации. Данные предложения защищены патентами РФ [81,83].

Практическое значение работы заключается в разработке усовершенствованной технологии флокуляционного кондиционирования отходов флотации углей на основании методологии оценки эффективности перемешивания суспензий с флокулянтами в статическом смесителе. В условиях действующего предприятия (ЦОФ "Печорская") доказана высокая эффективность статических перемешивающих устройств и определена величина экономического эффекта, достигаемого за счёт снижения расхода флокулянтов.

Основные результаты и положения работы докладывались на: учёных Советах ИОТТ (г. Люберцы, 2003 - 2005 гг.); технических совещаниях ООО "Де-гусса-Евразия" (г. Москва, 2003 - 2005 гг.); технических совещаниях фирмы "J.F. Knauer GmbH" (ФРГ, г. Франкфурт, 2003 - 2005 гг.); научных симпозиумах "Неделя горняка" (г. Москва, МГТУ, 2004 - 2005 гг.); технических советах ЦОФ "Печорская" (г. Воркута, 2004 - 2005 гг.); V Конгрессе Обогатителей Стран СНГ (г. Москва, МИСиС, 2005 г.).

Непосредственно по теме диссертации опубликованы 5 статей, получено 3 патента РФ.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность научному руководителю данной диссертационной работы, директору Инстатута Обогащения Твердых Горючих Ископаемых (ИОТТ), доктору технических наук, Линёву Б. И.; генеральному директору ООО "Дегусса Евразия", доктору химических наук, профессору Лобанову Ф. И. за ценные советы и консультации при подготовке работы и помощи в организации стажировок в Германии; ответственному секретарю редколлегии журнала "Прикладная Математика и Механика", доктору физико-математических наук, профессору Гупало Ю. П. за критические замечания при разработке критерия оценки эффективности перемешивания суспензии с флокулянтами; заведующему сектором водно-шламовых процессов ИОТТ, к.т.н. Гольбергу Г. Ю. за консультации при подготовке работы и помощь в проведении лабораторных опытов.

Выполнение опытно-промышленных исследований и испытаний было бы невозможно без помощи и творческого участия коллектива и руководства ЦОФ "Печорская" ОАО "Воркутауголь" - директора Канева Н. И., главного инженера Кутового В. М., зам. директора по производству Еременко Д. Г., главного технолога Редьки А. Н., начальника цеха флотации Иванова В. В.; а также коллектива и руководства ОФ "Нерюнгринская" ОАО ХК "Якутуголь" - директора За-сядько А. В., главного инженера Костромитина А. В., заместителя главного инженера Осадчего С. А.; и многих других.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Заключение Диссертация по теме "Обогащение полезных ископаемых", Панфилов, Павел Феодосиевич

Основные результаты исследований приведены в табл. 4.1. Зольность твердой фазы обезвоживаемых отходов флотации (графа 16) составляла на I — IV этапах соответственно: 48,2 - 51,4; 47,7 - 54,6; 46,3 - 50,0 и 47,8 - 53,4 % (в среднем: 49,1; 50,3; 47,6 и 50,2 %).

В этой таблице приведены только результаты тех опробований, которые осуществлялись при наиболее характерном составе шихты рядового угля, поступающего на фабрику (графа 4):

- I секция - уголь марки 2Ж, поступавший со следующих шахт: "Заполярная", "Комсомольская" (40 - 50 % каждая); отсевы ОФ шахты "Северная" (до 10%);

4 0 #

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

2. Предложен критерий, позволяющий оценить эффективность перемешивания суспензий с флокулянтами в статических смесителях, включающий необходимое и достаточное условия. Соблюдение первого условия свидетельствует о том, что смеситель способен обеспечить перемешивание суспензии с флокулянтом. Соблюдение второго условия означает, что смеситель работает в оптимальном режиме.

3. Предложены и подтверждены экспериментально следующие способы управления свойствами флокуляционных структур в суспензиях отходов флотации: применение коагулянтов-электролитов перед перемешиванием суспензии с флокулянтами;

- применение гетерокоагулянтов, содержащих частицы с положительным поверхностным зарядом, перед перемешиванием суспензии с флокулянтами (Пат. 2238245 РФ); применение последовательно трёх флокулянтов различной природы: высокомолекулярного анионактивного; низкомолекулярного катионактивного; высокомолекулярного катионактивного (Пат. 2253632 РФ). 3. Установлены значения молекулярной массы и доли заряженных функциональных групп для анионактивного и катионактивного флокулянтов, обеспечивающих наиболее эффективное кондиционирование суспензий отходов флотации ЦОФ "Печорская".

4. Установлен характер зависимости удельного объёмного сопротивления осадка отходов флотации от свойств и дозировки флокулянтов, гранулометрического состава твёрдой фазы отходов флотации и параметров перемешивания суспензии с коагулянтами и флокулянтами.

5. Установлен характер зависимости производительности ленточных фильтр-прессов по твёрдому от удельного объёмного сопротивления осадка.

6. Разработана, испытана и внедрена усовершенствованная технология флокуляционного кондиционирования отходов флотации предусматривающая применение статических смесителей для перемешивания суспензии с катионактивным флокулянтом. Установлено, что усовершенствованная технология обеспечивает режим перемешивания суспензии с флокулянтами, удовлетворяющий критерию эффективности (как необходимому, так и достаточному условиям). Обеспечено повышение производительности ленточных фильтр-прессов по твёрдому, в среднем, на 35 % и снижение суммарного расхода флокулянтов на 17 % по сравнению с базовой технологией. Экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии на ЦОФ "Печорская" составил 2,8 млн. руб. в год.

7. Определены направления дальнейших исследований. Одним из наиболее перспективных способов перемешивания суспензий с флокулянтами было признано применение вращающихся мешалок, устанавливаемых непосредственно в трубопроводах, и предназначенных для работы с высококонцентрированными растворами флокулянтов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Панфилов, Павел Феодосиевич, Люберцы

1. Александрова, Л.Д. Исследование и интенсификация процессов флокуляции и обезвоживания антрацитовых шламов: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08. / Л. Д. Александрова. Люберцы, 1977. - 137 с.

2. Антипенко, Л.А. Технологические регламенты обогатительных фабрик Кузнецкого бассейна. Прокопьевск: СибНИИУглеобогащение, 2002. - 427 с.

3. Байченко, А. А. Повышение активности промышленных образцов полиок-сиэтилена при флокуляции угольных шламов: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08 / А. А. Байченко. — Люберцы, 1979.

4. Борц, М.А. Теория и технологические факторы флокуляции угольных суспензий: дис. . докт. техн. наук / М. А. Борц. Люберцы, 1972. - 345 с.

5. Борц, М.А Флокуляция угольных и минеральных суспензий: учебное пособие. / М.А. Борц, Ю.Н. Бочков, А.Н. Рябченко. М.: ИПК Минуглепрома СССР, 1990 г. - 87 с.

6. Борц, М.А. Обезвоживание хвостов флотации угольных шламов / М.А. Борц, Ю.П. Гупало. М.: Недра, 1972. - 143 с.

7. Бочков, Ю. Н. Совершенствование оборудования для замкнутых водно-шламовых систем углеобогатительных фабрик / Ю. Н. Бочков, Б. И. Линев // Кокс и химия.- 1998.-№ 10.-С. 34-36.

8. Вернер, К. Статические смесители и их применение в промышленности / К. Вернер, А. Цыбульский // Inzynieria i apparatura chemiczna. 1978. - V 17, № 6. -P. 1-7.

9. Воюцкий, C.C. Курс коллоидной химии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Химия, 1976.-512 с.

10. Горловский, С.И. / С.И. Горловский, В.Я. Хайнман. // Обогащение руд. -1961. № 4. — с.24 — 29.

11. Григорюк, О.Е. Исследование технологии подготовки флокулированных тонкодисперсных продуктов обогащения к обезвоживанию на ленточных фильтр-прессах: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08. Люберцы, 1989. - 177 с.

12. Дылаг, М. Анализ работы статического смесителя со сложной поверхностью / М. Дылаг, М. Пыц // Inzynieria i apparatura chemiczna. 1980. - V 19, № 4. -P. 9-14.

13. Ельская, H.C. Исследование многостадийного процесса флокуляции глинисто-угольных суспензий с последующим разделением фаз в гидроциклоне: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08 /Н. С. Ельская. Люберцы, 1978.-203 с.

14. Жужиков, В.А. Фильтрование: теория и практика разделения суспензий. -4-е изд. перераб. и доп. М.: Химия, 1980. - 400 е., ил.

15. Засядько, А. В. Особенности флокуляционного кондиционирования суспензий угольных флотационных концентратов при их обработке на ленточных фильтр прессах: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08 / А. В. Засядько. Люберцы, 2001.- 127 с.

16. Касаткин, А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. — М.: Химия, 1973.-752 с.

17. Кульский, Л.А. Активированная кремнекислота и проблема качества воды / Л.А. Кульский, В.Ф. Накорчевская. Киев: Наукова думка, 1969.

18. Левин, В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1959., С. 33.

19. Лурье, М.В. Разработка и исследование эффективных флокулянтов для дестабилизации буроугольных и других глинистых суспензий: дис. . канд. техн. наук: 05.15.08 / М. В. Лурье. Люберцы, 1982. - 189 с.

20. Мягченков, В.А. Полиакриламидные флокулянты / В.А. Мягченков, А.А. Баран, Е.А. Бектуров, Г.В. Булндорова. Казань: Казанский государственный технологический университет. - 1998. - 288 с.

21. Небера, В.П. Флокуляция минеральных суспензий / В. П. Небера. М.: Недра, 1983.-288 с.

22. Панфилов, П. Ф. Оборудование для приготовления растворов флокулянтов и смешения полученных растворов с суспензией / П. Ф. Панфилов. Люберцы, 2003. - 23 с. - Деп. в сб. "Научные сообщения" ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочин-ского 24.09.2003. -№ 325, № 6125.

23. Сингх, Б Обезвоживание флотохвостов на прессе с ситовой лентой. / Б. Сингх, В. Эрдман // Глюкауф. 1978. - № 7. - С. 25-30. Перевод Баштанова Т.Т. -М.: Недра. - 1978.

24. Слипенюк, Т. С. Влияние полимеров на образование флокуляционных структур в суспензиях бетонитовой глины // Коллоидный журнал. 1998. - Т. 60, № 1.-С. 70-72.

25. Торочешников, Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.: Химия, 1981.-368 с.

26. Физический энциклопедический словарь. Т. 5. М.: Советская энциклопедия, 1966.-С. 210-211.

27. Проспект фирмы "Optifloc". Канада, 2003. - 4 с.

28. Adachi, Y. Sedimentation of polystyrene latex floe / Yasuhisa Adachi, Moriya Kamiko // Powder Technology. 1994. - V. 78. - № 2. - P. 129 - 135.

29. Akers, R.J. Filtration pretreatment / Richard J. Akers // The Scientific Basis of Filtration. 1975. - P. 91 - 99.

30. Bouyer, F. Aggregation of Colloidal Particles in the Presence of Oppositely Charged Polyelectrolytes: Effect of Surface Charge Heterogeneities / F. Bouyer, A. Robben, W. L. Yu, M. Borkovec // Langmuir. 2001. - V. 17. - P. 5225-5231.

31. Elimelich, M. Particle deposition and aggregation: Measurement, modeling and simulation / M. Elimelich, J. Gregory, X. Jia and R. William. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1995.

32. Fan, A. A study of dual polymer flocculation / A. Fan, N.J. Turro, P. Soma-sundarin // Colloids and Surfaces A: Physiochemical and Engineering Aspects. 2000. -V. 162.-P. 141-148.

33. Galaktionov, O.S. Optimization of distributive mixing from prototype flows to industrial devices: PhD Thesis. / Eindhoven University of Technology, The Netherlands. - Eindhoven, 2002. - 100 P.

34. Galaktionov, O.S. An adaptive front tracking technique for three-dimensional transient flows / O. S. Galaktionov, P. D. Anderson, G. W. M. Peters, и др. // Int. J. Numer. Meth. Fluids. 2000. - V. 32. - P. 201 - 218.

35. Glover, S.M. Polymer Molecular Weight and Mixing Effects on Floe Compressibility and Filterability / S.M. Glover, Y.D. Yan, G.J. Jameson and S. Biggs // 6th World Congress of Chemical Engineering. Melbourne. 2001.

36. Gmachowski, L. Comment on "Hydrodynamic drag force exerted on a moving floe and its implication to free-settling tests" by R.M. Wu and D.J. Lee // Water Research. 1999. - V. 33. - № 4. - P. 1114 - 1115.

37. Gregory, J. Effect Of Polymers On Colloid Stability / John Gregory // The Sci-jfe entific Basis of Flocculation. / edited by K.J. Ives. Nordhoff, 1978.

38. Gregory, J. The Effect of Polymers on Dispersion Properties / John Gregory 11 edited by Th. F. Tadros. London: Academic Press, 1982. - P.301.

39. Gregory, J. Flocculation by polymers and polyelectrolytes. / John Gregory // Solid/Liquid Dispersions. London: Academic Press Inc. - 1987. - P. 163-181.

40. Gregory, J. Polymer Adsorption and Flocculation in Sheared Suspensions / John Gregory // Colloids and Surfaces. 1988. - V.31. - P. 231 - 253.

41. Gregory, J. Hydrolyzing metal salts as coagulants / John Gregory, J. Duan // Pure Appl. Chem. -2001. V. 73.-No. 12.-P. 2017-2026.

42. Healy, T. W. / Thomas W. Healy and Viktor K. La Мег // VII International Mineral Process Congress, New York. 1964.

43. Houslow, M.J. A discretized population balance for nucleation, growth and aggregation / M.J. Houslow, R. L. Ryall and V. R. Marshall // AIChE Journal. 1988. -V.34.-№> 11.-P. 1821- 1832.

44. Jaworski, Z. Two-Phase Laminar Flow Simulations in a Keniks Static Mixer: Standard Eulerian and Lagrangian Approaches / Z. Jaworski and P. Pianko-Oprych // Trans IChernE. 2002. - V. 80. Part A. - P.910 - 916.

45. Kaiser, M Enhancement Of The Efficiency Of Polymeric Flocculants In Dewa-tering And Clarification / Manfred Kaiser, Harald Latsch // Proceedings of the 12th International Coal Preparation Congress, Cracow, Poland. 1994. - P. 493 - 500.

46. Kusters, K.A. The Influence of Turbulence on Aggregation of Small Particles in Agitated Vessels: PhD Thesis / K.A. Kusters. Eindhoven University of Technology. -The Netherlands, Eindhoven. - 1991.

47. Lawler, D.F. Particle size distributions in treatment processes: Theory and practice / Desmond F. Lawler // Water Science and Technology. 1997. - V. 36. - N° 4.' P. 15-23.

48. Lee, C.W. A Visual Study of Pulp Floe Dispersion Mechanism / C. W. Lee, R. S. Brodkey // AICHE Journal. 1987. - V. 33. - No 2. - P. 297 - 302.

49. Lewellyn, M.E. Dewatering/Filtering Aids / Morris E. Lewellyn and Peter V. Avotins // Reagents in Mineral Technology. New York, Basel. - 1988.

50. Lin, M.Y. Universal reaction limited colloid aggregation / M.Y. Lin, H.M. Lindsay, D.A. Weitz, R.C. Ball, R. Klein, P. Meakin // Phys. Rev. A. 1990. - V 41. - P. 2005-2020.

51. Lin, M.Y. Universal diffusion limited colloid aggregation / M.Y. Lin, H.M. Lindsay, D.A. Weitz, R.C. Ball, R. Klein, R.C. Ball, P. Meakin // J. Phys: Condens. Matter. 1990. - V. 2. - P. 3093 - 3113.

52. Liu, S Laminar flow in an SMX static mixer / S. Liu, A. N. Hrymak and P. E. Wood // Chemical Engineering Science. 2002.

53. Meleshko, V.V. Three-dimensional mixing in Stokes flow: the partitioned pipe mixer problem revisited / V.V. Meleshko, O.S. Galaktionov, G.W.M. Peters and H.E.H. Meijer // Eur. J. Mech. Part В Fluids. - V. 18. - P. 783 - 792.

54. Mandelbrot, B.B. The Fractal Geometry of Nature. San Francisco: Freeman. -1982.

55. Petzold, G. Dual-Addition Schemes / Gudrun Petzold // Colloid-Polymer Interactions: From Fundamentals to Practice. / Edited by Raymond S. Ferinato and Paul L. Dublin. John Wiley & Sons, 1999. - P. 83 - 100.

56. Polasek, P. Cationic polymers in water treatment. Part 1: Treatability of water with cationic polymers / P. Polasek, S. Mutl // Water SA. 2002. - V. 28. - No. 1. - P. 69-82.

57. Rauline, D. A comparative Assessment of The Performance of The Kenics and SMX Static Mixers / D. Rauline, J.-M. Le Blevec, J. Bousquet and P. A. Tanguy // Trans IChemE. 2000. - V. 78. - Part A. - P. 389 - 396.

58. Selomulya, C. The Effect of Shear on Flocculation and Floe Size&Structure: PhD Thesis / Cordelia Selomulya / The University of New South Wales, Australia, 2001.-226 P.

59. Smoluchowski, M. Versuch einer mathematischen theorie der koagulationski-netic kolloider losungen / M. Smoluchowski // Phys. Chem. 1917. - V. 92. - P. 129 -168.

60. Spicer, P.T. Shear-Induced Aggregation-Fragmentation: Mixing and Aggregate Morphology Effects: PhD Thesis / Patrick Thomas Spicer. University of Cincinnati, 1997.

61. Spicer, P.T. The Effect of Impeller Type on Floe Size and Structure during Shear-Induced Flocculation / P.T. Spicer, W. Keller, S.E. Pratsinis // Journal of Colloid and Interface Science. 1996. - V. 184. - P. 112 - 122.

62. Spielman, L.A. Hydrodynamic Aspects of Flocculation / Lloyd A. Spielman // The Scientific Basis of Flocculation / edited by K. J. Ives Alphen anden Ruh. Sijthoff a. Noordhoff. - 1978. P. 63 - 88.

63. Streiff, F. Статические смесители с высокой аккомодационной способностью / F. Streiff// Chemie-Ingenieur-Technik. 1980. - V. 52. - № 6. - Р.520 - 522. Перевод ВКЦ. Москва, 1981. - № Г - 10051.

64. Thomas, D.N. Flocculation Modelling: a review / D.N. Thomas, S.J. Judd and N. Fawcett // Water Research. 1998. - V. 33. - № 7. - P. 1579.

65. Urbain, V. Bioflocculation in activated sludge: an analytic approach / V. Urbain, J.C. Block, J. Manem // Water Research. 1993. - V. 27. - № 5. - P. 829 - 838.

66. Yeung, A. Effect Of Shear on the Strength of Polymer-Induced Floes / A. Yeung, A. Gibbs, R. Pelton // Journal Of Colloid and Interface Science. 1997. - V. 196. - P. 113-115.

67. Waters, A.J. Роль перемешивания при флокуляции угольных шламов на обогатительных фабриках / A.J. Waters // Coal Preparation. 1985. - V 2. - P. 35 -49. Перевод ИОТТ. Москва, 1985.

68. Williams, К.Р. Pilot scale belt press filtration of coal refuse the effect of polymeric flocculants / K.P. Williams, R.M. Fletcher, P.J. Strydom // Mine and Quarry. -1990. - V. 19, № 6. - P. 26 - 29.

69. Wu, R.M. Hydrodynamic drag force exerted on a moving floe and its implication to free-settling tests/ R.M. Wu, D.J. Lee // Journal Water Research. 1998. - V. 32. -№ 3. - P. 760-768.

70. Пат. 3259570 США, МПК7 В 01 F. Dewatering aqueous suspensions of organic solids / Priesting C.P., Mogelnicki S.; заявитель и патентообладатель The Dow Chemical Company; заявл. 4.03.1963; опубл. 5.07.1966.

71. Пат. 3666663 США, МПК7 В 01 D 21/01. Method and apparatus for dispersing coagulant into a water stream / James Donald Walker; заявитель и патентообладатель Chicago Bridge & Iron Company; опубл. 24.11.1969.

72. Пат. 5993670 США, МПК7 С 02 F 11/14. Apparatus For Admixing Of A Floc-culant To A Sludge Stream And Use Of The Apparatus / Joachim Friedrich Knauer (ФРГ); заявитель и патентообладатель J.F. Knauer (ФРГ); заявл. 08.10.1997; опубл. 30.11.1999.

73. Пат. 2238245 Российская Федерация, МПК7 С 02F 1/52, В 01 D 21/01.

74. Пат. 2253632 Российская Федерация, МПК7 С 02 F 11/14, В 01 D 21/01.

75. Способ обезвоживания суспензий / П. Ф. Панфилов, Ф. И. Лобанов, X. Г. Хартан (ФРГ), Н. И. Канев, В. Фишер (ФРГ); заявитель и патентообладатель Ф. И. Лобанов, П. Ф. Панфилов. № 2004105840/15; заявл. 01.03.2004; опубл. 10.06.2005, Бюл. № 16. - 5 с. ил.

Информация о работе

Панфилов, Павел Феодосиевич
кандидата технических наук
Люберцы, 2005
ВАК 25.00.13

Диссертация

Повышение эффективности флокуляционного кондиционирования суспензий отходов флотации углей для интенсификации процесса их обезвоживания на ленточных фильтр-прессах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы