Дипломная (вкр): Модернизация флотомашины ХГИ-57 для обогащения угольного шлама

Модернизация флотомашины ХГИ-57 для обогащения угольного шлама

ВВЕДЕНИЕ

пеносниматель флотомашина привод вал резец

Череповецкий коксохим - одно из крупнейших производств отрасли, производит более 4 миллионов тонн кокса в год и выпускает 25 наименований товарной продукции для народного хозяйства страны, 4 из них поставляются на экспорт.

Обогащение угля - часть технологической цепочки КХП - совокупность процессов механической обработки его для удаления минеральных примесей, попавших в уголь при добыче.

Цель обогащения коксующегося угля - получение качественных углей для коксования с определенным и равномерным содержанием влаги, золы и серы, хорошими коксующимися свойствами, с высокими технико-экономическими показателями. Для решения этой задачи на коксохимическом производстве ОАО «Северсталь» в углеобогатительном цехе работы ведут в следующих направлениях:

расширяют гамму коксующихся углей и привлекают для коксования слабо спекающиеся и труднообогатимые угли;

улучшают качество концентрата по влаге, золе, сере и коксуемости;

снижают потери чистого угля в отходах обогащения;

ликвидируют выпуск шламовых вод обогатительной фабрики в реки и водоемы общего пользования;

упрощают технологические схемы обогатительной фабрики;

внедряют новое, высокопроизводительное оборудование и повышают производительность и эффективность существующего оборудования;

механизируют и автоматизируют производственные процессы.

Флотация применяется па углеобогатительных фабриках не только для обогащения шламов, но и для своевременного удаления из оборотной воды тонких илов. Последнее создает благоприятные условия для замыкания водного цикла, что необходимо в современных условиях. Такая двойная роль флотации выдвигает ее в число основных технологических процессов при обогащении углей.

Углеобогатительная фабрика №2 введена в эксплуатацию 28 декабря 1966 года. Её проектная мощность - 5100 тысяч тонн в год по рядовому углю. На то время это была самая крупная в странах бывшего СНГ фабрика по обогащению рядовах углей. Она предназначена для обогащения углей Печорского и Кузнецкого угольных бассейнов.

Сырьевая база, сложившаяся к пуску цеха, не соответствовала проектной. Это потребовало серьезных технологических перестроек, что и было сделано с участием рационализаторов фабрики, при поддержке специалистов и руководства КХП. Ликвидация большинства «узких» мест обеспечила бесперебойную работу цеха на нагрузках значительно выше проектных.

Ход освоения фабрики характеризуется динамикой роста количества перерабатываемого угля: 1967 год - 3000000тонн; 1968 год - 4318765тонн; 1969 год - 5161198тонн, т.е. в 1969 году освоена проектная мощность фабрики и с этого года начинается период её бурного развития. В 1978 году фабрика вышла на переработку более 7 миллионов тонн угля в год, такой уровень сохранялся по 1988 год.

К настоящему времени объемы переработки увеличились еще больше, имеющееся на фабрике оборудование используется почти в полном объеме, в некоторые периоды не справляясь вовремя с переработкой поступающего на неё продукта. Таким образом, от фабрики требуется качественное обогащение и в больших количествах, поэтому особенное внимание следует уделять увеличению производительности агрегатов и повышению их надежности и работоспособности, а это вынуждает прибегать к модернизации имеющегося оборудования, так как на приобретение новых агрегатов нужны немалые денежные средства.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ВКР

Обогащение угля пенной флотацией представляет большой интерес, главным образом потому, что флотация применима к самым мелким размерам угля, которые, как известно, весьма неудовлетворительно обогащаются способами, основанными главным образом на различии удельных весов. Разделение сульфидов от пустой породы или угля от сланца при флотации почти не зависит от веса частиц, оно основано главным образам на различии свойств их поверхностей, как например смачиваемости их маслом или водой.

Флотация это процесс связанный с обогащением угольного шлама, основанным на избирательном прилипании частиц угля, находящихся в водной среде, к поверхности пузырьков воздуха. Минеральные частицы в свою очередь, не прилипают к пузырькам воздуха, обладая другими свойствами поверхности, чем частицы угля.

В 1860 г. Хейнс (Haynes) из Холиуэлла (Holywell) в Уэллсе впервые предложил использовать различие в смачиваемости руды и пустой породы маслом. В его процессе, протекающем прерывисто, «флотация воздухом» не применялась. Б 1885 г. Брадфорд (Bradford) в США извлекал сульфиды из «хвостов», спуская их тонкой струей по наклонному желобу на поверхность воды; пустая порода, легко смачиваемая водой, погружалась, а сульфиды, труднее смачиваемые, удерживались на поверхности и удалялись при сливе. Этот процесс и является по существу настоящим просто флотационным процессом, в отличие от современных процессов, развившихся из него и представляющих собой процессы пенной флотации, где флотация обеспечивается устойчивым прикреплением газовых пузырьков к твердым частицам, которые таким образом становятся пловучими.[14]

Первый процесс, напоминающий пенную флотацию, может быть приписан женщине-металлургу. Карри Эверсон (Carrie Everson), из Чикаго, которая усовершенствовала процесс Хейнса и в том же 1885 году стала применять серную кислоту для усиления селективного смачивания пустой породы водой.

Газообразная пена, образующаяся от действия кислот на некоторые руды, привела к открытию всплываемости частиц, покрытых масляной пленкой, если их подвергнуть аэрации. На этом теперь и базируется промышленный процесс пенной флотации.

Флотация угля на территории нашей страны впервые была осуществлена в 1935г. на Ново-Енакиевском коксохимическом заводе, где первая промышленная установка была оборудована десятикамерной флотационной машиной типа МС.[7]

Чтобы обогатить угольный шлам применяют пенную флотацию. Смешивают воду с угольным шламом. Получившуюся смесь называют пульпой. Далее она поступает во флотационную машину, где проводится процесс флотации. В процессе флотации, в пульпу поступает воздух в виде мельчайших пузырьков по диаметру не превышающих 1,5-2мм (0,3-0,5м3 на 1м3 пульпы) и флотационный реагент, который создает условия, при которых пузырьки воздуха в пульпе не подвергаются разрушению. Заранее подвергнутые обработке реагентом частички угля липнут к данным пузырькам и выводятся совместно с ними на плоскость пульпы.

Возникающие слои пенного продукта (слой по толщине доходит до 10-14см) достаточно устойчив и богат частицами угля. В его состав входит: вода (25-30%), воздух (55-65%) и уголь (5-20%). Такую пену, называют минерализованной, её снимают специальным механизмом - пеноснимателем.

Частички пород смачивающиеся водой не прилипают к пузырям воздуха и сразу опускаются на дно машины где постоянно удаляются. Разные угли смачиваются водой по-разному: блестящие - хуже, матовые - лучше. Поэтому угольные шламы, представляющие собой шихты, состоящие из разнообразных углей, лучше флотируются, если в них больше содержание блестящих углей. Подверженные окислению угли флотируются плохо, так как у них изменяются свойства поверхностей при взаимодействии с кислородом воздуха.

Свойства поверхностей частиц (их смачиваемость) можно искусственно менять внедрением в пульпу специализированных жидкостей, называемых флотационными реагентами, образующие на поверхностях частиц смачиваемые или иесмачиваемые молекулярные пленки. Реагенты, пригодные для флотации сульфидных минералов, обычно пригодны и для флотации угля, поскольку и уголь и сульфидные руды имеют сравнительно неокисленные поверхности и легче смачиваются маслом, чем водой. Обычно связанные с углем примеси ведут себя так же, как пустая порода руд в том, что они легче смачиваются водой, чем маслом.

Флотационные машины это устройства, в которых исполняется процедура флотации. Флотационные машины из-за способа перемешивания пульпы и создания пузырей водуха разделяются на механические, пневматические, эрлифтные и эжекторные.[14]

Во флотационных машинах механического типа воздух засасывается вследствие его эжекции из атмосферы движущимися потоками пульпы, кинетическую энергию которым сообщает вращающийся импеллер. Диспергирование воздуха в таких машинах осуществляется при совместном трубулентном течении пульпы и воздуха в межлопаточном пространстве вращающегося импеллера и при ударе о лопатки или стержни статора.

В пневмомеханических флотационных машинах воздух подается принудительно в отличии от механических. Для его диспергирования также применяют мешалки.

Воздушный метод флотации исполняется посредством аэрации пульпы и минерализации воздушных пузырей в подъемной трубе эрлифта и отделения минерализованных пузырей в виде пенки в поле центробежных сил.

Воздушный метод флотации содержит определенные минусы; наиболее значительный состоит в применении воздушной среды для перемещения пульпы между пеноотделителями.

Эжекторная флотационная машина не имеет этого минуса. Однако и в ней сложно сохранять стабильность процесса флотации и регулировать режим работы.

Флотационные машины механического и пневмомеханического типов представляют собой ванну прямоугольного, трапециевидного или U-образного сечения, разделенную перегородками на камеры, в каждой камере имеется вал с импеллером. Валу передается вращение от электродвигателя посредством клиноременной передачи или редуктора. В большинстве конструкций механических и пневмомеханических флотационных машин импеллеры устанавливают внутри статоров, роль которых заключается в повышении циркуляции пульпы и аэрирующей способности импеллеров, а также в уменьшении вращательного движения пульпы внутри камер.[15]

Флотационные машины выпускаются камерного и корытного типов.В камерных машинах перегородки изолируют камеры друг от друга. В корытных машинах, называемых прямоточными, перегородки имеют отверстия в нижней части для прохода пульпы в последующую камеру. Каждая камера в камерной машине имеет загрузочный и разгрузочный карманы. В прямоточной машине загрузочный карман имеет первая камера и разгрузочный - последняя камера. Всасывающие камеры имеют в надымпеллерной трубе (стакане) отверстия для присоединения патрубков для всасывания в камеру промпродуктов или пульпы из предшествующих камер в машинах камерного типа. Для регулировки уровня пульпы в машинах устанавливают шиберные устройства с приводами.

Крупногабаритные флотационные машины оснащают автоматическими системами для регулирования уровня пульпы. В качестве датчиков используют фотоэлементы, поплавки, ультразвуковые устройства, пневмодатчики и т. д. Для устранения заиливания камер крупным материалом в нижней части выпускных карманов имеются песковые отверстия, которые открываются и закрываются с помощью тяг с маховиками. Всплывающие в камерах минерализованные пузырьки образуют на поверхности пульпы слой пены, содержащий флотируемые минералы. Обычно пена удаляется из камер лопастными пеногонами. Иногда пена удаляется самотеком.

За последние годы разработано много новых флотационных машин и осуществлена модернизация старых конструкций. В новых и модернизированных конструкциях установлены более совершенные аэрирующие устройства, обладающие лучшей аэрирующей способностью, меньшей энергоемкостью и стоимостью, большей эксплуатационной надежностью благодаря применению современных износостойких материалов. Вследствие увеличения вместимости флотационных камер (до 40-70м3) значительно повысилась единичная производительность флотационных машин.[14]

На рисунках 1.1-1.8 представлены флотомашины различных конструкций разных стран.

Рисунок 1.1 - Флотомашина ФМ-4:

- аэратор; 2 - привод; 3 - регулятор уровня пульпы; 4 - скребковый пеногон; 5 - корпус; 6 - клиновидный ремень; 7 - кожух привода; 8 - привод пеногона; 9 - пластинчатая цепь; 10 - труба для подачи пульпы; 11 - импеллер; 12 - статор; 13 - загрузочная камера; 14 - вал

Рисунок 1.2 - Флотационная машина «Механобр»:

а) машина; б) импеллерный блок; 1 - камера; 2 - импеллер; 3 - статор; 4 - радиальные успокоители; 5 - шпицкастен; 6 - пеносниматель; 7 - надымпеллерная труба с отверстием; 8 - труба для воздуха; 9 - устройство для аварийной разгрузки

Рисунок 1.3 - Флотационная машина «Сала» (Швеция):

а) - машина; б) импеллер; 1 - камера; 2 - вал; 3 - обсадная труба; 4 - статор; 5 - импеллер

Рисунок 1.4 - Флотационная машина «Ведаг»:

- камера; 2 - вал; 3 - обсадная труба; 4 - импеллер; 5 - статор

Рисунок 1.5 - Флотационная машина «Денвер Суб-А» (США):

а) - машина; б) - импеллер; в) - статор; 1 - импеллер; 2 - статор; 3 - обсадная труба; 4 - карман; 5 - шибер для регулирования уровня пульпы; 6 - циркуляционное отверстие для подачи пульпы на импеллер; 7 - отверстие для удаления крупнозернистого материала; 8 - лопатки импеллера; 9 - диск импеллера; 10 - лопатки статора

Рисунок 1.6 - Флотационная машина «Бут» (США):

а) машина; б) блок аэратора; 1 - пропеллерная мешалка; 2 - статор; 8 - камера; 4 - обсадная труба; 5 - вал

Рисунок 1.7 - Флотационная машина «Вемко» (США):

- циркуляционная труба; 2 - импеллер; 3 - статор; 4 - успокоительная решетка; 5 - труба опоры; 6 - труба подвода воздуха; 7 - кольцо регулирования; 8 - ложное дно

Рисунок 1.8 - План нижней части камеры машины Гиггрококс ХГИ-57:

- импеллер; 2 - статор; 3 - лопатки криволинейной формы; 4 - отверстия прямоугольной формы; 5 - межкамерные перегородки

Механические флотационные машины нашли широкое применение в операциях флотации руд цветных металлов, неметаллических полезных ископаемых и углей.

Главные особенности, которыми должны отличаться специальные машины для флотации угольной мелочи, основываются на принципах:

. Флотационные машины механического типа для флотации углей должны иметъ относительно небольшую глубину. Это положение находится в известном противоречии с необходимостыо создания достаточно спокойной зоны пеноотстаивания; собственно говоря, согласовывая эти требования, можно найти оптимальную глубину машины.

В литературе имеются по этому поводу самые противоречивые указания. В частности упоминается, что в Голландии при флотации угля успешно работают машины типа «Клейнбентинк», имеющие диаметр 3м и высоту всего 0,8 м, обладающие емкостью 3м3. Плотность пульпы - 15% твердого. Кроме того, указывается, что в Западной Германии при флотации углей глубина машин механического типа (марки МС) была увеличена с 1 до 2м. Этим достигнуто увеличение размеров пузырьков воздуха и улучшение флотации более крупных (до 1мм) частиц угля. Последнее обстоятельство может объясняться иначе, а именно - снижением интенсивности перемешивания пульпы в более глубоких камерах, а также увеличением в этом случае выделения воздуха из раствора.[15]

. Аэрация пульпы у машин для флотации углей должна быть максимальной. В этом случае: а) получается достаточная площадь поверхности пузырьков, необходимая для подъема в пену большого числа частиц угля, б) создаются лучшие условия для флокулярной флотации и в) улучшаются условия флотации крупных зерен. Желательно иметь возможность независимостей регулировки аэрации пульпы и интенсивности ее перемешивания. В частности представляется необходимым применение подачи добавочного воздуха в диспергированном виде.