18.Сырье для печей коксования. Требования и технологические схемы подготовки сырья.

Сырьем для коксования служат сорта каменных углей, способные спекаться. К ним относятся угли марок К (коксовые), Ж (жирные), ОС (отощенноспекающиеся), Г (газовые) и СС (слабоспекающиеся).

Однако, ввиду дефицитности таких углей, перед коксованием обычно составляют смесь углей разных сортов ( шихту).в шихту могут вводиться значительные количества самостоятельно не коксующихся углей,однако с таким расчетом, чтоб суммарные свойства шихты обеспечивали нормальный процесс коксования. основным свойством, определяющим пригодность шихты для коксования, является ее способность образовывать при нагреве пластический слой достаточной толщины, вязкости и с требуемым ходом термического разложения. Кроме того, состав шихты регламентируется по содержанию золы, серы, влаги и ряда других примесей.

Подготовка углей к коксованию включает следующие технологические процессы: обогащение, успеднение состава углей, дробление,грохочение, дозирование, уплотнение, сушку.

Дробление шихты (ДШ) Дробление компонентов (ДК)

(дозируются предватительно (окончательно измельченные)

дробленные угли)

Углеприем склад угля предварительное дробление дозирование углемойка окончательное измельчение и смешивание угольная башня

Углеприем склад угля, предварительное дробление, окончательное измельчение, дозирование, смешивание, угольная башня

19. Технологический режим коксовой печи. Управление процессом коксования. Материальный и тепловой баланс коксовой печи.

Выход химических продуктов коксования зависит как от состава исходной шихты, так и от условий ее коксования. На состав хим продуктов значительное влияние оказывают температура коксования и время пребывания парогазовой смеси в камере печей. Процесс коксования в камере коксовой печи происходит под воздействием температурного поля поверхности греющих стен. Образующиеся у стен пластические слои перемещаются к оси камеры. По другую сторону каждого пластического слоя образуется полукокс, постепенно превращающийся в кокс.постепенно отдельные слои сливаются и образуют коксовый пирог, разделенный по оси камеры смоляным швом, в котором образуются крупные поры и губчатая стркутура кокса. Полукокс упрочняется и разлагаются тяжелые смолы с выделением карбоидов. Дальнейший нагрев ведет а усадке и образованию трещин. К концу процесса каксовый пирог отходит от стенок камеры.

Управление процессом обогрева

Режим обогрева коксовых печей диктуется условиями соответствующего периода коксования. Температура по оси коксового пирога на высоте 2 м от пола камеры в конце коксования должна быть в пределах 1020-1060 С. На качество коксового пирога значительное влияние оказывает равномерность температуры по длине обогреваемого простенка

Метериальный и тепловой баланс

Процессы превращения угля в коксовой печи могут быть описаны следующими уравнениями:

Уголь = кокс + химические продукты + газ +- q_р, q_{р –} величина отнесенная к 1 кг угля, представляет теплоту реакции коксования.

q = VQ_н/А , где q- расход тепла на коксование влажного угля, кДж/кг

V- расход отопительного газа, м3/час

Qн – низшая теплота сгорания газа, кДж/м3

А-кол-во угля, подвергаемого коксованию, кг/час

Эффективность работы коксовой печи оценивают теплотехническим КПД

_теп= q_к/q = (q-(q₁+q₂))/q, где qк – тепло, переданное коксовому пирогу

q – общее количество тепла

q₁,q₂ – кол-во тепла на лучеиспускание и с отходящими дымовыми газами.

Билет№20

Коксовые батареи и оборудование коксовых производств.

В коксовых цехах коксовые печи группируются батареями с общими для всех печей системами подвода отопительного газа, подачи угля, отвода коксового газа. Типовая батарея включает до 80печей. Сверху на камере коксования предусмотрены загрузочные люки, с торцов камера закрыта съёмными дверями. УСТРОЙСТВО КОКСОВЫХ ПЕЧЕЙ

Коксохимические заводы сооружаются, как правило, вблизи металлургических заводов и входят в их состав, либо как отдельные предприятия. Коксохимическая промышленность отличается высокой концентрацией производства, т. е. заводы являются весьма мощными и имеют высокую производительность.

Современные печи для коксования углей представляют собой горизонтальные прямоугольные камеры, выложенные из огнеупорного материала. Камеры течей обогреваются через боковые стены. Печи располагаются в ряд и объединяются в батареи для уменьшения потери тепла и достижения компактности. В типовую батарею печей с шириной камер 410 мм входят обычно 65 печей, а в батарею большой емкости с камерами шириною 450 мм входят 77 печей. Обычные камеры имеют полезный объем 20—21,6 м ³ , а печи большой емкости—30 м ³ . Ширина печей более 450 мм нецелесообразна из-за ухудшения качества кокса (повышения истираемости). Для облегчения выталкивания кокса из камеры коксования ширину камеры со стороны выдачи кокса делают на 40—50 мм шире, чем с машинной стороны. Таким образом, камера имеет вид конуса. Основные, конструктивные элементы коксовой батареи показаны на рис. 4. За основные элементы батареи надо принять следующие: фундамент, регенераторы, корнюрную зону, зону обогревательных простенков, перекрытия простенков и перекрытия камер.

 

Фундамент представляет собой бетонное основание, имеющее с боков железобетонные укрепления — контрфорсы, которые сдерживают перемещение кладки батареи при ее разогреве. Фундамент состоит из двух плит. На нижней плите установлены верхние сооружения батареи. В верхней плите обычно располагают борова печей. Батарея имеет четыре борова для отвода продуктов горения. Над фундаментом расположен подовый канал для подвода воздуха и бедного газа или же отвода продуктов горения из регенераторов.

Регенераторы предназначены для подогрева воздуха и бедного газа своей насадкой, предварительно нагретой теплом отходящих продуктов горения из обогревательного простенка печей.

Над регенераторами находится корнюрная зона, которая является основанием камер печей и обогревательных простенков. В ней расположены каналы для подвода коксового газа к вертикальным каналам обогревательного простенка. Эти каналы иначе называются корнюрами.

Над корнюрной зоной расположена зона обогревательных простенков, в которой находятся камеры печей для коксования углей. Наружные стены обогревательных простенков одновременно являются стенами камер печи.

Для отопления печей применяются коксовый, доменный, генераторный, обезводороженный коксовый газы и их смеси.

При обогреве коксовым газом применяется так называемый “обратный коксовый газ”, т. е. газ, прошедший через аппаратуру, улавливающую ряд химических продуктов. В составе обратного коксового газа содержится до 60% водорода, который целесообразно извлечь и использовать на азотнотуковых заводах для синтеза аммиака. Обезводороженный коксовый газ (не содержащий водорода) также можно применить для отопления печей. Генераторный газ применяется лишь в тех случаях, когда приходится экономить коксовый газ, который целесообразнее использовать как бытовое топливо.

Коксовые батареисооружают на железобетонном основании, внутри которого размещены 4-е газовыхколлектора, по 2 с каждой стороны. Коллекторы для сбора продуктов горения от печей размещаются вдоль батареи. В центре основания находится вентиляционный коллектор. Над фундаментом расположен подовый канал для подвода воздуха или же отвода продуктов горения изрегенераторов(-они предназначены для подогрева воздуха своей насадкой). Над регенераторами находитсякорнюрная зона, которая явл-ся основанием камер печей и обогревательных простенков. Над ней расположеназона обогревательных простенков, в которой нах-ся камеры печей для коксования углей.Кантовочный механизмпредназначен для периодического изменения направления потоков газа, воздуха и продуктов горения в обогревательной системе коксовой батареи.Угольная башнярасполагается между 2-мя батареями печей. Она связана с печами посредством загрузочного вагона.

Оборудование коксовых производств: Коксовая печь -представляет собой технологический агрегат, в котором осуществляется коксование каменного угля. Пламенные печи (в них получали только кокс). Регенеративные печи. Коксовые батареи. Газосборники коксовых печей. Газопроводы. Коксовые машины. Двересъемные машины. Коксотушильные вагоны. Тушильные башни. Коксовые рампы. Валковые грохоты.

Билет №21

1)Коксотушильные вагоны. 2)Двересъемные машины коксовых производств.

1)Кокс из печи выдают в коксотушильный вагон,который подается под тушильную башню, а после тушения- к рампе для разгрузки. 3типа коксотушильных вагонов: 1.с неподвижным кузовом и открывающимися в боковой стенке затворами; 2.с неподвижным кузовом и поворотным днищем; 3. с поворотным кузовом и открывающимися затворами.Стенки вагона выложены плитами из жаропрочного чугуна. Днище из нержавеющей стали. Дно изготавливают под углом 28градусов.

2)С каждой стороны батареи печи обслуживаются Д.М, которая: отпирает и запирает двери камеры коксовой печи; поднимает и опускает двери с порога на 10-15мм; очищает футеровки двери от смоляных отложений и графита; очищает обслуживающую площадку от просыпей; направляет в коксотушильный вагон коксовый пирог из печи.

Билет №22

1)Коксовый газ и его переработка. 2) Основные стадии тех.процесса и оборудование.

1)В процессе пирогенетического разложения угля образуется смесь газо- и парообразных продуктов, которую называют коксовым газом. Неочищенный КГ называют прямым, а прошедший обработку- обратным. Для обеспечения качественного состава газа необходимо поддержание небольшого избыточного давления в камерах коксования, равномерный обогрев стен печей, полнота загрузки печных камер углём, высокая скорость отвода коксового газа из камер печей.

2) Улавливание хим.продуктов коксования(охлаждение и конденсация, сорбционные процессы), процессы осуществляют в трубчатых конденсаторах или оросительных холодильниках. Аппараты: скрубберы, сатураторы, поглотительные башни. Улавливание из газа сырого бензола происходит в насадочных скрубберах поглотительным маслом. Товарные продукты из сырого бензола получают путем очистки и ректификации. Основными аппаратами тех.схемы явл-ся колонны- бензольная, толуольная, ксилольная- с конденсационной аппаратурой.

Билет №23

Каменноугольная смола, её состав. Процессы и оборудование её переработки.

Представляет собой вязкую темную жидкость с плотностью больше 1, обладающую специфическим запахом. К-УС конденсирующаяся при охлаждении коксового газа, представляет собой смесь свыше 300 органических соединений(фенолы, азотистые основания, нафталин, антрацен, карбазол и др.) Начальными тех.операциями явл-ся нагрев смолы до 75град. И её отстаивание в стальных резервуарах. Для получения орг.соединений смолу подвергают разгонке, путем испарения фракций. Переработка надсмольной воды осуществляется в аммиачных отделениях с выделением летучего и связанного аммиака, фенолов и пиридиновых оснований. Надсмольная вода из газовых холодильников после отделения от смолы подается в испарительную секцию аммиачно-известковой колонны. Испарительная секция предназначена для дистилляции аммиака из надсмольной воды. Дефлегматор предназначен для конденсации части водяных паров из пароаммиачной смеси. Каменноугольная смола— чёрная, вязкая жидкость с сильным едким запахом. Сложная смесь более чем 1000 ароматических соединений, особенно полициклических ароматическихуглеводородовигетероциклических соединений, из которых выявлено и идентифицировано около 500.Каменноугольная смола получается в процессе производства металлургическогококса. При коксовании угля выделяетсякоксовый газ, при конденсировании которого получается каменноугольная смола. Из каменноугольной смолы методом перегонки получаютбензол,толуол,нафталин,каменноугольные масла,олифу, высокотемпературныйпеки прокаленный пековый кокс. Состав каменноугольной смолы

Фракция	Выход, % от массы смолы	Пределы ки- пения, °С	Плотность при 20 °C, кг/м3	Выделяемые вещества
Лёгкая	0,2-0,8	До 170	900-960	Бензол и его гомологи
Фенольная	1,7-2,0	170-210	1000-1010	Фенолы, пиридиновые осно- вания
Нафталиновая	8,0-10,0	210-230	1010-1020	Нафталин, тионафтен
Тяжёлая (погло- тительная)	8,0-10,0	230-270	1050-1070	Метилнафталины, аценафтен
Антраценовая	20,0—25,0	270-360 (и до 400)	1080-1130	Антрацен, фенантрен, карба- зол и др.
Пек	50,0—65,0	Выше 360	1200-1300	Пирен и др. высококонден- сированные ароматические сое- динения

Билет №24

Тушильные башни, коксовые рампы и коксосортировка коксовых производств . Экологические аспекты их экслуатации.

Тушильную башню изготавливают из железобетона. Внутри башни размещается оросительное устройство в виде горизонтально расположенных труб, имеющих по всей длине отверстия. Вода к оросительному устройству подаётся центробежными насосами из сборника оборотной воды. Осветление воды производится в 3-х последовательно расположенных отстойниках. Вода из последнего забирается насосом и вновь подается на тушение кокса. Шлам, отлагающийся в отстойниках удаляется при помощи монорельсовой тележки с грейфером. В целях предохранения атмосферы от чрезмерного загрязнения вредными газами вода, применяемая для тушения кокса, не должна содержать: сероводорода-10мг/л,аммиака 200, фенолов 200, смол и масел 100, цианидов 0,5.

Рампа представляет собой наклонную площадку, выложенную чугунными плитами. Вдоль рампы установлен ленточный транспортер для подачи кокса на коксосортировку. Кокс на рампе удерживается при помощи секторных затворов. Коксосортировка размещается ближе к тушильным башням, что уменьшает пробег тушильного вагона, сокращает зону тумана.

Билет №25

Полукоксование угля: технология, продукты процесса и область их применения.

Технология состоит из след.операций: подготовка угля и подача в печь; термическое разложение угля без доступа воздуха при тем-ре 500-550град.; охлаждение парогазовой смеси и конденсация паров; обезвоживание сырой смолы, разгонка её на фракции, очистка фракций. Исходным сырьём служат бурые и каменные угли. Продуктами полукоксования явл-ся полукокс, полукоксовая смола, подсмольная вода и первичный газ. Полукокс обладает высокой реакционной способностью и пригоден для получения сероуглерода, карбида кальция. Необходимого в производстве фосфора. Он служит топливом для топок и газогенераторов. Полукокс из бурых углей используется как адсорбент. Полукоксовая смола служит сырьём для производства бензина, керосина, смазочных масел. После конденсации водяных паров в полукоксовом газе содержится небольшое кол-во низкокипящих углеводородов- это легкие смолы, называемые газовым бензином, он представляет собой высококачественное топливо, которое извлекают из первичного газа путём абсорбции.

Билет №26

Экологические характеристики природных топлив. Обогащение угля как экологический аспект добычи и переработки топлива.

Отходы современной энергетики составляют основную долю антропогенного загрязнения окружающей среды. Особое значение имеет проблема парникового эффекта, возникающего из-за насыщения атмосферы газами, которые пропускают УФ-излучение Солнца, но задерживают отраженное от поверхности Земли инфракрасное излучение. Эти газы образуются при сжигании органического топлива, и с ними связывается повышение средней тем-ры земной поверхности и опасность изменения климата. Основные факторы нарушения природного равновесия, связанные с добычей и переработкой углей, а также мероприятия по обеспечению экологической безопасности этих процессов следующие: 1) при добыче из недр тонны угля загрязняется вода и водоёмы. Нарушение земной поверхности и недр может в значительной степени компенсироваться рациональной организацией технологий разработки месторождений. 2)Добыча, обогащение и сжигание угля приводят к образованию больших масс твёрдых отходов. Сбор, транспортировка и хранение в отвалах углеотходов увеличивают издержки производства и сопряжены с загрязнением окружающей среды и отторжением земельных угодий. Решение этих вопросов достигается рекультивацией отвалов и промышленным использованием твёрдых отходов . Сжигание топлив сопровождается выбросом в атмосферу СО2, оксидов серы и азота и др.токсич.соединений. Использование адсорбционных методов на основе природных карбонатов приводит к накоплению отработанного адсорбента. Одним из путей снижения вредного воздействия угля явл-ся его обогащение. Повышение качества угля и его теплотворной способности достигается за счет удаления балласта-минеральных включений и влаги. Другим важным направлением явл-ся утилизация оксидов серы и азота дымовых газов. Актуальность проблемы сохранения окружающей среды обуславливает необходимость использования экологически чистых и экономичных технологий переработки угля, ограничивающих выброс токсичных оксидов с дымовыми газами. Решение проблемы возможно в рамках замкнутой по газовой фазе технологии переработки угля, которая одновременно с очисткой дымовых газов от оксидов серы и азота обеспечивает улавливание диоксида углерода путём сжижения и последующей его фиксации каким-либо экономически оправданным методом.

Билет №27

Способы обогащения угля. Основное оборудование процессов обогащения.

Обогащение углей- один из наиболее эффективных способов улучшения качества углей для их подготовки к переработке. Обогащение углей осуществляют при помощи отсадочных и флотационных машин, реожелобов. Всё большее применение получают мокрое обогащение в барабанных магнитных сепараторах, переработка шламов на спиральных сепараторах и вибросепараторах. Обогащение угольного топлива применяется для снижения зольности и серосодержани, улучшения спекаемости, повышения теплотворной способности. Путем обогащения бурые угли могут приобретать свойства высокосортных каменных углей. Топливо получается с минимальным содержанием золы и серы. В результате уменьшаются вредные выбросы в атмосферу и загрязнение окружающей среды золошлакованными отходами. Современные технологии обогащения угля должны обеспечивать: получение товарной продукции заданного качества; соблюдение экологических требований в районе размещения обогатительной фабрики; экономическую эффективность производства. Основными факторами, определяющими структуру технологических схем обогащения, явл-ся св-ва исходного угля и требования к качеству товарной продукции. В зависимости от этих факторов выбирают методы обогащения. Тех.схемы обогащения включают след.операции: 1) приём угля, поставляемого конвейерным транспортом, в автосамосвалах и железнодорожных вагонах. 2) предварительная классификация угля по крупности. 3) удаление посторонних предметов и негабаритных кусков угля и породы из надрешетного продукта предварительной классификации. 4) дробление надрешетного продукта в щековых или зубчатых валковых дробилках. 5) объединение дробленого продукта. 6) подготовительная классификация рядового угля в гидроклассификационных устройствах для гравитационного, флотационного обогащения. 7) обогащение машинных классов в тяжелосредних сепараторах, отсадочных машинах, тяжелосредних циклонах, пневматических сепараторах. 8) механическое обезвоживание продуктов обогащения крупного и мелкого машинных классов на гротах, в элеваторах и центрифугах. 9) выделение и обработка крупнозернистых шламов с использованием гидроклассификаторов, гидроциклонов, спиральных сепараторов, вакуум-фильтров, центрифуг. 10) обработка шламовых вод, включая флотацию и обезвоживание 11) термическая сушка продуктов обогащения 12) складирование и отгрузка продуктов и отходов обогащения.

Оборудование: Шкивной жезлоотделитель; дробилки (щековые, валковые, ударного действия, роторные, конусные, барабанные, ); грохоты; отсадочные машины; флотационные машины; барабанная сушилка.

Билет №28

Гравитационное обогащение угля. Конструкции гидроциклонов сепараторов, принцип их действия.

Г. о. осуществляется в водной и воздушной средах. В водной среде разделение происходит более четко, что связано с большей плотностью воды. Однако сухое (т. н. пневматическое) Г. о. в ряде случаев имеет преимущество, поскольку не требует обезвоживания продуктов обогащения. Это особенно важно для районов с суровым климатом, где смерзание концентратов, например угольных, затрудняет их транспортировку. При Г. о. обычно используется сила земного притяжения, откуда и название метода; одновременно с силой тяжести в некоторых случаях используется центробежная и электромагнитная силы.

Теория Г. о. основана на определении относительных скоростей перемещения частиц, отличающихся плотностью и размерами, в среде различной плотности. Впервые теория Г. о. была развита П. Риттингером (1867). Существенное развитие теория Г. о. получила в работах Г. Я. Дорошенко (1876), С. Г. Войслава (1884), В. А. Гуськова (1908), Р. Ричардса (1908), Т. Финкея (1940) и, особенно, П. В. Лященко (1940). Вначале были разработаны методы определения скорости падения одиночных частиц. При достаточно большой разнице скоростей происходит разделение: частицы большей плотности располагаются внизу, а меньшей — в верхней части слоя. При таком подходе для разделения частиц по плотности необходимо, чтобы частицы имели относительно близкие размеры (иначе очень крупное зерно малой плотности будет падать с такой же скоростью, как небольшое зерно большей, и разделения не произойдёт). Однако на практике этот принцип не выдерживался, а разделение происходило. Расхождение между теорией и практикой пытались устранить введением понятия о т. н. стеснённых условиях движения частиц, при которых они перемещаются группой. Но при этом очень трудно учесть закономерности взаимного трения и перемещения частиц. Пытались также рассматривать процесс Г. о. как разделение крупных частиц в плотной взвеси частиц более мелких. Современная теория Г. о. развита в 60-е гг. советскими учёными Э. Э. Рафалес-Ламарка, Н. Н. Виноградовым и др. Основное внимание уделяется анализу расслоения как массовому статистическому процессу и свойствам взвесей, находящихся в статистически неустойчивом состоянии.

Гидроциклон(от гидро... и греч. kyklon — вращающийся), аппарат для разделения в водной среде зёрен минералов, отличающихся значением массы. Различают Г. классификаторы, сепараторы и сгустители. Классификаторы применяются для разделения зёрен по крупности, сгустители — для отделения части воды от зёрен и сепараторы — для обогащения полезных ископаемых в минеральных суспензиях. Г. представляет собой конус 1 (рис., а) с короткой цилиндрической частью 2, имеющей питающий патрубок 3, по которому подаётся гидросмесь, и сливное отверстие 4. У конической части предусмотрена насадка 5, через которую разгружается нижний продукт разделения. Питающий патрубок расположен таким образом, что пульпа вводится в Г. по касательной и вращается в нём с образованием внешних и внутренних потоков (рис., б). Твёрдые частицы подвергаются воздействию центробежной силы и отбрасываются к периферии. Чем больше масса зерна, тем дальше оно будет отброшено. Зёрна, имеющие большую массу, чем граничные зёрна, по которым производится разделение, остаются во внешнем потоке и, перемещаясь к вершине конуса, разгружаются через насадку. Зёрна с меньшей массой попадают во внутренний поток и выносятся через сливное отверстие.

Ввиду простоты конструкции Г. находят всё большее применение в промышленности. Их совершенствование выражается также в применении сочетания нескольких Г. с получением различных продуктов и в автоматическом регулировании процесса разделения зёрен. Впервые Г. применен в 1939 на углеобогатительной фабрике в Голландии. Серийное производство Г. в СССР начато в 1956. Сепарация

(от лат. separatio — отделение), сепарирование в технике, процессы разделения смесей разнородных частиц твёрдых материалов, смесей жидкостей разной плотности, эмульсий; взвесей твёрдых частиц или капелек в газе или паре. При С. разделяемые компоненты не изменяют своего химического состава. Например, смесь минеральных зёрен при С. разделится на продукты, состоящие из тех же минералов в другом количественном соотношении. С. основана на различии в физических или физико-химических свойствах компонентов смеси: размеры твёрдых частиц, форма, цвет, блеск, коэффициент трения, прочность, упругость, смачиваемость поверхности, магнитная восприимчивость, электропроводность, люминесценция, радиоактивность и др.

В обогащении полезных ископаемых почти все операции разделения (включая грохочение и классификацию) можно отнести к С. Например, воздушная, или пневматическая, С., С. в тяжёлых средах, магнитная, пенная (флотация крупных частиц), электрическая С., трибоадгезионная, радиометрическая С., сепарация по трению, С. по упругости и др.

Песчаная сепарация.

В тех случаях, когда для образования тяжелой суспензии применяется песок, обогащение осуществляется в большом стационарном сепараторном конусе, вращающиеся лопасти которого приводят в движение воду с песком и углем (крупность угля 0,6 см и более). Товарный уголь собирается в верхней части конуса, а загрязненный опускается в нижний цилиндр, где периодически выгружается по выводящему лотку. Песчаная фракция отделяется мокрым грохочением для повторного использования в установке.

Билет №29

Флотационное обогащение угля, сущность процесса флотации, реагенты для флотации углей, флотационные машины.

Флотация(франц. flottation, от flotter – плавать), процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При Ф. пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

Ф. – один из основных методов обогащения полезных ископаемых, применяется также для очистки воды от органических веществ и твёрдых взвесей, разделения смесей, ускорения отстаивания в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и др. отраслях промышленности. В зависимости от характера и способа образования межфазных границ (вода – масло – газ), на которых происходит закрепление разделяемых компонентов (см. Поверхностно-активные вещества) различают несколько видов Ф.

Флотационные реагенты,химические вещества, обусловливающие и регулирующие большинство процессов флотации. Ф. р., находясь в жидкой фазе пульпы и адсорбируясь на границах раздела фаз жидкость – газ и твёрдая фаза – жидкость, создают условия для избирательной (селективной) флотации частиц определённых минералов. Различают три основные группы Ф. р. – собиратели, регуляторы и пенообразователи.

Собиратели (или коллекторы) – органические вещества, служащие для гидрофобизации поверхности частиц флотируемых минералов, что делает возможным их прилипание к пузырькам газов. Молекулы собирателя обычно состоят из двух частей – углеводородной (неполярной) и карбоксильной группы, аминогруппы и другой (полярной) химически активной, закрепляющейся на поверхности минералов. По способности диссоциировать на ионы в водной среде собиратели делятся на неионогенные и ионогенные. Первые практически нерастворимы в воде и представлены обычно неполярными, углеводородными жидкостями (керосин, нефтяные масла и др.). Вторые диссоциируют в воде на анион и катион и в зависимости от вида гидрофобизирующего иона подразделяются на анионные (например, ксантогенаты, аэрофлоты, жирные кислоты и их соли, алкилсульфаты) и катионные (например, высшие жирные амины и их соли, четвертичные аммониевые основания). Хемосорбционное закрепление собирателя на определённых элементах поверхности частиц минералов обусловливает избирательность флотации. Углеводородная часть молекулы собирателя, крайне слабо притягивающая молекулы воды, препятствует гидратации поверхности минерала – образованию устойчивого слоя, состоящего из молекул воды. Добавки неполярных жидкостей (масел, керосина) в пульпу усиливают гидрофобизацию. Иногда для более полного извлечения нужных минералов применяется сочетание различных собирателей. Для флотации сульфидных минералов (галенита, халькопирита, сфалерита) чаще всего применяются растворимые в воде соли ксантогеновой или дитиофосфорной кислот – т. н. ксантогенаты и дитиофосфаты. Несульфидные минералы (апатит, флюорит, фосфаты природные и др.) обычно флотируются различными жирными кислотами и их солями (олеатом натрия, солями сульфокислот и др.). Перспективно применение алкилгидроксамовых кислот и их солей. При флотации природногидрофобных минералов (угля, самородной серы и др.) применяются малорастворимые в воде реагенты, которые закрепляются на частицах в виде капелек.

Регуляторы применяются для повышения избирательности закрепления собирателей на поверхности определённых минералов, увеличения прочности этого закрепления, снижения расхода собирателя и придания минерализованной пене оптимальной устойчивости. Когда регулятор действует непосредственно на поверхность минерала, способствуя лучшему закреплению на нём собирателя и активируя флотацию, он называется активатором. Например, добавление сульфида натрия сульфидизирует поверхность окисленных минералов цветных металлов и позволяет закрепиться на них молекулам ксантогената. Медный купорос оказывает активирующее действие на флотацию сфалерита. Регулятор, затрудняющий взаимодействие минерала с собирателем, называется подавителем или депрессором. Например, жидкое стекло предотвращает закрепление мыл на силикатных минералах, подавляя их флотацию; известь и цианиды подавляют флотацию пирита. Кроме активаторов и подавителей, имеются реагенты-регуляторы, придающие среде определенную щёлочность и кислотность (регуляторы среды). Регуляторы, разобщающие (пептизирующие) частицы микронных размеров (тонких шламов), например силикат натрия, уменьшая их отрицательное действие на флотацию, называются реагентами-пептизаторами и чаще всего являются неорганическими соединениями; реже используют органические регуляторы (карбоксилметилцеллюлоза и др.).

Действие Ф. р. зависит от природного состава поверхности минералов, щёлочности и кислотности среды, температуры пульпы (для жирных кислот и их солей) и др. факторов. Расход Ф. р. – от нескольких г до нескольких кг на 1 т флотируемого материала. При флотации применяют определённый ассортимент реагентов и порядок их подачи, что составляет основу флотационного режима. Обычно в пульпу добавляется регулятор (или регуляторы), затем – собиратель и впоследствии – пенообразователь. Выдерживается оптимальное время контакта пульпы с каждым реагентом. Во многих случаях действие реагентов комплексное и приведённая их классификация несколько условна.

30. Процесс обогащения углей отсадкой. Основные закономерности процесса. Конструкции отсадочных машин.

ОТСАДКА-способ гравитационного обогащения полезных ископаемых, основанный на разделении минеральной смеси по плотности в вертикальном колеблющемся потоке воды переменного направления. Конечные продукты О.: концентрат с высоким содержанием полезного компонента и отходы (иногда выделяется промежуточный продукт, состоящий из сростков полезного компонента с пустой породой или из их механической смеси).

         Разделение материала при О. происходит в результате периодического воздействия восходящего и нисходящего потоков воды (пульсаций) на слой обогащаемого материала (так называемую отсадочную постель), находящийся на решете. Под действием пульсаций постель попеременно разрыхляется и уплотняется, при этом частицы различной плотности взаимно перемещаются по её высоте: с малой плотностью — в верхние слои, с большой плотностью — в нижние. Сформировавшиеся слои различной плотности раздельно удаляются в виде концентрата, отходов и, в некоторых случаях, промежуточного продукта.

        

        Принципиальная схема отсадки: 1 — пульсатор; 2 — отсадочная постель; 3 — решето.

Схема осадочных машин: 1 – постель; 2 – решето; 3 – поршень; 4 – кривошипно-шатунный механизм; 5 – пульсатор; 6 – подрешетная вода

30. Технологическая схемы обогащения угля. Сгущение и обезвоживание продуктов обогащения.

 

Рис. 1 Принципиальная схема гравитационного обогащения угля отсадкой из тяжёлой суспензии.

Рис. 2 Упрощенная технологическая схемы обогащения угля

Процесс сгущения заключается в повышении концентрации твердой фазы в сгущенном продукте по сравнению с исходной пульпой или суспензией. Сгущение осуществляется под действием гравитационных (в сгустителях различных конструкций) или центробежных (в гидроциклонах, осадительных центрифугах) сил. При сгущении получают два продукта: сгущенный, содержащий в единице объема значительно больше твердой фазы, чем в исходном питании, и слив, обычно условно чистый, или с небольшим содержанием твердого.

При сгущении могут ставиться две задачи: получение сгущенного продукта с максимально возможной концентрацией твердой фазы или получение слива с минимальной концентрацией твердых частиц. В последнем случае сгущение обычно называют осветлением.

В реальных условиях чаще всего эти две задачи решаются одновременно, в результате в одном аппарате осуществляются операции сгущения и осветления. Сгущение широко используют в технологических схемах обогатительных фабрик. Сгущению подвергают различные продукты обогащения: промпродукты сгущают для удаления воды перед их дальнейшей переработкой, концентраты — перед фильтрованием,, а хвосты — для получения оборотной воды и уменьшения объемов; хвостохранилищ.

Известно, что для улучшения технологических показателей гравитационного обогащения полезных ископаемых, особенно при. применении процессов отсадки, материал обесшламливают по граничной крупности 0,5(0,2) мм. В результате циркуляции оборотных вод их вязкость повышается из-за накопления в них шламов,. что отрицательно сказывается на эффективности процесса обогащения. Поэтому на обогатительных фабриках применяют различные схемы сгущения и осветления оборотных вод с целью снижения в них концентрации твердого.

Окончательное обезвоживание концентрата и промежуточных продуктов отсадочных машин и циклонов реализуется на обезвоживающих машинах, в то время как окончательное обезвоживание отходов производится на грохотах. Обезвоживание концентрата и промежуточных продуктов на углеобогатительных фабриках производится главным образом в вибрационных центрифугах с производительностью приблизительно 200 т/ч. Обезвоживание концентрата размером 2-0,5мм из винтовых сепараторов выполняется в шнековых обезвоживающих машинах, отходы обезвоживаются на грохотах. Обезвоживание концентрата размером 0,5-0,04мм из винтовых сепараторов, гидроциклонов и флотомашин осуществляется посредством вакуумных фильтров или осадительных центрифуг, в то время как отходы обезвоживаются на камерных прессах или безэкранных центрифугах. Выбор типа фильтра зависит от эффективности операции обезвоживания, числа задействованных прессов, а так же от суммы инвестиционных и производственных затрат. Обезвоживание, осуществляемое с помощью ленточных прессов более низких инвестиционных затрат и более высоких производственных затрат в сравнении с камерным прессом.

     

Концептуальная схема технологического процесса водно-шламовой схемы с обогащением шлама в циклонах или флотомашинах для отечественной обогатительной фабрики, перерабатывающей тонкий уголь показана на рис.1.

Рис.1.представляет обезвоживание концентрата на вакуумных фильтрах или пресс фильтрах, так же как обезвоживание отходов на на ленточном фильтр- прессе. Выбор между вакуумными фильтрами и пресс-фильтрами зависит от требуемой влажности смеси из концентрата 20-0,5мм и 0,5-0мм.

30. Применение флокулянтов в углеобогащении. Фильтрация и осадительные центрифуги.

После добычи и сортировки уголь поступает на шаровые мельницы для размола, полученная угольная пульпа подвергается разделению под воздействием силы тяжести. Уголь всплывает на поверхность, отделяясь от оседающей породы, затем его снова подвергают разделению на фракции и процессу сепарации для извлечения концентрата.

В процессе образуются мелкие угольные частицы, требующие последующей обработки для извлечения посредством флотации с использованием флотореагента. Снова концентрат собирается на поверхности, а отходы оседают.

Обогащение угля продолжается в процессе седиментации, а затем фильтрации или центрифугирования. Флокулянты, применяемые для седиментации, способствуют разделению твердой и жидкой фаз, ускоряя процесс осаждения в концентраторах, а также очищают шламовую воду, которая потом участвует в рециркуляции. Конечный концентрат извлекается в процессе фильтрации или центрифугирования. В данных процессах также используется флокулянт для интенсификации процесса разделения.

При обогащении бурого угля или угольного сланца в процессе оседания иногда перед флокулянтом требуется добавление коагулянта для эффективного захвата частиц и требуемой степени очистки шламовой воды.

Таким образом, в обогащении угля флокулянты применяются в следующих процессах:

·Осаждение/осветление угольной пульпы

·Интенсификация процесса сепарации угля при фильтрации/центрифугировании

·Осаждение/осветление хвостов угля

·Интенсификация процесса сепарации хвостов при фильтрации/центрифугировании

Фильтрация — процесс обезвоживания пульп путем отделения воды от твердых частиц с помощью пористых перегородок, проницаемых только для жидкости. В качестве фильтрующих перегородок используют фильтровальное полотно (хлопчатобумажные, шерстяные или синтетические ткани), пористую керамику и другие материалы. Для ускорения процесса фильтрации по одну сторону фильтрующей перегородки создается разрежение (вакуум-фильтры) или повышенное давление (фильтр-прессы). В обогатительной технике чаще всего используются барабанные или дисковые вакуум-фильтры непрерывного действия. Принцип действия этих фильтров одинаков, но они конструктивно отличаются формой фильтрующих элементов.

Барабанный фильтр представляет собой барабан, вращающийся на горизонтальном валу. Барабан разделен на секции (камеры), поочередно соединяемые с вакуумной или воздуходувной установкой. Барабан частично погружен в ванну с фильтруемым материалом. Поверхность барабана покрыта фильтровальной тканью. При вращении барабана камеры, погруженные в ванну с пульпой, соединяются с вакуумной системой. В результате разрежения вода из пульпы проходит через поры ткани, а частицы твердого осаждаются на ней (зона образования осадка).

При дальнейшем вращении барабана за счет разрежения продолжается отсос воды (зона подсушки); затем камера подсоединяется к системе сжатого воздуха, который раздувает ткань, что облегчает отделение кека (зона снятия осадка) Для оолее полного снятия осадка используют срезающий нож. Перед заходом камеры в ванну с пульпой ткаиь продувают сжатым воздухом с целью прочистки пор.

Барабанные вакуум-фильтры изготавливают с фильтрующей поверхностью до 40 м2.

Дисковые вакуум-фильтры в отличие от барабанных имеют фильтрующие элементы в виде дисков, собранных из нескольких отдельных сегментов , что позволяет при тех же внешних габаритах аппарата увеличить поверхность фильтрации до 80 м2.

Схема устройства дисковых вакуум-фильтров

1 – диски с секторами; 2 – центральный ячейковый вал; 3 – мешалка вращающегося типа; 4 – мешалка качающегося типа; 5 – секционная ванна; 6 – общая ванна; 7 – шестерня привода; 8 – распределительная головка.

Схема устройства ленточного вакуум-фильтра (без сходящего полотна)

1 – натяжной барабан; 2 – загрузочный лоток; 3 – вакуум-камера; 4 – лента;

5 – приводной барабан; 6 – нож для съема осадка; 7 – опорные ролики;

8 – фильтрующая перегородка.

Схема устройства фильтр-прессов

а – плиточно-рамного; б – камерного

1 – фильтровальная плита; 1 – фильтровальная плита; 2,3 – фильтровальная

2 – рама; 3 – упорная плита; ткань;4,6 – каналы для отвода фильтрата;

4 – нажимная плита 5 – коллектор для подачи исходной суспензии

Схема устройства гипербар-фильтра

1 – сосуд под давлением; 2 – ванна фильтра; 3 – диски; 4 – ячейковый вал; 5 – распределительная головка; 6 – привод дисков; 7 – транспортер; 8 – разгрузочное устройство

Схема устройства ленточного фильтр-пресса

1 – загрузочное устройство; 2 – натяжные ролики; 3,4 – фильтрующие ленты;

5 – устройство для промывки лент; 6 – нож для съема осадка

30. Обезвоживания продуктов обогащения фильтрования. Процесс фильтрования.

Фильтрованием называют процесс разделения твердой и жидкой фаз тонкозернистых и шламистых суспензий, основанный на принудительном (под действием давления или разрежения) удалении содержащейся в них воды через пористую фильтрующую перегородку. Твердые частицы, удерживаемые на пористой перегородке, называют осадком, а прошедшую через фильтрующую перегородку жидкую фазу — фильтратом. На фильтрование подают суспензии, крупность твердых частиц в которых менее 1 мм, так как обезвоживать их другими методами нецелесообразно из-за малой скорости фильтрации жидкости и значительной влажности получаемых осадков.

Фильтрование — широко распространенный метод разделения твердой и жидкой фаз. В зависимости от технологической схемы фабрики и минерального состава обогащаемого полезного ископаемого, на фильтрование поступает от 2 до 8 % обогащаемых руд цветных металлов и до 100 % фосфоритовых и апатитовых руд, ,а также калийных солей (естественно, на фильтрование поступают продукты переработки этих руд).

Процесс фильтрования протекает под действием разности Давлений по обе стороны фильтровальной перегородки. В зависимости от способа создания требуемой разности давлений различают вакуум-фильтры и фильтр-прессы. В первых аппаратах разность давлений по обеим сторонам фильтрующей перегородки создают с помощью разрежения, а во вторых — с помощью избыточного давления.

Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке, подразделяют на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость остается постоянной при изменении давления фильтрования. К таким осадкам относят концентраты руд цветных и черных металлов, т. е. осадки, имеющие зернистую структуру. Пористость сжимаемых осадков изменяется с увеличением разности создаваемого давления. К таким осадкам относят глину, торф и др. Сжимаемые осадки фильтруются менее эффективно.

Различают фильтрование при постоянной разности давлений и при постоянной скорости истечения фильтрата. Фильтрование при постоянной разности давлений осуществляется в случае, если пространство за фильтровальной перегородкой сообщается с источником постоянного вакуума или пространство перед суспензией — с источником постоянного давления. При таком методе фильтрования, в связи с увеличением сопротивления слоя осадка, скорость фильтрования является переменной величиной. Если обеспечена постоянная подача суспензии поршневым насосом, то происходит фильтрование при постоянной скорости. При реализации такого процесса фильтрования переменной величиной является разность давлений.

Центрифугированием называют процесс обезвоживания мелких и тонких продуктов обогащения под действием центробежных сил во вращающемся роторе. Центрифугирование осуществляется в машинах, называемых центрифугами. Основной рабочий орган центрифуг — ротор, внутри которого происходит разделение суспензии на твердую и жидкую фазы, формирующие соответственно осадок и фугат. Различают центробежное фильтрование и осадительное центрифугирование.

При центробежном фильтровании вода удаляется через перфорированный ротор центрифуги, в котором суспензия под действием центробежных сил прижимается к его внутренней поверхности. Жидкость фильтруется через слой осадка и отверстия ротора. Твердые частицы удерживаются на поверхности ротора, обезвоживаются и разгружаются из ротора.

Осадительное центрифугирование осуществляется в центрифугах со сплошным ротором. Суспензия под действием центробежных сил прижимается к внутренней поверхности ротора. Твердые частицы, обладающие большей плотностью, осаждаются в объеме суспензии и концентрируются у стенок ротора, вытесняя воду в пространство, расположенное ближе к центру вращения. Фугат удаляется из ротора через сливные окна, а осадок транспортируется шнеком к разгрузочным патрубкам. Таким образом, общие закономерности центрифугирования во многом аналогичны закономерностям фильтрования и осаждения в поле гравитационных сил.

Следует, отметить, что, в отличие от обычного фильтрования, процесс центробежного фильтрования происходит в более сложных условиях: форма осадка и фильтрующей перегородки искривленная, т. е. площадь поверхности фильтрования зависит от радиуса вращения, на уплотнение осадка оказывают влияние гравитационные силы и гидростатическое давление вращающейся жидкости.

Наиболее широко операции центрифугирования применяют в углеобогащении, так как именно этим способом можно наиболее эффективно удалять влагу из продуктов углеобогащения.

В горной промышленности центрифуги применяют также для обогащения в тяжелых жидкостях и суспензиях, обезвоживания продуктов обогащения и осветления сточных и моечных вод.