книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

влические сопротивления несомненно больше, чем при транспорте пульпы по одному хвостопроводу большего диаметра, а износ хвостопроводов тем интенсивнее, чем меньше диаметр. Отсюда более частая замена нескольких износившихся хвостопроводов потребует больших затрат, чем менее частая замена одного хвостопровода.

Вопрос об укладке в указанном случае одной рабочей нитки хвостопроводов решается анализом параллельной работы несколь­ ких землесосов на один пульпопровод. Вопрос о параллельной работе насосов мало освещен в литературе и, насколько нам известно, не подвергался специальным исследованиям (в отиопхении параллельной работах землесосов).

При анализе параллельной работы землесосов необходимо выяснить влияххие одних агрегатов на другие в отношении показа­ телей их работы (производительность, напор, if. и. д.), а также осветить некоторые эксплуатационные явления (например, толчки в линии).

Анализ параллельной работы насосов обычно производится при помощи комбипирования графических характеристик насоса. Графическое построение характеристики Q — Н двух параллельно работающих землесосов производится путем удвоения абсцисс характеристики одного насоса (рис. 56).

При анализе параллольпой работы двух землесосов характери­ зуют случай включения нового землесоса в существующую сеть. В этом случае при увеличепии расхода жидкости возрастают гидравлические сопротивления и изменяется характеристика су1цествуЮ1цей сети: новая характеристика существующей сети является продолжением ее характеристики при работе одного насоса и производительность двух насосов оказывается меньше удвоенной производительности одного насоса.

Когда проектируют новую систему транспорта пульпы заве­ домо на параллельную работу землесосов, то трубопровод необ­ ходимо подбирать в расчете на нормальный режим при работе на рабочей точке «а» (см. рис. 56). В этом случае производитель­ ность двух насосов равна примерно удвоенной производитель­ ности одного насоса.

При уменьшении расхода в системе насос — трубопровод гидравлические сопротивления меняются очень значительно, и для

141

обеспечения нормальной работы насосов необходимо одновременно прикрывать задвижки на напорных патрубках обоих насосов. Обеспечение одновременности одинаковой степени прикрытия задвижек является затруднительным, и могут проявиться не­ приятные явления в сети (толчки и др., а также переход работы насосов на неустойчивую часть их характеристики Q — Н с воз­ можным отказом насоса от работы).

При уменьшении расхода в системе землесос — хвостопровод последний переходит на работу при частичпом заилении сечения со значительно меньшим изменением гидравлических сопротивле­ ний в системе землесос — хвостопровод, чем в системе насос — трубопровод. При транспорте хвостовой пульны, содержащей однородные по крупности и мелкие частицы (например, 50—80% — 0,074 мм), переход от незаилениого к заилеппому сечению напор­ ного хвостопровода почти пе сопровождается уменьшением гидра­ влических сопротивлений. Характеристика хвостопровода до не­ которого значения скорости ниже критической и для заданных характеристик пульпы занимает примерно горизонтальное поло­ жение. Поэтому при характеристике землесоса Q — Н в пределах рабочего диапазона, занимающей также примерно горизонтальное положение, нормальная работа системы землесос — хвостопровод при снижении расходов пульпы может быть обеспечена и без прикрытия задвижек.

Приведенный выше элементарный анализ доказывает, что тео­ ретически параллельная работа землесосов возможна. Практи­ чески, однако, надо учитывать ряд специфических обстоятельств. К числу последних относится прежде всего изменепие характе­ ристик землесосов при износе их частей, особенно рабочего колеса. Неодновременный и неодинаковый износ частей землесосов при­ водит к тому, что в некоторые периоды работа землесосов стано­ вится неустойчивой. Следует также отметить трудности регулиро­ вания одновременной работы нескольких землесосов на один хвостопровод при разных длинах участков напорных патрубков, при помощи которых землесосы приключаются к одному рабочему хвостопроводу. Практика эксплуатации землесосных станций при строительстве канала им. Москвы показала снижение произ­ водительности, напора и к. п. д. при параллельной работе земле­ сосов. Считается, что включение в параллельную работу более трех землесосов нерационально. Именно поэтому при проектировании хвостового хозяйства Балхашской обогатительной фабрики, когда имелись только землесосы типа НП, проектировщики нашли единственно возможное в этих условиях решепие в устройстве пульпонапорпого бака, к которому пульна подается каждым земле­ сосом по самостоятельному хвостопроводу и далее от пульпо­ напорного бака транспортируется ио одному рабочему хвостоироводу. Землесосная фабрика Балхашской фабрики работает уже около 40 лет. В настоящее время в ней установлено 16 земле­ сосов типа 8НП, из которых почти постоянно одновременно рабо­

142

тают 14 землесосов. При таком решении двух резервных земле­ сосов оказалось достаточно.

В настоящее время, когда отечественная промышленность вы­ пускает землесосы крупных размеров, нет нужды в решениях тина балхашского. В необходимых случаях припято проектиро­ вать параллельную работу не более двух рабочих землесосов. При этом проектируется установка двух запасных землесосов: один в горячем резерве и другой в ремопте. Такие решения при­ нимаются институтом Механобр во многих проектах. Примером осуществления решений является установка двух параллельно работающих землесосов 12Р-7 на Оленегорском и Лениногорском комбинатах. Однако режим работы этих систем до сих пор не подвергся исследованиям, и дать характеристику работы ука­ занных установок по представляется возможным.

Работу нескольких землесосов называют последовательной при включении напорного патрубка одного землесоса во всасыва­ ющий патрубок другого. Соединение двух землесосов в пределах одной станции имеет целью повысить напор в системе, необходи­ мый для преодоления геометрического подъема и гидравлических сопротивлений по длине хвостопровода, и вызывает удвоенное повышение напора во втором землесосе против расчетного напора. Такое повышение напора в отношении прочности частей землесоса оказывается, как правило, допустимым, но на начальных участках хвостопроводов трубы будут работать в условиях повышенного в 2 раза давления. При установке землесосов с напорами больше 30 м нельзя укладывать деревянные трубы, а работа стальных хвостопроводов, особенно при значительном их протяжении, па напорах 80 м и более нежелательна.

Решение об устройстве бустерной землесосной станции вместо последовательно работающих землесосов влечет за собой увеличе­ ние капитальных затрат и обусловливает большие эксплуатацион­ ные расходы. Следует иметь в виду, что к бустерной насосной станции необходимо подвести энергию, воду и, кроме того, это решение приводит к увеличению обслуживающего персонала. Имея в виду сумму изложенных соображений, в практике проек­ тирования принимают решения об устройстве бустерпых станций во всех тех случаях, когда потребный напор в системе на преодоле­ ние геометрического подъема и гидравлических сопротивлений превышает два расчетных значения напора землесоса.

Известии примеры устройства большого количества буетерных землесосных станций по трассе хвостопроводов как в стро­ ительной гидромеханизации, так и при строительстве хвостовых хозяйств обогатительных фабрик. Так, но проектам института Механобр осуществлены и эксплуатируются мощные системы гидротранспорта хвостов с одной и двумя бустерными землесос­ ными станциями на Лениногорском, Джезказганском, Оленегор­ ском и других комбинатах.

143

Анализ вопроса о предварительном сгущении пульпы и системах водооборота

При строительстве обогатительных фабрик в районах, бедных источниками водоснабжения, и в целях защиты природной среды обычно прибегают к устройству системы повторного использования осветленной воды. На многих обогатительных фабриках США для осветления хвостовой пульпы устраивают на фабричной террито­ рии сгустителъные отделения для хвостов. В специальных зда­ ниях или на открытой территории (при мягком климате) соору­ жаются цилиндрические сгустители. Последние представляют собой цилиндрические емкости, снабженпые скребковыми устрой­ ствами, укрепленными на специальных металлических фермах (рис. 57). Хвостовая пульпа из фабрики направляется в бассейн Дорра и поступает через трубу, расположенную в центре бас­ сейна. При этом создаются условия восходящего движения пульпы при скоростях ниже гидравлической крупности, благодаря чему твердые частицы хвостов выпадают на дно бассейна. Скребковые устройства бассейна направляют выпавшие частицы к центру бассейна, откуда вместе с частью воды опи отсасываются специаль­ ными насосами и направляются в хвостохранилище. Вода, осво­ божденная от твердых частиц хвостов, сливается в лоток, устроен­ ный по периметру бассейна Дорра, и далее направляется на фаб­ рику для повторного использования в процессе обогащения. В результате этого непрерывного процесса пульпа сгущается, повышается ее консистенция против первоначальной, получив­ шейся в процессе обогащения, уменьшается расход пульпы, на-р правляемой в хвостохранилище, уменьшается расход свежец ■воды для процесса обогащения.

Другим возможным вариантом повторного использования воды в процессе обогащения является ее возврат из хвостохранилища.

Выбор из указанных вариантов наиболее рационального дол­ жен производиться на основе их технике экономического сравне­ ния с учетом местных условий. При этом следует учитывать следующие факторы:

экономику гидротранспорта; потери воды вследствие испарения с поверхности хвостохрани­

лища и на фильтрацию через ложе и дамбы обвалования хвостохранилищ;

зимние условия эксплуатации бассейнов Дорра и прудовхвостохранилищ.

Рассмотрим сначала указанные варианты решений с позиций э к о н о м и к и гидротранспорта. Здесь прежде всего следует учиты­ вать рельеф местности района расположения фабрики и разницу в отметках выхода пульпы из фабрики и сброса ее в хвостохрани­ лище на разпых этанах эксплуатации последнего. Если положи­ тельная разница в отметках приема и сброса пульпы значительно превышает необходимый напор для транспорта несгущенной

144

пульпы и достаточна для транспорта сгущенной пульпы, то при анализе двух указанных выше вариантов необходимо сравнивать затраты па возврат воды из хвостохранилища (с низких отметок на большее расстояние) с затратами на устройство сгустительного отделения и возврата воды из него на фабрику (с более высоких отметок на меньшее расстояние). При этом следует учитывать уменьшение капитальных затрат на гидротранспорт сгущенных хвостов против капитальных затрат на гидротранспорт несгущенных хвостов.

При напорпо-принудительных системах гидротранспорта хво­ стов идея устройства сгустительных отделений для хвостов на территории фабрики состоит в том, чтобы уменьшить затраты энергии па гидротранспорт в хвостохранилище. Мощность уста­ новки на гидротранспорт хвостов N (кВт) выражается зависи­

пульпы из фабрики и сброса пульпы в хвостохранилище; Hhw — сумма потерь напора в системе гидротранспорта хвостов; 102 — переходный коэффициент; т] — коэффициент полезного действия землесосных установок.

Обозначим мощность землесосных установок при гидротранс­ порте несгущепной (жидкой) пульны через /Уж, а при транспорте сгущенной пульны — через Nc . Тогда выигрыш в энергии при гидротранспорте сгущенных хвостов будет иметь вид

где

»п.

Отсюда следует, что экономика гидротранспорта по затратам энергии определяется тем, насколько уменьшение расхода пульпы (<?ж — (?°) перекрывает увеличение плотности пульпы и мано­

метрического напора. Примерную оценку возможного выигрыша в энергии на гидротранспорт хвостов при устройстве сгуститель­ ных отделений произведем применительно к условиям следующего примера:

производительность фабрики по хвостам — 10 000 т/сут; отношение Т : Ж песгущенной пульпы — 1:5; плотпость хвостов— 2,70 г/см3; отношение Т : Ж сгущенной пульпы — 1:1.

146

Расход и плотность несгущенной и сгущенной пульпы при­ ведены ниже.

Таким образом, расход транспортируемой пульпы уменьшается в 3,92 раза, а плотность пульпы возрастает в 1,3 раза. В резуль­ тате общий выигрыш в энергии в отношении этих двух составля­ ющих будет в пользу гидротранспорта сгущенной пульпы в 3 раза.

Оценка увеличения гидравлических сопротивлений при дви­ жении сгущенной пульпы по сравнению с несгущеннон пульпой наряду с оценкой сравнительного износа гидромеханического оборудования и пульпопроводов является самой трудной в анализе трактуемого вопроса, так как в настоящее время не существует обоснованной опытом теории гидротрансиорта (глава III, раз­ дел 2).

Расчетные формулы для определения критических скоростей движения пульпы (глава III, раздел 4) не могут являться доста­ точной опорой для решения указанного вопроса, так как экспери­ менты, на данных которых построены эти формулы, произведены при консистенциях пульпы значительно ниже тех, которые полу­ чаются при сгущении хвостовой пульпы в цилиндрических сгу­ стителях (Т : Ж — 1 : 1 ч- 1 : 1,5).

Для анализа вопроса необходимо учитывать геометрическую крупность твердой составляющей.

Предварительное сгущение возможно и рационально (эконо­ мично) при крупностях частиц хвостов до 0,15 мм. Это и есть хвосты большинства флотационных обогатительных фабрик.

Как уже указывалось, в этом диапазоне крупностей чувстви­ тельность критических скоростей к консистенции пульпы и ее расходу с наибольшим приближением к действительности отра­ жают формулы В. С. Кнороза. Однако все формулы В. С. Кнороза двучленны, в связи с чем в них трудно выделить влияние каждого из факторов на критическую скорость. Применительно к условиям рассмотренного примера по формулам В. С. Кнороза — П. Д. Ев­ докимова получаются следующие значения критических скоростей движения пульпы укр, диаметров пульпопровода DKp и соответ­ ствующих им гидравлических уклонов /.

I — для диапазона геометрических крупностей dcp ^ 0,07 мм:

147

Полагая манометрические напоры Нм прямо пропорциональ­ ными гидравлическим уклонам, получаем следующие соотно­ шения:

Из приведенных расчетов следует: выигрыш в энергии в связи с уменьшением расходов пульпы после сгущения покрывается увеличением плотности пульны и гидравлических сопротивлений нри транспорте более сгущенной пульпы по трубопроводам мень­ ших диаметров. Б указанном примере мы получили даже увеличе­ ние мощности землесосных установок при транспорте сгущенпой пульпы по сравнению с транспортом несгущенной пульпы:

I — при dcp < 0,07 мм — в - y i = 1,83 раза;

/ JC

При уменьшении расхода пульпы при сгущении необходима установка более мелких землесосов, которые, как правило, раз­ вивают мепыпие напоры. Это обстоятельство, а также увеличение гидравлических сопротивлений обусловливают необходимость устройства при транспорте сгущенной пульпы большего количе­ ства землесосных станций, чем при транспорте песгущенпой пульпы; последние потребуют большего количества обслужива­ ющего персонала (до освоения техники автоматизации работы землесосных станций) и персонала ремонтпых бригад (до изго­ товления износоустойчивых землесосов).

Из приведенного примера видно, что в результате предвари­ тельного сгущения пульпы получится уменьшение диаметра пуль­ попровода с 700 до 300 мм. Однако это положительное обстоятель­ ство сопровождается большим износом стенок хвостопроводов при транспорте сгущенной пульпы вследствие увеличения ско­ ростей движения пульпы и повышения ее консистенции. Здесь

148

следует также иметь в виду больший относительный износ хвостопроводов меньших диаметров.

Интенсивность износа стенок хвостопроводов недостаточно изучена, и здесь не представляется возможным произвести сравне­ ние вариантов транспорта сгущенной и несгущенной пульпы.

Если даже пренебречь обстоятельством большего износа стенок пульпопроводов, экономический эффект от уменьшения диаметров пульпопроводов при транспорте CJущенной пульпы надо сравни­ вать с капитальными затратами на устройство сгустительных отделепий для хвостов. При этом следует учитывать, что в усло­ виях климата СССР цилиндрические сгустители в большинстве случаев приходится помещать в специальных отапливаемых зда­ ниях, которые для фабрик большой производительности имеют большие размеры (пролеты 40—60 м).

Из приведенного анализа следует, что для условий напорнопринудительного трапснорта хвостов с позиций только экономики гидротранспорта нет смысла устраивать для водооборота сгустительные отделения для хвостов. Однако этот вывод следует при­ нимать с учетом:

условности приведенных сравнений экопомики гидротранс­ порта, при которых использовались расчетные формулы, не пре­ тендующие на достаточно полное отражение всех обстоятельств движения несгущенной и особенно сгущенной пульпы. Других средств анализа вопроса, кроме использования предложенных разными авторами формул, пока не существует;

принятого сгущения от Т : Ж — 1 : 5 до Т : Ж = 1 : 1 . При других значениях исходной консистенции пульпы ц степени сгу­ щения результаты анализа могут оказаться другими.

В связи с приведенными соображениями в случаях проектиро­ вания крупных обогатительных фабрик вопрос о выборе системы водооборота должен подвергаться каждый раз всестороннему анализу с исследованиями транспорта несгущенной и сгущенной пульпы.

При выборе системы водооборота необходимо учитывать: испарение воды с площади хвостохраншшща; фильтрацию воды из хвостохранилища;

зимний режим работы хвостохранилища и бассейнов для сгу­ щения пульпы;

вопросы химической очистки осветленных вод.

В СССР системы водооборота из ируда-хвостохранилища часто устраиваются для того, чтобы не загрязнять осветленными водами естественные водоемы. Имеют место случаи, когда средства хими­ ческой очистки хвостовых вод остаются неизвестными на данный момент. В этих случаях проектируется возврат осветленных в хвостохранилище вод на фабрику для повторного их использова­ ния в технологическом процессе. Воды естественного стока с пло­ щадки бассейна хвостохранилища отводятся от пруда (в случаях больших расходов паводковых вод).

149

В условиях безводных районов рационально повторное исполь­ зование на фабрике и той воды, которая отводится в хвостохранилище со сгущенной пульной. При этом, чтобы не устраивать двух систем водооборота, отказываются от устройства сгустительных отделений для хвостов.

В зимние периоды эксплуатации хвостохранилищ необходимо удержание воды в пруде на определенном горизонте с тем, чтобы обеспечить сброс хвостов иод лед. В случаях фильтрующих берегов и дна хвостохранилищ необходимо пополнение фильтрационных потерь. Необходимо, чтобы количество поступающей в хвосто-

Вариант предварительного сгущения хвостовой пульны может оказаться единственно обеспечивающим водооборот в случаях большого испарения воды с площади хвостохранидища в засушли­ вые периоды года. В таких случаях надо проектировать устройство сгустительного отделения для хвостов. Однако такие случаи яв­ ляются редкими.

Изложенные выше соображения объясняют то обстоятельство, что при большом количестве весьма крунпых обогатительв^х фабрик в Советском Союзе, насколько нам известпо, нет ли однЬй фабрики, которая имела бы сгустителыюе отделение для хвостов в целях внутреннего водооборота. Отмеченные обстоятельства, однако, не освобождают от анализа вопроса предварительного сгущения хвостовой пульны применительно к данным конкретным условиям. Устройство сгустительпых отделений для хвостов экономически может быть оправдано при больших расходах пульпы с большим разжижением и сравнительно малой круп­ ностью хвостов. Известен практический пример, когда расход исходной пульны достигает 4 м3/с при Т : Ж = 1 : 15 и грануло­ метрическом составе хвостов: 6% 0,0—3 мм — 62% —0,074 мм. Расстояние между фабрикой и хвостохранилищем достигает 7— 8 км при большом периметре намывной из хвостов дамбы и гео­ метрическом напоре до 30 м. В этом случае устройство сгустителей для хвостовых вод у обогатительной фабрики может оказаться экономически оправданным. Могут быть рассмотрены следующие варианты:

1. Предварительный отбор частиц круиностыо > 0 ,4 мм, осу­ ществляемый простейшими средствами, и укладка этой части хвостов в самостоятельное малое хвостохранилище, расположен­ ное поблизости от фабрики; сгущение пульпы с хвостами круп­

(большое) хвостохранилище п возврат осветленпой воды только из сгустителей.

150