Способ классификации пульпы в гидроциклонной установке

Заявляемый способ предназначен для повышения эффективности классификации по крупности тонкоизмельченных материалов пульпы в гидроциклонной установке и может быть использован в цветной, цементной и других отраслей промышленности.

Известен способ классификации пульпы в гидроциклоне, при котором она подается под давлением по тангенциальному патрубку в цилиндрическую часть гидроциклона и движется в ней по спирали под действием центробежной и гравитационной сил. При этом более обводненная и мелкая фракция измельченных материалов (слив) поступает в сливной патрубок, а менее обводненная и более крупная фракция (пески) поступает в песковый патрубок. (Башаров, О.А. Сергеева. Устройство и расчет гидроциклонов, учебное пособие. Казань, Вестфалика, 2012).

Недостатком известного способа является низкая эффективность разделения тонкоизмельченных материалов даже при содержании твердого в пульпе 50-55%. Это объясняется тем, что под действием центробежной силы, равной P=mV²/2 частички материала (руды), масса которых в 2 и более раз больше, чем воды движутся к периферии циклона, преодолевая сопротивление движению частиц в пульпе, которое зависит, в основном, от ее вязкости и соотношения величины поверхности частицы к ее весу. Вязкость пульпы при надлежащей на производстве тонины размола материала зависит только от содержания в ней твердого.

Технология многих производств, например, цементной, глиноземной и др., связанных с последующей сушкой или обжигом пульп, требует более высокого содержания твердого в пульпе порядка 65-72% из-за больших расходов тепловой энергии. При таком содержании твердого эффективность разделения в гидроциклоне приближается к нулю.

Известен способ классификации пульпы в гидроциклоне при многостадийных схемах измельчения с мельницей полу-самоизмельчения на первой стадии и с шаровыми мельницами на второй и последующих стадиях, при котором слив подают на следующий передел производства, а пески возвращают в шаровые мельницы (патент на полезную модель №67890, зарегистрирован в Госреестре РФ 10.10.2007).

Однако, эффективность способа классификации пульпы при содержании твердого 55% и выше в гидроциклонах с циркулирующей нагрузкой очень низкая.

Пример: при измельчении руды содержание фракций -0,071 мм составили: в общем сливе мельниц 55%, в песках гидроциклона - 30%, в его сливе 87% от исходной руды. Если учесть циркулирующую нагрузку при возврате песков равную 150%, то количество этого класса в песках составила 45% от исходной руды. Эффективность классификации составила:

Э = (a-g) (d-a)/a (1-а) (d-g) × 100 = 31%.

Где: a, g, d - содержание фракции -0,071 мм соответственно в сливе мельниц, в песках и сливе гидроциклона.

Наиболее близким по технической сущности является способ классификации по патенту (полезная модель №189540. Опубл. 28.05.2019), в котором пульпу и воздух подают под давлением в смеситель, из которого насыщенную мельчайшими пузырьками воздуха смесь подают в гидроциклон. Насыщение мельчайшими пузырьками воздуха пульпы снижает вязкость смеси и повышает эффективность ее классификации.

Недостатком данного способа является низкая устойчивость воздушных пузырьков в смеси, в основном, из-за снижения давления в гидроциклоне от максимального на периферии до разряжения в его центре. Это приводит к быстрому укрупнению мельчайших воздушных пузырьков под действием гидростатических сил и, как следствие, к торможению движения крупных частиц к периферии гидроциклона и нестабильному давлению в гидроциклоне из-за образования пробок, что снижает эффективность классификации пульпы.

Задачей изобретения является повышение эффективности классификации пульпы в гидроциклоне.

Достигается это тем, что вначале пульпу непрерывно смешивают с пенообразующим реагентом в количестве 0,5-50 г/т твердого материала.

В качестве пенообразующего реагента используют, например, флотонол, а затем насыщают воздухом под давлением в генераторе и подают пенопульпу в гидроциклон. Применение пенообразующих реагентов снижает поверхностное натяжение пленки воды, что обеспечивает получение в генераторе мельчайших устойчивых пузырьков воздуха в пульпе, которые снижают ее вязкость и не разрушаются от перепадов давления в гидроциклоне. Минерализованные мельчайшие устойчивые пузырьки воздуха (пена) выносят мельчайшие частички материала за счет гидростатических сил в слив гидроциклона.

Предлагаемый способ поясняется на схеме (чертеже)

Пульпу и необходимое количество пенообразующего реагента в виде раствора подают соответственно по патрубкам 1 и 2 в мешалку 3. Данную смесь из мешалки 3 подают насосом 4 под давлением по трубопроводу 5 в генератор 6, в который подают сжатый воздух по патрубку 7, а полученную пенопульпу подают на классификацию в гидроциклон 8.

Подавать пенообразующие реагенты в мешалку 3 можно самотеком из выше расположенной емкости. Смешивание пульпы и пенообразующих реагентов происходит в мешалке 3, насосе 4, трубопроводе 5 и генераторе 6 пенопульпы, что повышает равномерность распределения мельчайших пузырьков и однородность их структуры в пульпе.

Количество пенообразующего реагента, необходимого для насыщения пузырьками воздуха пульпы и достижения максимального снижения ее вязкости, зависит от многих факторов: в основном, от количества твердого материала в пульпе и его тонины размола, а также от применяемого реагента и его равномерности распределения, от конструкции генератора пенопульпы», давления и количества сжатого воздуха, подаваемого в него. Необходимое количество пенообразующего реагента, например, флотонола для повышения эффективность классификации пульпы составило от 0,5-50 грамм на тонну твердого материала. Нижний предел этого реагента обусловлен низкой эффективностью предлагаемого способа классификации из-за образования более крупных и неустойчивых воздушных пузырьков, а верхний - из-за образования излишнего количества пены в генераторе и нарушении стабильного режима классификации в гидроциклоне.

Рассмотрим примеры:

При классификации в гидроциклонной установке цементной известняково-глинянной пульпы с содержанием твердого 60% и содержанием фракции -0,071 равным 67% получили содержания фракций -0,071 в сливе и песках соответственно 82% и 49%. Количество слива составило 55%, а песков - 45%. Эффективность классификации равна 37%.

При использовании предлагаемого способа, берут пенообразующий реагент - флотонол в количестве 10 грамма на тонну твердого материала, вначале смешивают с аналогичной пульпой в мешалке, подают насосом в генератор, в который подают под давлением воздух в количестве 0,5 м³/на 1 м³ пульпы, полученную пенопульпу классифицируют в гидроциклонной установке. Содержания фракций -0,071 в сливе и песках составили соответственно 88% и 19%. Количество слива составило 70%, а песков - 30%. Эффективность классификации равна 69%.

Повышение эффективности классификации происходит, в основном, из-за уменьшения вязкости «пенопульпы», а также из-за захвата мельчайших твердых частиц пузырьками воздуха (пеной) и выноса их в слив гидроциклона за счет гидростатических сил, действующих на воздушные пузырьки, обусловленных значительным давлением на периферии и разряжением в центре гидроциклона.