Разработка и реализация применения эрлифтов на обогатительных фабриках для транспортировки пульп и повышения эффективности флотации

В настоящее время на подавляющем большинстве обогатительных фабрик для обеспечения технологических процессов необходимо перемещать большие потоки различных пульп. При проектировании обогатительных фабрик стремятся для перемещения пульп использовать в полной мере самотечный транспорт, что достигается расположением фабрик на наклонных площадках (склоны сопок, гор). Однако многообразие используемых процессов обогащения, направленных на повышение извлечения металлов из руды, требует перемещать большую часть пульп снизу вверх. Перемещаемые потоки пульпы как правило обладают очень высокими абразивными свойствами, содержат крупные частицы измельченной руды (до 10. 15 мм), имеют очень разнообразный диапазон требуемого напора и пулыюподачи.

Применяемые для перемещения пульп на обогатительных фабриках насосы обладают существенными недостатками. Имеют очень малый ресурс времени безаварийной работы, ввиду быстрого износа прежде всего вращающихся узлов. Часто не удается подобрать насос, параметры которого соответствовали бы требуемому напору и подаче, в результате насос эксплуатируется на неэффективных режимах. Условия эксплуатации, прежде всего повышенная влажность, требуют специального использования электродвигателей насосов.

Накопленный опыт исследований, разработки и эксплуатации эрлифтных установок для подъема твердого из подземных выработок (шахт) или со дна морей и океанов при добыче полезных ископаемых подтверждает рациональность использования эрлифтов для перемещения пульп и позволяет рекомендовать их к более широкому применению на обогатительных фабриках. Вопросы транспорта гидросмеси по трубопроводам освещены в технической литературе, а по теории, проектирования эрлифтных установок особенно применительно к обогатительным фабрикам, имеются только разрозненные статьи.

Преимущества эрлифта в сравнении с насосом: простота конструкции узлов, что позволяет изготавливать их в условиях любой обогатительной фабрики, высокая надежность в работе, объясняемая отсутствием вращающихся узловвозможность расчета параметров эрлифта, которые соответствуют практически любым требуемым напорам и подаче пульп в условиях обогатительных фабриквозможность применения для перемещения пульп, содержащих тяжелые (металлические) и крупные (более 15 мм) частицы измельченной руды. Существенным недостатком эрлифта является более низкий КПД в сравнении с насосами. Однако эксплуатационные затраты, как показывают расчеты экономической эффективности и результаты эксплуатации для эрлифтов, в основном ниже. Очень часто попытки производственников, а иногда и проектных организаций, применить эрлифты для транспортировки пульпы на обогатительных фабриках оканчивались неудачами, так как разработанные и изготовленные эрлифты имели грубые ошибки в конструкции узлов смешения и геометрических параметрах. Именно отсутствием методики расчета и проектирования эрлифтных установок, предназначенных к применению на обогатительных фабриках, можно объяснить причины допускаемых ошибок.

Анализ результатов проведенного технического обследования напорного гидротранспорта пульп на обогатительных фабриках цветной металлургии, а также имеющийся опыт разработки и эксплуатации эрлифтов на обогатительных фабриках других отраслей позволили установить требования к расчету эрлифтов.

Расчет должен обеспечивать разработку принципиальных конструктивных узлов и схем эрлифта и всей эрлифтной установки, транспортирующей пульпу при следующих параметрах:

— массовая консистенция пульпы, Т: Ж от 0 (вода) до 1: 1;

— плотность транспортируемой измельченной руды до 3 т/м3, допускается наличие в измельченной руде отдельных частиц, плотность которых существенно больше 3 т/м3.

Исходя из стремления уменьшения энергозатрат эрлифтными установками обогатительных фабрик следует ограничить допустимое относительное погружение смесителя эрлифта минимальным значением, равным 0,3. Верхний предел значения относительного погружения эрлифтов, исходя из условий фабрик, достаточно ограничить значением, равным 0,6.

Расчет должен содержать информацию, необходимую для конструирования и проектирования эрлифтных установок, предназначенных для эксплуатации на обогатительных фабриках. Имеющийся опыт разработки эрлифтов, результаты технического обследования обогатительных фабрик, позволяют установить на данном этапе следующее:

— принципиальные схемы эрлифтных установок и рекомендуемые области их применения на обогатительных фабриках;

— методы расчета основных геометрических и эксплуатационных параметров эрлифтов, транспортирующих пульпу на обогатительных фабрикахпринципиальные и конструктивные схемы основных узлов эрлифта (воздухоотделителя, смесителя, всасывающего узла);

— методы расчета и проектирования основных узлов эрлифтов.

Вопросами разработки и применения эрлифтов занимались многие учреждения и специалисты. Известны работы, выполненные во ВНИИнеруд, ВНИИпрозолото, Московском геологоразведочном институте, Гинцветмете и других учреждениях. Многие результаты выполненных работ опубликованы в печати (1 — 10, 39 — 48). Из опубликованных работ видно, что большинство авторов, предлагающих методы инженерного расчета эрлифтов, базируют их на методах подобия с использованием эмпирических зависимостей.

В Гинцветмете накоплен десятилетний опыт исследований и применения эрлифтов в промышленности, в результате которого также имеются разработанные методики расчета эрлифтов с использованием теории подобия и эмпирических зависимостей. Однако анализ существующих методик показывает, что они базируются на эмпирических обобщениях и функциональных зависимостях, которые получены для диапазонов условий применения эрлифтов, существенно отличающихся от условий обогатительных фабрик цветной металлургии.

В разработанной методике был сохранен принцип подхода, но базовые эмпирические зависимости были проверены и скорректированы по 'экспериментальным данным для эрлифтов, применяемых в условиях аналогичным обогатительным фабрикам.

В разработанной методике использовались основные положения по исследованию и применению эрлифтов, опубликованные в работах (11−50). Базовые эмпирические зависимости уточнялись и корректировались с использованием результатов экспериментальных исследований на эрлифтном стенде и данных по эксплуатации эрлифтов в условиях обогатительных фабрик. В 1978;1988 гг. лаборатория обогащения института «Гинцветмет» при участии автора провела большую серию экспериментальных исследований эрлифтных установок. Исследовались эрлифты по транспорту пульп плотностью до 2000 кг/м3 при широком диапазоне изменения подачи от 0,2 до 10 м3/ч и высоты подъема от 1,5 до 10 м. В экспериментах применялась измельченная железная окалина плотностью 5100 кг/м3. Некоторые обобщенные результаты этих исследований опубликованы в работе (25).

Расчеты транспортных скоростей движения пульпы и определение диаметра всасывающего трубопровода в методике базируется на работах (26, 27). Некоторые рекомендации и данные, в частности, по самотечному транспорту пульп, взяты из работ (28 — 30).

Так как в различных известных методиках расчета зачастую встречаются отличающиеся термины и безразмерные параметры, то в настоящей работе предусматривается разработка методик и инженерных расчетов, обеспечивающих основные элементы теории эрлифта.

Целью работы явилось создание и внедрение нового поколения эрлифтных установок для транспортирования пульп на обогатительных фабриках и на основе исследования и разработки отдельных конструктивных узлов во взаимосвязи с технико-экономическими и технологическими показателями обогащения, куда входят:

— разработка методики расчета основных геометрических и эксплуатационных параметров;

— инженерные методы расчета конструктивных узлов, составляющих эрлифтную установку с учетом обеспечения повышения технологических показателей обогащения;

— изучение влияния эрлифтного транспорта пульпы на энергосберегающие и металлосберегающие ресурсы.

выводы.

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена экономическая и технологическая эффективность применения эрлифтного транспорта вместо центробежных насосов на обогатительных фабриках в отдельных узлах схемы.

2. На экспериментальной установке эрлифта отработан ряд конструкторских решений применительно к пульпам обогатительных фабрик и сняты основные характеристики гидродинамических процессов.

3. Разработана и реализована методика расчета эрлифтных установок для перекачки пульпы различного состава.

Проведены расчеты эрлифтных установок отдельных узлов технологических схем, отличающихся производительностью и высотой подъема пульпы.

5. Разработанные типы и схемы эрлифтных установок прошли промышленные испытания на фабриках.

6. Установлена технологическая эффективность эрлифта в сравнении с центробежным насосом в части снижения ошламования мягких минералов и увеличения аэрации.

7. Снижение ошламования сульфидов было показано при испытании эрлифтов на Жирекенской и Кентаусской фабрикахизвлечение сульфидов возросло на 2н-4% за счет улучшения гранулометрической характеристики флотируемой пульпы.

8. Установлено, что высокая аэрация пульпы в эрлифтах приводит к активации окислительных процессов флотации, что важно при депрессии пирита в цинковом и медном цикле флотации указанных фабрик: с учетом побочных эффектов извлечение металлов возрастает до 10%.

9. Установка эрлифтов рекомендуется также в случае необходимости улучшения пенообразования флотации (насыщение пульпы микропузырьками) и снижения обдирки реагентного слоя на минералах.

10. После длительных испытаний в различных узлах технологической схемы обогащения эрлифты были внедрены на Жирекенской фабрике при перекачке слива классификатора и промпродукта, на Кентаусской — при перекачке баритовых концентратов.