4.7. Проектирование и расчет водно-шламовой схемы

Целью проектирования водно-шламовой схемы является: обеспечение оптимальных разжижений R (отношение Ж:Т) в операциях схемы; определение количества воды, добавляемой в операции или выделяемой из продуктов при обезвоживании; определение R в продуктах схемы; определение общей потребности воды по обогатительной фабрике и составление баланса по воде.

Исходными показателями для расчета водно-шламовой схемы являются: требуемые оптимальные значения R в операциях обогаще­ния; значения R продуктов, которые будут иметь постоянные или ко­леблющиеся в узких пределах значения; нормы расхода дополнитель­ной воды на единицу обрабатываемого продукта.

Оптимальные значения R в операциях устанавливаются по дан­ным испытаний обогатимости исходного сырья, по практическим данным действующих обогатительных фабрик, обрабатывающих близкое по составу сырье. Ориентировочные данные по массовой доле твердого в некоторых операциях и продуктах обогащения при­ведены в табл. 4.12.

Для обеспечения оптимальных значений R в операциях исполь­зуют процессы разжижения или сгущения. Увеличение значения раз­жижения R достигается легко добавкой воды, а уменьшение его тре­бует операций обезвоживания, громоздких в конструктивном оформ­лении и требующих существенных капитальных затрат. Поэтому опе­рации обезвоживания продуктов следует вводить в схему в тех слу­чаях, когда они существенно необходимы для повышения технологи­ческих показателей.

Таблица 4.12

Ориентировочные массовые доли твёрдого в некоторых

операциях и продуктах обогащения

Наименование операций и продуктов	Массовая доля твердого, %
	в питании операции	в продук­тах
Измельчение в стержневых и шаровых мельницах. Слив классификатора при измельчении до: 0,3 мм 0,2 мм 0,15 мм 0,10 мм	65 – 80 - - - -	- 28 – 50 25 – 45 20 – 35 15 – 30
Пески спиральных классификаторов	-	80 – 85
Пески гидроциклонов	-	60 – 70
Основная флотация первой стадии при двухстадиальных схемах	30 – 50	-
Основная флотация при одностадиальных схемах и ос­новная флотация второй стадии: для руд для углей	20 – 35 17 – 25	- -
Перечистка концентратов флотации	15 – 30	-
Концентраты основной флотации	-	25 – 45
Концентраты контрольной флотации	-	25 – 35
Концентраты перечистных операций флотации	-	30 – 50
Отсадка каменных углей	30 – 40	-
Отсадка руд	40 – 50	-
Продукты отсадки, выдаваемые обезвоживающими эле­ваторами: крупные мелкие зернистые	- -	80 – 90 75 – 85
Продукты отсадки выдаваемые через краны, насадки и порог	-	30 – 50
Концентрация на столах	25 – 35	-
Тяжелые продукты со столов	-	40 – 60
Промежуточные продукты со столов	-	30 – 45
Концентрация на винтовых сепараторах	25 – 35	-
Концентрация на струйных и конусных сепараторах	45 – 55	-
Гидравлическая классификация	30 – 50	-
Песковые фракции гидравлической классификации	-	20 – 50
Мытые продукты наклонных корытных моек	-	90 – 85
Сгущенные продукты сгустителей при сгущении рудных концентратов перед фильтрованием	-	50 – 70
То же, при сгущении угольных шламов	-	25 – 35
Фильтрование флотационных угольных концентратов без предварительного сгущения	30 – 40	82 – 76
Фильтрование угольных шламов после сгущения	25 – 35	80 – 76
Центрифугирование мелкого угольного концентрата	85 – 82	93 – 91
Обезвоживание в бункерах крупного угольного концен­трата	93 – 91	93 – 95
То же, порода углеобогатительных фабрик	70 – 82	84 - 89

Во многих операциях обработки не имеется возможность регу­лирования разжижения отдельных продуктов, выходящих из этих операций. К таким продуктам относятся, например, пески классифи­каторов и гидроциклонов, пенные продукты флотации, концентраты операций концентрации на столах, отсадки, промывки, магнитной се­парации.

Нормы расхода дополнительной воды на одну тонну обрабаты­ваемого продукта также обосновываются результатами исследова­тельских работ и по практическим данным действующих фабрик. Ориентировочные нормы добавки воды в операции обработки приве­дены в табл. 4.13.

При пользовании таблицами 4.12 и 4.13 необходимо учитывать следующее: чем выше плотность материала, тем выше может быть массовая доля твердого в питании и в продуктах обработки; для крупных и зернистых материалов массовая доля твердого в питании и продуктах обработки в большинстве случаев должна быть выше, чем для мелких и шламистых материалов; при флотации богатых продук­тов с легко флотирующимися минералами массовая доля твердого в пенных продуктах будет выше; расход дополнительной воды для крупного материала больше, чем для мелкого; при промывке чем выше промывистость руды, тем ниже расход воды.

Порядок расчета шламовой схемы

1. Назначаются численные значения исходных показателей: необходимые оптимальные значения R, нерегулируемые значения R, нормы расхода дополнительной воды в отдельных операциях.

Таблица 4.13

Ориентировочные нормы добавки воды в операциях обработки

Наименование операций	Расход воды на 1 т твердого, м3
Отсадка крупных классов угля, +12 (18) мм	3,5 – 4,5
Отсадка мелких классов угля, - 12 (8) мм	3,0 – 3,5
Отсадка неклассифицированного угля, 100 – 0 мм	3,0 – 4,0
Отсадка руд в отсадочных машинах с подвижным решетом	3,0 – 4,0
Отсадка руд в диафрагмовых отсадочных машинах	3,5 – 5,0
Отсадка руд в поршневых отсадочных машинах	6,0 – 8,0
Концентрация руд на столах	1,5 – 2,5
Промывка руд в наклонных корытных мойках	3,0 – 6,0
Промывка руд в скрубберах	1,0 – 2,0
Промывка руд в горизонтальных корытных мойках	1,0 – 2,0
Промывка руд в бутарах	4,0 – 10,0
Гидравлическая классификация с получением трех нижних классов	0,5 – 1,5
Мокрое грохочение с обесшламливанием на грохотах	1,0 – 2,5
Обмывка при обезвоживании на грохотах: угольных концентратов угольных шламов	0,3 – 0,5 1,0
Смывка флотационных концентратов по желобам	0,5 – 1,5
Отмывка шламов перед обогащением в суспензиях: руды угля	0,5 – 1,2 0,4 – 0,8
Отмывка суспензии от продуктов обогащения руды угля	1,0 – 1,2 0,8 – 1,2
Общий расход воды: флотационные и мокрые магнитообогатительные фабрики углеобогатительные фабрики, применяющие отсадку углеобогатительные фабрики с обогащением в тяжелых суспензиях промывочные фабрики	3,0 – 6,0 6,0 – 8,0 1,2 – 2,0 4,0 – 8,0

2. Определяется количество воды W_i для тех продуктов и опера­ций, для которых известны по исходным показателям значения R.

3. По уравнениям баланса определяют количество воды, добавляемое в отдельные операции или в отдельные продукты, и подсчитывается количество воды во всех продуктах схемы.

4. Для всех продуктов схемы рассчитываются разжижения R_i

, (4.114)

где W_i – количество воды в i-ом продукте, м³/ч;

Q_i – количество твердого в i-ом продукте, т/ч.

5. Для всех продуктов рассчитываются объемы пульпы V_i :

, (4.115)

где - плотность твердого в i-ом продукте, кг/м³.

6. Составляется баланс воды по обогатительной фабрике, определяется общий расход воды и ее удельный расход на 1 т исходного материала.

Баланс воды выражается равенством

, (4.116)

где - количество воды, поступающее с исходным питанием;

- суммарное количество воды, добавляемой в процесс;

- суммарное количество воды, уходящей из процесса

с конеч­ными продуктами.

Расход воды на обогатительной фабрике

.

Если на обогатительной фабрике используется оборотная вода, то расход свежей воды

, (4.117)

где L_св – расход свежей воды;

∑ L_об – суммарное количество оборотной воды.

Полученные значения расхода воды относятся к воде, потребляе­мой для технологических целей. Общая потребность воды на обогатительных фабриках включает еще расход ее на смыв полов, промывку аппаратов и другие нужды. При проектировании обычно принимают, что общее потребление воды на фабрике на 10–15 % превышает потребление воды для технологических целей.

Результаты проектирования и расчета водно-шламовой схемы оформляются в виде таблицы и отражаются на совмещенной качественно-количественной и водно-шламовой схеме.

Пример расчета водно-шламовой схемы

Рассчитать схему флотационного обогащения монометаллической руды, приведенную на рис. 4.52.

Таблица 4.14

Исходные показатели для расчета водно-шламовой схемы

Оптимальные значения R, которые необходимо обеспечить		Нерегулируемые значения R		Нормы расхода дополнитель­ной воды в операции l, м3/т
RI=0,3	RVI=4,0	R1=0,03	R14=2,0	l11=l14=l16=l18=1 (дополнительная вода на смывку концентратов в желобах)
R4=1,5	RVIII=4,0	R5=0,25	R16=1,5
R7=2,5		R8=0,3	R18=3,0
RIV=0,4		R9=0,4
RV=3,0		R11=2,5

2. Для продуктов и операций, для которых известны R и Q, рас­считываем значение W_i по формуле :

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

Питание

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч.

3. По нормам расхода дополнительной воды на смыв концентра­тов найдем расход этой воды.

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч.

4. По уравнениям баланса воды рассчитываем количество воды, которое необходимо добавлять в операции для обеспечения оптимальных значений R.

Для операции I:

;

м³/ч;

Для последующих операций аналогично:

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч.

Далее с учетом дополнительной воды на смыв концентратов в желобах:

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч;

м³/ч.

Значения L_V и L_VI получились отрицательными, следовательно, воду нужно не добавлять, а удалять, чтобы обеспечить заданное опти­мальное значение R_V и R_VI.

Введение операций обезвоживания требует дополнительных капитальных затрат и допускается только в тех случаях, когда они существенно необходимы для обеспечения технологических показателей. В нашем случае целесообразно изменить значения R_V и R_VI, но отказаться от операций сгущения.

Тогда:

м³/ч;

(вместо 3,0);

м³/ч;

м³/ч;

(вместо 4,0).

м³/ч;

Изменение водного баланса в операции VI приводит к увеличе­нию количества воды, возвращаемой с продуктом 15 в операцию V.

Тогда

м³/ч;

(вместо 3,0);

м³/ч;

м³/ч.

С учетом смывной воды для продукта 16 (конечный концентрат)

м³/ч.

5. Рассчитываем значения R и объемный расход для всех продук­тов схемы. Например:

;

.

Для определения объемного расхода пульпы необходимо знать плотность твердой фазы пульпы . В нашем случае примерно равно 3000 кг/м³.

Объемный расход пульпы V_i определяем по формуле (4.115).

6. Оформляем результаты расчета водно-шламовой схемы в виде таблицы. Пример записи водно-шламовой схемы для операции основной флотации приведен в табл. 4.15.

Таблица 4.15

Пример записи водно-шламовой схемы

Номер операции и продукта	Наименование операции и продукта	Q, т/ч	R	W, м3/ч	V, м3/ч
V 7 20 10 11 12 10	Основная флотация
	Поступают: Слив классификатора Промпродукт Дополнительная вода	200 40 -	2,5 5,5 -	500 220 -	566,7 233,3 -
	Итого	240	3,0	720	800
	Выходят: Концентрат Хвосты	50 190	2,5 3,13	125 595	141,7 658,3
	Итого	240	3,0	720	800

Например:

м³/ч.

м³/ч.

Графически водно-шламовая схема оформляется совмещенной с качественно-количественной схемой обогащения, на которой указы­ваются точки подачи и количество добавляемой воды, в отдельной таблице приводится баланс воды. Для рассчитанной водно-шламовой схемы баланс воды приведен в табл. 4.16.

Таблица 4.16

Баланс воды (к примеру расчета)

Поступает воды в процесс	м3/ч	Уходит воды из процесса	м3/ч
С исходной рудой W1	6	С концентратом W16	75
В измельчение 1 стадии LI	64	С хвостами W19	565
В классификацию 1 стадии LII	230
В классификацию 2 стадии LIII	160
В измельчение 2 стадии LIV	40
На смыв пенных продуктов L11 L14 L16 L18	50 40 30 20
Всего поступает W1 + Σ L	640	Всего уходит Σ Wк	640

Расход общей воды

м³/ч;

С учетом расхода воды на смыв полов, промывку аппаратов и другие нужды (примем 10 %) общая потребность воды

м³/ч.