книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

Соединение нового звена с уже уложониым пульпопроводом произ­ водится одним рабочим, который набрасывает сцепную серьгу на крюк. Далее звено трубы плавно опускается на намытую по­ верхность верхового откоса. До некоторого момента опускания трубы пульпа выходит через щель в соединении нового звена с ранее уложенным пульпопроводом. После укладки нового звена на заранее уложенные деревянные брусья-подкладки пульпа

Рис. 93. Конструкции быстроразъемного соедшшшм стальных труб при безэстакадном способе намыва плотин:

1 — р а с т р у б ; 2 — сц еп н ая с е р ь г а ; 3 — к р ю к ; 4 — р е з и н о в о е у п л о т н и т е л ь н о е к о л ь ц о

начинает вытекать из конца наращенного пульпопровода. Все операции по наращиванию пульпопровода производятся без перерыва в работе по памыву плотины.

Пульпа, вытекающая из конца пульпопровода, стекает по верховому откосу плотипы к урезу воды в хвостохранилище. При намыве Мингечаурской плотины расход пульпы, выпускаемой и:з конца пульпопровода, достигал 1000 л/с. Расстояние от оси рас­ пределительного пульпопровода до уреза воды прудка по оси плотины составляло 175—200 м. При этом пульпа растекалась веером, достигая у прудка ширины 50—60 м. На пути движения пульпы происходит выпадение твердых частиц пульпы с класси-

221

фикациой частиц по длине потока: сначала выпадают наиболее крупные частицы, затем более мелкие; самые мелкие частицы вы­ падают в прудке.

Намыв Мингочаурской плотины производился участками дли­ ной 250 м. После достижения пульпопроводом конца намываемого участка производился намыв следующего слоя плотины высотой 25 см путем отключения звеньев. Перед началом обратного хода намыва конец последнего звена приподнимался на высоту намыва­ емого слоя (25 см), и только после достижения отложениями грунта днища приподнятого пульпопровода последнее звено отни­ малось с одновременным поднятием конца следующего звена на высоту намываемого слоя.

Производительность по намыву Мингечаурской плотины дости­ гала 500 000 мя/мееяц (30 000 т/сут). Обслуживающая намыв бригада рабочих состояла из двух-трех человек (без учета обслу­ живания крана-трубоукдадчика и бульдозера для обвалования).

Ныло бы неправильным рекомендовать во всех случаях устрой­ ства хвостохранилищ какой-либо один из описанных выше спо­ собов намыва плотин. Рациональность применения того или иного способа в каждом отдельном случае определяется характером хвостового хозяйства и зависит от его мощности (количества хво­ стов в сутки), гранулометрического состава хвостов, длины пло­ тины, интенсивности ее намыва (необходимой скорости наращива­ ния ее гребня в целях создания необходимой емкости хвостохранилища), консистенции пульпы. При малой и средней производи­ тельностях фабрик по хвостам и при малой и средней интенсив­ ности намыва плотины преимущественно применяют эстакадный способ. При небольших производительностях фабрик (диаметр распределительных пульпопроводов до 400 мм) и при больших интенсивностях намыва наибольшие преимущества имеет каджарапский способ намыва. При средних производительностях фаб­ рик по хвостам, при сравнительно мелких хвостах и при сравни­ тельно небольших длинах плотины можно применять «зенитный» способ намыва. Наконец, при очень больших производитель­ ностях фабрик по хвостам (больше 20 000 т/сут), при больших длинах плотин и особенно при значительных крупностях хвостов и значительных консистенциях пульпы может быть применен безэстакадпый способ намыва.

Намыв дамб и плотин из хвостов является, по существу, стро­ ительным искусством. В ряде случаев необходимо проявлять изобретательность и настойчивость в достижении цели. Опыт эксплуатации хвостохранилищ показывает, что в начальный пе­ риод намыва часто возникают трудности (Джезказган, «Апатит» и др.). Затем, по мере освоения, намыв налаживается. При этом отмечались случаи, когда запроектированный способ намыва заменялся менее трудоемким. Так, при намыве плотины Джез­ казганского хвостохранилища был освоен «зенитный» способ, против которого раньше некоторые эксплуатационники возра-

222

жали. На Каджаранском хвостохрапилшце, как уже отмечалось, был разработан свой способ намыва, вполне себя оправдав­ ший.

Из всех методов намыва не апробированным практикой экс­ плуатации хвостохранилищ является беззстакадный способ на­ мыва. Высказываются сомнения в отношении применимости этого метода для намыва хвостов, особенно при малой их крупности. Опасения сводятся к вероятности размыва и разноса отложений хвостов сосредоточенным потоком пульпы. Нам, однако, эти опа­ сения представляются неосновательными. Всегда можно отрегу­ лировать потоки пульпы на выпуске в месте намыва и транспорти­ руемые в конец хвостонровода с таким расчетом, чтобы предотвра­ тить явление размыва хвостов. Практически такая регулировка при больших расходах пульпы возможна только при значительной крупности хвостов (частиц меньше 40—50% —0,074 мм) и при больших консистенциях пульпы (Т : Ж — 1 : 2—1 : 4).

Работы по намыву плотиц и дамб из хвостов должны быть максимально механизированы (установка и перенос эстакад, хвостопроводов, монтаж и наращивание хвостопроводов). В этом отношении наилучшими являются беззстакадный метод памыва и метод намыва с переносных эстакад. Работы по намыву каджаранским и «зенитным» способами не могут быть механизированы, они требуют большого числа рабочих. Кроме того, следует иметь

более тщательной эксплуатации. В целях исключения указанного явления при намыве плотин и дамб с переносных эстакад послед­ ние всегда устраиваются за линией гребня (верховой бровки) плотины Применение безэстакадпого способа возможно только при том условии, если несущая способность хвостовых от­ ложений обеспечивает проходы но ним машин. В случаях на­ мыва плотин из крупнозернистых (песчанистых) хвостов такая возможность имеется. Институт Механобр в проекте хвостового хозяйства Оленегорской обогатительной фабрики запроектировал беззстакадный метод памыва, так как хвосты этой фабрики по своему гранулометрическому составу аналогичны среднезернистым пескам. Возможно, что в случаях, когда хвосты имеют меньшую крупность больше 60% —0,074 мм, может быть обеспечена про­ ходимость машин по хвостовым отложениям. Однако это следует проверить путем проведения специальных исследований на экс­ плуатируемых хвостовых хозяйствах и яри необходимости при­ менять различные мероприятия но увеличению несущей способ­ ности хвостовыхотложений (уплотнение, насыпка па пути дви­ жения крана для подъема звеньев намывного хвостонровода, слоя песка, золы, шлака и пр.).

223

При устройстве хвостохранилищ на речках, в балках и овра­ гах, имеющих значительный продольный уклон долины и малую ширину, вопрос об уклоне низового откоса плотины приобретает исключительно большое практическое значение. Допустимая по условиям устойчивости величина откоса часто определяет техни­ ческую возможность и экономическую целесообразность устрой­ ства хвостохранилища в данном мосте.

Как известно, величина устойчивого откоса зависит от харак­ теристик прочности материала, слагающего откос: угла внутрен­ него трения и силы сцепления. При намыве плотин частицы твер­ дой составляющей пульпы, сбрасываемой на верховой откос, распределяются по классам крупности таким образом, что круп­ ность частиц по направлению от места сброса пульпы у гребня плотины к урезу воды в хвостохранилище уменьшается: непосред­ ственно у места сброса выпадают более крупные частицы и в наи­ большем отдалении от места сброса — наиболее мелкие частицы. Отложения из более крупных классов крупности обладают боль­ шими значениями угла внутреннего трения, чем отложения из мелких частиц хвостов.

Благоприятная в отношении устойчивости низового откоса плотины классификация частиц при намыве в ряде случаев оказы­ вается не,достаточной, гак как при сбросе пульны из отверстий хвостопровода (находящихся на известном расстоянии друг от друга) поток при движепии к урезу воды пруда растекается и классификация происходит не только в поперечном, по и продоль­ ном направлении. При этом мелкие частицы хвостов отклады­ ваются в промежутках между выпускными отверстиями близ гребня откоса, ухудшая условия устойчивости последнего.

При назпачении величины откосов проектируемых плотин из хвостов следует иметь в виду также фактор уплотнения отло­ жений во времени. Отложения из крупных классов хвостов, име­ ющие наибольший коэффициент фильтрации, стабилизируются значительно быстрее, чем отложения из мелких частиц хвостов.

Большое практическое значение имеет вопрос об уклоне вер­ хового откоса (пляжа) намываемых плотин. Чем крупнее хвосты, тем быстрее можно намыть плотину и тем лучше условия освет­ ления пульпы, так как создается большая емкость осветительной части пруда. При большей крутизне верхового откоса (пляжа) может быть мепьше высота насыпной части плотины, создаваемой перед пачалом эксплуатации системы. Большая крутизна верхо­ вого откоса будет иметь место при сбросе пульпы через выпуски малых диаметров (до 100 мм) наибольшей консистенции и с наи­ большей крупностью твердой составляющей.

Отмеченные выше обстоятельства приводят к необходимости разработки мероприятий, обеспечивающих классификацию частиц хвостов по крупности с наибольшей крутизной верхового откоса. Эти мероприятия должны быть простыми в исполнении и эксплу­ атации. Наиболее рациональными являются способы классифика­

224

ции хвостовой пульпы, основанные на естественном распределении консистенции пульпы и ее твердой составляющей по сечению пульпового иотока.

В. С. Кнороз в результате обширных экспериментальных ис­ следований установил, что при движении пульпы со скоростями, близкими к критическим, распределения консистенции (мутности) пульпы и крупности твердой составляющей по сечению потока имеют вид, показанный на рис. 21. В нижней части сечения пере­ мещается пульпа более высокой консистенции с наибольшей крупностью твердой составляющей. Это явление и используется

Рис. 95. Схема раздельной укладки хвостов:

р у ю щ и й п у л ь п у в ы со к о й к он си ст е н ц и и с б о л ь ш и м со д е р ж а н и е м к р у п н ы х ч а ст и ц ; в —

ны м и за тв ор ам и

визложенных пиже способах классификации пульпы при намыве дамб обвалования и плотин хвостохранилищ.

Прежде всего необходимо предварительно разделить пульпу таким образом, чтобы на намываемую из хвостов плотину напра­ влялась часть потока с наибольшей консистенцией и наибольшей крупностью твердой составляющей. Такое разделение может быть произведено способом, показанным на рис. 95. У места устройства плотины магистральный хвоетопровод разделяется на две ветки: направленную на плотину и уложенную вдоль берега хвосто­ хранилища. Узел разветвления устраивается таким образом, что хвоетопровод, направленный на плотину, помещается ниже маги­ стрального хвостопровода, а хвоетопровод, направленный вдоль берега хвостохранилища, является продолжением магистрального хвостопровода. Присоединение ветви хвостопровода, направлен­ ного на плотину, к магистральному хвостопроводу производится при помощи вертикальных патрубков, на которых устраиваются дроссельные затворы. При такой конструкции узла разветвления

вхвоетопровод, направленный на плотину, попадает пульпа более

высокой консистенции с наибольшей крупностью твердой соста­ вляющей. Расход этой пульпы и ее характеристики — консистен­ ция и крупность твердой составляющей — регулируются путем открытия того или иного количества дроссельных затворов.

Намыв плотины пульпой, отобранной указанным образом, т. е. пульпой более высокой консистенции и с большим содержа­ нием крупных частиц хвостов, производится одним из описанных выше способов (эстакадным, каджаранским, «зенитным»).

Другое решение делительного устройства показано на рис. 96 (проект хвостохранилища АНОФ-1 комбината «Апатит»).

Ниже описывается другой способ намыва плотин с классифика­ цией частиц хвостов по крупности, по длине верхового откоса плотины. '

Распределительный участок хвостопровода на плотине укла­ дывается на легкой эстакаде небольшой высоты (до 2,5 м) (рис. 97). К отверстиям у нижней образующей трубы приключаются па­ трубки, перекрываемые дроссельными затворами. От каждого из отверстий по намываемому верховому откосу плотины про­ кладываются на козлах лотки прямоугольного сечения. В дне лотков устраиваются на определенном расстоянии друг от друга отверстия, перекрываемые заглушками типа пробок. При намыве цлотины от ее начала до конца сначала открыты все отверстия на распределительном участке хвостопровода. При этом автома­ тически устанавливается определенное число работающих отвер­ стий. В первое из отверстий, по направлению движения потока, выходит пульпа наиболее высокой консистенции с наибольшей крупностью твердо й составляющей. Вытекающая из следующего отверстия пульпа имеет меньшую консистенцию и меньшую крупность твердой составляющей. Из последнего работающего отверстия вытекает пульпа наименьшей консистенции с наимень­ шей крупностью твердой составляющей. Соответственно указан­ ному распределению пульпы по отверстиям распределительного участка хвостопровода открываются отверстия и в дне лотков. Так, у лотка, идущего от первого отверстия хвостопровода, от­ крываются также первые по движению пульпы одно или два

4 отверстия. У лотка, идущего от второго отверстия хвостопровода,

При описапной работе более интенсивно происходит намыв плотины против первого из работающих отверстий и наимепее интенсивно против последнего из работающих отверстий. При достижении отложениями хвостов дна лотка № 1 у первого из работающих отверстий первое отверстие на хвостопроводе закры­ вается. При этом автоматически включается в работу следующее из ранее неработающих отверстий на распределительном участке хвостопровода. На лотке № 2 закрываются ранее работавшие

226

Рис. 96. Пулыюделительное устройство в проекте хвостового хозяйства комбината «Апатит»:

щ и й п у л ь п у м а л ой к он си ст е н ц и и с б о л ь ш и м со д е р ж а н и е м ча ст и ц м а л о й к р у п н о с т и в х в о с т о -

отверстия (третье и четвертое) и открываются первое и второе отверстия. На лотке № 3 также закрываются пятое и шестое отвер­ стия и открываются третье и четвертое и т. д.

Таким образом, достигается заданная классификация частиц различной крупности по поперечному сечению плотины, обеспе­ чивающая значительно лучшие условия устойчивости откоса, чем при намыве плотин обычно принятыми способами. Одновременно

выполняются равнопрочные условия образования намывной пло­ тины вдоль фронта (выполняются условия «плоской задачи»).

Из зарубежной практики известны случаи намыва дамб обва­ лования небольших хво'стохранилищ при помощи реечных клас­ сификаторов, устанавливаемых на гребне намываемой дамбы. Отбираемая из пульпы твердая часть, состоящая из наиболее крупных частиц хвостов, поступает на повышение гребня дамбы. Пульпа с мелкими частицами хвостов отводится внутрь хвостохранилища.

Впрактике эксплуатации хвостохранилищ Советского Союза

впоследнее время делаются попытки применения гидроциклонов для намыва дамб (рис. 98).

На выровненной площадке, на гребне дамбы, устанавливается передвижной агрегат, состоящий из зумпфа, пескового насоса и легкой металлической фермы — укосины с гидроциклоном. Пульпа из отверстия в распределительном хвостопроводе, уло­ женном на эстакаде, поступает в зумпф, откуда песковым насосом транспортируется в гидроциклоп, из которого крупные фракции хвостов поступают на намыв дамбы, а мелкие частицы — внутрь хвостохраннлища.

Намыв дамбы из крупных фракций хвостов производится торцовым способом. Пионерные дамбочки обвалования устра­ иваются немеханизированным способом из отложившихся ранее хвостов. Весь агрегат передвигается но мере достижения отложе­ ниями хвостов гребней пионерных дамбочек. Намыв производится на отдельных участках дамбы ярусами, образуемыми насыпными пионерными дамбочками.

Гидроциклон (рис. 99) представляет собой закрытый сверху конический сосуд с цилиндрической частью. Пульпа подается песковым насосом (см. рис. 98) по трубопроводу, присоединенному тангенциально к верхней цилиндрической части гидроциклона.

228

В месте указанного присоединения трубопровод заканчивается конически сходящимся патрубком, благодаря которому пульпа поступает в гидроциклон с большой скоростью. Кинетическая энергия струи пульпы затрачивается на закручивание гидромассы, находящейся в гидроциклоне. Число оборотов потока в гидро­ циклоне на расстоянии от его оси, равном радиусу сливного па­ трубка, достигает 7— 10 тыс. об/мин. При вращении пульпы крупные фракции хвостов скопляются у жестких стенок гидро­ циклона и выходят через разгрузочную насадку. Мелкие фракции хвостов поднимаются внутренним восходящим потоком вверх

иудаляются через сливное отверстие. Теоретические и практиче­ ские сведения о работе гидроциклонов имеются в литературе [421.

Впервые гидроциклоны начали применять для намыва дамб обвалования хвостохранилищ на Ачисайском полиметаллическом комбинате [43]. После 1960 г. гидроциклоны для намыва плотин хвостохранилищ внедрены на Алмалыкской свинцовой и Африкандской обогатительных фабриках. В состав установки, при­ мененной для намыва дамбы хвостохранилища Миргалимсайской

иКантагинской обогатительной фабрик, входил песковый насос с напорным патрубком диаметром 75 мм, электродвигателем мощностью 14 кВт, частотой вращения 1500 об/мин. Песковая насадка гидроциклона имела диаметр 15 мм.

За 3 месяца работы агрегата была памыта дамба длиной 140 м, высотой 2,5 м, шириной по верху 8 м. Объем дамбы — 2800 м3. Характеристика работы гидроциклонов при намыве дамбы хвосто­ хранилища Миргалимсайской обогатительной фабрики' при­ ведена в табл. 42.

На хвостохранилище Миргалимсайской фабрики была смон­ тирована установка с гидроциклоном диаметром 500 мм и насосом

НП-4.

229

Опыт намыва дамб обвалования хвостохранилищ с помощью гидроциклонов до сих пор мало изучен, не определены технико­ экономические показатели. Все это не позволяет произвести сопо­ ставление описанных выше способов намыва плотин и дамб хво­ стохранилищ при применении естественной и искусственной (с по­ мощью гидроциклонов, реечных классификаторов и др.) класси­ фикации частиц хвостов но их крупности.

а — общий вид; б — схема основных потоков пульпы в вертикальном сечении гидроцик­ лона, 1 - цилиндрическая часть; 2 — коническая часть; 3 — разгрузочная насадка;

4 — сливная трубка; 5 — входной патрубок; 6 — отводной патрубок; 7 — внешний по­ ток; S — внутренний поток; 0 — воздушный столб

Отсутствие данных изучения опыта обуславливает невозмож­ ность формулирования четких и надежных рекомендаций по мето­ дам классификации хвостов при намыве плотин и дамб хвосто­ хранилищ. Представляется, однако, что методы намыва с есте­ ственной классификацией нулыш более просты и экономичны, чем методы принудительной классификации. Гидроциклоны тре­ буют дополнительных затрат энергии, устройства линии электро­ снабжения и пр. Вряд ли такой способ может быть технико­ экономически оправдан при намыве плотин крупных хвосто­ хранилищ.

Следует рекомендовать всестороннее изучение различных спо­ собов намыва плотин и дамб хвостохранилищ из хвостов, на осно­ вании которого можно будет разработать конкретные предло­ жения.

230