книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

в

Рис. 21. Кривые распределения мутпостси по сечению напорного пульпо­ провода:

Рис. 22. Графики гранулометриче­ ского состава транспортируемого материала в опытах В. С. Кнороза:

I — к в а р ц е в ы й п е со к J 4 1 ; 2 — к в а р ц е в ы й п е со к М 2 ; 3 — к он ц ен тр аты

классы фракций транспортируемой потоком твердой составляющей. Однако количество крупных фракций растет по направлению сверху вниз. Наиболее крупные частицы перемещаются но дну трубопровода или, при частично заиленном пульпопроводе, по отложениям твердой составляющей пульпы. Наибольшая не­ равномерность распределения твердой составляющей пульпы по живому сечению напорпого потока по крупности имеет место при критических режимах.

51

Исследования механизма взвеСенесущеи способности водных потоков последнего времени (со времени первого издания насто­ ящей книги) подтвердили и дополнили описанный выше механизм перемещения водным потоком (движения пульпы) в основном по данным опытов 13. С. Кнороза. Наиболее интересными являются экспериментальные исследования, проведеппые в лаборатории гидромеханизации ВНИИГ им. Б. Е. Ведеиеева М. В. Печенкиным [115]. Здесь был применеп оптический метод при регистрации

Рис. 23. Кривые распределения по живому ссчепию напорного потока пульпы твердой составляющей по крупности частиц:

— к о н ц е н тр а тн а я п у л ь п а , б — п е со к Л5 2 , Х < 1 , в — п е со к № 2, К > I

перемещения взвешенных в потоке частиц фотокиносъемкон.

В качестве несущей жидкости использовался раствор нафталина

вскипидаре. Прозрачные частицы взвеси изготавливались из оптического стекла. Жидкость и шарики из стекла имели одинако­ вый показатель преломления. Визуализации жидкости ыри фото­ графировании обеспечивалась заложенными в поток пластмассо­ выми шариками, диаметр которых около 0,25 мм. Плотность этих шариков равнялась плотности несущей жидкости. Эксперименты производились на термостатированной гидротранснортной уста­ новке с автоматическим регулированием расхода. Фотокиносъемка производилась на измерительном участке стеклянного трубопро­ вода длиной 11 м, диаметром 57 мм (длина измерительного уча-

52

стка 2,8 м). Максимальная скорость — 5 м/с. Производились продольные и поперечные измерения: осредненных скоростей; пульсационных скоростей; моментов корреляции жидкой и твер­ дых фаз потока, а также локальной осредненной концентрации пульпы.

а

Рис. 24. Результаты опытов М. В. Печенкина:

о — изменение характеристик взнесенесущего потока по мере увеличения его средней скорости; б — уменьшение пульсационных скоростей в части потока, насыщенной взвесью, по отношению к среднему уровню пульсационных скоростей в осветленной части потока: 2 — продольные пульсации скорости; 2 — поперечные пульсации скорости, в — харак­ терное распределение взвеси при большой загрузке потока ( S m — 0,15)

Изменение характеристик движения пульпы при разных ско­ ростях показано на рис. 24, а. Умепьшспие пульсационных ско­ ростей при движении пульпы против случаев движения чистой (без взвеси) жидкости показано на рис. 24, б, а характерное рас­ пределение твердого в пульпе — па рис. 24, в. М. В. Печенкиным на основании проведенных им опытов предлагается следующая

53

зависимость для распределения консистенции пульпы по селению напорного пульпопровода:

Следует иметь в виду, что М.В. Печснкиы производил опыты с одно­ родной по крупности взвесью.

Очепь обстоятельные натурные и лабораторные исследования напорного гидротранспорта проведены в Институте гидромеханики АН УССР С. Г. Коберником и В. И. Войтенко [116] на металли­ ческих (стальных) трубопроводах диаметром 100—1000 мм. Они не описывают механизма перемещения твердых материалов водой

вуказанных выше аспектах.

Ю.К. Витошкипым, В. М. Карасиком, В. Ф. Очеретько и дру­ гими иод руководством Н. Л. Силина были проведены экспери­ ментальные исследования кинематических и динамических харак­ теристик взвесенесущих потоков: распределения осредненных

продольных скоростей по сечению потока при движении воды и пульны; распределения концентрации и крупности твердых частиц по сечению взвесенесущих потоков; исследования турбу­ лентных характеристик, критических скоростей и гидравлических сопротивлений [118].

Исследования охватывали широкий диапазон изменения сред­ них скоростей (от критических до максимально возможных по условиям эксплуатации опытных установок), объемпых конси­ стенций пульпы (2—50%), крупности твердых частиц (0,16— 15,0 мм) и их плотности (1,6—3,4 т/м3).

Наибольший интерес представляют исследования, проведепные на хвостах криворожских горно-обогатительных комбинатов.

При создании экспериментальных установок полупромышлен­ ного типа, оборудованных трубопроводами диаметром 100, 200 и 300 мм, была предусмотрена возможность проводить на них следующие операции: загружать в систему трубопроводов необ­ ходимое количество твердого материала; транспортировать по горизонтальным, наклонным и вертикальным трубам пульпу заданной консистенции; производить измерения необходимых параметров гидротранспортирования материала; промывать трубо­ провод и опорожнять его от твердого материала; производить тарировку приборов, измеряющих расход и консистенцию пульны. Подробное описание методов и результатов экспериментальных исследований приведено в работах 1116, 1181.

В1969—1975 гг. в отделе двухфазных потоков ИГМ АН УССР

И.А. Асауленко, Ю. К. Витошкивым, В. М. Карасиком и другими

54

были проведены экспериментальные исследования критических скоростей, гидравлических сопротивлений, осаждения твердых частиц в наклонных трубопроводах и основных закономерностей изменения параметров гидротранспортирования при высоких объ­ емных концентрациях (25—30%) и наличии в потоке мельчайших фракций (мепее 70 мкм) с целью интенсификации гидротранспорта хвостов и концентратов на горно-обогатительных комбина­ тах [117].

Исследования проводились с пульпами, составленными из концентрата руды месторождения КМА, концентратов и хвостов Талнахских руд Норильского комбината. Характеристики этих материалов и их гранулометрический состав приведены

втабл. 7.

Врезультате экспериментальных исследований [117] получены данные о величине и характере изменения гидравлических сопро­

по трубопроводам диаметром 103, 206 и 307 мм. Полученные дан­ ные приведены в виде графиков / ом — / (v) на рис. 25—29. Каждая кривая / см ~ / (у) соответствует определенному постоянному зна­ чению объемной консистенции нульпы. Характер кривых сви­ детельствует о том, что рассматриваемые пульпы близки к одно­ родной жидкости с большей по сравнению с водой плотностью и вязкостью.

Зависимость критической скорости от консистенции пульпы при гидротранспорте приведена на рис. 30.

55

при гидротранспорте концентрата железпои руды:

а — D — 103 м м , б — D — 307 мм

/ 2 J

Скорость, м/с

Рис. 26. Зависимость гидравлического уклона от скорости в трубопроводе при гидротранспорте медного концентрата:

Рис. 27. Зависимость гидравлического уклона от скорости в трубопроводе при гидротранспорте никелевого концентрата:

а — V = ;1 0 3 > M , б — V = 206 м м , в — D = 307 ММ

а

Консистенция гидросмеси

Рис. 30. Зависимость критической скорости от консистенции гидросмеси при гидротранспорте:

4. Практические методы гидравлического расчета систем гидротрапспорта хвостов

В задании на проектирование хвостового хозяйства должны быть указаны следующие данные:

производительность фабрики по хвостам G, т/сут;

плотность хвостов по группам минералов (в соответствии с ми­ нералогическим составом) у;

гранулометрический состав хвостов по одной из шкал , при­ веденных в табл. 4;

консистенция пульпы, обычно задаваемая отношением твер­ дого Т к жидкому Ж по массе (например, Т : Ж — 1 : 3), и ее возможные колебания;

количество часов работы фабрики в сутки п, ч; стеиень неравномерности работы фабрики в течение суток,

выражаемая двумя коэффициентами:

К г > 1, наиример, Кх = 1,15. Это значит, что часовая произ­ водительность фабрики превышает (может превышать) заданную

58

среднюю часовую производительность фабрики, равную Gin, в 1,15 раза;

Кп << 1, например, К г = 0,75. Это значит, что часовая произ­ водительность фабрики может составлять 75% заданной средней часовой производительности фабрики Gin. По данным задания определяются расчетные расходы пульпы Qn (м3/с), плотность пульпы уп (т./м), консистепции пульпы Р (%), средневзвешенная гидравлическая крупность частиц хвостов rfcp, средневзвешенная гидравлическая крупность хвостов и0.

Расчетные расходы пульпы имеют следующие выражения: среднесуточный расход пульпы

G

л- I GM

Vn 3600а ’

форсированный (максимальный в течение суток) расход пульпы

Qп ш ах ” * ! < ? „ ,

минимальным расход пульпы

Q п min ~ K-zQn-

Средняя за сутки физическая плотность пульны может быть выражена следующим образом:

Т\ Ж

• II J f

впроцентах но отношению к массе воды:

РГ100

Ж’

Рв. п — весовое содержание твердого в пульпе, выраженное в процентах по отношению к массе пульпы:

пГМО

Р, В

59

Ро. п — объемное содержание твердого в пульпе, выраженное в процентах по отношению к объему пульпы:

Задача гидравлического расчета пульпопроводов состоит в определении размеров живого сечения пульпопровода (диаметра при напорном движении, ширины и глубины живого сечения при безнапорном движении) и гидравлических сопротивлений, выра­ жаемых гидравлическим уклоном / п, но заданным: расходу пульпы; консистенции пульпы; плотности твердой составляющей пульпы; средневзвешенной геометрической крупности твердой составля­ ющей пульпы; средневзвешенной гидравлической крупности твер­ дой составляющей пульпы.

Решение первой части задачи о гидравлическом расчете пульпо­ проводов (определение живого сечения потока пульпы) произ­ водится в настоящее время по критической скорости движения пульпы у1(р. По найденному значению у1ф площадь живого сечения определяется по известной формуле

где <йК1, — площадь живого сечения потока иульпм, соответству­ ющая критическому режиму движения пульпы.

При напорном движении пульпы диаметр пульпопровода опре­ деляют из формулы

D, 4<?кр кр - Я ■Ч'кр

где D aр — критический диаметр пульпопровода, т. е. диаметр пульпопровода, при котором пульпа движется со скоростью v, равной критической скорости (критический режим).

При безнапорном движении пульпы в лотках прямоугольного сечения

соКр — mhKp — •-кр ,

где /гк)| — глубина живого сечения потока, соответствующая критическому режиму движения пульпы;

Ъ

т

‘ кр

Ъ— ширина лотка прямоугольного сечения.

В соответствии с результатами экспериментальных исследова­ ний движения пульпы (см. главу Ш , раздел 3) при известной кри­ тической скорости движения пульпы гидравлические сопротивле-

60