книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

тора и при этом не наблюдалось никаких отклонений от нормаль­ ного режима гидротранспорта. После того как коллектор был приведен в состояние, соответствующее проекту, в частности, бетонные стенки коллектора были зажелезнены, эксплуатацион­ ный персонал не высказывал никаких нареканий на его работу [2]. За время существования коллектора не наблюдалось никаких износов коллектора и расходы по этой статье эксплуатации отсут­ ствовали. Вместе с тем проектирование безнапорного коллектора в местных условиях рельефа возможно было только при гидра­ влическом уклоне г ^ 0,006. При большем гидравлическом уклоне необходимо было бы проектировать напорно-принудительный гидротранспорт с устройством специальной пульпонасосной стан­ ции на фабрике, что потребовало бы более чем за двадцатилетний период эксплуатации хвостового хозяйства дополнительных за­ трат, оцениваемых в миллионах рублей.

На Магнитогорском металлургическом комбинате для первого периода эксплуатации обогатительных фабрик был осуществлен безнапорный хвостовой коллектор с уклоном дна около 0,02. Для противодействия износу стенок коллектора была устроена их футеровка из толстых чугунных плит. Через непродолжительное время эксплуатации коллектора (1—2 года) футеровка износилась и коллектор пришлось заменить.

Из многолетнего опыта проектирования хвостовых хозяйств авторы заключают, что проектирование гидротранспорта хвостов на режиме больших скоростей (больше критических) является вредным излишеством. Такое проектирование все равно не поз­ воляет «забыть» о хвостовом хозяйстве после сдачи его в эксплу­ атацию и связано с излишними не только капитальными затратами, но и эксплуатационными расходами.

Что касается проектирования систем гидроукладки хвостов, то из положения, что после постройки сооружений хвостового хозяйства они не должны требовать к себе значительного внима­ ния, следует, что все хвостохранилища должны проектиро­ ваться с устройством плотин насыпного типа на всю высоту, обеспечивающую необходимую для укладки хвостов емкость пруда.

Такие хвостохранилища являются наиболее легкими в экс­ плуатации, так как персонал фабрики освобожден от работы по наращиванию плотин хвостами. Однако эти решения обусловли­ вают капитальные затраты на устройство хвостохранилищ в де­ сятки и сотни миллионов рублей. Содержание соответствующего эксплуатационного персонала для намыва плотин обходится значительно дешевле, и потому во всех случаях, когда характе­ ристики хвостов это позволяют, необходимо проектировать устрой­ ство намывных плотин из хвостов.

Подтвердим это положение следующим общим расчетом, осно­ ванным на данных практики эксплуатации хвостохранилищ пред­ приятий цветной металлургии.

81

Соотношение полезного объема хвостохранилшца к объему плотин насыпного типа на всю высоту укладки хвостов составляет:

для равнинных условий — от 6 до 60%, для горных условий — от 5 до 50%, что позволяет в среднем

для расчета принять 30%.

Средняя стоимость укладки 1 м3 хвостов составляет 0,1 руб., а стоимость 1 м3 грунта в теле насыпной плотины примем равной 1 руб.

Суммарные затраты 2 для равновеликих объемов W хвостохранилищ составят:

при намыве плотины пз хвостов

S i-W '-O .l;

при устройстве плотины насыпного типа на всю высоту укладки

Таким образом, практикой подтверждается, что суммарные затраты при устройстве намывных плотин из хвостов в 3—4 раза меньше суммарных затрат при устройстве плотип насыпного типа на всю высоту укладки хвостов. Кроме того, плотина насыпного типа занимает 30% полезного объема хвостохрапилища.

Из изложенного выше не следует, что хвостовые хозяйства надо проектировать без необходимых запасов в транспортирующей способности систем гидротранспорта, в емкости хвостохранилищ и в устойчивости дамб обвалования. Проектировщики должны понимать, что простои предприятия из-за ненормальностей в ра­ боте системы гидротранспорта и гидроукладки хвостов приводят к значительным убыткам, что современное состояние наших зна­ ний в вопросах гидротранспорта не позволяет с достаточной уве­ ренностью учесть все обстоятельства и факторы, обусловливающие нарушения нормального режима работы системы гидротранспорта хвостов, в связи с чем при проектировании следует изучать работу существующих хвостовых хозяйств, которые могут служить ана­ логами для проектируемого хвостового хозяйства, и тщательно определять возможные изменения в технологии обогащения и «узкие места», могущие повлиять на будущую работу хвостового хозяйства.

Соответственно оценке указанных обстоятельств необходимо вводить запасы на транспортирующую способность систем гидро­ транспорта и на надежность и обеспеченность работы прудовхвостохранилищ.

82

Обычными в нашем представлении «узкими местами» являются: режимы скоростей и гидравлических сопротивлений систем гидро­ транспорта хвостов, необходимые опережения в создании емкости хвостохранилищ, определение осветлительной способности пруда, пыление хвостовых отложений, возможное химическое загрязне­ ние грунтовых вод. Однако практика эксплуатации хвостовых хозяйств вносит свои коррективы в существующие представления. Для примера рассмотрим непредусмотренное проектом «узкое место», выявившееся в первый период эксплуатации хвостового хозяйства Тырныаузского комбината.

Система гидротранспорта хвостов первой очереди этого комби­ ната до 1960 г. проектировалась на крупность частиц rfcp = 0,1 мм, консистенцию Т : Ж — 1 : 4 , обусловливающую при заданной производительности фабрики определенный расход хвостовой пульпы. В действительности, крупность хвостов оказалась значи­ тельно меньше (Д.р = 0,065 мм), консистенция выше (Т : Ж = = 1 : 1,6—1 : 2,2) и соответственно расход хвостовой пульпы меньше.

В начальный период эксплуатации оказалось, что система гидротранспорта удовлетворительно выполняет свою роль, но вызывает большой износ деревянных хвостопроводов на участках, где хвостопроводы были уложопы с большим геометрическим уклоном. Через 22 дня эксплуатации системы на участках, где хвостопровод был уложен с геометрическим уклоном 0,14—0,19 и где вследствие отклонения характеристик пульпы от проектных данных хвостопровод работал как безнапорный со скоростью до 4—5 м/с, толщина клепки уменьшилась с 44 до 18 мм с появле­ нием дыр на наиболее износившихся местах. На участке, где хвостопровод был уложен с геометрическим уклоном, равным 0,02, и где в силу тех жо обстоятельств пульпопровод работал как безнапорный, но со скоростями 2,6 м/с, толщина клепки за указанный выше период уменьшилась с 44 до 42 мм. Наконец, на участках, где пульпопровод был уложен с геометрическим уклоном 0,012 и где пульпопровод работал как напорный с полным заполнением сечения, на режиме заиления, никаких следов износа степок пульпопровода не обнаружено.

Из полной длины трассы пульпопроводов 5000 м интенсивный износ имел место на длине 150 м.

Для ликвидации описанных затруднений предлагались разные мероприятия, в том числе добавка воды, для приведения эксплу­ атационных характеристик пульпопровода (расход, скорости и гидравлические сопротивления) в соответствии с проектными. Это предложение мотивировалось тем, что при этом увеличились бы гидравлические сопротивления и участки безнапорного движения пульпы с геометрическими уклонами больше 0,012 превратились бы в напорные с соответствующим уменьшением скоростей и, сле­ довательно, с понижением интенсивности износа стенок пульпо­ проводов.

83

Указанное предложение-не было принято, так как сооружение специального водовода для подачи воды к землесосной станции и эксплуатационные затраты на специальное водоснабжение гидротранспорта оказались менее экономичными, чем устройство базальтовой футеровки внутренних стенок хвостопроводов на участках их большого износа.

Наиболее рациональным режимом работы системы гидротранс­ порта хвостов является режим, при котором скорости движения пульпы не превышают критических. При скорости движения пульпы выше критической на транспорт хвостов затрачивается излишняя энергия. Особенно существенно, что работа системы на режимах скоростей движения пульпы выше критической об­ условливает излишний износ хвостопроводов с более частой их заменой, чем это необходимо. При скоростях движения пульпы

i=0.001 { \ 1

Рис. 32. Схема укладки хвостопровода обогатительной фабрики Клай - макс:

1 — х в о с т о и р о в о д (Д = 150 м м ); 2 — к о ­ л о д ц ы

ниже критической неизбежно заиление части сечения пульпо­ проводов, однако как показывают опыты, без значительного увеличения гидравлических сопротивлений. Имея в виду это обстоятельство, следует признать, что наиболее экономичным режимом работы систем гидротранспорта является их работа при частичном заилении. Это доказано опытом эксплуатации многих хвостовых хозяйств, запроектированных институтом Моханобр.

Допустимая степень заиления сечения напорного хвостопровода при все еще низком уровне современной теории гидротранспорта может быть определена на основании изучения опыта работы существующих систем гидротранспорта. Показательной в этом отношении является работа напорпо-самоточной системы гидро­ транспорта хвостов обогатительной фабрики Клаймакс (США). Здесь при очень большом падении рельефа местности по трассе хвостопровода хвосты фабрики транспортируются в хвостохранилище по деревянному (из клепки) трубопроводу D — 450 мм, уложенному по схеме, изображенной на рис. 32.

Хвостопровод уложен на эстакадах и разделен на ряд участков с уклоном 0,001—0,003. В конце каждого участка имеется колодец прямоугольного сечения 0,9 X 1,2 м, высотой 7—9 м. Хвосто­ провод работает с частичным заилением сечения и удобен для производства исследований движения пульпы. Результаты иссле­ дований приведены в табл. 16.

При рассмотрении табл. 16 обращают на себя внимание сле­ дующие обстоятельства:

84

при повышении консистенции пульпы и одновременном повы­ шении содержания в ней более крупных частиц (>0,147 мм) живое сечение потока пульпы но изменяется, средняя скорость потока пульпы остается постоянной, а гидравлические сопротивления (гидравлический уклон) повышаются;

при уменьшении расхода пульпы с сохранением ее характе­ ристик по консистенции и крупности твердой составляющей сте­ пень заиления сечения увеличивается, а гидравлические сопроти­ вления остаются такими же (или даже несколько меньше), как и при пропуске большого расхода пульпы с меньшей степенью заиления сечения хвостопровода.

Степень заиления сечения хвостопровода достигала 58% полной его площади.

Некоторые наблюдения были сделаны Г. Т. Сазоновым за ре­ жимом работы системы гидротранспорта АНОФ-2 комбината «Апатит».

При постоянных параметрах хвостовой пульпы (Q = 4000 м3/ч,

с грунтовым насосом 20Гр-8т, манометрический напор составлял 4,2 кгс/см2. После отключения насоса 20Гр-8т и включения вместо

85

него насоса 20Гр-8а манометрический напор в течение 30 мин составлял 3,2 кгс/см2. В это время происходило дополнительное заиление пульповода в связи с уменьшением расхода пульпы с 3800 до 3200 м3/ч. В точение следующих 30 мин при переходе к установившемуся режиму происходило постепенное повышение манометрического напора с 3,2 до 4,2 кгс/см2 и затем напор оста­ вался постоянным. С переходом на грунтовый насос 20Гр-8т манометрический напор повышался до 5,2 кгс/см2 в связи с пода­ чей увеличенного расхода пульпы 3800 м3/ч в частично заиленный пульповод. Размыв слоя заиления длился около 30 мин. За это время манометрический напор понижался с 5,2 до 4,2 кгс/м2, после чего система гидротранспорта работала в установившемся режиме с небольшим переливом (100—200 м3/ч) пульпы из зумпфа в аварийный бассейн.

При постоянных параметрах хвостовой пульпы манометри­ ческий панор изменялся более чем в 1,6 раза за счет различных расходных характеристик грунтовых насосов. Такие колебания в режиме работы системы гидротранспорта могут иметь место и при однотипных грунтовых насосах, рабочие колеса у которых изно­ шены в разной степени. При этом пульповод является своеобраз­ ным буфером, позволяющим производить в определенных пределах саморегулирование системы «трубопровод — насос» за счет раз­ личной степени заиления пульповода.

Большинство хвостоводов существующих систем гидротранс­ порта хвостов, запроектированных институтом Механобр, рабо­ тает на режиме частичного заиления. При проектировании систем гидротранспорта хвостов на режиме частичного заиления хвостопроводов следует предусматривать некоторый запас в напоре системы гидротранспорта хвостов, необходимый для покрытия дополнительных гидравлических сопротивлений, возникающих при увеличении расходов пульпы и размывах отложений хвостов (пульиа при этом будет иметь временно повышенную консистенцию

сувеличенной средневзвешенной геометрической крупностью твердой составляющей). Некоторые специалисты [27] в целях уменьшения износа стенок лотков при безнапорном движении пульпы рекомендуют в условиях большого падения рельефа ме­ стности по трассе пульпопроводов проектировать укладку лотков

сзаведомо недостаточным уклоном дна (рис. 33) и с высокими бортами. Идея этого предложения состоит в следующем. Вслед­ ствие недостаточного уклона дна лотка сначала из пульны будут выпадать иа дно наиболее крупные частицы хвостов. В результате этого процесса будет сформирован уклон отложений хвостов, достаточный для транспорта пульпы при данной ее консистенции

икрупности твердой составляющей. При этом достигается эффект полной защиты дна и максимальной защиты стопок лотка от износа, так как автоматически устанавливаются минимальные скорости, достаточные для транспортирования пульпы данной консистенции с заданной крупностью твердой составляющей.

86

Безнапорный коллектор хвостового хозяйства Балхашского меде­ плавильного завода долгое время нри колебаниях в крупности хвостов, при расходе пульпы Q < 800 л/с работал на указанном режиме.

Допускаемая степень заиления сечения хвостопроводов зависит от крупности твердой составляющей и от размеров хвостопровода.

.Бри малой крупности хвостов можно допускать и большие степени

Рис. 33. Схема укладки безнапорного пульпопровода с недостаточным укло­ ном дна илп с перепадами:

2 — бровка лотка; 2 — поверхность потока; 3 — отложения хвостов на дне лотка; 4 —

дно лотка (горизонтальное); 5 — дно лотка, уложенного с минимальным уклоном; 6 — дно лотка

заиления сечения хвостопроводов. При малых размерах хвосто­ проводов (d « 2200 мм) нельзя допускать большой степени заиле­ ния, так как при перемещении наносов волнами, особенно при размывах отложений, должны иметь место временные, но значи­ тельные повышения гидравлических сопротивлений.

Приведенные соображения положены в основу нижеизложен­ ных рекомендаций по проектированию хвостопроводов.

При проектировании безнапорной системы гидравлического транспорта рекомендуется придавать хвостопроводам прямоуголь­ ное сечепиз.

В специально обоснованных случаях допускается придание хвостопроводам трапецеидального, треугольного, овоидального, круглого и других видов сечений. При значительных колебаниях расхода пульпы, транспортируемой данной системой, рекомен­ дуется отдавать предпочтение треугольному и овоидальному сечениям.

87

При проектировании лотков-хвостопроводов прямоугольного сечения рекомендуется принимать отношение

т — = 2 ~ 3,

где b — ширина лотка; h — глубина живого сечения.

Отношение j характеризует живое сечение потока по его

транспортирующей способности и, как правило, не должно быть меньше двух (гидравлически наивыгодпейшее сечение).

При эксплуатации подавляющего большинства систем гидра­ влического транспорта хвостов характеристики пульпы — расход, консистенция и гранулометрический состав твердой составля­ ющей — изменяются во времени. Наиболее часто изменяются во

Размеры хвостопроводов устанавливаются на основании ги­ дравлического расчета с учетом гранулометрического состава твердой составляющей, определяющего наибольшее значение сред­ невзвешенной геометрической крупности. В случае возможности прогноз графика транспортирования материалов, зерновая харак­ теристика которых резко меняется только в конце каждого нериода его транспортирования, возможна замена хвостопроводов в конце каждого из указанных в графике сроков. Этот вопрос решается в результате технико-экономического анализа вариантов гидро­ транспорта с учетом износа хвостопроводов.

Определение расчетного гранулометрического состава хвостов находится главным образом в компецтонции технологов-обогати- телей, у которых существует правило механичоской обработки руд: «не дробить больше, чем это обусловливается требованиями извле­ чения металла». Этому технологическому правилу должно отве­ чать правило: «не задавать больших скоростей движения пульпы, чем это требуется для перемещения хвостов водой». Предста­ вляется невозможным отдать предпочтение одному из указанных правил, так как решение вопроса зависит от местных условий, -например, при большой протяженности напорно-принудительного транспорта хвостов экономика последнего играет весьма суще­ ственную роль, и иногда оказывается целесообразным проектиро­ вание специальной дополнительной установки для измельчения хвостов.

При решении задач о расчетном гранулометрическом составе хвостов следует учитывать возможные изменения в технологии переработки руд, обусловленные изменениями их качества, по­ рядка разработки месторождения. Практика показывает, что наи­ более частыми являются случаи, когда проектных технологи­ ческих показателей переработки можно добиться при болое грубом помоле. В качестве примеров можно указать на эксплуатацию Балхашской и Лониногорской обогатительных фабрик. На первой

88

из них действительная средневзвешенная крупность хвостов (0,10—0,12 мм) оказалась выше проектной (0,06—0,08 мм) в 1,5 раза. На Лениногорской фабрике действительная средне­ взвешенная крупность хвостов (0,18 мм) также более чем в 1,5 раза превысила проектную (0,10—0,12 мм). На Миргалимсайской фаб­ рике действительная крупность хвостов сначала оказалась выше, чем проектная, а затем — ниже.

Значительные отклонения действительного режима перера­ ботки руд от проектного имеют место и по консистенции пульпы.

Несоответствия проектных показателей действительным, вы­

риода эксплуатации фабрики производились бы излишние затраты энергии па напорио-иринудитольный гидротрапспорт хвостов и имели бы место излишние затраты на борьбу с износом грунтовых насосов и хвостопроводов.

При решении задачи о расчетных гранулометрическом составе хвостов и консистенции пульпы необходимо учитывать следу­ ющие особенности гидротранспорта хвостов:

1. Транспортирующая способность потока проявляет наиболь­ шую чувствительность к изменениям характеристики грануло­ метрического состава в диапазоне крупностей d < 0,15 мм. Для этого диапазона частиц критическая скорость движения пульпы пропорциональна квадрату изменения геометрической крупности (i>Kp = Ad2), где А — некоторая постоянная. Наоборот, изменение консистенции пульпы при том же расходе в этом диапазоне круп­ ностей частиц менее значительно влияет па транспортирующую способность потока. Зависимость критической скорости движения пульпы от консистенции для указанного диапазона крупностей частиц имеет вид

VKV= B V Ръ. ъ,\

где В — некоторая постоянная.

Поэтому ошибка в определении расчетного гранулометри­ ческого состава для данного диапазона крупностей частиц хвостов (dcp = 0,06—0,12 мм) более существенно влияет на величину критической скорости, приводит к неполноценному проекту си­ стемы гидротранспорта хвостов.

Ошибка в определении расчетной консистенции хвостовой пульпы для указанного диапазона крупностей частиц хвостов может существенно повлиять на установление расчетного расхода пульпы, определяющего основные параметры системы: расчетную скорость, размеры пульпопроводов, гидравлический уклон, типы грунтовых насосов, количество пульпонасосных станций.

89

2. В диапазоне крупностей частиц хвостов <$>1,5 мм наи­ большая чувствительность транспортирующей способности потока проявляется к изменению консистенции пульпы при одном и том же ее расходе. Чувствительность транспортирующей способности к изменению гранулометрического состава в сторону большей крупности здесь мепыпо. Ее можно было бы охарактеризовать зависимостью

^кр — С j / d ,

где С — некоторая постоянная.

3. В диапазоне крупностей частиц хвостов 0,15мм<<2<Ч,5 мм чувствительность транспортирующей способности потока к изме­ нению гранулометрического состава твердой составляющей пульпы может быть охарактеризована зависимостью

vKp= Dd,

где D — некоторая постоянная.

Чувствительность транспортирующей способности потока к консистенции в этом случае занимает также промежуточное положение по сравнению со случаями, охарактеризованными

впп. 1 и 2.

4.Необходимо учитывать большую чувствительность транс­ портирующей способности потока к изменениям плотности частиц хвостов. В случаях, охарактеризованных в п. 1 и 3, зависимость критической скорости от плотности ут, может быть представлена

ввиде

Ут—1

vi« v = v“p - T j o - ’

адля случаев, охарактеризованных в и. 2, —

^кр-^кр l / l m J

V 1,70

Важно знать, к какой из градаций геометрической крупности частиц хвостов относится наибольшая плотность. Это связано с понятием коэффициента равноиадаемости (зерна двух веществ, имеющих одинаковую гидравлическую крупность, называются равнопадающими) частиц, выражаемого зависимостью

- Уг* ~ 1

2 y4 - i •

Гидравлический расчет напорных и безнапорных х^остопроводов следует производить, исходя из максимально возможной

впериод эксплуатации системы гидравлического транспорта

хвостов консистенции Рв. в при расходах пульпы, отвечающих максимальному разжижению.

90