Система менеджмента качества TQM

ОБЕЗВОЖИВАНИЕ.ЕГО ВИДЫ

Полезные ископаемые в большинстве случаев обогащают  в водной или в тяжелой среде, потому продукты обогащения содержат воду в количестве от 30 до 90%. Для  последующей металлургической, химической переработки или транспортирования таких продуктов вода из них должна быть удалена одним из процессов обезвоживания. Обезвоживанием называют процесс удаления воды из полезного ископаемого или из продукта обогащения. Различают процессы механического и термического обезвоживания. К механическому обезвоживанию относятся: дренирование, центробежное обезвоживание, сгущение и фильтрование, специальные методы, к термическому– сушка.

Задачами заключительных процессов являются: 1) доведение  товарных продуктов до кондиционной влажности (6-9%) в соответствии с требованиями потребителей и из условий транспортирования; 2) осветление оборотной воды, т.е. снижение содержания в ней твердой фазы до необходимого уровня, что позволит использовать воду в технологическом процессе многократно.

В горном деле применяются  в основном механические и термические  методы обезвоживания. Процессы механического обезвоживания т.е. отделения твердой и жидкой фаз основаны на двух физических принципах: 1) фильтрование – выделение жидкости из массы твердого материала; при этом жидкость движется относительно твердой фазы. 2) осаждение – выделение твердого материала из массы жидкости; при осаждении твердые частицы движутся относительно жидкости.

ВЛАЖНОСТЬ. ВИДЫ ВЛАГИ

Показателем, по которому оценивается качество обезвоживания, является влажность. Влажность – показатель содержания воды в физических телах или средах, отношение массы воды в продукте к массе сырого продукта. Влажность зависит от природы вещества, а в твёрдых телах, кроме того, от степени измельчённости или пористости. Содержание химически связанной, так называемой конституционной воды, например гидроокисей, выделяющейся только при химическом разложении, а также воды кристаллогидратной не входит в понятие влажности. Влажность подразделяют на рабочую, лабораторную и внешнюю.

В зависимости  от содержания воды продукты обогащения делятся на: 1) обводненные (жидкие) –  содержат ~40% воды, обладают подвижностью жидкости, представляют собой механическую смесь твердого и воды. Это слив мельниц, отсадочных машин. 2) мокрые – 15-40% влаги, не обладают подвижностью жидкости. Содержат все виды влаги. Получаются после обезвоживания жидких. 3) влажные – 5-15% влаги. В них нет гравитационной влаги. Получаются после обезвоживания мокрых. 4) воздушно-сухие – сыпучие продукты. Влага, конденсированная на поверхности частиц, не превышает 5%. 5) сухие – не содержат влаги.

Чем больше энергия  связи жидкости с поверхностью твердого, тем труднее эту жидкость отделить. На энергетическом принципе основана классификация форм связи влаги  с материалом по Ребиндеру: 1) химическая связь (адгезионная влага); 2) физико-химическая связь (адсорбционная или гигроскопическая влага); 3) физико-механическая (капиллярная, гравитационная влага).

В соответствии с этой классификацией влага разделяется  на следующие виды:

1. Адгезиoнная (внутренняя) влага – удерживается на поверхности частиц молекулярными силами, химически связана с твердой фазой, не удаляется даже при термической сушке. Это гидратная или кристаллизационная влага. (рис. 1)

Рис.1 - Разновидности  влаги в зависимости от ее связи  с поверхностью твердой фазы.

2. Адсорбционная  (гигроскопическая) влага – поглощается (адсорбируется гидрофильными материалами из воздуха. Удерживается на поверхности в виде пленок силами адсорбции. Прочно связана с поверхностью. Ее поглощают материалы капиллярно-пористой структуры и хорошо растворимые в воде вещества. Количество поглощенной влаги увеличивается с увеличением влагосодержания воздуха. Удаляется при сушке.

3. Капиллярная  влага – заполняет капиллярные  промежутки, образующиеся между  частицами, или поры внутри  самих частиц твердого и удерживается  в них силами капиллярного  давления. Количество влаги зависит  от пористости материала и смачиваемости поверхности.

4. Свободная  (гравитационная влага) – заполняет  все промежутки между частицами  и перемещается под действием  силы тяжести.

Влажные материалы  в зависимости от форм связи и  содержания влаги делятся на: 1) коллоидные, 2) капиллярно-пористые, 3) капиллярно-пористые коллоидные. В коллоидных влага осмотически связана и поглощена. При удалении влаги они значительно сжимаются в объеме (например, желатин). В капиллярно-пористых влага связана капиллярными силами (например, рудные концентраты, кварцевый песок, каменные угли, старые бурые). Капиллярно-пористые коллоидные – содержат влагу всех форм связи (торф).

Влагоудерживающая способность материалов зависит  от удельной поверхности частиц и  от энергии, расходуемой на взаимодействие с водой. Удельная поверхность бывает двух видов: 1) массовая удельная поверхность – поверхность, приходящаяся на единицу массы; 2) объемная удельная поверхность – поверхность, приходящаяся на единицу объема. Различают также внешнюю и внутреннюю поверхности, которые в сумме дают полную поверхность. Внешняя – геометрическая поверхность частиц; внутренняя – суммарная поверхность микропор и микротрещин. Чем больше поверхность материала и степень смачивания, тем больше влаги может удерживать этот материал и тем труднее ее отделить. Энергия, расходуемая на взаимодействие с водой, определяет степень смачивания твердой поверхности. Мерой смачивания служит краевой угол ? между смачиваемой поверхностью и поверхностью жидкости на периметре смачивания (рис. 2).

Рис.2 - Силы, действующие  на периметр смачивания трех фаз.

Поверхностное натяжение является термодинамической  характеристикой поверхности раздела  фаз. Для жидкости ? равна свободной энергии в поверхностном слое по сравнению со свободной энергией в объеме (энергии нескомпенсированных межмолекулярных сил). Это работа образования новой поверхности, затрачиваемая на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия (когезии) при переходе молекул вещества из объема в поверхностный слой. Показателем влагоудерживающей способности является максимальная молекулярная влагоемкость ММВ, которая зависит от сил взаимодействия поверхности частиц с водой. Чем больше эти силы, тем больше толщина водных пленок, удерживаемых на поверхности частиц при механическом обезвоживании. ММВ - это максимальное количество влаги, которая не удаляется при механическом обезвоживании. Большие значения влажности принимаются для углей меньшей степени метаморфизма. При размокаемых породах (содержание глинистых частиц больше 50%) влажность породы увеличивают на 20%.

Дренирование  – процесс удаления гравитационной влаги из обводнених и мокрых кусковых и крупнозернистых продуктов  путем естественного просачивания жидкости через слой материала или перфорированную перегородку под действием сил веса. Перегородкой, которая используется для дренирования, может быть решето, сыто, перфорированый лист, слой щебня, песка, булыжника и тому подобное .Дренирование осуществляется на дренажных складах, обезвоживающих бункерах, элеваторах, и грохотах. Обезвоживание в бункерах применяется для крупнозернистых продуктов, из которых предварительно удалена основная масса воды на ситах, грохотах и элеваторах. Зневоднювальни бункера (рис. 4.3) состоят из прямоугольных чарунок 1, каждая из которых являет собой прямоугольную емкость из пирамидальним днищем. Обезвоживающие элеваторы применяют в первой стадии зневоднення грудкових и зернистых продуктов. Обезвоживание материала выдувается при транспортировке его из классификаторов, багерного зумпфа, видсаджувальних машин, шлюзов, шнековых сепараторов.

Фильтрованием называется процесс истечения жидкости через слой осадка под действием  разности давлений. Схема процесса фильтрования в общем случае имеет вид (рис. 1.4). Пористость (устар. скважность) — характеристика материала, совокупная мера размеров и количества пор в твёрдом теле. Является безразмерной величиной от 0 до 1 (или от 0 до 100 %). 0 соответствует материалу без пор; 100 %-я пористость недостижима, но возможны приближения к ней (пена, аэрогель и т. п.). Дополнительно может указываться характер пористости в зависимости от величины пор: мелкопористость, крупнопористость и т. п.

Эффективность разделения твердой и жидкой фаз  зависит от величины действующей силы. Поэтому оборудование, действие которого основано на использовании только силы тяжести, имеет ограниченные технологические возможности. С уменьшением размеров частиц, отношение величины сопротивления движению к силе тяжести становится больше. В таких случаях в дополнение к силе тяжести используется центробежная сила. В частности – центрифугирование – это процесс обезвоживания мелких и тонких продуктов под действием центробежных сил во вращающемся роторе. Делится на центробежное фильтрование и центробежное осаждение. Процесс центробежного фильтрования происходит в более сложных условиях по сравнению с обычным фильтрованием, т.к. форма осадка и фильтрующей перегородки искривленная. Следовательно, площадь фильтрования зависит от радиуса вращения. Кроме того на уплотнение осадка влияют гравитационные силы и гидростатическое давление вращающейся жидкости. Фильтрование под действием центробежного поля будет осуществляться до тех пор, пока давление, развиваемое жидкостью при вращении, не станет равным потерям напора при движении жидкости через слой осадка и стенки ротора. Фильтрующие центрифуги применяются во второй стадии обезвоживания угольных концентратов и промпродуктов крупностью 0,5 – 13 мм после их предыдущего обезвоживания на вибрационных, конических и дуговых грохотах или в багерном зумпфе и элеваторах.

Для обезвоживания  тонкоизмельченных продуктов и  шламов могут применяться осадительные и осадительнольно-фильтрующие центрифуги. Осаждение – процесс выделения  одного или нескольких компонентов из растворов от выщелачивания руд или продуктов обогащения в виде чистых металлов или их соединений. В промышленной практике для этого используют кристаллизацию, осаждение, в виде труднорастворимых соединений, электроосаждение, осаждение металлами (цементация) и газами, ионную флотацию и др. Выбор метода зависит от характера исходного сырья, качества конечного продукта, состава полученных при выщелачивании растворов, концентрации и стоимости реагентов, наличия дешевой электроэнергии, безопасности обслуживающего персонала.

Сгущение –  процесс выделения твердой фазы из пульпы, что происходит в результате осаждения в ней твердых частиц под действием силы веса или центробежных сил. При этом получается уплотненный (сгущенный) конечный продукт. Цель процесса сгущения – получение сгущенного конечного продукта, а также чистого слива. На процесс сгущения влияют минеральный и гранулометрический состав материала, форма частиц, содержимое твердого в пульпе, плотность твердой и жидкой фаз, вязкость жидкости, температура пульпы, рН среды, наличие в пульпе реагентов. Основные характеристики процесса сгущения: скорость прояснения, выход проясненной части, концентрация твердых частиц в сливе, степень уплотнение осадка, удельная площадь сгущения, высота зоны уплотнения, реагентный режим сгущения. Параметры сгущения в лабораторных условиях обычно получают в результате проведения опытов в цилиндрах вместимостью 0,5 и 1 л. При сгущении пульп в отстойниках, радиальных и цилиндроконичных сгустителях осаждения частиц происходят под действием силы веса, при сгущении в осадительных центрифугах и гидроциклонах – под действием центробежных сил. Целью сгущения является получение конечного густого (сгущенного) продукта и чистой жидкой фазы (ливень).

Сушкой называется процесс обезвоживания материала, основанный на испарении влаги в окружающую среду при нагревании. При сушке удаляется только та влага, которая связана с материалом механическими или физико-химическими связями. Процесс сушки относится к массообменным процессам, т.к. происходит перемещение тепла и влаги внутри материала и их перенос с поверхности материала в окружающую среду. В качестве теплоносителя – сушильного агента – применяются дымовые газы, нагретый воздух, перегретый пар. Используются дымовые газы, образующиеся при сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива. Скорость сушки определяется по снижению влажности материала за определенный период времени и зависит от формы связи влаги с материалом. Изменение скорости сушки характеризуется кривой сушки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Роль заключительных операций очень велика в процессе обогащения, особенно это касается обезвоживания. Лишняя влага отрицательно влияет на качество полезного ископаемого(угля),что  влечет за собой снижение стоимости  продукции и, следовательно, приводит к денежным потерям. Повышение влажности угля на 1 % снижает его цену на 1,5 % . Поэтому очень важно применять процессы обезвоживания при обогащении угля. При помощи механических (дренирование, фильтрование, гравитационное осаждение, обезвоживание в центробежном поле) и термических(сушка) способов обезвоживания осуществляется удаление влаги. Благодаря этим процессам влажность доводится до необходимого значения. В дальнейшем угольная продукция может применяться в металлургии, химической промышленности, энергетики и т.д. удовлетворяя требования, какие к ней предъявляет потребитель.

Литература

1. Білецький  В.С.,Смирнов В.О. «Переробка та  якість корисних копалин»-Донецьк,  “Східний видавничий дім”,2005.

2. Назимко Е.И.  Конспект лекцій по курсу «Обезвоживание  продуктов обогащения»-Донецк,2008..

3. http://b-3.su/poleznaya_informaciya/ispolzovanie_uglej_v_energetike/

Задача 1. В соответствии с классификацией по генетическим и технологическим  параметрам  определить  класс,  категорию, тип, подтип, марку, группу, подгруппу, указать соответствующие показатели  качества  угля  и  направления  его  использования  по кодовому номеру Задача 1 выполняется согласно ГОСТ 25543-88. Кодовое число 1432009.

• Первые две цифры, составляющие двузначное число, указывают класс и характеризуют минимальное значение величины показателя отражения витринита для данного класса, умноженное на 10.

14-средний  показатель отражения витринита  от 1,40 до 1,49 включительно.