超重力場中煤泥顆粒沉降規(guī)律研究①

王照臨, 劉令云, 王方源

(安徽理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,安徽 淮南 232001)

0 引 言

國內(nèi)大多數(shù)選煤廠的煤泥水均存在流量大、濃度高、粒度細、粘度大、顆粒在水中處于分散狀態(tài)等特點,因此比較難以凈化和回收,致使煤泥水處理成為選煤生產(chǎn)的瓶頸。煤泥水是濕法選煤工藝中主選作業(yè)產(chǎn)生的尾煤廢水[1],由于部分煤泥顆粒具有粒度細、灰分高和易泥化等特點,采用常規(guī)處理方法無法取得預(yù)期效果,需通過一定技術(shù)手段[2-5]強化處理效果。國內(nèi)外學(xué)者針對煤泥水的微細顆粒沉降方法展開了大量研究[6-10]。本文以實驗室現(xiàn)有的超重力場煤泥微細顆粒沉降設(shè)備來開展試驗,通過分析不同的溢流半徑、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速以及入料濃度對微細顆粒煤泥沉降效果的影響,以期提高選煤廠微細顆粒煤泥的沉降效果。

1 超重力場煤泥沉降設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理

新型煤泥沉降分級設(shè)備的裝置連接示意圖。由圖1,圖2可知,該連接裝置主要由底座、驅(qū)動機構(gòu)、殼體、轉(zhuǎn)鼓、設(shè)置在轉(zhuǎn)鼓中心上方的入料口和溢流環(huán),以及位于轉(zhuǎn)鼓外側(cè)下方的溢流產(chǎn)品出口和底流產(chǎn)品出口等組成。

圖1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成

圖2 內(nèi)部擋板示意圖

在一定的給料速度下,物料從入料口流入,進入到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)首先到達底層盤片上,由于底層盤片的四周平均放置的8塊扇形擋板構(gòu)成了的8個整流槽,物料在超重力場的作用下均勻的分配到第三空間的8個整流槽內(nèi),整流槽可以有效地減小流體之間渦流的形成,使得物料在整流槽的內(nèi)部可以很好地實現(xiàn)分層,使得細小的顆粒分布在上層,大顆粒分布在下層。轉(zhuǎn)鼓處于高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),在煤泥水中的固體和液體的密度是不同的,因此所受到的重力是不同的,離心力也是不一樣的。在超重力場的作用下,物料穿過整流槽到達立體擋塊與第二裙擺之間的間隙處。由于第三空間的整流槽與第二空間的整流槽形成了一個水平放置的 “U”型管,在U型管的壓差原理下,一部分水流會帶動細小顆粒向上流入第二空間的整流槽內(nèi),在壓力差的作用下從溢流圓環(huán)流入第一空間最終從溢流口流出,而大顆粒由于上升的水流所形成的力無法帶動,在自身重力的作用下從底流口流出,從而完成沉降分級的過程,同時,由于絕大多數(shù)的液體要從溢流圓環(huán)流出,從而對底流口形成了一定的濃縮作用,可以更好地實現(xiàn)高效沉降分級。

2 試驗準備

2.1 試驗樣品的制備

本次試驗選用石英為礦物原料,由于煤泥水中主要含有高嶺石、石英、蒙脫石等,其他礦物在微細狀態(tài)下為片狀結(jié)構(gòu),而石英為類球型,根據(jù)斯托克斯沉降公式可知,形狀系數(shù)會影響沉降結(jié)果,而石英的形狀系數(shù)最接近1,較為理想,因此本次試驗選取石英為原料。將采集到的石英原礦首先用破碎機進行破碎,然后用振動篩將其篩分成0.5-0.25mm,0.25-0.125mm,0.125-0.045mm,-0.045mm 四個不同的粒度級,由于用振動篩篩分不充分,再次對所篩樣品進行濕篩后烘干,烘干后對不同粒度級的樣品進行分袋保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2 試驗粒度的確定

由于連續(xù)沉降分級是對超細粒難以沉降的顆粒進行沉降分級,對于在自然條件下沉降速度比較快的顆粒來說沒有意義,因此對于不同的顆粒級進行自然沉降,尋找出試驗所需的粒度級。

分別對粒度級為0.25mm -0.125mm,0.125mm-0.045mm,-0.045mm 的顆粒進行自然沉降。取多個500m L 量筒,分別對粒度級為0.25mm-0.125mm 的顆粒在0s,5s,10s,15s時刻,粒度級為0.125mm-0.045mm 的顆粒在0min,0.5min,1min,2min,3min,4min時刻,粒度級為-0.045mm 的顆粒在0min,5min,10min,15min,20min,30min時刻在相同的位置取相同量的上清液,然后進行激光粒度分析,探究不同粒度級在不同時刻的粒度含量以此判斷沉降快慢。不同顆粒的自然沉降結(jié)果分比如表1所示。

表1 不同顆粒的自然沉降結(jié)果

由表1可知在剛開始時沉降速度比較快,隨著時間的推移,沉降速度逐漸變慢,并且在相應(yīng)的粒度級幾乎沉降完成時再無明顯變化。0.25-0.125mm 的粒度級在0.025min時幾乎沉降完成,0.125-0.045mm 的粒度級在3min時幾乎完成了沉降,-0.045mm 的粒度級在30min內(nèi)無沉降。因此小于0.125mm 的粒度級沉降速度較慢。試驗采用-0.125mm 的全粒級顆粒。

3 評價指標

通常認為在分級的過程中當?shù)琢鞣峙渎蔀?0%時的粒度為實際分級粒度,當?shù)琢鞣峙渎纱笥?0%時,認為會進入底流,小于50% 時會進入溢流。因此也可以認為當分配律為50%時為實際沉降粒度。

4 操作參數(shù)對沉降效果的影響

4.1 溢流半徑200mm時,不同轉(zhuǎn)速下的實際分級粒度

選取的轉(zhuǎn)股轉(zhuǎn)速為200r/min,300r/min,400r/min,500r/min,600r/min五個等級。試驗中均采用60g/L 的入料濃度,探究溢流半徑為200mm 時,不同轉(zhuǎn)速對實際分級粒度的影響。如圖3示。由圖3 可知,溢流半徑為200mm 時,隨著轉(zhuǎn)速的改變,不同粒度之間的底流分配率也發(fā)生了改變,當轉(zhuǎn)速為200r/min時,底流分配率為50% 所對應(yīng)的粒度為0.038mm;轉(zhuǎn)速為300r/min時,底流分配率為50%時所對應(yīng)的粒度為0.039mm;轉(zhuǎn)速為400r/min時,底流分配率為50%時所對應(yīng)的粒度為0.039mm,轉(zhuǎn)速為500r/min時,底流分配率為50% 所對應(yīng)的粒度為0.040mm;轉(zhuǎn)速為600r/min時,底流分配率為50%所對應(yīng)的粒度為0.040mm。因此,不同的轉(zhuǎn)速對實際的分級粒度產(chǎn)生了一定的影響,轉(zhuǎn)速越高則實際分級粒度越大,沉降粒度越大。

圖3 溢流半徑為200mm時,不同轉(zhuǎn)速,不同粒度下的底流分配率

4.2 溢流半徑340mm時,不同轉(zhuǎn)速下的實際分級粒度

選取的轉(zhuǎn)股轉(zhuǎn)速為200r/min,300r/min,400r/min,500r/min,600r/min五個等級。實驗中均采用60g/L的入料濃度,探究溢流半徑為340mm 時,不同轉(zhuǎn)速對實際分級粒度的影響,如圖4示。

圖4 溢流半徑為340mm時,不同轉(zhuǎn)速,不同粒度下的底流分配律

由圖4 可知,溢流半徑為340mm 時,隨著轉(zhuǎn)速的改變,不同粒度之間底流分配律的變化趨勢和溢流半徑為200mm 時的變化趨勢相同,轉(zhuǎn)速為200r/min時,底流分配律為50%所對應(yīng)的粒度為0.035mm;轉(zhuǎn)速為300r/min 時,底流分配率為50%時所對應(yīng)的粒度為0.036mm;轉(zhuǎn)速為400r/min時,底流分配率為50%時所對應(yīng)的粒度為0.037mm,轉(zhuǎn)速為500r/min時,底流分配率為50%所對應(yīng)的粒度為0.037mm;轉(zhuǎn)速為600r/min時,底流分配律為50%所對應(yīng)的粒度為0.039mm。因此,轉(zhuǎn)速越高則實際分級粒度越大,沉降粒度越大。

綜合圖3與圖4可知,溢流半徑越大,實際分級粒度越小,沉降粒度越小,微細顆粒的沉降效果越好。

4.3 溢流半徑200mm 時,不同入料濃度下的實際分級粒度

選取的入料濃度分別為60g/L,70g/L,80g/L,90g/L,100g/L 五個等級,轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速均為400r/min,溢流半徑為200mm,探究不同入料濃度對分級粒度的影響,如圖5示。

由圖5可知,隨著入料濃度的改變,對于不同的粒度而言,底流分配率發(fā)生了改變,在確定的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速下,當入料濃度為60g/L時,底流分配律50%所對應(yīng)的粒度為0.039mm;入料濃度70g/L-100g/L時,底流分配律為50% 所對應(yīng)的粒度依次為0.038mm,0.037mm,0.036mm,0.036mm。因此,入料濃度越高實際分級粒度越小,沉降粒度越小。

圖5 溢流半徑為200mm 時,不同入料濃度,不同粒度下的底流分配律

4.4 溢流半徑340mm 時,不同入料濃度下的實際分級粒度

選取的轉(zhuǎn)股轉(zhuǎn)速為200r/min,300r/min,400r/min,500r/min,600r/min五個等級。試驗中均采用60g/L的入料濃度,探究溢流半徑為340mm時,不同轉(zhuǎn)速對實際分級粒度的影響,如圖6。

圖6 溢流半徑為340mm時,不同入料濃度,不同粒度下的底流分配律

由圖6 可知,溢流半徑為340mm 時,隨著入料濃度的改變,不同粒度之間底流分配律的變化趨勢和溢流半徑為200mm 時的變化趨勢相同,在確定的轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速下,當入料濃度為60g/L 時,底流分配律50% 所對應(yīng)的粒度為0.037mm;入料濃度70g/L-100g/L 時,底流分配律為50%所對應(yīng)的粒度依次為0.036mm,0.035mm,0.034mm,0.033mm。因此,入料濃度越高實際分級粒度越小,沉降粒度越小。

綜合圖5與圖6可知,溢流半徑越大,實際分級粒度越小,沉降粒度越小,微細顆粒的沉降效果越好。

5 結(jié) 論

(1)在不同轉(zhuǎn)速下,當溢流半徑為200mm,入料濃度為60g/L,轉(zhuǎn)速由200r/min 提高到600r/min 時,實際分級粒度分別為0.038mm,0.039mm,0.039mm,0.040mm,0.040mm;當溢流半徑為340mm,入料濃度為60g/L,轉(zhuǎn)速由200r/min提高到600r/min時,實際分級粒度分別為0.035mm,0.036mm,0.037mm,0.037mm,0.039mm。轉(zhuǎn)速越高則實際分級粒度越大,沉降粒度越大。

(2)在不同入料濃度下,當溢流半徑為200mm,轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為400r/min 時,入料濃度由60g/L提高到100g/L時,實際分級粒度分別為0.039mm,0.038mm,0.037mm,0.036mm,0.036mm;當溢流半徑為340mm,其他條件不變時,實際分級粒度分別為0.037mm,0.036mm,0.035mm,0.034mm,0.033mm。因此,入料濃度越高則實際分級粒度越小,沉降粒度越小。

(3)溢流半徑越大,實際分級粒度越小,沉降粒度越小,微細顆粒的沉降效果越好。