Современное гидроциклонирование

О.А. Торопов — заместитель генерального директора по техническим вопросам в ООО «Веир минералз РФЗ», к.т.н.

Снизить эксплуатационные затраты, увеличить производительность секции, увеличить выход концентрата и сократить потери на переизмельчение — это основной круг задач, который пытаются решить инженеры обогатительных фабрик. Какие есть варианты решений, возможно ли решить эти задачи одновременно, на имеющейся материальной базе в ограниченные сроки?

Существующие тенденции увеличения объемов производства, повышения качества выпускаемой продукции, снижения эксплуатационных расходов, а также бережное отношение к невосполнимым природным запасам, рациональное использование отходов производства — все это неразрывно связано с необходимостью усовершенствования технологий.

Современный рынок обогатительного оборудования насыщен предложениями. Однако не всегда очевидно, что замена парка оборудования на фабрике дает положительный абсолютный эффект и что это не приведет к новым, более тяжелым проблемам.

Надежной комплексной методики прогнозирования эффективности применения того или иного оборудования в процессе обогащения пока нет. Тем не менее, новые подходы к оценке последствий использования современных технологий, прогнозированию работы оборудования позволяют значительно повысить эффективность работы, увеличить межремонтный срок эксплуатации, выявить слабые места и обосновать необходимость локального улучшения. Возможности современного компьютерного моделирования и проектирования позволяют создавать математические модели функционирования как отдельного вида оборудования, так и виртуальных пилотных фабрик; синхронизировать виртуальные и реальные процессы работы фабрик. Эти подходы реализуются в соответствующих программных продуктах и в настоящее время не являются широкодоступными [5].

Эффективность работы контуров измельчения

Наиболее энергоемкий процесс в обогащении — процесс измельчения рудной массы, и оптимизация этого процесса является наиболее важной. Наиболее эффективный способ оптимизации — отладка процессов классификации.

Оптимальным оборудованием для классификации при работе с мельницей является гидроциклон. Как показывает практика, этот агрегат, достаточно чувствительный к изменениям режима работы мельницы, позволяет регулировать процессы ее загрузки и влиять на измельчение ценного рудного компонента.

Долгое время на обогатительных фабриках незаслуженно мало внимания уделялось столь важному в цепочке обогащения оборудованию, как гидроциклон. Причиной этому служила малая изученность этого агрегата, связанная со сложностью изучения процессов, протекающих в гидроциклоне. Полезность и эффективность гидроциклона очевидна: он прост и дешев в изготовлении, надежен и удобен (ввиду отсутствия вращающихся деталей и узлов) в эксплуатации, обладает высокой производительностью, компактен, позволяет сравнительно легко автоматизировать процессы разделения и обеспечить необходимые экологические и санитарно-гигиенические условия труда [4]. Зависимость эффективности работы гидроциклона от его конструктивных параметров послужила причиной множества попыток по разработке оптимальных форм гидроциклонов. Наибольшее распространение получили простые по форме цилиндроконические гидроциклоны, но выбор параметров этого оборудования в основном производится методом экспериментального подбора при эксплуатации гидроциклонов в действующем контуре измельчения. Это является следствием отсутствия научно обоснованных методов расчета основных технологических показателей разделения, особенно при обработке в гидроциклонах суспензий, содержащих тонкодисперсные фракции материала твердой фазы. В связи с этим физический эксперимент является до сих пор основным способом получения достоверной информации о структуре и характеристиках закрученных потоков в гидроциклоне.[6]

Такой подход выбора режима «вслепую» отнимает много времени, тормозит производственные процессы, сопряжен с потерями сырья и эксплуатационными затратами, что в итоге приводит к выбору параметров гидроциклона, позволяющих приемлемо, но не оптимально наладить его работу, зачастую обособленно, без учета его влияния на цикл измельчения в целом. Кроме того, одним из основных минусов данного подхода к выбору гидроциклона является то, что его работа остается непредсказуемой при изменении качества и объема поступающей руды.

В стремлении увеличить производительность и эффективность работы обогатительного оборудования путем установки более мощного оборудования не учитывается тот факт, что настройка оптимальной работы имеющегося оборудования порой приносит большую эффективность.

Состояние развития теоретических принципов работы гидроциклона

С 40-х годов прошлого столетия [3] проводилось немало исследований с целью теоретического обоснования работы гидроциклонов. Было сформировано понимание того, что для рационального использования гидроциклонов в различных производственных процессах нужно иметь надежные расчетные методы, позволяющие еще на стадии проектирования с достаточной достоверностью прогнозировать основные показатели разделения. Большинство расчетных формул базируется на обработке обширного экспериментального материала с использованием отдельных общепринятых теоретических закономерностей и положений. [4] Кроме того, как отмечается в работах российских исследователей, разработанные до настоящего времени методы расчета показателей разделения суспензий в гидроциклонных аппаратах основаны либо на рассмотрении движения отдельной изолированной частицы в закрученном потоке жидкости с учетом действия на нее приложенных сил, либо на применении математического аппарата теории подобия. Большинство расчетных формул, как правило, имеют один или несколько коэффициентов, значения которых необходимо определять опытным путем, если рабочие параметры вновь проектируемого аппарата отличаются от экспериментальных. [1]

Существуют два основных направления исследований, конечная цель которых — внедрение этих аппаратов в промышленное производство.
1. Разработка и испытание новых конструкций аппаратов гидроциклонного типа с учетом особенностей различных процессов.
2. Совершенствование методов расчета показателей разделения в гидроциклонах, выбор параметров конструкций и режимов их эксплуатации.

В 90-ых годах в результате обобщения зарубежного и российского опыта было разработано новое поколение гидроциклонов, позволяющих прогнозировать их работу. Новый продукт представлен под маркой CAVEX и производится компанией Веир Минералз, являющейся мировым лидером в разработке и изготовлении высококачественного и эффективного промышленного оборудования. Преимущество нового поколения гидроциклонов заключается не столько в разработанной геометрии внутренней проточной части и в улучшенной гидравлике, сколько в методике расчета и подбора данного типа оборудования для производственных процессов.

Принцип работы нового поколения гидроциклонов

Данный тип гидроциклонов существенно отличается от распространенных цилиндроконических гидроциклонов, и главное их отличие в том, что новое поколение гидроциклонов — это оборудование, работу которого возможно прогнозировать.

Установлено [7], что стандартные напорные цилиндроконические гидроциклоны работают в развитом турбулентном режиме, характеризующемся интенсивными турбулентными пульсациями. В работах Б. Мюллера, Т. Нессе, Х. Шуберта [8], П.И. Пилова [2] отмечается, что любая математическая модель, не учитывающая действия пульсирующего центробежного поля на эффективность сепарации, будет неадекватно описывать процесс разделения жидких неоднородных систем в аппаратах гидроциклонного типа.

Новое поколение гидроциклонов сконструировано таким образом, чтобы минимизировать турбулентные режимы работы, улучшить разделение и обеспечить максимальную близость теории и практики.

Задачей проектировщиков нового поколения было создание модульных конструкций гидроциклонов с прогнозируемой работой в заданых условиях.

Подбор гидроциклонов CAVEX осуществляется не как единичного оборудования, а как части системы. При выборе типа и параметров гидроциклона учитывается влияние его работы на всю цепь оборудования, особенно это важно учитывать при работе гидроциклона в замкнутом или частично замкнутом цикле с мельницей.

Осуществление выбора параметров гидроциклона не сводится к приравниванию соотношений диаметров разгрузочных патрубков к определенному типу равенства в зависимости от назначения гидроциклона, как это принято в практике и в настоящее время [4]. Исходя из поставленных перед гидроциклоном задач, в каждом конкретном случае осуществляется индивидуальный подбор его параметров, таких, как углы конусов, форма питательной камеры, угол наклона, размеры сливных и песковых насадок, удовлетворяющих разности в режимах работы.

Использование данного типа оборудования позволяет вести контроль и управлять процессами обогащения, что, соответственно, повышает культуру производства и максимизирует прибыльность. Прогнозируемая работа фабрик является реальностью. Стабильность и управляемость являются достижимыми условиями работы фабрики.

1. Найденко В.В. Применение математических методов и ЭВМ для оптимизации и управления процессами разделения суспензий в гидроциклонах. Горький: Волго-Вят. Кн. Изд-во, 1976. 287 с.
2. Пилов П.И. Турбулентная модель гидроциклона // Обогащение полез. Ископаемых. 1980.№26. с.9–15.
3. Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. М.: Недра, 1978. 232с.
4. Терновский И.Г., Кутепов А.М. Гидроциклонирование. — М:. Наука, 1994. — 350с.
5. Торопов О.А. Новое поколение гидроциклонов: высокая эффективность при малых затратах // Горный журнал 2005, №2 с. 67–68
6. Халатов А.А., Жизняков В.В., Найденко В.В. Гидродинамика закрученного потока в выходном канале гидроциклона // Исследование и промышленное применение гидроциклонов. Гортький, 1981. С.206 — 208.
7. Bradley D. The hydrocyclone. L.: Pergamon press. 1965. 331 p. 8. Muller B., Neese T., Shubert H. Berechnung von Hydrocyclonen nachdem Turbulenz modell // Treiberg. Forschongsh. A. 1975. N 544. S.31–43.

---

ООО «Веир минералз РФЗ»
Тел.: + 7 (495) 775-08-52
E-mail: sales.ru@weirminerals.com.
www.weirminerals.com

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (8)/февраль 2010 г.