Контроль и управление процессом фильтрации хвостов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РУСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

 

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Факультет Горного дела и  инженерной экологии

 

Кафедра «Горные работы»

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине: «Управление процессом обогащения»

 

Тема: «Контроль и управление процессом фильтрации хвостов»

 

 

Исполнитель:       студент 5 курса группы

 

Руководитель:       преподаватель

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

Содержание:

1. Введение.

2. Описание процесса.

3. Ручной и автоматический  контроль в отделении.

4. Влияние контролируемых  параметров на ведение процесса.

5. Управление контролируемыми  параметрами.

6. Заключение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Основой принимаемого способа  переработки сильвинитов на хлористый  калий является флотация. Флотация является методом разделения компонентов твердой фазы (или выделения твердых частиц из жидкости), представленных относительно мелкими частицами, взвешенными в жидкости, с использованием для этого пузырьков газа и избирательной способности частиц прилипать к ним. Частицы одного компонента, которые вследствие плохой смачиваемости жидкостью прилипают к газовым пузырькам, выносятся ими на поверхность, где образуется слой пены. Частицы другого компонента, хорошо смачиваемые жидкостью, не прилипают к газовым пузырькам и остаются в жидкости во взвешенном состоянии.

Ни один из существующих методов обогащения полезных ископаемых не может конкурировать с флотацией, как наиболее универсальным и  совершенным способом обогащения. В  настоящее время список флотируемых минералов включает в себя практически все минералы, извлекаемые в промышленности при переработке минерального сырья.

Флотационный способ обогащения полезных ископаемых  включает целый  ряд методов. Наиболее распространенным методом является пенная флотация.

На результаты флотационного  процесса оказывают влияние различные  факторы. Прежде всего, – качество обогащаемого полезного ископаемого. Характеристика обогащаемого полезного ископаемого определяет условия его флотации. Под характеристикой материала понимается его минералогический состав (свойства отдельных минералов и их количественное соотношение), характер срастания минералов, наличие в них примесей, вторичные изменения минералов (выветривание, окисление и пр.). Все это влияет на флотационные свойства минералов.

В производственных условиях на флотационные свойства полезных ископаемых сильно влияют особенности образования минералов, их изменения в процессах добычи, транспортирования, хранения и обогащения, сочетание различных минералов и их срастание.

Одним из важнейших факторов, влияющих на флотацию, является массовое соотношение жидкой и твердой  фаз пульпы (ж:т), определяющее ее плотность. Этот фактор влияет на флотацию весьма разносторонне. С увеличением плотности пульпы при постоянном объеме флотационных машин и производительности фабрики продолжительность нахождения пульпы в этих машинах возрастает. Объемная концентрация реагентов тоже возрастает (при их постоянном удельном расходе). Однако при чрезмерном уплотнении пульпы резко ухудшается ее аэрированность и флотируемость крупных частиц, идет более интенсивная флотация тонких классов пустой породы. Поэтому в каждом случае следует устанавливать опытным путем наиболее выгодную плотность.

Особо важным фактором является реагентный режим флотации. Под реагентным режимом флотации подразумевается ассортимент применяемых реагентов, их расход, порядок подачи в процесс и время контакта реагента с пульпой.

И, наконец, не менее важным фактором является флотационное оборудование (флотационные машины, контактные чаны, питатели реагентов) и уровень автоматизации процесса.

 

 

1

2. Описание процесса.

 

Фильтрование – процесс  разделения двухфазных пульп с применением пористой перегородки (фильтра), задерживающей твёрдую и пропускающей жидкую фазу; сопровождается образованием осадка (кека) до перегородки и фильтрата за фильтровальной перегородкой. Фильтрование — широко распространённый, хотя и вспомогательный, процесс при обогащении углей, сланцев и руд чёрных и цветных металлов, горно-химического сырья, а также в химических и гидрометаллургических производствах, связанных с выщелачиванием, кристаллизацией, осаждением и т.п.

Процесс фильтрования обусловлен разностью давлений по обе стороны  фильтровальной перегородки. Если пространство за фильтровальной перегородкой сообщается с источником постоянного вакуума  или пространство над пульпой  — с источником постоянного давления, то происходит фильтрование при постоянном давлении. При этом, в связи с  увеличением сопротивления слоя осадка возрастающей толщины, скорость отбора фильтрата уменьшается. Если пульпа подаётся поршневым насосом, то происходит фильтрование при постоянной скорости. При этом переменной является разность давлений, обусловливаемая увеличением сопротивления растущего и уплотняющегося слоя осадка. Если пульпа подаётся центробежным насосом с производительностью, зависящей от сопротивления среды, то процесс фильтрования протекает при переменной разности давления и скорости.

Цели фильтрования: разделение пульпы (отделение твёрдых частиц от жидкости); сгущение пульпы (увеличение содержания в пульпе твёрдых частиц путём удаления через фильтровальную перегородку определённой части жидкости); осветление жидкости (уменьшение содержания в пульпе твёрдых частиц, преимущественно тонких взвесей).

Фильтрование проводят в  фильтрах. Если фильтрование происходит под воздействием разности давления по обе стороны фильтровальной перегородки, создаваемой вакуум-насосом, то используются вакуум-фильтры; если под действием механического усилия или разности давления, создаваемой воздушным компрессором, применяются фильтр-прессы; если под воздействием центробежного поля, создаваемого при вращении ротора аппарата, — фильтрующие центрифуги.

Барабанные  вакуум-фильтры 

Барабанные вакуум-фильтры  общего назначения с наружной фильтрующей поверхностью наиболее просты и надежны в эксплуатации. Фильтры предназначены для разделения суспензий с частицами твердой фазы более или менее однородной дисперсности и с невысокой .скоростью осаждения.

Ограничением применения барабанного фильтра с наружной фильтрующей поверхностью является быстрое осаждение грубой фракции  или всей твердой фазы

 

 

2

суспензии (со скоростью >18 мм/с). Для предотвращения смывания осадка с повер-

хности барабана мешалка перемещается в ванне фильтра с небольшой скоростью.

Поэтому, если грубые частицы  суспензии оседают на дно и  суспензия в ванне по мере фильтрования сгущается, то постепенно нарушается нормальная работа фильтра.

Другое ограничение применения барабанного вакуум-фильтра— недостаточная скорость фильтрования суспензии. Скорость вращения барабана фильтров общего назначения можно регулировать в пределах 0,1—2 об/мин. При угле фильтрования 135° максимальное время фильтрования 3,75 мин, а при угле 100° — 2,8 мин. Если скорость фильтрования низка и за это время образуется слой осадка толщиной менее 5 мм, то он плохо отдувается от ткани (воздух прорывается через тонкий слой осадка или трещины в нем), не снимается ножом и замазывает ткань. Кроме того, при разделении малоконцентрированных суспензий, содержащих высокодисперсные твердые частицы, происходит быстрое закупоривание пор фильтрующей перегородки. В результате производительность снижается и в конце концов становится настолько низкой, что применение фильтра не рентабельно.

Помимо барабанных вакуум-фильтров общего назначения имеется много  специализированных конструкций. Так, для фильтрования суспензий со значительной скоростью осаждения твердой фазы (более 18 мм/с) применяют барабанные вакуум-фильтры с верхней подачей суспензии или с внутренней фильтрующей поверхностью.

Барабанные вакуум-фильтры  с верхней подачей суспензии  имеют устройство, обеспечивающее размещение зоны фильтрования на верхней, относительно небольшой части поверхности барабана.

Барабанные вакуум-фильтры  с внутренней фильтрующей поверхностью представляют собой горизонтальный цилиндр (барабан), закрытый с одной  стороны сплошной стенкой, а с другой — кольцевым бортом. Внутренняя поверхность барабана имеет ячейки, покрытые фильтровальной тканью. Суспензия заливается внутрь барабана и заполняет его нижнюю часть до уровня, соответствующего высоте кольцевого борта. При вращении барабана на каждой ячейке последовательно протекают операции фильтрования и просушки осадка воздухом. Промывка осадка не проводится. В верхней части барабана осадок отдувается воздухом и падает на транспортер или другое устройство для его удаления. Ткань регенерируется продуваемым через нее воздухом или паром.

 

 

 

 

 

 

3

Дисковые  вакуум-фильтры

Служат для фильтрования концентрированных суспензий, когда необходима большая фильтрующая поверхность, но не требуется тщательной промывки осадка. Работают по принципу барабанных вакуум-фильтров с ножевым съемом, но отличаются от них формой фильтрующей поверхности и ее конструкцией. В качестве фильтрующих перегородок используют фильтровальное полотно ( хлопчатобумажные, шерстяные или синтетические ткани), пористую керамику и другие материалы. 

Пульпа подается в трубу. При вращении дисков на поверхности  секторов, погруженных в пульпу, происходит набор осадка. Затем по мере выхода секторов из суспензии  осуществляется подсушка осадка и его  съем с поверхности фильтровальной ткани.

Преимущества: высокая производительность, минимум площади для установки, низкое энергопотребление, надежная работа.

 

 

 

 

4

Ленточный вакуум-фильтр

Представляет собой бесконечную  резиновую ленту с отверстиями покрытую фильтровой тканью натянутую на приводной и натяжной барабаны. Скорость ленты 0,01-0,067 м/с. Работают при вакууме 0,04-0,09 Мпа и давлений сжатого воздуха при обдувке кека 0,05 Мпа. Удельная производительность увеличивается, а влажность кека уменьшается с увеличением вакуума и температурой пульпы, крупности материала и содержание твердого в пульпе.

Фильтр-прессы 

Фильтр-прессы – это аппараты периодического действия. Предназначенные для фильтрации отходов флотации и прочих шламов в тех случаях, когда другие виды фильтрового оборудования мало эффективны.

Преимущества: скорость фильтрования, низкая влажность осадка, практически чистый фильтр.

Недостатки: сложность конструкции  и низкая производительность.

 

 

5

3. Ручной и автоматический  контроль в отделении.

 

Автоматизированная система  управления предназначена для обеспечения  оперативности управления, оптимизации  расхода ресурсов и организационно-экономического управления технологическими процессами с минимизацией «человеческого» фактора при принятии решений.

Функциональная схема  автоматизации процесса фильтрации хвостов приведена на рисунке 1.1.

Перечень измеряемых параметров для процесса фильтрации хвостов  приведен в таблице 1.1.

 

Таблица 1.1. – Перечень измеряемых параметров для процесса фильтрации     хвостов 

 

№№ п/п	Наименование параметров	Позиция на схеме	Примечание
1	Уровень хвостов на фильтре	7а
2	Расход пара	1а
4	Расход воды	2а
3	Массовая доля К2О в хвостах	3а
4	Влажность хвостов после  фильтрации	4а
5	Верхний уровень  в баке маточника	5а, 12а
6	Нижний уровень  в баке маточника	6а, 13а
7	Верхний уровень  в баке - смесителе	8а
8	Нижний уровень  в баке - смесителе	9а
9	Следящий уровень в  сгустителе хвостов	10а
10	Плотность разгрузки хвостов	11а

 

Рассчитываемыми, задаваемыми  и регулируемыми параметрами  являются:

• плотность разгрузки сгустителя хвостов;
• стабилизация уровня в баке - смесителе;
• толщина слоя хвостов на фильтре;
• расход пара;
• расход воды.

При выборе базовых средств  измерения уровня необходимо учитывать  возможность работы уровнемеров для непрерывного  и предельного измерения уровня сред жидких, кусковых и сыпучих продуктов. К жидким продуктам относятся вода,

 

 

6

реагенты, продукты обогащения (маточный щелок, рассол и т.д.). К  сыпучим продуктам относятся руда, подаваемая в бункера, кек концентрата, высушенный концентрат. Измерения уровня продуктов в основном необходимо производить в бункерах, емкостях. 

Средства измерения влажности  необходимо использовать для контроля влажности промежуточных продуктов, высушенного и отгружаемого  концентрата.

С учетом того, что показания  влагомеров, установленных для контроля влажности кека концентрата, будут использоваться в алгоритмах управления обезвоживающими  и сушильными агрегатами, и их точностные характеристики тесно связаны с удельными расходами теплоэнергоресурсов.

Средства измерения расхода  будут использованы для измерения  расхода  электропроводящих жидкостей, массового расхода и плотности  не проводящих жидкостей и газов, расхода пара и конденсата. Базовые  средства измерения расхода будут  включать индукционные, массовые, термические  и вихревые расходомеры.  В основном показания этих СИ будут использованы в алгоритмах управления АСУТП  и  при расчете фактических удельных норм теплоэнергоресурсов и реагентов.

Средства измерения плотности  будут использованы для измерения  плотности  в исходных продуктах, поступающих на отстойные аппараты и продуктах их разгрузки.  По принципу действия различают гидростатические, камертонные и радиоизотопные. Для измерения плотности можно использовать массовые расходомеры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

4. Влияние контролируемых  параметров на ведение процесса.

Качество управления производственными  процессами, прежде всего, зависит от достоверности информации, получаемой в процессе измерения и контроля показателей технологических схем обогащения.

Для правильной организации  опробования и контроля на обогатительных фабриках необходимо иметь комплект документации, регламентирующей как  оперативное, так и товарное опробование.

В этот комплект должны входить:

– схемы опробования;

– журналы (карты) опробования;

– инструкции по отбору и  подготовке проб;

– паспорта пробоотборников;

– свидетельства об аттестации систем опробования.

Схемы опробования задают точки отбора проб и виды их анализа  исходя из задач, решаемых на основе получаемой информации.

Журналы (карты) опробования  содержат достаточную информацию об опробовании на фабрике. В них указываются периодичность отбора проб и анализов, а также назначение проб.

Инструкции по отбору и  подготовке отдельных видов проб разрабатываются конкретно для каждой точки опробования. Инструкции должны быть подробными и исчерпывающими, т.е. для конкретного исполнителя должны быть указаны все параметры опробования, характер выполнения всех операций при опробовании.

Паспорта пробоотборников  должны содержать подробную информацию о пробоотборнике: его назначение, объем (масса) отбираемой пробы, чертежи, а также погрешность пробоотбора.

  Совокупность пробоотборных средств и средств подготовки (разделки) проб вплоть до аналитической (лабораторной) навески вместе с методикой выполнения измерений (МВИ) образуют систему опробования.

Износостойкость и термостойкость фильтртканей обеспечивают фильтрам нормальный срок службы. Конструктивная особенность системы создает условия для непрерывного процесса фильтрации и отсутствия простоев оборудования для замены или чистки от загрязнений. Необходимо поддерживать низкое количество влаги в хвостах, что позволяет осуществлять сухое складирование. Низкая остаточная влажность снижает энергозатраты на досушивание кека и делает возможным сухое складирование хвостов, обеспечивая тем самым безопасность процесса для экологии. Снижение содержания влаги начинается с извлечения кека из пульпы, а завершается досушиванием фильтрата. Высокое содержание влаги в концентрате приводит к большему расходу энергии, и как следствие, необходимость нагрева большого количества воды и выпаривания остатков влаги из фильтрата. В отличие от керамических фильтров, в вакуум-фильтрах присутствует возможность проникновения воздуха сквозь поверхность фильтра, что несколько снижает производительность. В конце каждого цикла отфильтрованная жидкость возвращается обратно в систему и используется снова. Это обеспечивает эффективное многократное использование воды в обогатительном процессе, снижает время на каждый

цикл ее потребления, и существенным образом снижает необходимость  использования озерной, речной или подземных вод до 60%.

 

8

5. Управление контролируемыми  параметрами.

 

При управлении фильтрованием важным является вопрос правильного распределения пульпы по работающим и резервным фильтрам, при условии обеспечения требуемой производительности и минимальной влажности осадков (отходов). Производительность отдельного фильтра зависит от ряда факторов, из которых наиболее важными являются: плотность поступающей на фильтр пульпы, величина вакуума, глубина погружения барабанов в ванну. Удельное сопротивление кека на фильтре. Удельное сопротивление кека в значительной степени является функцией гранулометрического состава твердой фазы. Производительность фильтра линейно зависит от величины вакуума в диапазоне 400-800 кПа, при постоянстве прочих рабочих параметров. Присутствие тонких классов, в частности нерастворимого остатка, содержание твердого в питании, оказывают решающее влияние на величину удельного сопротивления осадка, и, следовательно, на конечные результаты разделения на их производительность и остаточную влажность.

Для стабилизации влажности  кека регулируются параметры в вакуум-системе. Известны методы управления путем регулирования производительности фильтров в звисимости от расходов отфильтрованной жидкой фазы и толщины кека. Приведенные схемы управления не обеспечивают эффективную работу фильтрующих аппаратов, так как они не учитывают колебания состава твердой фазы пульпы, поступающей на фильтрование. Предлагались схему, связанные с содержанием нерастворимого остатка в пульпе. Целью управления процессом фильтрации может быть стабилизация основных выходных параметров: производительности и влажности, оптимизация одного из выходных параметров при сохранении заданного значения другого.

При управлении процессом  фильтрации используются многосвязные системы регулирования, содержащие несколько локальных схем, например, систему стабилизации разряжания в зоне набора осадка, систему стабилизации уровня пульпы, контроль температуры среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

6. Заключение.

 

В данной курсовой работе мной была затронута тема управление процессом  фильтрации хвостов. Качество управления производственными процессами, прежде всего, зависит от достоверности информации, получаемой в процессе измерения и контроля показателей технологических схем обогащения. Поэтому крайне важно, правильно организовать контроль за качеством продукции на обогатительных фабриках. При управлении фильтрованием важным является вопрос правильного распределения пульпы по работающим и резервным фильтрам, при условии обеспечения требуемой производительности и минимальной влажности осадков (отходов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10