Лабораторна робота №7. Дослідження згущення пульпи та освітлення вод під впливом коагулянтів та флокулянтів

Цель работы. Определение влияния концентрации твердых частиц в пульпе, коагулянтов и флокулянтов на процесс сгущения. Определение удельной площади сгущения, эффективности действия коагулянтов и флокулянтов.

Краткие теоретические сведения. Сгущением называется процесс осаждения твердой фазы и выделения жидкой фазы из пульпы. При сгущении получают два продукта: сгущенный, с концентрацией твердых частиц выше, чем в исходном питании, и слив. Если основная цель получения сгущенного продукта с максимально возможной концентрацией твердой фазы, то такой процесс называют обычно сгущением, если основная цель — получение слива с минимальной концентрацией твердых частиц, то называют осветлением.

Рис. 5. Процесс сгущения пульпы в мерном цилиндре: Iпромежуточное положение; t_K — критическая точка

Сгущение пульпы и осветление шламовых вод является сложной операцией вследствие высокой дисперсности твердой фазы. Для ускорения осаждения твердых частиц в пульпу добавляют специальные химические вещества (реагенты), которые способствуют агрегации твердых частиц. Агрегирование может происходить за счет коагуляции — укрупнения частиц под действием молекулярных сил сцепления и уменьшения сил отталкивания и флокуляции — укрупнения в результате гидрофобизации поверхности частиц.

В качестве реагентов-коагуляторов применяют: известь, крахмал, едкий натр, хлорное железо, квасцы. Для флокуляции применяют высокомолекулярные углеводородные соединения: полиакриламид (ПАА), «Метас», «Комета», гипан, поли-флоки и др.

Одним из методов изучения процесса сгущения, определения требуемой удельной поверхности сгущения — наблюдение за осаждением твердых частиц пульпы в стеклянном цилиндре (рис. 5). В начальный период осаждения частиц в цилиндре наблюдаются увеличение зоны осветленной жидкости, А и уменьшение объема сгущенной пульпы, состоящего из зон осаждения твердых частиц В, переходной С и накопления и уплотнений осадка D. По истечению некоторого времени зоны В и С исчезают, а зона, А соприкасается с зоной D. Положение поверхности раздела в этот момент времени называют критической точкой, а время осаждения соответственно критическим t_к. Дальнейшее перемещение раздела зон, А и D будет замедленным и происходит в результате уплотнения осадка.

Оборудование и материалы. На каждом рабочем месте должны быть: исходный материал (полевой шпат) или угольный шлам, руда, хвосты флотации рудных и угольных пульп) крупностью 70% класса—0,074 мм массой 600—800 г, коагулянты (1%-е растворы извести, алюминиевых квасцов, железного купороса); флокулянт (раствор ПАА, концентрацией 0,1%), мерные цилиндры объемом 250 (500) мл — 8 шт., технические весы и разновесы, бюретки (на 20—25 мл)—3 шт., секундомер.

Порядок проведения работы. Каждая подгруппа студентов выполняет пять опытов осаждения на одном из исходных материалов с заданным разжижением R_и (Ж:Т) 20:1, 10:1,. 5:1, 1:1, 1:2, три опыта осаждения с применением реагентов для агрегации при одном разжижении, принятом в предыдущих опытах. Варианты применения реагентов могут быть различны.

Рекомендуемые варианты исследований:

коагулянт известь (или алюминиевые квасцы, железный купорос) с удельным расходом 0, 75, 1500, 2500 г/г. Флокулянт ПАА с удельным расходом 0, 40, 80, 120 г/т.

Коагулянты известь—1500 (2500) г/т, алюминиевые квасцы 1500 (2500) г/т, флокулянт ПАА 40 (80) г/т и другие сочетания.

Каждый опыт I серии ведут в следующей последовательности. По известным R_и и объему цилиндров V_и определяют массу исходных навесок Q (г) по формуле.

Q= V_и д/(дR_и+1) (5).

где V_и — объем исходной пульпы, см³, д — плотность зерен исходного материала, г/см³.

Навеску исходной пробы засыпают в мерный цилиндр, в который доливают воду до заданного объема. Приготовленную пульпу тщательно перемешивают, после чего начинают вести наблюдение в течение времени t_i за нижней границей осветленного раствора H_i. Примерные периоды времени 0,5; 1, 2, 4,. 8 мин и т. Д. до прекращения осаждения твердой фазы в цилиндре. В процессе опыта желательно зафиксировать время достижения уровня критической точки. Данные измерений заносят в табл. 7.

Для опытов II серии (с применением реагентов) определяют требуемые объемы растворов применяемых реагентов по формуле:

Vp =Qg10−4/C (6)

где g —удельный расход реагента, г/т; С — концентрация раствора реагента, %; Q —масса исходной навески, г.

В подготовленную в цилиндре пульпу, перемешивая, вливают с помощью бюретки требуемый объем раствора реагента и далее аналогично описанному опыту ведут наблюдение. Данные измерений заносят в табл. 8. В эту же таблицу переносят данные наблюдений из табл. 7 для опыта с аналогичным разжижением, что и для опытов с применением реагентов.

Таблица 7. Результаты сгущения пульпы без агрегации частиц (состав пульпы: руда 70% класса —0,074 мм)

Обработка и оформление полученных результатов. Для каждой точки измерения в опыте рассчитывают Ri в сгущенном продукте по формуле:

R_i= (V_iд — Q)/(Qд) (7).

где V_i — объем зоны сгущения пульпы, к данному моменту времени t_i, см³.

На основании данных табл. 6 строят графические зависимости изменения границы раздела осветленной жидкости от времени H = f (t) (рис. 6, а), разжижения сгущенного продукта от времени R = f (t) (рис. 6, б). Аналогичные зависимости строят отдельно и для серии опытов с применением реагентов (по данным табл. 8).

На каждой кривой сгущения отмечают положение критической точки Н_к, t_K (если ее положение удалось зафиксировать в процессе опыта) или определяют ее положение по методу Телмеджа и Фитча. Пример определения приведен на рис. 6, а (кривая 1). Прямые, характеризующие зоны осаждения AL и сжатия осадка DC, продлеваются до взаимного пересечения; из точки пересечения В проводится биссектриса ВК угла ABC до кривой осаждения. Точка К является критической.

Необходимую удельную площадь сгущения для условий каждого опыта определяют по формуле:

ѓ =(R_и — R_к)/х_к (8).

где ѓ — удельная площадь сгущения, м²/(т*сут); разжижение соответственно исходной пульпы и в момент окончания осаждения частиц, м³/т; х_к — средняя скорость сгущения (осветления) пульпы для критической точки, м/сут. Скорость осаждения пульпы рассчитывают по формуле:

хк=1440 Нр/tк (9).

Таблица 8. Результаты сгущения пульпы с применением коагулянтов (флокулянтов) (состав пульпы: руда 70% кл. — 0,074 мм)

Рис. 6. Зависимость изменения границы раздела осветленной жидкости (а) и разжижения сгущенного продукта (б) от времени

Рис. 7. Зависимость удельной площади сгущения от исходного разжижения суспензии

Строят график зависимости удельной площади сгущения от исходного разжижения суспензии (рис. 7) (по данным пяти опытов I серии). Максимальное значение удельной площади, определенное по графику, соответствует концентрации суспензии с минимальной пропускной способностью и представляет собой требуемую удельную площадь для сгущения данного состава пульпы.

По данным II серии опытов определяют эффективность действия коагулянтов и флокулянтов по формуле Э= (х_к.ф—х_K)/(х_K g), (10).

где Э — критерий эффективности действия коагулянтов и флокулянтов, т/г; х_к.ф,х_K — средние скорости сгущения (осветления) пульпы для критической точки соответственно флокулированных (коагулированных) и нефлокулированных частиц, м/сут; g — расход флокулянта или коагулянта, г/т.

Зависимости изменения удельных площадей сгущения, эффективности и разрыхления осадка R_k от режимов флокуляции (коагуляции) оформляются графически. Общий вид таких зависимостей (для примера f = F (g); Э = F (g); R_k = r (g)) приведен на рис. 8.

Рис. 8. Влияние расхода ПАА (пример) на результаты сгущения:

1- f = F (g), 2-Э = Р (g): 3-R_K = F (g).

На основании сопоставления данных опытов делают выводы по закономерностям процесса для различных условий сгущения.

магнитный сепарация руда обогащение.