Определение рациональных режимов гидротранспорта пастообразных хвостов обогащения медно-цинковой руды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Авксентьев, Сергей Юрьевич

• Авксентьев, Сергей Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Авксентьев, Сергей Юрьевич

Введение.

1. Анализ состояния изученности вопроса. Цель и задачи исследований.,

1.1. Анализ системы гидротранспорта Гайской ОФ.

1.2 Анализ установок для сгущения гидросмесей.

1.3 Анализ выполненных исследований.

1.4 Цель и задачи исследований.

2. Теоретические исследования процесса гидротранспорта пастообразной гидросмеси.

2.1. Свойства пастообразных гидросмесей хвостов обогащения.

2.2. Реологические модели структурированных дисперсных систем

2.3. Физическая и матаматическая модели процесса движения пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды.

2.4. Определение гидравлических сопротивлений при движении пастообразной гидросмеси хвостов обогащения в структурном режиме.

3. Экспериментальные исследования процесса транспортирования пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды.

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований по определению реологических свойств гидросмеси.

3.2. Результаты обработки данных исследований реологических свойств гидросмеси.

3.3. Обоснование параметров экспериментальной лабораторной установки.

3.4. Методика проведения исследований на лабораторной установке

3.5. Результаты исследований на лабораторной установке.

3.6 Исследование коэффициента гидравлических сопротивлений и потерь напора при движении гидросмеси в структурном режиме.

4. Рекомендации для расчета систем гидротранспорта пастообразных гидросмесей хвостов обогащения полиметаллической руды.

4.1 Методика расчета параметров гидротранспорта смеси хвостов обогащения медно-цинковой руды в структурном режиме.

4.2 Рекомендации по использованию оборудования для перекачивания пастообразной гидросмеси.

4.3 Расчет экономической эффективности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение рациональных режимов гидротранспорта пастообразных хвостов обогащения медно-цинковой руды»

Россия обладает большим запасом полиметаллических руд. В настоящее время переработкой полиметаллических руд занимаются обогатительные и агломерационные фабрики, которые располагаются во многих районах России от юга до Крайнего севера. В основном процесс обогащения на этих фабриках является мокрым, поэтому одним из основных и эффективных видов транспорта является гидротранспорт.

Увеличение спроса на цветные металлы в современном мире требует постоянного совершенствования технологических процессов, аппаратов и транспортных систем, применяемых на современных обогатительных фабриках. Повышение производительности и улучшение качества получаемой продукции положительно сказывается на экономическом состоянии как отдельно взятого предприятия, так и страны в целом.

Для гидравлического транспорта характерно совместное движение жидкости и твердых частиц, которые в смеси образуют различные по физико-механическим свойствам двухфазные (взвесенесущие) потоки. В России и за рубежом до сих пор не создано достаточно строгой теории движения взвесенесущих потоков, имеющей общепризнанное физическое и математическое обоснование. Несовершенство теоретических решений, а также невозможность применения их в инженерных расчетах приводит к тому, что для практических целей приходится пользоваться исключительно эмпирическими зависимостями, которые с той или иной степенью точности позволяют определять для заданных конкретных условий основные параметры гидротранспортирования. Однако поскольку условия гидротранспорта чрезвычайно разнообразны, а область применения предложенных расчетных формул весьма ограничена в большинстве случаев не представляется возможным определить нужные параметры гидротранспортирования с достаточной для практики точностью.

На основании вышеуказанного можно сделать вывод о необходимости дальнейшего развития теории на базе экспериментальных исследований закономерностей движения взвесенесущих потоков. Одновременно с этим большая протяженность гидротранспортных линий и значительный объем транспортируемых материалов ставят перед наукой и производством также задачу дальнейшего повышения эффективности работы гидротранспортных установок.

Экономическая эффективность гидравлического транспорта определяется энергоемкостью процесса и надежностью оборудования, которые зависят, как показывают ранее проведенные исследования, от скоростей транспортирования гидросмеси, концентрации твердого в ней, удельных потерь напора и ряда других факторов. Исследованием этих параметров занимались В.М.Великанов, В.М.Макавеев, М.А.Дементьев, Н.Е.Офенгенден, Н.А.Силин, А.Е.Смолдырев, А.П.Юрин, КБигапс!, У.А.Уапош и др.

Анализ материалов этих исследований, показывает, что эффективность гидравлического транспорта, главным образом, зависит правильности выбранного режима транспортирования и особенно от выбора концентрации потока гидросмеси, увеличение которой приводит к снижению удельных затрат, характеризующих работу установки. В связи с этим, вопросу транспортирования потоков высокой концентрации в настоящее время уделяется большое внимание.

Однако недостаточная изученность процесса движения этого типа (пастообразных) гидросмесей подчеркивает актуальность выполнения теоретических и экспериментальных исследований их транспортирования с целью повышения эффективности гидравлеческого транспорта твердых материалов.

Цель работы: установление закономерностей процесса гидротранспортирования пастообразной гидросмеси тонкодисперсных хвостов обогащения медноцинковой руды для оценки гидротранспортной системы, обоснованного выбора ее параметров и напорно-скоростных характеристик, что позволит обоснованно осуществлять выбор и проектирование оборудования для осуществления эффективного перемещения пастообразных смесей медно-цинковой руды.

Идея работы: заключается в том, что при транспортировании предварительно сгущенной до пастообразного состояния гидросмеси тонкодисперсных хвостов обогащения медно-цинковой руды по напорному трубопроводу необходимо обеспечить такую скорость ее движения, при которой сохраняются неньютоновские свойства гидросмеси.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Физико-математическая модель движения предварительно сгущенной с добавлением флокулянта в гравитационном сгустителе до пастообразного состояния гидросмеси, основанная на полученной экспериментально и описываемой моделью Балкли-Гершеля реологической кривой, устанавливает зависимость среднего расхода гидросмеси при перекачивании грунтовым насосом пульпы с содержанием твердых частиц размером 0,044 мм до 77% от физико-механических свойств твердых частиц, скорости течения, начального напряжения сдвига при изменении концентрации по массе от 33,4 до 76%, что позволит снизить затраты на перекачку.

2. Гидравлические сопротивления при движении вязкопластичной пастообразной гидросмеси хвостов обогащения полиметаллической руды в структурном режиме определяются с использованием поправочного коэффициента, определяемого при исследовании потерь напора и функционально связанного с критерием Ильюшина, который учитывает силы пластичности и вязкости.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Авксентьев, Сергей Юрьевич

Заключение

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, на базе выполненных теоретических и экспериментальных исследований на горнорудном предприятии была решена актуальная научно-практическая задача повышения эффективности гидравлического транспортирования тонкодисперсных хвостов обогащения медно-цинковой руды путем сгущения гидросмеси до пастообразного состояния.

Основные научные результаты и практические рекомендации, заключаются в следующем:

1. Установлена закономерность изменения коэффициента гидравлических сопротивлений в зависимости от концентрации гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды в интервале 33,4 - 76 % твердого по массе при движении потока в структурном режиме, позволяющая установить рациональные режимы работы гидротранспортной системы применительно к условиям смеси медно-цинковой руды, что позволит снизить затраты на перекачку.

2. Экспериментально полученная реологическая кривая течения пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды рекомендуется к использованию в расчете режимов транспортирования вязко-пластичной гидросмеси.

3. Разработана физико-математическая модель движения гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды с размером твердых частиц 0,0044мм до 77 % при изменении концентрации по массе от 33,4 до 76 %, основанная на полученной экспериментально и описываемой моделью Балкли-Гершеля реологической кривой.

4. Экспериментально установлено, что структурный режим движения гидросмеси наблюдался при концентрации равной 70% по массе и скорости меньше 1,5 м/с, а при концентрациях 45, 54, 60 % по массе - при скорости течения менее 1,0 м/с.

5. Получены, подтвержденные экспериментом, новые зависимости, необходимые для расчета и обоснования выбора основных параметров процесса транспортирования пастообразной гидросмеси:

- для определения коэффициента гидравлических сопротивлений при движении потока гидросмеси в структурном режиме;

- для определения потерь напора при движении гидросмеси хвостов обогащения медно цинковой руды по горизонтальному трубопроводу в переходном режиме

6. Разработана методика расчета параметров гидротранспортной установки пастообразной гидросмеси в структурном режиме, которые позволяют получить более обоснованные и точные результаты.

7. Разработаны рекомендации проектным организациям по проектированию гидротранспортной систем пастообразных хвостов обогащения, в частности медно-цинковой руды для Гайского ГОКа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Авксентьев, Сергей Юрьевич, 2009 год

1. Александров В.И. Отчет по НИР, Исследование и установление режимов сгущения хвостов переработки ОФ №3 Джезказганского ГМК. 106 с.

2. Ахназарова С.Л., Кафазаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. М.,высшая школа, 1978.-284с.

3. Барский Л.А., Козин В.З. Системный анализ в обогащении полезных ископаемых. М.Недра,1978.-225с.

4. Белкин И.М., Виноградов Г.В., Леонов А.И. Методические указания по расчету реологических свойств гидросмеси.М.,Наука,1979.-179с.

5. Бибик Е.Е. Реология дисперсных систем, -Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1981.-303с.

6. Благов И.С., Кошкин A.M., Фоменко Т.Г. Гравитационные процессы обогащения. Г. Научно-тех. издательство литературы по горному делу. М.,Наука, 1970.247с.

7. Брайнес Я.М. Подобие и моделирование в химической и нефтехимической технологии. М., Гостоптехиздат, 1961,-220с.

8. Ванчаков М.В. Реологические свойства коалиновых суспензий. М.,Наука,1978.-223с.

9. Веденеев Б.Е. Сгущение и классификация пульпы.-Библиографический указатель ВНИИГ , 1972, -172с.

10. Воларович М.П. Исследование реологических свойств дисперсных систем. Колл.ж.,т. 16,№3,1954.-289с.

11. Временные методические указания по составам закладочных смесей. «Унирпомедь», Л., 1976.-147с.

12. Влияние микронных фракций на параметры гидротранспорта угля. «Гидравлическая добыча угля»,№ 12 ЦНИИТЭНУД966. -265с.

13. Говштот В.И. Трубопроводный транспорт вязкопластичных гидросмесей, М.,Наука 1979, -189с.

14. Гончаров В.Н. Повышение эффективности эксплуатации систем трубопроводного транспорта. М.,Наука 1980, -126с.

15. Гориславец В.М. Исследование реологических свойств концентрированных суспензий при наличии пристенного эффекта. Инженерно-физический журнал, 1975, т.29, №2.-275с.

16. Гухман A.A. Введение в теорию подобия. М. Высшая школа, 1963.-254с.

17. Дементьев М.А. Физическая модель взвесенесущего потока. Гидромеханика, вып.25, Киев,1981.-122с.

18. Джунусов И. Исследование процессов перемешивания и гидротранспорта структурированных гидросмесей хвостов обогащения. Автореферат, дисс. на соиск. канд. техн. наук. JL,2001.-20с.

19. Дмитриев Г.П., Махарадзе Л.И., Гогиташвили Т.Ш. Напорные гидротранспортные системы. Справочное пособие.-М: Недра, 1991.-304с.

20. Докукин В.П. Повышение эффективности эксплуатации систем трубопроводного транспорта. СПГГИ., 2005.-84с.

21. Драйпер Н. Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М. Финансы и статистика.1966.-224с.

22. Есьман И.Г. Гидравлика. Баку, Азнефтеиздат,1952. -332 с.

23. Зрамов Ю.В. Исследование процессов перемешивания* и гидротранспорта волокнистых суспензий целлюлозно-бумажного производства. Автореферат, дисс. на соиск. канд. техн. наук. Л.Д975.-20с.

24. Ивенский Г.Б. Транспорт строительных растворов по трубам. М.Д957.-187с.

25. Искиердо П.Р. Влияние параметров гидротранспорта латерита на процесс осаждения. Л.ЛГИ, том 110, 1987.С.14.

26. Исследование реологических и прочностных характеристик твердеющие закладки при использовании в качестве наполнителя хвостов обогащения ДГМК. Отчет о научно - исследовательской работе- Л. 1985.-141с.

27. Клеппер Р., Ларое Т., Шонбран Ф. Системы глубоких пастовых сгустителей, Брисбан, Австралия, 1998. -68с.

28. Кокс Р., Мэйсон С. Течение жидкостей по трубам при наличии взвешенных частиц. Мир, 1975.-82с.

29. Культин Е.И. Канальный сифонный сгуститель. Авторское свидетельство СССР №318413, кл. B03d-3,00, B01d-21,00- ВНИИ и ПИ механической обработки полезных ископаемых.С.12.

30. Кшондзер Э.Г., Смолдырев А.Е. О влиянии дисперсности частиц на физико-механические свойства водо-угольных смесей. 1969. С.115-118.

31. Ларос Т., Шонбран Ф. Применение высокоплотного сгущения для сухой укладки хвостов, Роттердам ISBN 9054 10 8576, 1997.С.87-90.

32. Итоговый отчет. Труды Национального центра по изучению техники землетрясения. NCEER-97-0022, 1997.-45с.

33. Ластов В.Г. Исследования с целью оптимизации параметров гидравлического транспортирования нефелиновых шламов высокого насыщения. Диссерт. на соиск. уч.ст.канд. техн.наук.,Л.,1976.-128с.

34. Латыпов Э.К., Филатов Б.С. Новые исследования в области гидродинамики и реологии глинистых растворов. В кн.: «Промывочные растворы для бурения скважин». М. Гостоптехиздат, 1962,. С. 143-153.

35. Латыпов Э.К., Филатов Б.С. Об аппроксимациях уравнения Букингема вязкопластичного течения дисперсных систем. Коллоидный журнал, том XXV, №1, 1963.С. 56-59.

36. Леви И.И. Моделирование гидравлических явлений. Л. Энергия, 1967.-256с.

37. Мавлютов М.Р. Определение реологических свойств глинистых суспензий. Известия Вузов, Нефть и газ,1958.-271с.

38. О теориях движения турбулентных потоков, содержащих взвешенные наносы. Известия АН СССР ОТН. №2,1952.С. 27-32.

39. Мануэль Вега Альмагер. Обоснование технологической схемы и параметров комплекса для транспортирования высококонцентрированнойгидросмеси на латеритовых карьерах(Республика Куба). Автореферат на соиск уч.ст. канд. техн. наук. СПГГИ(ТУ), 2006.-120с.

40. Маховиков Б.С., Асатур К.Г. Гидромеханизация, учебник для Вузов -С-Пб.: Изд-во СПГГИ(ТУ), 2001.-270с.

41. Механо математическое исследование процесса сгущения минеральных пульп с целью его интенсификации.- Отчет научно-исследовательской работе -институт «Механобр», JI. 1983.-68с.

42. Мительман Б.И., Роземберг Г.Д. К вопросу о структурном режиме течения вязко-пластичной жидкости по трубам. Труды Всесоюзн. НИИБТ., 1965, вып XV С. 39-48.

43. Теория эксперимента. М., Наука, 1971.-182с.

44. Нхуен Ван Хонг. Исследование и разработка рекомендаций по применению гидромеханизации для удаления шламов со дна карьеров. Ленинград, 1983.-128с.

45. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М.: Недра, 1985.-194с.

46. Отчет о выполнении программы ООН по охране окружающей среды. Окружающая среда и риски аварий на хвостовых дамбах горнодобывающих предприятий, Париж, Франция, 1996.С. 68-89.

47. Офенгенден Н.Е. Григорюк Е.В. Технико-экономические требования к созданию комплекса оборудования, обеспечивающего дальнейший гидротранспорт угля. -Труды ВНИИГидроугля, Украингидроугля и горн, фак-та Сибирск. метталург. ин-та, 1969, С. 90-94.

48. Офенгенден Н.Е. Гидравлическое транспортирование в горной промышленности, М., 1971.-264с.

49. Офенгенден Н.Е. Перспективы развития гидравлического трубопроводного транспорта сыпучих материалов.-«Строительствотрубопроводов»,1971, №11, С.7-10.

50. Патент JP 200 3012151 А, В 65G 53/30, Нагнетательный трубопровод, 15.01.2003.

51. Патент. Седиментационный бассейн с приспособлением для подъема скребкового механизма. Патент США №3465888, 210-531.Dorr-Oliver Inc.

52. Патент. Механизм подъема скребков седиментационного бассейна. Патент Франции № 1554978, вк. 01-21.

53. Первадчук В.П., Зеленкин В.А. Явление пристенного скольжения его учет при получении кривых течения высоковязкого полимера. Сб.научн.трудов Пермского политехнического инст-та. Пермь, 1974,-126с.

54. Исследование параметров гидравлического транспорта руд и концентратов в высоконасыщенных потоках. Дисс.канд.наук. Кривой рог,1970,-122с.

55. Петров Ю.М. Исследование напорного гидротранспорта шламов мягкого цементного сырья. Автор дисс.на соиск.уч.ст.канд.техн.наук.-118с.

56. Покровская В.Н. Определение предельной концентрации гидросмеси.- Гидравлическая добыча угля. Реф. сб. 1969.С.19-21.

57. Покровская В.Н. Пути повышения эффективности гидротранспорта.М.,Недра, 1972,-167с.

58. Покровская В.А. Экономическая эффективность гидравлического транспортирования, JL, 1981.-136с.

59. Покровская В.А. Гидравлическое транспортирование в горной промышленности, Л., 1981.-182с.

60. Покровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. М., Недра, 1985.-121с.

61. Покровская В.Н. Интенсификация процессов гидравлического транспорта высоконасыщенных гидросмесей.Л.,ЛГИ.,1976.-118с.

62. Прандтль Л. Гидромеханика. М., ИЛ., 1951.-576с.

63. Рауз X. Механика жидкости. М., Стройиздат, 1967. -300 с.

64. Рауль Пупо. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Исследование параметров и разработкарациональных режимов гидротранспорта руды применительно к условиям карьера Моа-Западный, С-Пб. 1989.-19с.

65. Рейнер М. Вязкостные свойства пластических дисперсных систем и эффект пристенного скольжения. Изд. АН СССР,1976. С.141-144.

66. Репп К.Ю., Минаев Б.К. и др. Материалы для твердеющей закладки на рудниках ДГМК, М., 1972.-118с.

67. Робинский Е.И. Складирование хвостов методом их укладки в сгущенном виде с целью улучшения экономики и регулирования природопользования, слушания 2-го. Международного симпозиума по хвостам, Денвер, Штат Колорадо, 1978.-322с.

68. Сафонов Ю.К. Реологическая модель концентрированных суспензий. Сб.трудов ВНИИБД.,1977. С.116-119.

69. Сафонов Ю.К. Оценка влияния пристенного эффекта на вязкость содовых суспензий. Труды ВНИИ, №56, 1970.С.57-61.

70. Седов Л.И. Методы* подобия и размерности в механике. М., Наука, 1971, -240с.

71. Силин А.Н. Гидравлическое транспортирование угля, Л., 1972,146с.

72. Синицын B.C. Вязкостные свойства пластических дисперсных систем и эффект пристенного скольжения. Изд. АН СССР,1956. С.121-125.

73. Смолдырев А.Е. Рекомендуемые методы расчета гидравлического транспорта. М.,Недра, 1964, -156с.

74. Смолдырев А.Е. Трубопроводный транспорт. М.,Недра, 1980,-162с.

75. Смолдырев А.Е. О режимах и параметрах течения гидросмесей измельченных горных пород. Изв.вузов. Геология и разведка, №1,1980.С. 157-161.

76. Смолдырев А.Е. Гидравлическое транспортирование высококонцентрированных гидросмесей, Л.,1989,-187с.

77. Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. Машиностроение, 1973,-174с.

78. Соколов Г.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Временные методические указания по системам гидротранспорта и складирования сгущенных хвостов обогащения -институт «Механобр», С-Пб. 2003,-19с.

79. Трайнис В.В. Параметры и режимы транспортирования угля по трубопроводам. М. Наука, 1970, -192с.

80. Трилисский К.К. О пристенном эффекте при течении пластичный дисперсных систем. Колл.ж., 1973,-87с.

81. Финин Д.В. Введение в теорию планирования экспериментов. М., Наука, 1970,-129с.

82. Филатов Б.С. Определение реологических свойств суспензий глины в условиях установившегося,движения. Колл.ж., 1954., т. 16., №2. С.99-103.

83. Фрисман М.Л1 Реология щелоко-сульфатных смесей. М.Наука, 1980-182с.

84. Херхеулидзе И.И. К вопросу о предельном насыщении селевых потоков твердыми материалами.- 2-я межвузовская конференция «Движение насосов и гидравлический транспорт». Тезисы и аннотации. М.,1978. С.72-73.

85. Херхеулидзе И.И. К вопросу о предельном насыщении селевых потоков твердыми материалами.- В кн. Движение насосов в открытых руслах. М.,1980. С.135-140.

86. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. М., Мир, 1967, -193с.

87. Шищенко Р.И. Гидравлика глинистых растворов. Баку. Азнефтеиздат, 1951, -136с.

88. Шишенко Р.И., Есъман Б.И. Практическая гидравлика в бурении. М., Недра., 1966; -267с.90; Шульман З.П., Берковский Б.М. Пограничный слой неныотоновских жидкостей. Минск, Наука и техника. 1966, -239с.

89. Юфин А.П. Гидромеханизация; JI;,1969;-301с.

90. Яковлев С.В. Ласков Ю.М. Перекачка« ила и осадков сточных; вод.М., Госстройиздат.1961. -116с.93: Ялганец И. М. Проектирование гидромеханизации открытых работ. М.: Изд. МГУ. 1994. -164с.

91. Ялтанец И.М. Гидромеханизация: Справочник / И.М.Ялтансц, В.К.Егоров. М.: Изд-во МГУ, 1999. -144с.

92. Boulden L. Moving solids like liquids Vfch.Dec., 1978. p.87-92.96: Elliot D.E., Gliddom D.J. Hydrotransport 1. 1-st Int. Conf.Hydraul. transp. Solid Pipes. 1980.,p. 225-256.

93. Falcom H:T. Consideraciones sobre le sedimenttacion de la pulpa lateritica en la fabrica Pedro Soto Alba, Moa, Cuba, 1983.

94. Gay E.C. Armstrong P.A. Flow properties of suspensions with hith high solids concentration-AICHE journal. 1979.p.815-822.

95. Gordziejczur W. Wyznaczanie predcosei prezenoszenia mieszaniny popiolow dymnico wych w rurociagach tlocznykh. Arch. Hydrotechn. 1979.p 597-601t

96. Radio G. Kohletischlamm. Transport durch Rohrleitungen Bauzeitung,1971, p.801-805.

97. Sediment transportation mechanics: J. Transportation of sediment in pipes.- J. Hydraul. Div.Proc.Amer. Soc.Civ.Hng.,1990,p.l503-1538.

98. Slurry pipeline to fuel Mohave power plant nears completion. 1970, p.26-27.d