Тяжелосредный гидроциклон для обогащения угля

Когда слышишь про тяжелосредний гидроциклон, многие сразу представляют что-то вроде волшебной трубы, где уголь сам сортируется. На деле же — это вечная борьба с абразивом, давлением и теми самыми ?мелочами?, которые в проектах не учтешь. Вот, к примеру, в прошлом году на разрезе в Кузбассе пришлось переделывать всю систему подачи суспензии из-за банального несоответствия гранулометрии магнетита. Кто бы мог подумать, что паспортные данные поставщика окажутся на 20% оптимистичнее реальности?

Почему классификация — это не только про размер частиц

Если брать наш опыт с установками на шахте ?Инская?, там изначально заложили типовые параметры разделения по плотности. Но через месяц работы выяснилось: крупные классы угля (+13 мм) создают парадоксальный эффект — они не столько обогащаются, сколько изнашивают нижнюю крышку гидроциклона. Пришлось вносить коррективы в угол конуса и менять материал футеровки.

Кстати, про футеровки. Раньше ставили полиуретановые, но на высоких плотностях суспензии (выше 1.8 г/см3) они начинали ?плыть? уже через 700 часов. Перешли на керамику — и тут столкнулись с другой проблемой: вибрация от неравномерной подачи угля вызывала сколы на стыках. Вот тогда и обратились к ребятам из ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов — их сайт https://www.hzwear.ru мы нашли как раз когда искали решения по керамической футеровке с адаптацией под вибрационные нагрузки.

Их технология самораспространяющейся керамики в итоге показала себя интересно: не скажу, что это панацея, но на тех же конусах гидроциклонов стойкость выросла в 1.8 раза по сравнению с прошлыми поставщиками. Хотя пришлось повозиться с подгонкой — керамические элементы требуют ювелирной точности при монтаже.

Парадоксы плотности суспензии

В теории все просто: подобрал плотность тяжелой среды — получил четкое разделение. На практике же на той же ?Инской? выяснилось, что при содержании глинистых частиц больше 5% стабильность суспензии падает катастрофически. Добавляешь магнетита — растет вязкость, уменьшаешь — теряешь четкость разделения. Выход нашли через каскад из двух гидроциклонов с разной геометрией, но это уже совсем другая история.

Кстати, про геометрию. До сих пор встречаю проекты, где диаметр гидроциклона выбирают исключительно по производительности. А ведь от соотношения диаметра к высоте цилиндрической части зависит, успеют ли тяжелые частицы ?провалиться? в подшламовый продукт. Мы как-то пробовали уменьшить высоту цилиндра на 15% — вроде бы мелочь, но эффект был заметный: выход концентрата вырос на 3%, правда, зольность тоже подскочила.

Вот здесь как раз пригодились центробежные трубы от ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи — их керамическая футеровка хоть и дороже полиуретана на старте, но за счет стойкости к абразиву мелочи (+1 мм) окупилась за полтора года. Хотя признаюсь: сначала сомневались, что керамика выдержит наши нагрузки — все-таки уголь сибирский, с высоким содержанием кварца.

Ошибки, которые лучше не повторять

Самая грубая наша ошибка была в 2019-м на обогатительной фабрике в Воркуте: поставили гидроциклоны без учета сезонных колебаний температуры воды. Летом вода теплее — плотность суспензии падала, зимой наоборот. Пришлось экстренно ставить подогреватели и систему термостабилизации. Теперь всегда закладываем поправку на климат, даже если заказчик уверяет, что ?все учтено?.

Еще один момент — расположение питающих патрубков. Казалось бы, мелочь, но если угол входа суспензии не совпадает с тангенциальной составляющей потока внутри гидроциклона, возникают мертвые зоны. В них накапливается шлам, который периодически срывается и портит весь процесс. Обнаружили это случайно, когда стали анализировать провалы в эффективности с периодичностью раз в 4-5 часов.

Кстати, про шлам. Сейчас многие стараются максимально обезвоживать его, но мы нашли более простое решение: частично возвращаем шлам в голову процесса, предварительно пропуская через магнитные сепараторы. Это снижает расход магнетита на 12-15%, хотя и требует дополнительной емкости для усреднения состава.

Что не пишут в технических паспортах

Ни один производитель не упоминает про эффект ?усталости? гидроциклона. После 2-3 лет постоянной работы даже самые стойкие футеровки меняют геометрию на микроуровне — появляются борозды, изменяется шероховатость. Это влияет на турбулентность потока, причем предсказать, как именно, почти невозможно. Мы сейчас ведем статистику по каждому аппарату, чтобы выявлять закономерности.

Еще один нюанс — поведение гидроциклона при изменении нагрузки. Если проектная производительность 100 т/ч, то при 70 т/ч разделение идет четче, но при 120 т/ч начинается переизбыток короткозамедленных классов в концентрате. Причем этот эффект нелинейный — где-то срыв происходит резко, где-то плавно. Объяснить это можно только эмпирически, формулы здесь бессильны.

Вот здесь как раз пригодился опыт ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов — их инженеры предлагали нестандартные решения по комбинированной футеровке (керамика + полиуретан в зонах с разной абразивной нагрузкой). Правда, реализовать это удалось только на двух аппаратах — слишком дорого для серийного применения. Но сама идея показала, что есть пространство для оптимизации beyond стандартных решений.

Вместо заключения: о чем стоит помнить при выборе

Сейчас на рынке много предложений, но я бы советовал смотреть не на паспортные данные, а на возможность адаптации оборудования под конкретные условия. Тот же тяжелосредний гидроциклон — не универсальный инструмент, а скорее конструктор, который нужно собирать под каждое месторождение.

И последнее: никогда не экономьте на системе мониторинга. Датчики давления и расхода — это не роскошь, а необходимость. Наш опыт показывает, что 30% проблем с обогащением решаются простой корректировкой режимов по данным онлайн-мониторинга. Хотя бы минимальный набор — на входе и выходе каждого аппарата.

Что касается производителей — выбирайте тех, кто готов не просто продать оборудование, а участвовать в его адаптации. Как те же китайские коллеги из ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи, которые прислали своего технолога для запуска первых двух гидроциклонов. Это дороже на старте, но зато избавляет от месяцев самостоятельных экспериментов.