Тяжелосредный гидроциклон для угольных шахт

Всё ещё встречаю мнение, что тяжелосредные гидроциклоны — это просто ?бочки с песком?. На деле — единственный способ получить концентрат 95+ при зольности исходки под 60%. Но если ошибиться с углом конуса — вся схема пойдёт в разнос.

Почему классические схемы не всегда работают

В 2018 на шахте ?Западная? пытались ставить китайские аналоги с прямым конусом 20°. Магнетитовый шлам уходил в хвосты — сепарация шла по крупности, а не по плотности. Пришлось переваривать узел под 15°, но это уже другая история.

Ключевая ошибка — игнорирование реологии суспензии. Когда в питании больше 40% класса -0,5 мм, стандартные расчёты диаметра циклона просто не работают. Приходится либо дробить питание на два аппарата, либо ставить тяжелосредный гидроциклон с удлинённой камерой.

Особенно проблемно с углями Кузбасса — пласты с прослойками сланца дают такую мелочь, что без подпора на сливе сепарация превращается в лотерею. Давление на входе 0,1 МПа против 0,08 — и уже теряем 8-10% концентрата.

Керамическая футеровка: капризы или необходимость

Первый раз увидел футеровку от ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи износостойких материалов на испытаниях в Воркуте — аппарат проработал 11 месяцев без замены вставок. Для угля с абразивностью 18 г/т это было неожиданно.

Секрет в том, что их самораспространяющаяся керамика спекается при таком режиме, что поры закрываются полностью. У обычных алюмооксидных вставок через 3-4 месяца появляются ?дороги? глубиной до 6 мм — дальше идёт лавинообразный износ.

Но есть нюанс: при монтаже нельзя бить молотком — керамика даёт микротрещины. Мы сначала по привычке посадили на эпоксидку с подгонкой кувалдой, через две недели получили трещину по всему конусу. Теперь только термоусадочный монтаж.

Расчёт схемы под конкретную шахту

Для ?Распадской? считали трёхстадийную схему: первый гидроциклон отгружает породу, второй доводит концентрат, третий — перечистка хвостов. Сложность была в том, что пласт имеет переменную зольность — от 55% до 72%.

Пришлось делать систему с автоматическим отбором проб каждые 7 минут и коррекцией плотности суспензии. Без этого либо теряли уголь, либо порода шла в концентрат. Кстати, плотность выше 1,8 г/см3 — уже риск забивки апатитовыми шламами.

Особенно важно считать не просто ?объём питания?, а пиковые нагрузки при работе комбайна. Когда выработка идёт полным забоем, в гидроциклон может поступать до 220% от номинала — это проверка на прочность всей конструкции.

Реальные кейсы и ошибки монтажа

В 2021 в Кемерово поставили батарею из четырёх гидроциклонов для угольных шахт — через месяц два аппарата текли по фланцам. Оказалось, монтажники не учли вибрацию от питающего насоса — прокладки из EPDM не держали знакопеременную нагрузку.

Пришлось переходить на паронит с армированием, плюс ставить демпферы между насосом и коллектором. Это к вопросу о том, что в проектах часто экономят на ?мелочах? — а потом месяцами не могут запустить систему.

Ещё пример: на ?Шахте №12? поставили аппараты без обвязки продувки — через 2 часа работы магнитный шлам уплотнился так, что пришлось разбирать входящую магистраль. Теперь всегда ставим автоматические клапаны продувки с таймером.

Перспективы и ограничения технологии

Сейчас пробуем комбинировать тяжелосредные гидроциклоны с предварительной классификацией в ситовых сепараторах — для углей с высоким содержанием глины. Но есть проблема: когда в питании много набухающих материалов, плотность суспензии ?плывёт? за счёт изменения вязкости.

Возможно, стоит вернуться к схеме с противоточной батареей — как делали в 90-х на обогатительных фабриках. Но современные требования к энергоэффективности не позволяют просто копировать старые решения.

Из новшеств — ООО Шаньси Хуачжань Технолоджи экспериментирует с комбинированными футеровками: керамика + полиуретан для зон с ударным износом. Пока испытания идут сложно — разные коэффициенты температурного расширения дают зазоры после 5-6 тепловых циклов.

Что в сухом остатке

Без тяжелосредных гидроциклонов современная угледобыча уже невозможна — но слепо тиражировать схемы нельзя. Каждый пласт, каждый комбайн дают свою картину питания.

Главное — не гнаться за ?идеальными? параметрами из учебников. Лучше немного недобрать зольность, но получить стабильную работу, чем выжимать последние проценты ценой постоянных остановок.

И да — заказывайте запасные патрубки сразу при покупке оборудования. Ждать 3 месяца поставки из-за лопнувшего фланца — удовольствие ниже среднего.