Chương v thiết bị tuyển tầng sôi

HSBS là thiết bị tạo ra lớp tầng sôi bởi pha lỏng - rắn, trong đó cấp liệu lắng ngược lại với dòng nước tạo tầng sôi, dòng nước được phân bố đều nhau hướng lên trên.. Các hạt lắng trong

CHƯƠNG V THIẾT BỊ TUYỂN TẦNG SÔI 5.1 Máy tuyển theo nguyên lí rơi vướng mắc (HSBS).

HSBS là thiết bị tạo ra lớp tầng sôi bởi pha lỏng - rắn, trong đó cấp liệu lắng ngược lại với dòng nước tạo tầng sôi, dòng nước được phân bố đều nhau hướng lên trên Các hạt trong thiết bị được phân chia, đầu tiên dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của hạt sau đó là kích thước hạt HSBS là thiết bị tuyển than cấp hạt mịn dựa trên cơ sở về tỷ trọng Nó có khả năng xử lí vật liệu

cỡ hạt 0.25 - 2mm tại tỷ trọng phân tuyển thấp hơn so với các máy tuyển than cấp hạt mịn khác có thể sử dụng được Các hạt khoáng thô trong cấp liệu được

sa lắng trong điều kiện rơi vướng mắc, nó phụ thuộc vào nồng độ của các hạt trong máy tuyển Các hạt lắng trong dạng lớp tầng sôi, lớp này nằm phía trên điểm phun dòng nước tạo tầng sôi Các hạt lúc đó chuyển động tương đối với nhau và phân tầng dựa trên cơ sở tốc độ rơi vướng mắc của từng hạt

Hình 5.1: Sơ đồ công nghệ tuyển than cấp hạt mịn hiện đại với máy HSBS HSBS đã được sử dụng làm thiết bị phân cấp từ nửa thế kỉ trước Trong thiết

bị này, nếu tốc độ lắng của các hạt nhỏ mà thấp hơn so với tốc độ dòng nước tạo tầng sôi, thì các hạt nhỏ sẽ đi vào phía trên của lớp tầng sôi Trong khi đó các hạt

thô có tốc độ lắng cao hơn sẽ đi xuống phía dưới của vùng tầng sôi Tuy nhiên, nếu trong cấp liệu, kích thước hạt được khống chế trong một giới hạn, thì sự phân chia có thể sẽ đạt được chủ yếu dựa vào sự khác nhau về khối lượng riêng của hạt Các hạt mịn có khối lượng riêng thấp đi vào máng hứng sản phẩm tràn, trong khi đó các hạt thô có tỷ trọng cao đi vào sản phẩm cặn qua cửa tháo đá và

đi ra ngoài

HSBS nổi bật bởi các ưu điểm như: diện tích chiếm chỗ nhỏ, dễ điều chỉnh tỷ trọng phân tuyển và hoạt động ổn định, hơn hết là dải năng suất cấp liệu rất rộng

và hiệu suất tuyển cao Các lĩnh vực áp dụng của HSBS bao gồm: tuyển than (Reed, 1995; Honaker, 2000) tuyển khoáng sản cát (Mankosa, 1995) và tái chế dây dẫn điện (Mankosa và Carve, 1995) HSBS cũng có thể được sử dụng cho nhiều khoáng sản khác như: làm giàu quặng sắt, thiếc, chì, kẽm v.v

5.2 Các loại HSBS.

Cách phân loại thiết bị HSBS đầu tiên dựa vào cách tháo sản phẩm thải từ thiết

bị sau đó dựa vào cách đưa dòng bùn vào máy và cáh thứ ba là cách thông khí vào máy Các thiết bị HSBS được nhiều người biết đến là: Floatex (Litter, 1986), thiết bị phân cấp tầng sôi (Floatex Density Separator) và máy Allflux Thường

sử dụng ba loại thiết bị chính: Máy HSBS cấp liệu giữa, máy HSBS cấp liệu theo phương ngang (Cross - flow HSBS) và Hydro - float HSBS

5.2.1 Máy tuyển tầng sôi cấp liệu giữa TBS

* Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy TBS

Sơ đồ đơn giản tiêu biểu cho máy TBS truyền thống với cấp liệu giữa được cho

ở hình 5.2 Phần lớn các thiết bị TBS đều sử dụng ống cấp liệu theo phương tiếp tuyến với ống ở giữa để làm giảm tối đa sự rối loạn của dòng nước tạo tầng sôi theo phương thẳng đứng và làm cho dòng bùn đưa vào hệ thống như nhau trên toàn bộ tiết diện của máy Quá trình lắng của các hạt là lắng vướng mắc được tạo

ra bởi dòng nước đi lên tạo tầng sôi và lớp tầng sôi nằm ở phía trên điểm phun nước tạo tầng sôi Lớp tầng sôi được tạo ra khi tốc độ lắng vướng mắc của các hạt bằng tốc độ của dòng nước đi lên tạo tầng sôi Lớp tầng sôi này cũng có thể được duy trì ổn định bởi tỷ trọng của lớp huyền phù, lớp huyền phù này ngăn

cản sự xuyên qua của các hạt có tỷ trọng thấp hơn Vùng gần ống cấp liệu, được chi phối bởi luồng vật liệu đi vào máy và sự phân chia ban đầu Sự phân chia này xẩy ra khi các hạt nhận được gia tốc khác nhau Pha rắn - lỏng trong lớp tầng sôi được duy trì bên trong phần thấp hơn của cột Khối lượng riêng và độ nhớt của bùn quặng quan trọng hơn trong vùng này Lượng vật liệu đi vào đã được phân chia dựa trên cơ sở về tốc độ rơi vướng mắc của hạt Các hạt mịn hoặc có tỷ trọng thấp không qua nổi lớp tầng sôi sẽ rời khỏi lớp tầng sôi và đi lên phía trên vào sản phẩm nhẹ Trong khi đó các hạt thô và có tỷ trọng cao đi xuống phía dưới lớp tầng sôi Dòng nước tạo tầng sôi có thể được phun ra bằng cách sử dụng tấm phân phối hoặc nhiều ống nhỏ Đại diện tiêu biểu của các loại thiết bị này là: TBS, CDS và Hydrosizers (Little, 1986) Các hạt nặng xuyên qua lớp tầng sôi đi vào phần hình cô đặc và được tháo qua van điều khiển đi vào sản phẩm nÆng Van này hoạt động thông qua bộ đo sự dao động tỷ trọng của lớp tầng sôi

Hình 5.2: Máy TBS cấp liệu giữa

* Kết quả tuyển than của mỏy tuyển TBS

Kết quả tuyển than hạt mịn của thiết bị TBS ở Nam Phi cho ở bảng 5.1

Bảng 5.1: Kết quả tuyển than cấp hạt 0,5 – 3 mm bằng thiết bị

TBS Cỏc chỉ tiờu cụng nghệ Giỏ trị

Độ lệch đường cong phõn phối, Ep 0,1043

Dựa vào số liệu bảng 5.1 cho thấy:

- Từ độ tro than đầu 23,2 % sau khi tuyển lấy ra được than sạch cú độ tro 12,3

% Nếu tớnh hệ số giảm độ tro than sạch theo cụng thức kt = (A0-At).100/A0 , ta

cú kt = 53 % Hệ số tăng độ tro đỏ thải kđ = 100Ađ/A0, kđ = 209 %;

- Sai số cơ giới đạt 0,1552 tương đương với loại mỏy lắng khớ ộp buồng khớ bờn hụng tuyển than cấp hạt nhỏ;

- Hiệu suất tuyển đạt 93,6 %, Nếu than thuộc tớnh khả tuyển trung bỡnh đến hơi khú tuyển thỡ kết quả tuyển này khỏ tốt, nếu là than dễ tuyển thỡ hiệu suất này tương đương mỏy lắng tuyển cấp hạt nhỏ

5.2.2 Máy HSBS cấp liệu ngang.

* Cấu tạo và nguyờn lớ làm việc

Máy HSBS cấp liệu theo phơng ngang cũng là một thiết bị làm việc theo nguyên lí lắng vớng mắc Dòng nớc ngợc trong máy phân cấp đợc sử dụng để tạo ra lớp tầng sôi lỏng - rắn Máy HSBS cấp liệu theo phơng ngang (Crossflow) đợc cho ở hình 5.3 Tốc độ tháo đá của dòng sản phẩm nặng đợc điều khiển

tự động và lớp tầng sôi đợc tạo ra bởi phần rắn lắng ngợc hớng

với dòng nớc tạo tầng sôi Cấp liệu theo phơng ngang và nh nhau trên toàn bộ tiết diện của máy Cấp liệu đợc đa vào theo phơng ngang và tiếp tuyến với dòng chảy, điểm cấp liệu phía trên cùng của máy Để duy trì tốc độ cấp liệu đều thì dòng cấp liệu trớc khi đi vào buồng phân chia phải đi qua khoang cấp liệu Dòng cấp liệu khi đó sẽ chảy tràn ra trên toàn bộ bề mặt phía trên của thiết bị sau đó chúng sẽ đi vào vùng phân chia Các hạt khoáng nặng và thô lắng xuống dới đáy, trong khi

đó các hạt nhẹ và mịn đợc đa ra ngoài bởi dòng nớc theo

ph-ơng ngang, đó là dòng sản phẩm tràn Phph-ơng pháp cấp liệu này cho phép lợng nớc theo cấp liệu dịch chuyển theo phơng ngang trên bề mặt của thiết bị và đi vào máng hứng sản phẩm tràn, với sự rối loạn rất nhỏ của dòng nớc tạo tầng sôi theo phơng thẳng đứng trong buồng phân chia Dòng nớc tạo tầng sôi đợc bơm vào thông qua một bộ các ống phun nớc Ngời ta cho rằng máy HSBS cho hiệu suất phân cấp cao hơn và tỷ trọng phân tuyển thấp hơn so với khi sử dụng hệ thống cấp liệu ở tâm - ly tâm truyền thống khác (Kohmuench, 2000)

Hình 5.3: Sơ đồ của máy Crossflow

Sự khỏc nhau về hiệu suất phõn chia này cú thể là do cú sự khử rối loạn của dũng nước khi cấp liệu vào sinh ra Do đú, làm giảm tốc độ đi lờn của dũng nước trờn bề mặt của thiết bị HSBS cấp liệu theo phương ngang Mặc dự đõy chỉ

là giả thuyết nhưng cụng nhận là nú cú giỏ trị

* Kết quả tuyển của mỏy tuyển than

Kết quả tuyển than cấp hạt mịn trờn mỏy tuyển Crossflow tại Mỹ cho ở bảng 5.2

Bảng 3.2: Kết quả tuyển than hạt mịn trờn thiết bị Crossflow

TT

Độ tro sản phẩm, % Hệ số k, % Thực thu

phần chỏy,

%

Than đầu Than

sạch

Đỏ thải Giảm At Tăng Ađ

Từ số liệu bảng 5.2 cho thấy:

- Hệ số giảm độ tro than sạch dao động từ 29 % đến 68 %, trường hợp hệ số giảm độ tro thấp (29- 31 %)

5.2.3 Hydro - Float HSBS (Tuyển nổi tầng sụi)

Thiết bị HSBS cú kết quả tuyển trọng lực khỏ tốt Kết quả này thu được từ cỡ hạt trong cấp liệu nằm trong một vài giới hạn cho phộp Tuy nhiờn, tốc độ dũng nước tạo tầng sụi thường phải thấp, nếu trong cấp liệu cú cấp hạt quỏ rộng thỡ cỏc thiết bị này luụn bị giảm chất lượng do sự phõn bố nhầm của cỏc hạt thụ cú

tỷ trọng thấp đi vào dũng sản phẩm nặng (cú tỷ trọng cao) Đõy là nguyờn nhõn chớnh cho việc tớch tụ cỏc hạt thụ, cỏc hạt cú tỷ trọng trung bỡnh (middle) được

tập trung ở phía trên của lớp tầng sôi Các hạt này là quá nhẹ để thâm nhập qua lớp tầng sôi nhưng chúng lại quá nặng để được đưa ra máng hứng sản phẩm nhẹ bằng dòng nước đi lên Tăng dần tốc độ dòng nước tạo tầng sôi là giải pháp để vận chuyển các hạt thô có tỷ trọng thấp trong sản phẩm tràn

Tuy nhiên, khi tăng tốc độ dòng đi lên cũng sẽ làm rửa sạch các hạt mịn và mật

độ pha rắn trong sản phẩm nặng tăng cao và sự phân bố nhầm này sẽ giảm xuống dẫn đến hiệu suất tuyển đạt được cao hơn

Một giải pháp để mang hạt thô có tỷ trọng trung bình ra ngoài là đưa bóng khí vào trong bể chứa Các hạt có tỷ trọng thấp (than) nên kị nước, hoặc người ta làm cho bề mặt của nó trở lên kị nước, bằng cách cho bề mặt của nó tiếp xúc với thuốc tập hợp Ý tưởng nối các hạt than với bóng khí là dựa theo quá trình tuyển nổi than hạt mịn trong máy tuyển nổi cột

Hình 5.4: Sơ đồ của máy HSBS tuyển nổi tầng sôi Thiết bị mới biết đến làm việc theo nguyên lý này chính là máy tuyển Hydro

- Float để tuyển than, thiết bị này được chế tạo dựa trên cơ sở của máy tuyển nổi Thiết bị Hydro - Float gồm có một bể hình chữ nhật bên trong được chia thành nhiều phần nhỏ ỏ bên trên thùng là phân chia và thấp hơn là phần hình côn

khử nước Thiết bị này hoạt động tương tự như các máy HSBS truyền thống với cấp liệu lắng ngược hướng với dòng nước tạo tầng sôi Tuy nhiên lớp tầng sôi liên tục được cấp khí bằng cách bơm khí nén qua các ống bơm với một số lượng nhỏ bóng khí trong dòng nước tạo tầng sôi Các bóng khí nhỏ bám lên bề mặt các hạt kị nước trong lớp tầng sôi, bằng cách đó sẽ thu được tổ hợp hạt khoáng -bóng khí có khối lượng riêng thấp Các hạt khoáng có thể có bề mặt kị nước tự nhiên hoặc có thể làm cho bề mặt của nó trở nên kị nước bằng cách cho nó tiếp xúc với thuốc tập hợp Tổ hợp hạt khoáng - bóng khí nhẹ hơn sẽ nổi lên trên lớp tầng sôi có khối lượng riêng lớn hơn và đi theo dòng sản phẩm tràn phía bên trên của buồng phân chia Nói chung, máy Hydro - Float sử dụng tổng hợp hiệu quả của tuyển nổi và tầng sôi trong cùng một thiết bị để thu được tỷ lệ thu hồi các hạt than thô cao hơn

5.2.4 Các thiết kế HSBS tiên tiến

Các máy tầng sôi dạng lỏng truyền thống, kể cả HSBS, có mối quan hệ trực tiếp một - một giữa nồng độ lớp tầng sôi và tốc độ dòng nước tạo tầng sôi Để thu được tỷ trọng phân tuyển hợp lí thì tốc độ dòng nước tạo tầng sôi phải được giữ ổn định ở mức thấp nhất có thể được Đây chính là giới hạn về năng suất của HSBS Tăng dần tốc độ của dòng nước có thể tăng được năng suất của thiết

bị nhưng nó thường phá hỏng tỷ trọng phân tuyển Tốc độ dòng nước ở mức cao, tất cả các hạt có thể được rửa trôi và không xẩy ra hiện tượng phân chia Sự thay đổi của tốc độ dòng nước tạo tầng sôi cũng có thể là nguyên nhân làm thay đổi tỷ trọng của lớp tầng sôi và xa hơn là nó ảnh hưởng đến tỷ trọng phân tuyển

Sự bổ sung cấu trúc dạng tấm trong các máy HSBS là một giải pháp cho vấn đề này

5.2.4.1 HSBS với cấu trúc dạng tấm nghiêng

Thiết bị HSBS được trang bị thêm các màng ngăn hoặc có cấu trúc dạng tấm

có thể làm cho các chỉ tiêu công nghệ tuyển và năng suất của thiết bị tăng lên khá nhiều Galvin và nhiều người khác (2002) đã khám phá ra sự ảnh hưởng qua lại giữa các tấm nghiêng và trạng thái lơ lửng của lớp tầng sôi trong thiết bị RC (xem hình 5.5) Ưu điểm chính của thiết bị này là: nó có thể giữ cho mật độ của lớp huyền phù không thay đổi với sự trợ giúp của các tấm nghiêng, trong khi tốc

độ dòng nước tạo tầng sôi thay đổi ở một dải rất rộng có thể được Nó đã được thừa nhận rằng: khi hàm lượng pha rắn trong cấp liệu cao thì rất nhiều hạt có thể hướng tới bề mặt các tấm nghiêng và sau đó trượt xuống lớp tầng sôi nằm phía dưới các tấm nghiêng Hình dạng dòng chảy và sự phân chia các hạt trong máy tuyển liên quan đến sự trượt dọc theo bề mặt tấm nghiêng của hạt không được miêu tả rõ ràng trong các tài liệu

Hình 5.5: Sơ đồ của máy HSBS dạng tấm nghiêng Kết quả tuyển trên máy tuyển RC công nghiệp được Galvin cho ở bảng 5.3

Bảng 5.3: Kết quả tuyển trên máy tuyển RC Năng

suất,

t/h

Chi phí

nước tầng

sôi, l/s

hoạch

TS, %

Thực thu phần cháy, %

Cấp liệu Than

sạch

Đá thải

380 12±1 24,7 7,5 78,7 75,8 93,2

5.2.4.2 HSBS với cấu trỳc dạng cột

Dựa vào kết quả thớ nghiệm, người ta nhận thấy rằng mỏy lắng dạng cột (hỡnh 5.6) thể hiện hiệu quả tuyển tốt đối với cấp hạt mịn (Dai, 1999; Yang và Bozzato, 2000; Peng, 2002)

Hình 5.6: Sơ đồ của máy lắng dạng cột Mỏy lắng Yang hay mỏy lắng cột cũng là một biến thể của thiết bị tuyển tầng sụi Thiết bị này dạng cột thẳng đứng, bờn trong cú cỏc kết cấu đệm (packed structures) dạng tấm xoỏy ốc hoặc cỏc tấm ghộp lượn súng Hơn nữa cựng với việc nước tạo tầng sụi cũn được thay đổi với một tần số và biờn độ nhất định Cú thể núi trong thiết bị này quỏ trỡnh phõn tỏch được diễn ra theo cơ chế kết hợp tầng sụi và mỏy lắng Mặc du cơ chế hoạt động chưa được sỏng tỏ nhưng những

số liệu thử nghiệm ban đầu cho thấy đây là thiết bị tuyển trọng lực có hiệu quả cao Kết quả tuyển than cám mịn bằng máy lắng cột cho ở bảng 5.3

Bảng 5.3: Kết quả tuyển than cám mịn bằng máy lắng cột

TS, %

Hiệu suất tuyển, %

Than sạch Đá thải Than đầu