63 CHƯƠNG V THIẾT BỊ TUYỂN TẦNG SÔI 5.1 Máy tuyển theo nguyên lí rơi vướng mắc (HSBS) HSBS thiết bị tạo lớp tầng sôi pha lỏng - rắn, cấp liệu lắng ngược lại với dòng nước tạo tầng sơi, dòng nước phân bố hướng lên Các hạt thiết bị phân chia, dựa vào khác khối lượng riêng hạt sau kích thước hạt HSBS thiết bị tuyển than cấp hạt mịn dựa sở tỷ trọng Nó có khả xử lí vật liệu cỡ hạt 0.25 - 2mm tỷ trọng phân tuyển thấp so với máy tuyển than cấp hạt mịn khác sử dụng Các hạt khống thơ cấp liệu sa lắng điều kiện rơi vướng mắc, phụ thuộc vào nồng độ hạt máy tuyển Các hạt lắng dạng lớp tầng sôi, lớp nằm phía điểm phun dòng nước tạo tầng sơi Các hạt lúc chuyển động tương phân tầng dựa sở tốc độ rơi vướng mắc hạt Hình 5.1: Sơ đồ công nghệ tuyển than cấp hạt mịn đại với máy HSBS HSBS sử dụng làm thiết bị phân cấp từ nửa kỉ trước Trong thiết bị này, tốc độ lắng hạt nhỏ mà thấp so với tốc độ dòng nước tạo tầng sơi, hạt nhỏ vào phía lớp tầng sơi Trong hạt 64 thơ có tốc độ lắng cao xuống phía vùng tầng sơi Tuy nhiên, cấp liệu, kích thước hạt khống chế giới hạn, phân chia đạt chủ yếu dựa vào khác khối lượng riêng hạt Các hạt mịn có khối lượng riêng thấp vào máng hứng sản phẩm tràn, hạt thơ có tỷ trọng cao vào sản phẩm cặn qua cửa tháo đá HSBS bật ưu điểm như: diện tích chiếm chỗ nhỏ, dễ điều chỉnh tỷ trọng phân tuyển hoạt động ổn định, hết dải suất cấp liệu rộng hiệu suất tuyển cao Các lĩnh vực áp dụng HSBS bao gồm: tuyển than (Reed, 1995; Honaker, 2000) tuyển khoáng sản cát (Mankosa, 1995) tái chế dây dẫn điện (Mankosa Carve, 1995) HSBS 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 dựa vào cách tháo sản phẩm thải từ thiết bị sau dựa vào cách đưa dòng bùn vào máy cáh thứ ba cách thơng khí vào máy Các thiết bị HSBS nhiều người biết đến là: Floatex (Litter, 1986), thiết bị phân cấp tầng sôi (Floatex Density Separator) 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) Hydro - float HSBS 5.2.1 Máy tuyển tầng sôi cấp liệu TBS * Cấu tạo nguyên lí làm việc máy TBS Sơ đồ đơn giản tiêu biểu cho máy TBS truyền thống với cấp liệu cho hình 5.2 Phần lớn thiết bị TBS sử dụng ống cấp liệu theo phương tiếp tuyến với ống để làm giảm tối đa rối loạn dòng nước tạo tầng sôi theo phương thẳng đứng làm cho dòng bùn đưa vào hệ thống tồn tiết diện máy Q trình lắng hạt lắng vướng mắc tạo dòng nước lên tạo tầng sơi lớp tầng sơi nằm phía điểm phun nước tạo tầng sôi Lớp tầng sôi tạo tốc độ lắng vướng mắc hạt tốc độ dòng nước lên tạo tầng sơi Lớp tầng sơi trì ổn định tỷ trọng lớp huyền phù, lớp huyền phù ngăn 65 cản xuyên qua hạt có tỷ trọng thấp Vùng gần ống cấp liệu, chi phối luồng vật liệu vào máy phân chia ban đầu Sự phân chia xẩy hạt nhận gia tốc khác Pha rắn - lỏng lớp tầng sôi trì bên phần thấp cột Khối lượng riêng độ nhớt bùn quặng quan trọng vùng Lượng vật liệu vào phân chia dựa sở tốc độ rơi vướng mắc hạt Các hạt mịn có tỷ trọng thấp không qua lớp tầng sôi rời khỏi lớp tầng sơi lên phía vào sản phẩm nhẹ Trong hạt thơ có tỷ trọng cao xuống phía lớp tầng sơi Dòng nước tạo tầng sơi phun cách sử dụng phân phối nhiều ống nhỏ Đại diện tiêu biểu loại thiết bị là: TBS, CDS Hydrosizers (Little, 1986) Các hạt nặng xuyên qua lớp tầng sôi vào phần hình đặc tháo qua van điều khiển vào sản phẩm nỈng Van hoạt động thơng qua đo dao động tỷ trọng lớp tầng sơi Hình 5.2: Máy TBS cấp liệu 66 * Kết tuyển than máy tuyển TBS Kết tuyển than hạt mịn thiết bị TBS Nam Phi cho bảng 5.1 Bảng 5.1: Kết tuyển than cấp hạt 0,5 – mm thiết bị TBS Các tiêu công nghệ Độ tro than đầu, % Độ trot han sạch, % Độ tro đá thải, % Thu hoạch than sạch, % Tỷ trọng phân tuyển Độ lệch đường cong phân phối, Ep Sai số giới, I Hiệu suất tuyển, % Than lẫn đá, % Đá lẫn than, % Tổng lẫn lộn, % Giá trị 23,2 12,3 48,6 69,9 1,672 0,1043 0,1552 93,6 3,4 8,3 11,7 Dựa vào số liệu bảng 5.1 cho thấy: - Từ độ tro than đầu 23,2 % sau tuyển lấy than có độ tro 12,3 % Nếu tính hệ số giảm độ tro than theo công thức k t = (A0-At).100/A0 , ta có kt = 53 % Hệ số tăng độ tro đá thải kđ = 100Ađ/A0, kđ = 209 %; - Sai số giới đạt 0,1552 tương đương với loại máy lắng khí ép buồng khí bên hơng tuyển than cấp hạt nhỏ; - Hiệu suất tuyển đạt 93,6 %, Nếu than thuộc tính khả tuyển trung bình đến khó tuyển kết tuyển tốt, than dễ tuyển hiệu suất tương đương máy lắng tuyển cấp hạt nhỏ 5.2.2 M¸y HSBS cÊp liƯu ngang * Cấu tạo ngun lí làm vic Máy HSBS cấp liệu theo phơng ngang thiết bị làm việc theo nguyên lí lắng vớng mắc Dòng nớc ngợc máy phân cấp đợc sử dụng để tạo lớp tầng sôi lỏng - rắn Máy HSBS cấp liệu theo phơng ngang (Crossflow) đợc cho hình 5.3 Tốc độ tháo đá dòng sản phẩm nặng đợc điều khiển tự động lớp tầng sôi đợc tạo phần rắn lắng ngợc hớng 67 với dòng nớc tạo tầng sôi Cấp liệu theo phơng ngang nh toàn tiết diện máy Cấp liệu đợc đa vào theo phơng ngang tiếp tuyến với dòng chảy, điểm cấp liệu phía máy Để trì tốc độ cấp liệu dòng cấp liệu trớc vào buồng phân chia phải qua khoang cấp liệu Dòng cấp liệu chảy tràn toàn bề mặt phía thiết bị sau chúng vào vùng phân chia Các hạt khoáng nặng thô lắng xuống dới đáy, hạt nhẹ mịn đợc đa dòng nớc theo phơng ngang, dòng sản phẩm tràn Phơng pháp cấp liệu cho phép lợng nớc theo cấp liệu dịch chuyển theo phơng ngang bề mặt thiết bị vào máng hứng sản phẩm tràn, với rối loạn nhỏ dòng nớc tạo tầng sôi theo phơng thẳng đứng buồng phân chia Dòng nớc tạo tầng sôi đợc bơm vào thông qua ống phun nớc Ngời ta cho máy HSBS cho hiệu suất phân cấp cao tỷ trọng phân tuyển thấp so với sư dơng hƯ thèng cÊp liƯu ë t©m - ly tâm truyền thống khác (Kohmuench, 2000) 68 Hình 5.3: Sơ đồ máy Crossflow S khỏc v hiu suất phân chia có khử rối loạn dòng nước cấp liệu vào sinh Do đó, làm giảm tốc độ lên dòng nước bề mặt thiết bị HSBS cấp liệu theo phương ngang Mặc dù giả thuyết cơng nhận có giá trị * Kết tuyển máy tuyển than Kết tuyển than cấp hạt mịn máy tuyển Crossflow Mỹ cho bảng 5.2 Bảng 3.2: Kết tuyển than hạt mịn thiết bị Crossflow TT Độ tro sản phẩm, % Than đầu Than Đá thải Hệ số k, % Giảm At Tăng Ađ 19,96 9,97 20,54 14,55 18,99 8,45 24.05 10,01 17,57 6,51 21,44 13,45 21,21 8,86 23,43 7,51 Từ số liệu bảng 5.2 cho thấy: 86,67 86,88 82,06 76,51 84,08 86,43 83,25 50,09 50,05 29,16 45,50 48,38 62,95 31,27 58,23 67,95 434,22 422,98 432,12 318,13 478,54 403,12 392,50 213,79 Thực thu phần cháy, % 97,83 98,63 96,83 93,47 97,25 98,11 96,47 75,63 - Hệ số giảm độ tro than dao động từ 29 % đến 68 %, trường hợp hệ số giảm độ tro thấp (29- 31 %) 5.2.3 Hydro - Float HSBS (Tuyển tầng sơi) Thiết bị HSBS có kết tuyển trọng lực tốt Kết thu từ cỡ hạt cấp liệu nằm vài giới hạn cho phép Tuy nhiên, tốc độ dòng nước tạo tầng sơi thường phải thấp, cấp liệu có cấp hạt q rộng thiết bị ln bị giảm chất lượng phân bố nhầm hạt thơ có tỷ trọng thấp vào dòng sản phẩm nặng (có tỷ trọng cao) Đây ngun nhân cho việc tích tụ hạt thơ, hạt có tỷ trọng trung bình (middle) 69 tập trung phía lớp tầng sơi Các hạt nhẹ để thâm nhập qua lớp tầng sôi chúng lại nặng để đưa máng hứng sản phẩm nhẹ dòng nước lên Tăng dần tốc độ dòng nước tạo tầng sơi giải pháp để vận chuyển hạt thơ có tỷ trọng thấp sản phẩm tràn Tuy nhiên, tăng tốc độ dòng lên làm rửa hạt mịn mật độ pha rắn sản phẩm nặng tăng cao phân bố nhầm giảm xuống dẫn đến hiệu suất tuyển đạt cao Một giải pháp để mang hạt thơ có tỷ trọng trung bình ngồi đưa bóng khí vào bể chứa Các hạt có tỷ trọng thấp (than) nên kị nước, người ta làm cho bề mặt trở lên kị nước, cách cho bề mặt tiếp xúc với thuốc tập hợp Ý tưởng nối hạt than với bóng khí dựa theo trình tuyển than hạt mịn máy tuyển cột Hình 5.4: Sơ đồ máy HSBS tuyển tầng sôi Thiết bị biết đến làm việc theo nguyên lý máy tuyển Hydro - Float để tuyển than, thiết bị chế tạo dựa sở máy tuyển Thiết bị Hydro - Float gồm có bể hình chữ nhật bên chia thành nhiều phần nhỏ ỏ bên thùng phân chia thấp phần hình 70 khử nước Thiết bị hoạt động tương tự máy HSBS truyền thống với cấp liệu lắng ngược hướng với dòng nước tạo tầng sơi Tuy nhiên lớp tầng sơi liên tục cấp khí cách bơm khí nén qua ống bơm với số lượng nhỏ bóng khí dòng nước tạo tầng sơi Các bóng khí nhỏ bám lên bề mặt hạt kị nước lớp tầng sôi, cách thu tổ hợp hạt khống bóng khí có khối lượng riêng thấp Các hạt khống có bề mặt kị nước tự nhiên làm cho bề mặt trở nên kị nước cách cho tiếp xúc với thuốc tập hợp Tổ hợp hạt khống - bóng khí nhẹ lên lớp tầng sơi có khối lượng riêng lớn theo dòng sản phẩm tràn phía bên buồng phân chia Nói chung, máy Hydro - Float sử dụng tổng hợp hiệu tuyển tầng sôi thiết bị để thu tỷ lệ thu hồi hạt than thô cao 5.2.4 Các thiết kế HSBS tiên tiến Các máy tầng sôi dạng lỏng truyền thống, kể HSBS, có mối quan hệ trực tiếp - nồng độ lớp tầng sơi tốc độ dòng nước tạo tầng sôi Để thu tỷ trọng phân tuyển hợp lí tốc độ dòng nước tạo tầng sơi phải giữ ổn định mức thấp Đây giới hạn suất HSBS Tăng dần tốc độ dòng nước tăng suất thiết bị thường phá hỏng tỷ trọng phân tuyển Tốc độ dòng nước mức cao, tất hạt rửa trôi không xẩy tượng phân chia Sự thay đổi tốc độ dòng nước tạo tầng sơi ngun nhân làm thay đổi tỷ trọng lớp tầng sôi xa ảnh hưởng đến tỷ trọng phân tuyển Sự bổ sung cấu trúc dạng máy HSBS giải pháp cho vấn đề 5.2.4.1 HSBS với cấu trúc dạng nghiêng Thiết bị HSBS trang bị thêm màng ngăn có cấu trúc dạng làm cho tiêu cơng nghệ tuyển suất thiết bị tăng lên nhiều Galvin nhiều người khác (2002) khám phá ảnh hưởng qua lại nghiêng trạng thái lơ lửng lớp tầng sôi thiết bị RC (xem hình 5.5) Ưu điểm thiết bị là: giữ cho mật độ lớp huyền phù không thay đổi với trợ giúp nghiêng, tốc 71 độ dòng nước tạo tầng sơi thay đổi dải rộng Nó thừa nhận rằng: hàm lượng pha rắn cấp liệu cao nhiều hạt hướng tới bề mặt nghiêng sau trượt xuống lớp tầng sơi nằm phía nghiêng Hình dạng dòng chảy phân chia hạt máy tuyển liên quan đến trượt dọc theo bề mặt nghiêng hạt không miêu tả rõ ràng tài liệu Hình 5.5: Sơ đồ máy HSBS dạng nghiêng Kết tuyển máy tuyển RC công nghiệp Galvin cho bảng 5.3 Bảng 5.3: Kết tuyển máy tuyển RC Năng suất, t/h 600 600 600 600 580 550 550 380 Chi phí nước tầng sơi, l/s 15±1 15±1 15±1 15±1 15±1 15±1 15±1 19±1 Độ tro, % Cấp liệu Than 25,9 7,3 27,0 7,0 24,5 8,3 28,2 9,5 23,0 10,3 27,6 6,1 28,9 5,3 25,8 7,4 Đá thải 75,5 77,1 77,5 78,0 79,3 73,1 58,4 76,9 Thu hoạch TS, % 72,7 71,5 76,6 72,7 81,6 67,9 55,6 73,5 Thực thu phần cháy, % 91,0 91,0 93,0 91,6 95,1 88,1 74,0 91,8 72 380 400 12±1 15±1 24,7 25,5 7,5 7,4 78,7 78,1 75,8 75,8 93,2 93,0 5.2.4.2 HSBS với cấu trúc dạng cột Dựa vào kết thí nghiệm, người ta nhận thấy máy lắng dạng cột (hình 5.6) thể hiệu tuyển tốt cấp hạt mịn (Dai, 1999; Yang Bozzato, 2000; Peng, 2002) Hình 5.6: Sơ đồ máy lắng dạng cột Mỏy lắng Yang hay máy lắng cột biến thể thiết bị tuyển tầng sôi Thiết bị dạng cột thẳng đứng, bên có kết cấu đệm (packed structures) dạng xoáy ốc ghép lượn sóng Hơn với việc nước tạo tầng sơi thay đổi với tần số biên độ định Có thể nói thiết bị trình phân tách diễn theo chế kết hợp tầng sôi máy lắng Mặc du chế hoạt động chưa sáng tỏ 73 số liệu thử nghiệm ban đầu cho thấy thiết bị tuyển trọng lực có hiệu cao Kết tuyển than cám mịn máy lắng cột cho bảng 5.3 Bảng 5.3: Kết tuyển than cám mịn máy lắng cột TT Than 6,1 6,2 6,4 6,7 6,7 6,7 6,8 7,6 Độ tro, % Đá thải 76,6 77,4 81,5 79,4 78,7 71,8 80,8 71,5 Than đầu 37,8 42,5 42,8 37,2 38,6 39,3 43,1 42,0 Thực thu TS, % 83,1 79,9 84,3 86,3 84,7 76,7 83,4 73,6 Hiệu suất tuyển, % 74,2 72,8 76,6 75,8 75,0 68,2 75,4 65,2 ... chì, kẽm v. v 5.2 Các loại HSBS Cách phân loại thiết bị HSBS dựa v o cách tháo sản phẩm thải từ thiết bị sau dựa v o cách đưa dòng bùn v o máy cáh thứ ba cách thơng khí v o máy Các thiết bị HSBS... xúc v i thuốc tập hợp Ý tưởng nối hạt than v i bóng khí dựa theo trình tuyển than hạt mịn máy tuyển cột Hình 5.4: Sơ đồ máy HSBS tuyển tầng sôi Thiết bị biết đến làm việc theo nguyên lý máy tuyển. .. lắng cột biến thể thiết bị tuyển tầng sôi Thiết bị dạng cột thẳng đứng, bên có kết cấu đệm (packed structures) dạng xoáy ốc ghép lượn sóng Hơn v i việc nước tạo tầng sơi thay đổi v i tần số biên