УДК 622.799.5:622.348.9

А.К.Николаев,

Р.И.Пупо,

С.Ю.Авксентьев

Е.Ю.Авксентьева

Исследование параметров гидротранспорта лимонитовой гидросмеси

Опыт использования гидравлического транспорта лимонитовой гидросмеси в Республике Куба дает ценные материалы для проектирования новой установки гидротранспорта от месторождения Моа-Восточный до металлургического завода. Технологический процесс предприятия им. Педро Сото Альба и разница геодезических высот между заводом и месторождением делают выгодным применение гидротранспорта обогащенного минерала до металлургического завода, как наиболее экологически чистого вида транспорта продуктов обогащения.

Никелевая(латеритовая) руда состоит из двух составляющих лимонитовой и серпентинитовой. В настоящее время добывается и перерабатывается лимонитовая фракция. Технология по переработке серпентинитовой фракции разрабатывается.

В существующих системах гидротранспорта лимонитовой пульпы со средней массовой долей твердого 25% наблюдается явная тенденция к увеличению массовой доли твердого до 45-46%.

Увеличение содержания твердой фракции в пульпе способствует появлению вязкопластичных свойств, что обусловливает при определенной концентрации твердого возникновение структурированной системы. Таким образом, появляется необходимость исследования параметров гидравлического транспорта лимонитовой руды с целью определения удельных потерь напора при движении концентрированной гидросмеси, обусловленных превышением массовой доли твердого 25% и режимом движения потока.

Исследования реологических свойств лимонитовой гидросмеси были выполнены на капиллярном вискозиметре совместно сотрудниками химического факультета Политехнического института г.Сантьяго де Куба. Гранулометрический и химический состав твердой фазы исследуемой гидросмеси представлены в табл.1.

Таблица 1

Гранулометрический и химический состав лимонитовой гидросмеси

Класс, мм	Массовая доля, %	Химический состав, %
		Ni	Co	Fe	Al	Mg	Zn
+0,83 -0,83+0,5 -0,50+0,2 -0,20+0,1 -0,10 +0,044 -0,044	5,5 1,5 2,1 2,5 3,4 - 85,0	0,43 0,68 0,89 1,01 1,22 - -	0,05 0,25 0,28 0,24 0,29 - -	46,2 38,1 32,1 33,7 37,1 - -	9,4 9,9 8,8 8,4 6,3 - -	1,5 2,1 2,0 1,9 1,5 - -	1,66 2,12 2,67 3,83 5,53 - -

Результаты исследования (рис.1) показали, что лимонитовая пульпа относится к пластично-реальным жидкостям. Для получения реологических параметров гидросмеси при градиенте скорости 100с^-1 использовался ротационный вискозиметр РВ. Опытные данные обрабатывались по известной методике для вискозиметров с небольшими зазорами. Результаты исследования (рис.2) показали, что гидросмеси с массовой долей твердого 30% при течении в зазоре вискозиметра проявляют свойства ньютоновских жидкостей. Начиная с массовой доли твердого 35% характер течения меняется: оно возникает только после приложения определенной нагрузки, характеризующей начальное напряжение сдвига, что присуще неньютоновским жидкостям.

Рис.1. Реологические кривые лимонитовой гидросмеси в зависимости от массовой доли твердого: 1-26,0%, 2-39,0%, 3-40,5%, 4-46,3%.

Рис.2. Реологические кривые лимонитовой гидросмеси в зависимости от массовой доли твердого: 1- 30,0%, 2- 35,0%, 3 - 40%, 4 - 45%.

В табл.2 приведены результаты обработки опытных данных.

Таблица 2

Массовая доля твердого, %	Уравнение регрессии	Значение дисперсии
30 35 40 45	τ=0,134γ τ=0,58+0,152γ τ=2,0+0,170γ τ=5,57+0,194γ	0,015 0,035 0,006 0,011

На рис.3 показаны экспериментальные зависимости структурной вязкости и начального напряжения сдвига от концентрации гидросмеси.

Рис.3. Зависимость структурной вязкости (1) и начального напряжения сдвига (2) от концентрации гидросмеси

Исследования параметров гидротранспортирования лимонитовой гидросмеси были выполнены на полупромышленной установке, построенной в Горно-металлургическом институте г.Моа.

Результаты исследований удельных сопротивлений движению пульпы показаны на рис.4. Из графиков видно, что при гидротранспорте лимонитовой гидросмеси наблюдаются три режима движения: структурный, переходный и турбулентный.

Рис.4. Зависимость i(U) при движении в трубе диаметром 0,15м лимонитовой гидросмеси с массовой долей твердого: 1 – 0%; 2 – 25%; 3 – 30%; 4 – 35%; 5 – 40%; 6 – 45%.

При скорости меньше 1,0 м/с имеет место структурный режим, при массовой доле твердого в пульпе 40 и 45%, что на рисунке отражается прямой, отсекающей на оси ординат некоторый отрезок, величина которого определяет величину напора, необходимого для преодоления сопротивления смеси сдвигу. С повышением скорости потока начинается разрушение структуры, т.е. наступает переходный режим. При этом резко возрастают удельные потери напора. На основе анализа экспериментальных данных для расчета удельных потерь напора в горизонтальном трубопроводе была рекомендована формула, уточняющая известную формулу проф.Смолдырева А.Е.,

i=i₀(1+3,312АС)

и рабочая скорость движения лимонитовой гидросмеси ограничена значением 2,0 м/с.

Рекомендации данных исследований были использованы при разработке варианта гидротранспортной системы предприятия им.ПедроСото Альба, исключающего создание искусственного напора в трубопроводе.