Общие сведения. Процесс сгущения заключается в повышении концентрации твердой фазы в сгущенном продукте по сравнению с исходной пульпой (суспензией) вследствие осаждения

Процесс сгущения заключается в повышении концентрации твердой фазы в сгущенном продукте по сравнению с исходной пульпой (суспензией) вследствие осаждения твердых частиц в гравитационном, центробежном или комбинированном поле с одновременным удалении слоя очищенной воды. При сгущении получают два продукта: сгущенный, характеризирующийся гораздо большим, чем в исходной пульпе, содержанием твердого, и слив, содержание твердого в котором ничтожно мало (условно чистая вода).

При сгущении могут ставиться две задачи: получение сгущенного продукта с максимально возможной концентрацией твердой фазы или получение слива с минимальной концентрацией твердых частиц. В последнем случае сгущение обычно называют осветлением.

В реальных условиях чаще всего эти две задачи решаются одновременно, в результате в одном аппарате осуществляются операции сгущения и осветления. Сгущение широко используют в технологических схемах обогатительных фабрик. Сгущению подвергают различные продукты обогащения: промпродукты сгущают для удаления воды перед их дальнейшей переработкой, концентраты — перед фильтрованием, а хвосты — для получения оборотной воды и уменьшения объемов хвостохранилищ.

Для интенсификации процесса осаждения твердых частиц сгущение осуществляется с использованием реагентов – коагулянтов и флокулянтов.

Коагулянты (хлорид кальция и др.) нейтрализуют электрические заряды тонких частиц, флокулянты адсорбируются на частичках и способствуют образованию механических связей между ними и, как следствие, - агрегатов (флокул).

Использование флокулянтов более эффективно, поскольку оно интенсифицирует процесс осаждения в 4-6 раз. В чёрной и цветной металлургии, а также в угольной промышленности крупность сгущаемого материала 0,05-5 мм. Содержание твёрдого компонента в сливе в цветной металлургии составляет 0,07 г/л, при сгущении апатитовых концентратов 2.7-5 г/л. железных концентратов 0,01-0,7 г/л.

Технологический процесс сгущения реализуется в механизмах-сгустителях, которые по принципу действия разделяются на гравитационные, инерционные и фильтрационные.

Гравитационные сгустители основаны на осаждении в жидкости твёрдых частиц большей плотности, чем жидкость. Распространены радиальные гребковые сгустители (также называются радиальными отстойниками), представляющие собой цилиндрический резервуар, на оси которого установлена загрузочная воронка для подачи суспензии. Осаждающиеся на коническом дне резервуара твёрдые частицы сдвигаются вращающимися на центральном валу гребками (скребками) к отверстиям в центре дна, через которые сгущенная суспензия откачивается насосом. Верхний слой жидкости (слив) переливается через верхние края резервуара в кольцевой жёлоб и удаляется из него самотёком. Радиальные сгустители применяются в химической, горно-обогатительной промышленности, в гидрометаллургии, а также для очистки сточных вод. Достоинство этих сгустителей - большая степень сгущения, недостаток - значительные размеры резервуаров. Поэтому их строят двух и трёхъярусными, с одним общим вертикальным валом. Меньшие размеры — у гравитационных сгустителей основанных на выделении частиц из горизонтальных или наклонных потоков пульпы преопределенных скоростях её движения. Непрерывно поступающая в приёмник пульпа попадает далее в наклонный жёлоб, разделённый продольными стенками на ряд более узких желобков. Продольные стенки ламинизируют (успокаивают) поток, в результате чего частицы под действием силы тяжести стремятся опуститься в нижние слои потока. На сходе с жёлоба поток разделяется горизонтальной плоскостью на нижнюю — сгущенную часть пульпы и на верхнюю - слив. Эти сгустители по степени сгущения уступают радиальным, но выгодно отличаются от них отсутствием подвижных частей. Применяются в обогащении полезных ископаемых для сгущения пульп, содержащих абразивные тонкие частицы.

Из инерционных сгустителей распространение получили гидроциклоны, применяемые для сгущения пульпы, содержащей песок, угольную мелочь и т. д.

В фильтрационных сгустителях сгущение суспензии происходит за счёт удаления части жидкости через фильтрующую поверхность. Эти сгустители могут быть использованы для сгущения систем с твёрдыми частицами любой плотности, в том числе и с плотностью равной или меньшей плотности жидкости (например, целлюлоза, бумажная масса).

Получают распространение высокопроизводительные сгустители, которые, благодаря технологическим особенностям (глубокий питающий колодец, отдельная деаэрационная камера, устройство отражения поступающего вертикального питателя для распределения его по всей площади сгустителя), имеют производительность в 5-30 раз больше на единицу площади, чем в традиционном сгустителе.

В современных высокопроизводительных сгустителях (например, «Супафло») можно выделить три зоны характеризующиеся различными концентрациями твердого и гидродинамическими условиями осаждения твердых частиц (рис. 1.1.)

Рис. 1.1 Схема радиального сгустителя:

1- Зона слива; 2- очищенная постель; 3- зона осаждения (сгущения).

1. Зона слива.

2. Ожиженная постель – от точки подачи питания до границ раздела постель/зона слива.

3. Зона осаждения (сгущения).

На каждой границе раздела зон происходит ступенчатое изменение содержания твердого. Уровень ожиженной постели должен постоянно поддерживаться выше точки питания.