книги / Проектирование и эксплуатация хвостовых хозяйств обогатительных фабрик

При определении количества оборотной воды в зимний период необходимо учитывать потери на образование ледяного покрова.

Потери воды на фильтрацию w$ обычно принимают как не­ которую часть объема хвостохранилища. Как уже указывалось раньше, места устройства хвостохранилшц нужно выбирать с рас­ четом минимальных потерь на фильтрацию, главпым образом по соображениям предотвращения химического загрязнения грунто­ вых вод и естественных открытых водоемов, являющихся источ­ никами питьевого водоснабжения. 11о этим соображениям места устройства хвостохранилищ необходимо назначать там, где ложе хвостохранилища сложено из малофильтрующих грунтов (су­ глинков, глин и пр.). В этих условиях потерями воды на фильтра­ цию из хвостохранилища можно пренебречь. В случаях наличия на поверхности будущего хвостохранилища участков с залега­ нием фильтрующих грунтов можно предусматривать покрытие этих участков полиэтиленовой пленкой, суглинками, глинами, а в некоторых случаях принимать специальные меры (например, битумизацию грунтов, кольматаж и др-).

В необходимых случаях потери воды на фильтрацию из хвосто­ хранилищ и на фильтрацию через оградительные сооружения (плотины и дамбы обвалощшия) могут быть определены по указа­ ниям главы VI, раздела 7.

При ориентировочных расчетах можно принимать потери на фильтрацию из хвостохранилищ в размере 10—15% от объема пруда (чистой воды) в данный период эксплуатации. Это относится к средним грунтовым условиям.

Потери воды на заполнение пор хвостовых отложений опре­ деляются по формуле

Wxa = mVxu,

где т — объемная пористость хвостовых отложений, которую надо принимать по указаниям главы III, раздела 1 и главы V, раздела 2; FXB — объем хвостов, выдаваемых фабрикой в год.

W3 необходимо определять в соответствии с графиком роста горизонтов воды в хвостохранилище и заполнением последнего по кривой площадей зеркала пруда:

иг, = а срДА,

где £2ср — площадь зеркала хвостохранилища, соответствующая среднегодовой отметке горизонта воды в нем; Ah — повышение отмётки горизонта воды в пруде за данный год эксплуатации. Это повышение в зависимости от конкретных характеристик и условий эксплуатации проектируемого хвостохранилища можно произ­ водить непрерывно или приурочить его к концу летнего периода эксплуатации хвостохранилища или, наоборот, к началу летнего периода, во время весеннего стока.

Результаты приведенных выше расчетов могут в некоторых случаях привести к отрицательному значению w0. Это значит, что

331

на возврат воды из хвостохранилища рассчитывать нельзя. Вместе с том это показывает, что при необходимости удержания воды

вхвостохранилище па отметках, обеспечивающих укладку хвостов

взимнее время под лед, следует предусматривать добавки воды

вхвостохранилище или другие мероприятия (изменение плановой конфигурации хвостохранилища и разделение площади его на отдельные части).

Наибольшие потери воды на фильтрацию обычно имеют место

впервые годы эксплуатации хвостохранилищ. Значительное количество воды в этот период теряется на насыщение берегов хвостохранилищ. В последующие годы эксплуатации потери на фильтрацию будут уменьшаться, так как, во-первых, должен ска­ зываться эффект кольматажа хвостами сильно фильтрующих верхпих слоев грунтов, слагающих ложе хвостохранилищ, и, во-вторых, увеличение толщи отложений хвостов.

10. Расчеты механического осветления пульны в хвостохранилищах

Задача гидравлического расчета выпадения твердых частиц хво­ стов на дно хвостохранилища заключается в том, чтобы по задан­ ному расходу пульпы, месту и фронту ее излива в пруд, грануло­ метрическому составу и плотности ее твердой составляющей

иместу расположения водоприемника осветленной воды опре­ делить степень механического осветления пульны-

Как ранее указывалось, водоприемники осветленной воды должны располагаться с таким расчетом, чтобы в любой период эксплуатации хвостохранилища расстояние между сбросом пульпы

иводоприемником обеспечивало необходимую степень осветления пульпыЧтобы решить эту задачу, необходимо знать, как проис­ ходит движение пульпы в пруде от места ее излива по направлению к водоприемнику. Вследствие вязкости жидкости и ограниченного фронта излива пульпы на пути ее движения будет иметь место сначала растекание жидкости, расширение ее в плане и по глу­

бине, а затем, при подходе к водоприемнику, сужение потока в плане с уменьшением глубины живого сечения (рис.. 148). При этом в большинстве случаев течение пульпы по хвостохрапилищу сопровождается образованием па границах потока водоворотных зон с вовлечением в движение окружающих масс воды. Поток этот обычно имеет большие размеры, в связи с чем при незначительных средних скоростях движения он является турбулентным. Следова­ тельно, этот поток является пульсирующим с непрерывным обме­ ном масс внутри движущейся жидкости. Теоретическое решение такой задачи встречает значительные трудности. Первые попытки решения таких задач связаны с проектированием и строительством прудов-холодильников тепловых электростанций [61].

Для решения этих задач II. М. Вернадский [61] предложил метод построения планов течений. В дальнейшем этот метод был

332

развит Б. В- Проскуряковым [62]. В последнее время над реше­ ниями задач, связанных с расчетом прудов-холодильников, рабо­ тает гидравлическая лаборатория ВНИИГ, в которой, в частности, задачи научного обоснования проектирования конкретных прудовхолодильников решаются путем гидравлического моделирования.

Задачи научного обоснования проектирования осветления пру- дов-хвостохрапилищ еще более сложны, чем задачи гидравли­ ческого расчета прудов-хододильпиков. В сложном процессе

Рис. 148. Схема движения пульпы в пруде-хностохранплгоцо от места сброса к действующему водоприемнику:

I — гр е б е н ь п л оти н ы и о с ь р а сп р е д е л и т е л ь н о го х в о с т о п р о в о д а ; 2 — м а ги стр ал ь н ы й х в о ст о *

растекания пульпы по хвостохранилищу участвует твердая фаза, которая, несомненно, оказывает влияние на характер растекания потока, распределения скоростей и пр. Сам процесс выпадения твердых частиц зависит не только от характера движения потока, но и от свойств частиц хвостов: их формы, крупности и плотности. Кроме того, на гидравлические характеристики потока оказывают значительное влияние ветер и волнение поверхности пруда.

В силу указанных сложностей расчеты осветления пульпы в хвостохранилищах основываются на весьма грубой схематизации явления, вследствие чего результаты расчета являются прибли­ женными-

333

При расчете осветления пульпы принимается плановая картина потока по рис. 148. Ширина потока при его изливе в хвостохранилище, так же как и ширина потока у уреза воды в хвостохранилище, принимаются в соответствии с рекомендациями, изложен­ ными в главе V, разделе 4.

В дальнейшем плановое растекание потока по пруду прини­ мается под углом 13° на расстоянии, равном 2/:iL, где L — рас­ стояние между местом сброса пульпы и приемом осветленной воды. Принимается, что на остальной трети пути поток в плане сужается до размеров, определяемых водосливным фронтом водоприемника. В случае кругового водослива ширину потока при подходе к водо­ приемнику можно принять равным 3D, где D — диаметр водо­ приемника.

Продольный профиль потока следует принимать по рис. 148. Поток следует считать одноразмерным со средними скоростями по живым сечениям V:

Q„ — расход водпой фазы пульпы; ю — площадь живого сечения, переменная по длине растекающегося потока.

Расстояние между местом излива пульпы в пруд и водонриемом осветленной воды следует делить на несколько расчетных уча­ стков: AZX, АЬ2; •■ АЬп- На каждом участке движение потока следует полагать равномерным, принимая за расчетную площадь живого сечения среднюю из граничных площадей участков.

Глубина опускания частицы на длине расчетных участков вы­ числяется по формуле

vm — скорость движения пульпы на т-м участке-

Полная глубина падения частицы в хвостохранилище:

h = 2 A hm.

Можно полагать, что если по указанному расчету глубина вы­ падения частицы данной крупности оказывается больше или рав­ ной глубине живого сечения потока по рис. 148, то она не будет вынесена потоком осветленной воды-

334

Известное уточнение изложенной выше методики расчета освет­ ления пульпы в хвостохранилшце можно получить путем исполь­ зования предложения М. А. Великанова [63], заключающегося в том, чтобы производить расчет на вероятность (обеспеченность) осаждения наносов заданной крупности. Методика расчета гидро­ технических отстойников, основанная на предложении М. А. Великанова, подробно изложена в работе [64]. Указанное уточнение возможно только при сохранении исходных предпосы­ лок в отношении растекания потока пульпы. Можно, однако, для определения конфигурации потока осветляемой пульпы исполь­ зовать построения планов течений по методу II. М. Вернадского [61] или других авторов [65], но при этом расчет осаждения вести по изложенной выше схеме разделения потока по длине на ряд участков, полагая на каждом участке движения потока равно­ мерным.

В последнее время (1970—1975 гг.) Э. Л. Добкиным (лабора­ тория гидропневмотранснорта золошлаковых материалов и грун­ тов ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева) произведены значительные поле­ вые и лабораторные исследования гидравлики отстойных прудов хвостохранилищ обогатительных фабрик цветной металлургии [218, 219]. Главной целью этих исследований являлось изучение про­ цессов механического и химического осветления пульпы, сбрасы­ ваемой в хвостохранилищаПри этом были вскрыты определен­ ные закономерности механического осветления пульпы, приве­

ходит выпадение твердых частиц хвостов, м; Н — глубина водо­ сбросного сооружения, м; В — ширина отстойного пруда, м; Ь0 — ширина втекающего у уреза воды потока пульпы, м (при­ нимается прямоугольное живое сечение); vu — средняя скорость втекающего в пруд потока пульпы, м/с; и0 — скорость осаждения твердых частиц хвостовой пульпы (начальной концентрации) при расчетном эффекте осветления (процентная скорость), м/с.

Глубина Н включает глубину воды у водоприемного колодца 1,0 ~ 1,5 м; величину заглубления всаса пасосов под уровень поды в метрах; глубину воды во входном сечении канала в метрах (одна из указанных величин, соответствующая тому или иному решению водосброса).

(31)

335

з.%

80

60

W

20

О WO 2 0 0 3 0 0 'WO 500 6 00 700 8 0 0 3 0 0 L0 ,n

Рис. 150. График расчетных зависимостей. Комбинаты:

Рис. 151. График расчетных зависимостей. Комбинат:

I — А л м а л ы к ск и й ; 2 — Д ж е з к а з га н ск и й ; 3 — «П еч еи га н и к ел ь »; 4 — Т ы р н ы а у зс к и й ; 5 — Г а й ск и й ; в — З ы р я н о в ск и й ; 7 — К р а с п о р е ч сп ск а я ф абрик а

Уравнения (31) и (32) решаются совместно нри 60, определяемом

Обозначения приведены в табл. 63. При всех случаях расчета принимается h0 = 0,11 м.

337

C„ — концентрация пульпы у .места выхода пульпы из распре­ делительного пульповода, мг/л; С — концентрация пульпы у уреза

Э — потребный эффект осветления пульпы в хвостохранилище, %; С„ — концентрация пульпы у места сброса осветленной воды, мг/л.

Концентрация хвостов С„ назначается технологами-обогати­ телями, исходя из концентрации, которая допустима по условиям процесса обогащения. На Тырныаузском комбинате для обогаще­ ния используется вода с содержанием взвеси 454 мг/л, на Кировградском комбинате — 0,22—1,95 г/л-

щ определяется из следующих зависимостей:

при стесненном осаждении, когда С >> 15 000 мг/л,

(38)

338

Т а б л и ц а 63

Т а б л и ц а 64

где е — основание натуральных логарифмов; а, аг, А — эмпири­ ческие коэффициенты, которые рекомендуется определять но табл. 64.

Характеристика отстойных прудов хвостохранилищ приведена в табл. 65.

При пользовании табл. 64 следует аналог проектируемому сооружению подбирать но dcр и химическому составу воды отстой­ ного пруда.

11.Расчеты прочности бетонных

ижелезобетонных водоспускных коллекторов

Водоспускные коллекторы прокладывают но дну хвостохраиилища с заглублением и без заглубления в естественный грунт. В дальнейшем водоспускные коллекторы покрываются отложе-

339

• 1 А г ® J X 4 + .1 & 7 и в • I А 2 + 5 & в а 7

Рис. 152. График расчетных зависимостей

Комбинат: 1 — Алмалыкский; г — Джезказганский; 3 — «Печенганикель»; 4 — Тырныаузский; 5 — Гайский; 6 — Зыряновский; 7 — Красяореченская фабрика; 8 — Дальне­

восточный

Рис. 153. График расчетных зависимостей

Комбинат: 1 — Алмалыкский; 2 — Джезказганский; 3 — «Печенганикель»; 4 — Тырныаузский; 5 — Гайский; 8 — Зыряновский; 7 — Дальневосточный; 8 — Красноречинская фабрика

Рис. 154. График расчетных зависимостей

1 — Алмалыкский; 2 - Джезказганский; з — «Печенганикель»; 4 — Тырныаузский;

5 — Гайский; 6 — Зыряновский; 7 — Дальневосточный; 8 — Краснореченская фаб­ рика