Особенности проектирования систем гидротранспорта горнообогатительных фабрик

Введение. Рассматриваются особенности проектирования системы гидротранспорта, являющейся частью технологической цепочки переработки руды. Проведен критический анализ текущих характеристик пульпопровода хвостового хозяйства горно-обогатительного комплекса «Рябиновый» (ГОК «Рябиновый), расположенного около г. Алдана. При гидравлических расчетах двухфазных потоков исходными данными были химический состав транспортируемой пустой породы, характеристики производительности обогатительной фабрики, геодезические данные места складирования твердых частиц.

Материалы и методы. На основе теории двухфазных потоков авторами приведены расчеты характеристик твердых частиц, потока и потерь энергии, необходимых при проектировании пульпопроводов. Инженерными задачами расчета двухфазных потоков являются расчеты потерь напора при гидротранспорте различных материалов по трубам, определение предельных скоростей, при которых транспортируемый материал еще не осаждается на дно потока, и выбор оборудования для осуществления гидравлического транспорта. Приведена зависимость удельных потерь энергии двухфазных потоков, при средних скоростях, рекомендуемых нормативными документами на основе экспериментальных данных, полученных на кафедре гидравлики МГСУ. Транспортировка твердых частиц возможна, если поток обладает для этого достаточной энергией и на дне трубопровода не образуется осадок. Средняя скорость, соответствующая режиму транспортирования без осадка, является критической скоростью двухфазного потока.

Результаты. Сформулированные рекомендации о выборе эффективного режима гидротранспорта основаны на принципе минимизации потерь энергии. Выявлен дефицит энергии потока в рассматриваемом пульпопроводе и показана необходимость использования критерия о необходимости превышения средней скорости над критической скоростью двухфазного потока.

Выводы. Обоснована необходимость использования коэффициента запаса скорости для достижения эффективного режима транспортирования. Особое внимание уделено расчету потерь напора при критической скорости транспортирования, что является основой для выбора насосного оборудования.

1. Алешков М.В., Волгина Л.В. Кинематические характеристики двухфазных потоков при гидроабразивной резке // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 12. С. 1610–1618. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.12.1610-1618. EDN MDNYHT.

2. Аникина С.А. Утилизация и переработка резервуарных и амбарных нефтешламов // Экологические чтения-2014. 2014. С. 102–105. EDN TMFQED.

3. Ржевский В.В. Открытые горные работы: Технология и комплексная механизация : учебник. М. : Книжный дом «ЛИБРО-КОМ», 2013. 552 с.

4. Федотов А.И., Шамсутдинов Э.В. Алгоритм расчета систем гидротранспорта водоугольной суспензии на объектах промышленной теплоэнергетики // Современные проблемы науки и образования 2013. № 1. С. 181–188. EDN PWAZHP.

5. Liu Y., Lv X., Zhou S., Pengfei Yu, Yun L., Bohui Sh. et al. Rheological study of low wax content hydrate slurries considering phase interactions // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2021. Vol. 94. Pр. 104–106. DOI: 10.1016/j.jngse.2021.104-106

6. Chen Y.C., Shi B.H., Fu Sh., Li Q., Yao H., Liu Ya. et al. Kinetic and rheological investigation of cyclopentane hydrate formation in waxy water-in-oil emulsions // Fuel. 2021. Р. 119568. DOI: 10.1016/j.fuel.2020.119568

7. Ran F., Xu Ch., Chen Yu., Cong R, Fang G. Numerical flow characteristics of microencapsulated phase change slurry flowing in a helically coiled tube for thermal energy storage // Energy. 2021. Vol. 223. Pр. 120–128. DOI: 10.1016/j.energy.2021.120128

8. Liu Z., Li Ya., Wang J., Zhang M., Liu W., Lang Chen et al. Rheological investigation of hydrate slurry with marine sediments for hydrate exploitation // Energy. 2022. Vol. 259. P. 124958. DOI: 10.1016/j.energy.2022.124958

9. Ахмеров А.В., Осипов А.Л., Долгова А.Н., Файзуллина Г.Р. Энергосберегающая технология обезвоживания отработанного вторичного активного ила для последующего использования в качестве топливного вторичного энергетического ресурса // Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы 2018 : мат. IХ Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 1. 2018. С. 230–234. EDN RCKLSF.

10. Беляков В.А., Купорова А.В. Добыча торфа в северной Якутии и экология // Актуальные проблемы машиноведения, безопасности и экологии в природопользовании : mат. IV Междунар. науч.-практ. конф. : в 2 ч. Ч. 1. 2018. С. 305–310. EDN UWWBTA.

11. Волгина Л.В. Экспериментальное исследование вязкости двухфазного потока // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. мат. Междунар. науч. конф. ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» 2017. 2017. С. 879–883. EDN XSNIMP.

12. Тарасов В.К., Гусак Л.Н., Волгина Л.В. Движение двухфазных сред и гидротранспорт : уч.-метод. пос. М., 2011.

13. Волгина Л.В., Гусев И.А. О гидравлическом сопротивлении при гидроабразивной резке // Вестник МГСУ. 2020. Т. 15. № 3. С. 399–408. DOI: 10.22227/1997-0935.2020.3.399-408. EDN OLJXFW.

14. Горбатов Ю.П., Мосейкин В.В., Хачатрян В.Д. О работе гидротранспорта в режиме частичного заиления труб // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № S4. C 376–381. EDN NENOHX.

15. Krishna R., Kumar K.N., Gupta K. CFD investigation of pressure drop reduction in hydrotransport of multisized zinc tailings slurry through horizontal pipes // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48. No. 43. Pр. 16435–16444. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.01.116

16. Абрамец В.С. Добыча песка и песчано-гравийной смеси в Приамурье средствами гидромеханизации // Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений : VIII Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений». Екатеринбург, 4–5 апреля 2019 г. 2019. С. 109–112. EDN IUBMVK.

17. Cai L., Mi Sh., Luo Ch., Liu Zh. Numerical investigation of hydraulic and heat transfer characteristics of two-phase ice slurry in helically coiled tubes // Energy and Buildings. 2022. Vol. 256. P. 111773. DOI: 10.1016/j.enbuild.2021.111773

18. Chami N., Salehy Ya., Burgner D., Delahaye A., Dalmazzone D., Pascal C. et al. Rheological study of mixed cyclopentane + CO2 hydrate slurry in a dynamic loop for refrigeration systems // Energy. 2023. Vol. 263. P. 125661. DOI: 10.1016/j.energy.2022.125661

19. Li B., Zhang T.T., Wan Q.C. Wei W., Chen L-L, Feng J-Ch. et al. Kinetic study of methane hydrate development involving the role of self-preservation effect in frozen sandy sediments // Applied Energy. 2021. Vol. 300. P. 117398. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117398

20. Chami N., Bendjenni S., Clain P., Fournaison L., Delahaye A., Osswald V. et al. Thermodynamic characterization of mixed gas hydrates in the presence of cyclopentane as guest molecule for an application in secondary refrigeration // Chemical Engineering Science. 2021. Vol. 244. P. 116790. DOI: 10.1016/j.ces.2021.116790

21. Волгина Л.В., Медзвелия М.Л., Чемерис О.Г. Влияние мелкодисперсных включений на расчет критической скорости двухфазного потока // Вестник МГСУ. 2014. № 11. С. 145–153. EDN SZCFEP.

22. Леонов А.М., Михеев В.А., Москаленко Т.В., Данилов О.С. Гидравлический расчет трубопровода от станции Угольная до Нерюнгринской ГРЭС // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № S10. С. 404–408. EDN LRGVBD.

23. Jaworska-Jóźwiak, Dziubiński M. Effect of deflocculant addition on energy savings in hydrotransport in the lime production process // Energies. 2022. Vol. 15. No. 11. P. 3869. DOI: 10.3390/en15113869

24. Ибад-Заде Ю.А., Гурбанов С.Г., Азизов С.Г., Алескеров В.Г. Гидравлика разноплотностного потока. М. : Стройиздат, 1982. 294 с.

25. Юфин А.П. Напорный гидротранспорт. М. : Энергоиздат, 1950.

26. Volgina L.V., Romanova A.A. Resistance coefficient of nonspherical solid particles in turbulent flow // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании : сб. мат. VI Междунар. науч. конф. 2018. С. 178–183. EDN YQGTVZ.

27. Волгина Л.В., Сергеев С.А., Романова А.А. О кинематических характеристиках селевых потоков // Гидротехническое строительство. 2018. № 10. С. 59–63. EDN YNAWUX.

28. Третьяк А.Я., Литкевич Ю.Ф., Гроссу А.Н. Технология гидродобычи железной руды на месторождениях Курской магнитной аномалии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 3. С. 50–54. EDN TJYFTX.

29. Усова А.А. Порядок отработки мокрых песков открытым способом // Мат. IV Всеросс. науч.-практ. конф. 2019. C. 71–78. EDN ILQVOT.

30. Чебан А.Ю. Техническое оснащение предприятий по добыче нерудных строительных материалов в Хабаровском крае // Механизация строительства. 2017. С. 23–26. EDN ZRRQLD.

31. Araya N., Ramírez Ye., Cisternas L.A., Kraslawski A. Use of real options to enhance water-energy nexus in mine tailings management // Applied Energy. 2021. Vol. 303. P. 117626. DOI: 10.1016/j.apenergy.2021.117626

32. Araya N., Ramírez Y., Kraslawski A., Cisternas L.A. Feasibility of re-processing mine tailings to obtain critical raw materials using real options analysis // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 284. P. 112060. DOI: 10.1016/j.jenvman.2021.112060

33. Babaev A., Teshabaeva E., Obidjonov A., Chorshanbiev U. Study of the hydraulic parameters of the flow of solid particles in the process of hydrotransport // E3S Web of Conferences. Tashkent : EcoSciences, 2023. Vol. 401. Pр. 30–34. DOI: 10.1051/e3sconf/202340103034

34. Pankov A., Pankova O. Modeling the concentration profile of the solid phase during hydrotransport of ore in pipes // E3s web of conferences : X International Conference on Advanced Agritechnologies, Environmental Engineering and Sustainable Development (AGRITECH-X 2024), Termez, Uzbekistan, 29–30 апреля 2024 года. Vol. 548. Les Ulis : EDP Sciences, 2024. P. 08009. DOI: 10.1051/e3sconf/202454808009