Сушкой называется процесс обезвоживания материала, основанный на испарении влаги в окружающую среду при нагревании. При сушке удаляется только влага, связанная с материалом механически и физикохимически. Процесс сушки относится к массообменным процессам в связи с перемещением тепла и влаги внутри материала и их переносом с поверхности материала в окружающую среду.
При выпуске готового продукта в практике обогащения полезных ископаемых тепловая сушка является последней операцией обезвоживания. Допустимая влажность при транспортировании рудных концентратов в зимнее время составляет 3-4 % и угольных 7-8 %. Допустимая влажность медных концентратов перед обжигом и плавкой в отражательных печах составляет 5-7 %, перед электроплавкой 2-3 %. Содержание влаги в концентратах неметаллических материалов (тальк, графит, калийные соли) не должно превышать 1-2 %, а часто и долей процента. Для успешной электросепарации нужно обеспечить, прежде всего, хорошие условия электризации разделяемых минералов за счет снижения влажности руды до долей процента. Такая степень влажности, не достигается механическими способами обезвоживания (сгущение, дренирование, фильтрование, центрифугирование), поэтому во многих случаях необходима тепловая сушка.
В качестве теплоносителя (сушильного агента) применяют дымовые газы, нагретый воздух и перегретый пар. Для сушки продуктов обогащения обычно используют дымовые газы, образующиеся при сгорании топлива.
По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают несколько видов сушки, из которых на сегодняшний день наиболее востребованы:
- конвективная сушка – при непосредственном соприкосновении высушиваемого материала с сушильным агентом;
- контактная сушка – при передаче тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их перегородку.
В качестве топлива в сушильных отделениях обогатительных фабрик используют уголь, газ и жидкое топливо.
Суммарный расход тепла на 1 кг испаренной влаги складывается из отдельных элементов расхода тепла:
- испарение влаги;
- нагрев материала во время сушки;
- потери тепла в окружающую среду.
Термоизоляцией можно значительно снизить потери тепла. Обычно потери тепла не превышают 5-10 % тепла, затрачиваемого на сушку.
Для сушки продуктов обогащения различной крупности и влажности широко применяют газовые барабанные сушилки. Их подразделяют на сушилки с прямым теплообменом, т.е. с непосредственным соприкосновением сушимого материала с горячими газами по прямоточной или противоточной схеме движения газов и материала, и на сушилки с косвенным теплообменом, в которых тепло передается материалу непосредственно через металлическую стенку.
Для сушки концентратов и минерального сырья применяют, как правило, прямоточные барабанные сушилки с прямым теплообменом, а сушилки с косвенным теплообменом применяют для предотвращения загрязнения или изменения цвета сушимого материала.
Удельный расход тепла в барабанных сушилках составляет 4000 – 6300 кДж/кг испаренной влаги, а расход электроэнергии 20 – 75 кВт·ч/т испаренной влаги.
Для уменьшения потерь тепла наружную поверхность барабана покрывают кожухом из листовой стали, заполненным теплоизолирующим материалом. При этом температура наружной стенки не должна превышать 40 °С.
Показатели работы барабанных газовых сушилок см. в Таблице 1.
Степень заполнения объема барабана в среднем составляет 10-12 %, время пребывания материала в барабане 7-15 мин.
Достоинство газовых барабанных сушилок – высокая надежность в работе и применимость для сушки продуктов широкого диапазона крупности – от шламов до кускового материала.
В зависимости от технологического процесса и требований к конечному продукту, для сушки материалов применяются газовые трубы сушилки, сушилки кипящего слоя и др.
Таким образом при сушке исходной руды с влажностью 5% и подготовкой ее к электросепарации при удельном расходе условного топлива 0,15 кг на 1 кг испаренной влаги, необходимо испарить 50 кг влаги и затратить при этом 7,5 кг условного топлива или 219,75 мДж тепловой энергии (при удельной теплоте сгорания 29,3 мДж/кг). При сжигании природного газа для выделения такого количества тепловой энергии необходимо затратить 5 кг или 7,14 куб.метров газа (при удельной теплоте сгорания 44,0 мДж/кг).