Читайте также:
|
Дробление и измельчение руд является энергоемким процессом – стоимость этих операций на обогатительных фабриках составляет 35-70 % от расходов на весь цикл обогащения. Поэтому всегда важно соблюдать принцип “не дробить ничего лишнего”, то есть дробить руду и другие материалы только до нужных размеров. Для выполнения этого принципа процесс дробления разделяют на несколько стадий, каждая из которых обычно сопровождается отделением готовых по размеру кусков и мелочи с тем, чтобы не переизмельчать их и не перерасходовать энергию. При этом одновременно повышается и производительность дробильных установок.
В отдельных случаях грохочение используют как окончательную операцию для получения готового продукта, отвечающего требованиям металлургического передела, например, для удаления из богатых железных руд, агломерата, окатышей, кокса некондиционных мелких фракций перед загрузкой их в доменную печь.
Разделение или сортировка материалов на классы по крупности при помощи решеток или механических сит называется грохочением, а в результате разделения в воде или воздухе на основе разности скоростей падения зерен различной крупности – гидравлической или воздушной классификацией. Грохочением обычно разделяют материалы до крупности 1-3 мм, а более мелкие – классификацией.
В практических условиях не удается полностью разделить мелкие кусочки и крупные. Важнейшим технологическим показателем, характеризующим качество грохочения (и классификации), является эффективность грохочения, представляющая отношение количества фактически отсортированных мелких классов к количеству этих классов в исходном материале.
Определение эффективности грохочения производят с помощью следующей расчетной формулы:
, %, (7.25)
где 
и v – содержание выделяемой (мелкой) фракции, соответственно, в исходном и в надрешетном (крупном) продуктах, %.
Например, при грохочении дробленой руды на сите с отверстиями 20 мм в надрешетном продукте содержание фракции 0-20 мм составило 12 % при содержании этой фракции в исходной руде до сортировки 43 %. Эффективность грохочения для этих условий составляет:
43-12) 10000
η = = 82 %.
43 (100-12)
9.4.1 Типы и устройство грохотов
На дробильно-обогатительных фабриках используются разнообразные грохоты, отличающиеся друг от друга по конструкции просеивающих поверхностей, по характеру движения сит, их форме, количеству и расположению.
Конструкция просеивающей поверхности зависит от технологического назначения грохота и условий его работы. Для крупного грохочения в качестве просеивающей поверхности применяются преимущественно колосниковые решетки, набранные из отдельных колосников. Последние представляют собой стальные полосы, брусья или балки, установленные под углом 35-45о к горизонту (рис.7.19). Размер щели между колосниками фиксируется ограничительными прокладками или жестким креплением колосников к поперечным балкам. Материал, подаваемый на верхний край грохота, самотеком движется по нему, при этом мелкие куски проваливаются в зазоры между колосниками и выделяются в самостоятельную фракцию (подрешетный продукт). Колосниковые решетки применяются в подвижных и неподвижных грохотах. В последнем случае они представляют собой самостоятельную конструкцию – так называемый неподвижный грохот.
Колосниковые грохоты обладают невысокой эффективностью грохочения (50-60 %).
Объемная производительность Q 0 определяется по формуле:
Q 0 = q1 SF, м3/ч, (7.26)
где q1 – объемная нагрузка, м3/м2·ч на 1 мм ширины щели;
S – ширина щели, мм;
F – площадь колосниковой решетки, м2.
Подавляющее большинство применяемых грохотов имеют подвижную решетку, благодаря чему обладают значительно более высокой эффективностью грохочения.
В подвижных грохотах колосниковые решетки изготавливаются в виде составных сочленяющихся элементов. В большинстве случаев подвижные грохота имеют листовые решета, представляющие собой металлические перфорированные листы. Отверстия штампуют или просверливают. Обычно применяют круглые отверстия, реже квадратные или прямоугольные “в елочку”.
Для повышения долговечности решет их начали изготавливать из литой резины. Отверстия квадратные или продолговатые (шпальтовые). Для уменьшения забиваемости они расширяются книзу (по толщине полосы).
Для мелкого грохочения на рудообогатительных фабриках применяют также металлические сетки – проволочные сита. Ткань (сетка) изготавливается из волнистой (канилированной), т.е. предварительно рифленой, стальной проволоки. Для тонкого грохочения так же, как и для ситовых анализов, применяют мелкие тканые сетки, изготовленные из латунной и бронзовой проволоки, а также из капроновых нитей.
Производительность грохотов зависит от коэффициента живого сечения сетки. Для сеток с квадратными отверстиями коэффициент живого сечения равен:
a
L 0 = 100, %, (7.27)
(a + b)
где а – размер отверстия, мм;
b – толщина (диаметр) проволоки, мм.
Для сеток с прямоугольными отверстиями длиной l и шириной а живое сечение равно:
%. (7.28)
Чем больше коэффициент живого сечения, тем выше при прочих равных условиях производительность грохота.
Для колосниковых решеток и листовых решет коэффициент живого сечения не превышает 50-60 %; для проволочных сит он доходит до 82 %.
Наряду с коэффициентом живого сечения сетку характеризуют также коэффициентом плотности, представляющим собой дополнение до 100 % к первому:
К = 100 - L 0. (7.29)
Различают сетки:
малой плотности К ‹ 25 % (или L 0 › 75 %);
нормальной плотности К = 25-50 % (или L 0 = 75-50 %);
большой плотности К = 50-75 % (или L 0 = 50-25 %);
особо большой плотности К › 75 % (или L 0 ‹ 25 %).
С уменьшением живого сечения производительность грохота снижается, но прочность и срок службы сеток увеличивается, так как для более плотных сеток применяются проволоки большего диаметра (при одинаковых размерах ячеек).
Подвижные грохоты делят на барабанные, качающиеся, вибрационные, валковые. Барабанный грохот (рис.7.20) представляет собой цилиндрический или конический барабан с перфорированной поверхностью (решето, сито). Размер ячеек сит возрастает к разгрузочному концу грохота. Диаметр барабана должен превышать размер максимального куска не менее, чем в 14 раз:
D ≥ 14 d max. (7.30)
Для обеспечения перемещения материала от одного конца к другому цилиндрические барабаны монтируют так, чтобы ось вращения была наклонена к горизонту под углом 5-7о. При вращении барабана материал, находящийся в нем, поднимается на определенную высоту и затем сползает или скатывается вниз. В этот период мелкие кусочки просыпаются через отверстия. За время пребывания в барабане каждый объем сыпучего материала многократно поднимается и ссыпается вниз, что существенно повышает эффективность грохочения. Барабанные грохоты в зависимости от количества сит могут разделять материал по крупности на два или больше классов. На рисунке 7.20 представлен грохот, в котором материал делится на четыре класса.
Барабанные грохоты применяются для промывки и сортировки по крупности глиносодержащих руд (промывочные барабанные грохоты или скрубберы), для промывки и сортировки щебня, гравия и песка и для других целей. Основные параметры барабанных промывочных грохотов характеризуются следующими данными:
| Марка грохота ГБ-1,5 С-89 ГСМЦ ГСМЦ 600х4200 1000х540 | |||||
| Диаметр барабана, мм Длина барабана, мм Число секций Размеры отверстий сит, мм: I секции * Ii секции III секции IV секции угол наклона, град. Скорость вращения n, об/мин Мощность электродвигателя, квт Максимальный размер кусков, мм Объемная производительность, м3/ч | 10х10 - - 3-8 10,4 4,5 60-90 | - - - - | - - - 1,7 9-11 | - 15,1 4,5 37-45 т/ч | |
* для марок ГСМЦ первая секция глухая
Рабочая поверхность валковых (дисковых или роликовых) грохотов образована дисками, насажанными на ряд валков, вращающихся в направлении подачи материала (рис.7.21). Обычно отверстия для просеивания квадратные со стороной 50; 75; 100; 125 мм, ширина грохота 1,25 и 1,5 м, рабочая площадь 2,35 ÷ 3,9 м2. Валковые грохота используют для предварительного грохочения угля, известняка и других материалов перед первичным дроблением. В доменном цехе валковые грохота используют для сортировки кокса перед загрузкой в печь. Производительность выпускаемых грохотов составляет 350-600 т/ч.
Большое распространение на рудообогатительных фабриках получили плоские грохоты с продольными симметричными колебаниями просеивающей поверхности. Важным в технологическом отношении параметром таких грохотов является угол наклона сита. Оно может иметь большой угол наклона (15-26о), быть горизонтальным или иметь малый угол наклона (5-6о). К таким грохотам относится класс качающихся грохотов. Схема одного из типов качающихся грохотов представлена на рисунке 7.22.
Грохот представляет собой раму с одним, двумя (или несколькими) ситами, подвешенную шарнирно на тягах-подвесках. Кривошипно-шатунный механизм сообщает грохоту возвратно-поступательные движения в плоскости сита. Однако вследствие наклонного положения сита находящийся в нем материал подбрасывается, благодаря чему отдельные кусочки дробленного материала взаимно перемещаются, это обеспечивает лучшие условия для отделения мелочи и повышает эффективность грохочения (до 85-90 %). Производительность для самой крупной модели (размер сита 2000х2700 мм) достигает 250 т/ч.
Принцип работы различных типов вибрационных грохотов одинаков и заключается в том, что подвешенная или установленная на пружинах рама с ситом (или с ситами) подвергается вибрационным воздействиям вибратора в направлении, перпендикулярном плоскости сита, в результате чего кусочки материала подбрасываются и так же, как и в качающемся грохоте, взаимно перемещаются, благодаря чему улучшаются условия для отделения мелких классов.
Наклонные вибрационные грохоты с круглыми и эллиптическими колебаниями с одновальным дебалансным вибратором двухподшипниковые получили наименование инерционных. В большинстве отечественных инерционных грохотов используются колебательные движения по эллиптическим траекториям. В этом случае короб, несущий просеивающую поверхность, опирается на плоские рессоры или витые цилиндрические пружины (рис.7.23). Упругие опоры укреплены на раме. В некоторых случаях применяется упругая подвеска короба непосредственно к перекрытию или к металлоконструкции (рис.7.24).
В этом случае в подшипниках (5), укрепленных непосредственно в коробе (1), вращается рабочий вал (6) со шкивом (7), приводимым в движение от электродвигателя. С валом жестко связаны дебалансные грузы (8), при вращении которых возникает центробежная сила инерции:
Q = m w2 R, (7.31)
где m – масса дебалансных грузов;
w – угловая скорость;
R – расстояние центра тяжести дебаланса от оси вращения.
Усилие Q является возмущающей силой, под влиянием которой короб грохота совершает колебания на упругих опорах (вибрирует).
Различают простые (рис.7.24) и самоцентрирующиеся (рис.7.25) грохоты. В простом вибрационном грохоте вибрация сита происходит вследствие только инерционных сил, возникающих при вращении грузов (8). При этом центр 01 описывает круговые движения, что затрудняет передачу движения от неподвижного двигателя к качающемуся шкиву (7), это требует применения длинной ременной передачи и исключает использование короткой клиноременной. Этот недостаток устранен в самоцентрирующемся грохоте (рис.7.25), где эксцентриковый (коленчатый) вал сочетается с инерционным механизмом. Дебалансные грузы (8) подбираются так, чтобы достигалось равенство:
G 0 R = P r 0, (7.32)
где G 0 – вес грузов, соответствующих эксцентриситету коленчатого вала r 0;
R – расстояние ВС (рис.7.25) центра тяжести грузов от точки С;
P – вес рабочего органа (короба с сеткой).
При соблюдении этого условия центр приводного шкива (7), находящийся на прямой ОО, остается в пространстве неподвижным (при обычной нагрузке), что позволяет применять короткую клиноременную передачу. Инерционные грохоты выполняются обычно как самоцентрирующиеся. В грохотах такого типа применен вибратор с самоустанавливающимися дебалансными грузами, которые занимают рабочее положение автоматически после того, как валом достигнута определенная скорость вращения. Благодаря этому вся система проходит через резонанс без раскачки как при пуске, так и при выключении электродвигателя. Взаимное расположение обеих половин каждого груза при изменяющейся скорости вращения определяется жесткостью пружины.
В гирационных (полувибрационных) наклонных грохотах (рис.7.26) короб грохота с сеткой приводится в круговые колебательные движения эксцентриковым валом. Концы вала находятся в подшипниках, укрепленных на неподвижной раме. На валу находятся диски (9) с дебалансными грузами (8), уравновешивающие короб. Возникающие при круговых возвратно-поступательных движениях короба центробежные силы инерции компенсируются дебалансными грузами (8). Здесь грузы, в отличие от дебалансных грузов инерционных грохотов, не предназначены для возбуждения колебаний упругой системы, а служат только для динамического ее уравновешивания.
Горизонтальный грохот с прямолинейными (направленными) колебаниями может быть выполнен как качающийся (см. рис.7.22), так и в виде вибрационного. В этом случае приводной механизм его представляет собой двухвальный вибратор, обеспечивающий полное уравновешивание колеблющихся масс грохота. Грохота такого типа называются самобалансными.
Схема самобалансного грохота приведена на рисунке 7.27. Короб совершает прямолинейные колебания под углом 
к плоскости сетки. При движении короба вперед по ходу материала, сетка приподнимается (по стрелке аа), при обратном ходе – опускается (по стрелке ав). При ходе вперед материал подбрасывается сеткой и некоторое время куски его летят по параболам, как тела, брошенные под углом к горизонту. По окончании полета куски падают на сетку и вместе с ней продолжают ход, после которого сетка делает новый ход вперед с новым подбрасыванием кусков и т.д.
Вибратор самобалансного грохота двухвальный. Оба вала с закрепленными на них дебалансными грузами сцеплены парой зубчатых колес, благодаря чему грузы вращаются в противоположных направлениях. В результате короб получает от приводного механизма переменный по знаку импульс только в направлении оси ОХ, наклонной под заданным углом к плоскости сетки. Угол почти всегда выбирается равным 45о.
Каждому валу вибратора со стороны груза передается центробежная сила инерции Q, равная произведению массы G/g на центростремительное ускорение w2R. Каждая из двух сил Q может быть разложена на две составляющие, одна из которых Qх параллельна оси ОХ, а вторая Qу направлена по оси ОУ, совпадающей с линией центров О1О2. Две противоположно направленные составляющие по оси ОУ взаимно компенсируются, и на вибратор в каждый данный момент передается равнодействующая только двух составляющих Qх + Qx. Она равна:
, (7.33)
где G – вес груза;
g – ускорение силы тяжести;
w – угловая скорость;
R – радиус дисков вибратора.
Наша промышленность выпускает грохоты различных конструкций с разными размерами сит. Инерционные, гирационные и самобалансные грохота изготовляются машиностроительными заводами в различных конструктивных исполнениях: легкого, среднего и тяжелого типов, отличающихся формой упругих опор, их расположением, а также наличием или отсутствием укрытия. Производительность грохотов колеблется в зависимости от крупности выделяемого материала и размера сита от 5-10 до 500-1500 т/ч, при эффективности грохочения до 95 %. На последнюю большое влияние оказывает влажность материала, его физические свойства, толщина слоя материала на сите и т.д. На обогатительных фабриках наибольшее распространение получили самоцентрирующиеся и самобалансные грохота.
Основные параметры инерционных, гирационных и самобалансных грохотов представлены в таблице 29.
Таблица 29
Основные типоразмеры и параметры грохотов (в числителе минимальный, в знаменателе – максимальный типоразмер)
| Параметры | Наклонные инерционные | Гирационные | Самобалансные | |||||
| Тип исполнения грохота | легкие | средние | тяжелые | средние | тяжелые | легкие | средние | тяжелые |
| Марка грохота | ГИЛ-32 ГИЛ-52 | ГИС-42 ГИС-52 | ГИТ-32 ГИТ-71 | ГГС-42 ГГС-52 | ГГТ-42 ГГТ-52 | ГСЛ-42 ГСЛ-72 | ГСС-22 ГСС-32 | ГСТ-81 |
| Размеры просеивающей поверхности, мм: | ||||||||
| ширина | 1250 | 1500 | 1250 | 1500 | 1500 | 1500 | 1000 | |
| длина | 2500 | 3750 | 2500 | 3750 | 3750 | 5000 | 2500 | |
| Количество сит | 2 | 2 | 1-2 | |||||
| Размеры отверстий сит, мм: | ||||||||
| верхнего | 40х40 | 20х40 50х120 | 26х26 26х26 | 135х135 | 7-30 | 5х20 | - | |
| нижнего | 6-25 | 12х12 | 12-25 - | 5х20 5х20 | 80х80 | 7-25 | 5х20 | - |
| Допустимая крупность исходного материала, мм | 100 | 360 | 100 | |||||
| Ориентировочная производительность, т/ч | 100 | 300 | 140* | 250* | - | 40 | - | |
| Мощность двигателя, квт | 4 | 10 | 13 | 17 | 17 | 5,5 | - | |
| Масса грохота, кг | 1450 | 3250 | 5500 | 3000 | 7000 | 6200 | 1900 |
* м3/ч
Широко в технике применяются вибрационные грохоты с электромагнитным вибратором (рис.7.28). Вибрации таких грохотов происходят в результате возвратно-поступательного движения якоря, соединенного либо жестко, либо через пружину с коробом грохота, который под действием переменного электромагнитного поля то втягивается в катушку, то выталкивается из нее. Грохоты с электромагнитными вибраторами обладают рядом существенных преимуществ перед остальными: непосредственное соединение двигателя с рабочим органом (коробом грохота) значительно упрощает механическую конструкцию грохота; отсутствуют трущиеся и изнашивающиеся (от трения) части, благодаря чему повышается надежность и долговечность установок; удельный расход электроэнергии значительно ниже. Единственным серьезным недостатком является малая амплитуда вибраций (1-3 мм), что не позволяет использовать грохоты с электромагнитным приводом для сортировки материалов повышенной крупности.
Грохота с электровибрационным возбуждением колебаний бывают как с горизонтальным, так и с наклонным расположением просеивающей поверхности.
Основные параметры электровибрационных грохотов характеризуются следующими данными:
| Грохота | |||
| Полезная площадь грохочения, м2 Размер отверстий решетки, мм Угол наклона решетки, град Амплитуда колебаний, мм Частота колебаний в минуту Эффективность грохочения, % | наклонный 2,50 20; 25; 60 1-3 70-80 | горизонтальный 4,75 20; 25; 60 2-3 70-80 |
9.4.2 Основные параметры грохочения
Процесс грохочения характеризуется комплексом технологических параметров и показателей. На рисунке 7.29 показана схема односитного грохота с основными показателями процесса грохочения. Одним из таких показателей является выход подрешетного продукта.
При установившемся режиме работы грохота соблюдается равенство:
Q = P + S, (7.34)
где Q – масса исходного материала, подаваемого на грохот в единицу времени, т/ч;
P и S - масса соответственно подрешетного и надрешетного продуктов, т/ч.
Уравнение баланса мелкого класса имеет вид:
Q α = P β + S v, (7.35)
где α - содержание какого-либо мелкого класса в исходном материале, %;
β и v - содержание того же класса соответственно в подрешетном и в надрешетном продуктах, %.
После подстановки S из предыдущего равенства (7.34) уравнение баланса получит вид:
Q (α – v) = P (β - v). (7.36)
Отсюда выход подрешетного продукта γ, равный отношению весов подрешетного продукта и исходного материала, из баланса (7.36) будет равен:
(7.37)
Если расчет ведется по классу, верхний размер которого равен размеру квадратных (или круглых) ячеек сита, то содержание расчетного класса в подрешетном продукте составляет 100 % (т.е. β = 100 %). В этом частном случае выход подрешетного продукта:
(7.38)
где α – содержание всего подлежащего отсеву мелкого класса в исходном материале, %.
Извлечение мелких классов ε в подрешетный продукт может быть выражено процентным отношением весового количества материала, входящего в мелкий класс подрешетного продукта, к общему количеству его в исходном материале. Если содержание мелкого класса в исходном материале равно α (доли единицы), то в 100 весовых единицах исходного материала имеется 100 α единиц данного класса, а в подрешетном – γ β таких же единиц (γ – выход подрешетного продукта, %; β – содержание в нем мелкого класса, доли единицы). Согласно определению, извлечение равно:
(7.39)
Не вычисляя выхода γ, можно найти извлечение непосредственно по данным ситовых анализов. Подставляя в равенство (7.39) значение γ из формулы (7.37), будем иметь:
(7.40)
В частном случае, когда β = 100 %, формула упрощается:
(7.41)
Таким образом, когда расчет ведется по классу, верхний размер которого совпадает с размером отверстий сит (т.е. по всему подрешетному продукту), извлечение представляет собой эффективность грохочения (7.25), т.е. ε 0 = η. Применительно к этому частному случаю эффективность (и извлечение) иногда называют точностью отсева. Вообще же извлечение ε и эффективность η не совпадают.
В надрешетном продукте неизбежно остается некоторое количество подлежащих отсеву мелких классов вследствие несовершенства разделения исходного материала в процессе грохочения. Содержание их v, характеризующее “степень замельченности” верхнего продукта, зависит от точности отсева ε и от начального содержания мелких классов в исходном материале α. Решение уравнения (7.41) относительно v дает соотношение:
(7.42)
Соответствующие этой формуле численные значения v графически показаны на рисунке 7.30.
Непосредственно по выходу γ подрешетного продукта “замельченность” верхнего продукта может быть вычислена по формуле:
(7.43)
Качество процесса грохочения необходимо характеризовать не одним, а двумя параметрами – точностью отсева ε 0 и “замельченностью” надрешетного продукта v, так как высокая точность еще не гарантирует хорошего качества верхнего продукта. Так, например, из агломерационной шихты крупностью 15-0 мм необходимо выделить постель (крупные классы 15-8 мм) грохочением шихты на сите с ячейками 8х8 мм. Содержание класса 15-8 мм в исходном материале 10 % (содержание мелочи 8-0 мм, α = 90 %). Допустим, что грохочение велось с очень высокой точностью (ε 0 = 98 %). Однако “замельченность” верхнего продукта классом 8-0 мм, согласно формуле (7.42), составляет 16 % при допустимой максимальной “замельченности” vmax = 10 %. Для обеспечения требуемой предельной “замельченности”, в соответствии с формулой (7.41), необходимо грохочение с точностью отсева (извлечением) не менее 98,8 %, что достижимо при понижении нагрузки грохота примерно на 40 %.
9.4.3 Теоретические основы классификации
Классификация продуктов измельчения руды в жидкой или воздушной средах, а также гравитационные методы обогащения, основаны на различии в скоростях падения частиц различного размера и плотности в этих средах. Падение тел может быть свободным и стесненным.
Свободным называется падение одиночных тел в жидкости на достаточно большом расстоянии от стенок, при котором их влиянием можно пренебречь.
Если падение тела в жидкости происходит в сосуде, размеры сечения которого соизмеримы с размерами тела, или падение тела происходит в жидкости, в которой находятся другие тела, сходные с ним или отличающиеся от него размерами, плотностью и формой, то такое падение будет стесненным.
В классификаторах и аппаратах гравитационного обогащения происходит только совместное падение многих частиц. Свободное падение является частным случаем стесненного, когда количество частиц в пульпе стремится к нулю. Вследствие относительной простоты свободное падение наиболее подробно изучено. Формулы для определения скорости свободного падения положены в основу многих выражений для стесненного падения, в которые вводятся соответствующие поправки.
Скорость свободного падения тела (частички руды) относительно жидкости определяется взаимодействием следующих сил.
сила тяжести (вес) F 1, направленная вниз, определяется объемом и плотностью частицы:
(7.44)
где dэ – эквивалентный диаметр шара (равновеликого по объему тела);
ρт - плотность тела;
g - ускорение силы тяжести.
Подъемная (архимедова) сила, направленная вверх, равна:
(7.45)
где ρж – плотность жидкости.
Гидродинамическое сопротивление, зависит от размеров и формы частиц, плотности и вязкости жидкости, скорости и ускорения частицы относительно жидкости, а в условиях стесненного падения и от расстояния между частицами.
Сила гидродинамического сопротивления F3 жидкости при движении в ней частицы (зерна) с постоянной скоростью выражается формулой:
F3 = φ ρж w 2 dэ2, (7.46)
где φ – коэффициент гидродинамического сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса:
(7.47)
где 
– коэффициент кинематической вязкости;
w – скорость частицы относительно жидкости;
μ – коэффициент динамической вязкости жидкости; μ = ρж .
При падении в неподвижной жидкости с начальной нулевой скоростью частица (зерно) под действием силы тяжести будет постепенно увеличивать скорость падения, при этом одновременно будет увеличиваться и сила сопротивления F3. По истечении некоторого промежутка времени частица приобретает практически постоянную скорость, называемую конечной скоростью падения. С этого момента сила тяжести F1 и подъемная сила F2 уравновешиваются силой гидродинамического сопротивления F3. Поэтому, с учетом формул (7.44-7.46), для шарообразных частиц справедливо равенство:
(7.48)
откуда:
(7.49)
где: 
Зная зависимость коэффициента сопротивления φ от числа Рейнольдса Rе, можно определить скорость w падения частицы в жидкости. Однако в общем случае теоретическое определение скорости падения частиц весьма сложно. Оно возможно только для некоторых тел в области малых значений чисел Рейнольдса (Rе ‹ 1), соответствующих условию ламинарного движения. В частности, для шара сила сопротивления F3 выражается формулой:
F3 = 3 π μ d w, (7.50)
где d - диаметр шара, что соответствует зависимости:
(7.51)
Тогда, на основании (4.48) и (4.51), скорость падения частицы (с эквивалентным диаметром шара dэ) может быть определена по формуле г.Стокса:
или 
(7.52)
Как видно, в этих условиях скорость движения частицы пропорциональна квадрату ее диаметра. Это самый благоприятный режим движения для успешного осуществления классификации. В ламинарном режиме движутся частицы руды менее 0,1-0,15 мм.
Если скорость падения частицы достигает постоянной величины при турбулентном режиме (500 ‹ Rе ‹ 200000), то коэффициент гидравлического сопротивления равен 0,44 и практически не зависит от Rе,
w = 5,48 
. (7.53)
Для этого случая скорость падения пропорциональна корню квадратному из диаметра частицы. Таким образом движутся частицы крупнее 1-1,5 мм.
Частицы промежуточной крупности (1,5-0,15 мм) достигают постоянной скорости падения в воде в переходном режиме. Для определения этой скорости предложено несколько эмпирических и интерполяционных формул, а также графические методы.
9.4.4 Классификаторы
Аппараты, предназначенные для разделения по крупности мелких частиц в жидкости (или газовой среде), называют классификаторами. Все классифицирующие устройства делятся на две основные разновидности:
- классификаторы с гравитационным разделением;
- классификаторы с разделением в поле центробежных сил (центробежные).
Различают два способа разгрузки крупной (пески) фракции: принудительная (механическая) и самотечная. К классификаторам с гравитационным разделением материала по крупности и механической разгрузкой песков относятся механические классификаторы: реечные, спиральные, дражные, чашевые и др. С самотечной разгрузкой – гидравлические классификаторы: однокамерные (конусные) и многокамерные.
К центробежным классификаторам с механической разгрузкой относятся центрифуги, а с самотечной – гидроциклоны и пневматические классификаторы (сепараторы).
Принцип работы классификаторов заключается в следующем. Каждый классификатор имеет емкость, заполненную водой, куда непрерывно подается пульпа (взвесь в воде мелких частичек различной крупности). Наиболее тяжелые – наиболее крупные частички – за определенное время успевают осесть на дно классификатора, в то время как мелкие остаются во взвешенном состоянии и выносятся из него потоком жидкости. Осевшие частицы называют песками, а поток жидкости, содержащий мелкие частички, - сливом.
Из большого количества разнообразных классификаторов рассмотрим устройство и принцип работы нескольких наиболее типичных и применяемых на обогатительных фабриках.
Гидроклассификатор (рис.7.31) представляет собой цилиндрический бак диаметром от 2 до 10 м, по оси которого укреплена медленно вращающаяся крестовина (граблина). Осевшие частицы скребками, находящимися в нижней части крестовины, постепенно перемещаются по коническому днищу к центральному отверстию, через которое происходит их разгрузка. Избыток воды со взвешенными мелкими частичками переливается через край классификатора в кольцевой желоб.
Спиральный классификатор (рис.7.32) представляет собой наклоненный под углом 14-18 градусов к горизонту полуцилиндрический желоб, в котором по оси закреплены один или два вала со спиралями. Вращающаяся со скоростью 3-6 об/мин спираль диаметром 300-3000 мм и длиной соответственно от 3 до 12,5 м перемещает осевшие частицы (пески) к разгрузочному (верхнему) концу классификатора и одновременно турбулизирует пульпу, препятствуя осаждению мелких частичек.
Камерный классификатор (рис.7.33) состоит из нескольких (3-10) камер, в которых осаждаются крупные частички с постепенным уменьшением их размеров (от 3 до 0,2 мм). Уплотнению слоя осевших частиц препятствуют вращающиеся мешалки и восходящие потоки воды, подаваемой в каждую камеру через пустотелые оси мешалок, что улучшает качество классификации.
Гидроциклоны используются для разделения наиболее мелких частиц материала. За счет подвода питания по касательной к корпусу (рис.7.34) поток пульпы приобретает вращательное движение.
В результате вращения появляется центробежная сила m v02/ R (где v0 – окружная скорость движения потока жидкости внутри циклона, а R – радиус вращения), перпендикулярная направлению движения потока. Под действием этой силы и происходит выделение крупных частичек, траектории движения которых представляют раскручивающуюся спираль. Чем крупнее частички, тем большей центробежной силе они подвергаются, тем быстрее они достигают стенок циклона, после чего частички тормозятся и спускаются вниз, где удаляются через специальный затвор. Поток жидкости, содержащий во взвешенном состоянии мелкие частички, примерно на середине циклона поворачивается вверх и выходит из него через центральный патрубок.
Принцип классификации измельченных материалов в гидроциклоне остается тем же, что и во всех рассмотренных выше классификаторах. То есть, для расчетов скорости движения частиц в направлении, перпендикулярном движению потока, можно использовать полученные ранее выражения (7.47–7.50) с той только разницей, что вместо ускорения силы тяжести следует подставлять центробежное ускорение v02/R. Повышая скорость движения потока и снижая радиус циклона, удается достигать высоких значений центробежного ускорения, во много раз превышающего ускорение силы тяжести. Благодаря этому интенсифицируется процесс выделения крупных частиц, и уменьшаются размеры аппарата. Так, максимальный диаметр гидроциклонов составляет 1000 мм. Другими достоинствами гидроциклонов являются простота конструкции и удобство эксплуатации.
Такие же циклоны работают при отделении (улавливании) пылевых частиц от потока газа, т.е. пылеуловители. При этом для увеличения центробежной силы, действующей на пылевые частицы, радиус циклонов уменьшают. Такие аппараты (мультициклоны) объединяют в группы, которые образуют батарейные циклоны.
Крупность частиц, разделяемых классификаторами, определяется средним временем пребывания измельченного материала в аппаратах. Чем мельче требуется выделить частички, тем больше времени пульпа должна находиться в классификаторе, что достигается обычно снижением его производительности.
К недостаткам мокрой классификации следует отнести повышенный расход воды. Поэтому в маловодных районах применяется воздушная классификация, которая сочетается с сухим измельчением руд.
Качество разделения частиц по крупности при классификации ниже, чем при грохочении, поскольку не только в крупной фракции содержатся мелкие частички, но и в мелкой – крупные. Эффективность работы классификаторов определяют с помощью следующей формулы:
(7.54)
где α, β, γ – содержание мелкой фракции в питании, сливе и песках, %.
9.4.5 Принципиальные схемы участков дробления и измельчения на обогатительных фабриках
Как уже отмечалось, для достижения высоких технико-экономических показателей процессы дробления и измельчения (осуществляемые в несколько этапов) всегда сопровождаются грохочением и классификацией. Ниже приведены основные схемы дробления (измельчения).
Схема А (рис.7.35).
Дробилка выдает руду по размеру кусков больше, чем требуется, что существенно повышает ее производительность. Мелкая фракция, выделяемая в результате последующего грохочения, представляет требуемый по крупности продукт, а более крупные куски (циркуляционная нагрузка) возвращаются в дробилку на додрабливание. Такая схема представляет дробление в замкнутом цикле. Применяется, когда в исходной руде нет или мало мелкой фракции.
Схема Б (рис.7.36).
Когда в руде много мелкой фракции, применяют схему Б, по которой перед подачей на дробление руда подвергается предварительному грохочению для отделения готовой (мелкой) фракции материала. К ней затем добавляется фракция после дробления до заданных размеров кусков. Такая схема называется дроблением в открытом цикле, в котором нет циркуляционной нагрузки.
Схема В (рис.7.37).
Она является более сложной, чем предыдущие и состоит из одной операции дробления и двух операций грохочения. По варианту а) объединены предварительное и контрольное грохочение, по второму варианту б) операции грохочения разделены.
Аналогичные схемы применяются при измельчении; в этом случае вместо грохочения используют классификацию. На рисунке 7.38 приведена схема цикла измельчения.
На современных крупных дробильно-обогатительных фабриках применяются сложные схемы дробления и измельчения, представляющие комбинации более простых.
Дата добавления: 2015-07-21; просмотров: 264 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Гранулометрический состав рудных материалов и методы его определения | | | Обогащение руд |