Процессы дробления, измельчения и грохочения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

дробление измельчение грохочение

Процессы дробления, измельчения и грохочения широко применяются в производственной деятельности человека, в народном хозяйстве. В настоящее время в мире ежегодно дробится и измельчается более двух миллиардов тонн полезных ископаемых, а по числу занятых людей, производства, использующие дробление и измельчение минерального сырья, стоят на втором месте, уступая лишь сельскому хозяйству. Можно отметить, что 1/20 часть всей вырабатываемой электроэнергии расходуется на данные процессы.

Наиболее широко процессы дробления, измельчения и грохочения применяются в следующих отраслях промышленности:

1. Горная промышленность - включает добычу и обогащение полезных ископаемых;

2. Строительная промышленность - дробление руды, природного камня с целью получения щебня для производства строительных материалов и дорожного покрытия;

3. Металлургия - дробление богатых руд и флюсов перед процессом плавки;

4. Химическая промышленность - дробление угля на коксохимических заводах перед коксованием;

5. Пищевая промышленность - мукомольные комбинаты, измельчение сахарной свеклы и др.;

6. Медицинская промышленность - подготовка растительного и химического сырья.

Поскольку в настоящее время в процесс переработки все чаще вовлекается бедное сырье с тонкой и крайне неравномерной вкрапленностью ценного компонента, развитие технологии процессов дробления, измельчения и грохочения является чрезвычайно актуальным. Добиться повышения эффективности данных процессов можно за счет внедрения нового дробильно-измельчительного и классифицирующего оборудования с большей производительностью и меньшей энергоемкостью, позволяющего добиваться селективного раскрытия минеральных сростков.

Задачи курса:

1. Изучение теоретических основ процессов дробления, измельчения и грохочения;

2. Изучение устройства, области применения, принципа действия и условий эксплуатации основного дробильно-измельчительного и классифицирующего оборудования;

3. Изучение принципов построения и расчета схем дробления, измельчения и грохочения;

4. Выбор и расчет оборудования для дробления, измельчения и грохочения.

Основные понятия и определения

В процессе первичной переработки на обогатительной фабрике, минеральное сырье подвергается ряду последовательных и взаимосвязанных операций, которые можно разделить на четыре группы:

1. Подготовительные

2. Основные обогатительные

3. Вспомогательные (обезвоживание, сгущение и сушка)

4. Процессы производственного обслуживания (водо-, воздухо- и электроснабжение, транспортировка руды и продуктов и т.д.).

К подготовительным процессам относят операции дробления, измельчения, направленные на раскрытие ценных компонентов и доведение материала до крупности, необходимой в процессе обогащения. А так же операции грохочения и классификации, применяемые для разделения полученной механической смеси по классам крупности.

Дроблением, измельчением называют процесс разрушения твердых тел под действием внешних сил, направленных на преодоление сил внутренноего сцепления частиц.

Процесс характеризуется уменьшением линейных размеров кусков (зерен) дробимого материала. Основным количественным показателем процесса дробления, измельчения является степень дробления (i), оцениваемая как отношение максимального зерна до дробления (D_max) к максимальному зерну после дробления (d_max):

;

Грохочением называют процесс разделения сыпучих материалов по крупности на поверхностях с калиброванными отверстиями.

Основной характеристикой процесса является показатель эффективности грохочения (Е), определяющийся как отношение массы подрешетного продукта (а) к массе этого же класса, содержащейся в исходной руде (б).

;

Классификацией называется процесс разделение тонкоразмерных смесей на узкие фракции относительно скорости падения в водной или воздушных средах.

Комплекс вышеперечисленных операций, а именно дробление и грохочение, измельчение и классификация называется рудоподготовкой, при этом изменение химического состава руды не происходит, изменяется только гранулометрический состав исходного материала.

Задачи рудоподготовки:

1. Раскрытие зерен ценного компонента, путем доведения сырья до крупности, соответствующей размеру вкрапленности, пригодного для переработки известными методами.

2. Получение готового продукта заданной крупности для дальнейшего использования в народном хозяйстве (строительная промышленность).

Поскольку сырье, поступающее на обогатительные фабрики, имеет куски критического размера (для открытых горных выработок 1200-1500 мм, для подземных 600-800 мм), процесс дробления и измельчения проводят в несколько стадий. Технологически грамотно процессы дробления сопровождать операциями грохочения, а процессы измельчения операциями классификации. При этом соблюдается так называемый принцип Чеччота, не дробить ничего лишнего, своевременно выводить из процесса готовый по крупности класс, что исключает переизмельчение продукта, экономит электроэнергию и увеличивает срок службы футеровочных плит дробилок и мельниц.

Графическое отображение операций подготовки руды к обогащению называют схемой рудоподготовки. Эти схемы различны и многообразны.

Выбор схемы зависит от следующих факторов:

1. Исходной и конечной крупности продукта;

2. Размера вкрапленности основного и сопутствующих ценных компонентов;

3. Физико-механических особенностей руды (насыпная плотность, абразивность, влажность, показатели дробимости и измельчаемости);

4. Имеющегося технологического оборудования.

Правильный выбор схемы рудоподготовки снижает себестоимость продукта, повышает качество концентрата и показатель извлечения.

1. Грохочение

Грохочение - разделение продуктов по классам крупности путем просеивания через одно или несколько сит, иначе можно сказать - классификация материала на просеивающих поверхностях.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Распределение материала в процессе грохочения

Материал, поступающий на грохочение, называется - исходным; остающийся на сите - надрешетным, «верхним» или «+» продуктом (классом); проходящий через отверстия сита - подрешетный «нижним» или «-» (рис. 1).

Материал, прошедший через сито с большими отверстиями (1₁) и оставшийся на сите с меньшими отверстиями (1₂) называется классом крупности.

Крупность класса обозначают тремя способами (рис. 2):

1. -l₁ + l₂ или -d₁ + d₂ -20 +10 мм

2) l₁ -l₂ или d₁ - d₂ 20 - 10 мм

3) l₂ - l₁ или d₂ - d₁ 10 - 20 мм

Наиболее широкое применение при обозначении продуктов грохочения руд получил первый способ. Третий обязателен при грохочении углей (ГОСТ-2093-69).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Порядок записи выделенных при грохочении классов

При последовательном просеивании материала на n-ом количестве сит получают n+1 количество продуктов. Причем один из продуктов просеивания служит исходным сырьем для последовательного просеивания (рис. 2).

Последовательный ряд размеров отверстий сит, применяемых при грохочении, называется шкалой грохочения или классификации.

Отношение размеров отверстий сменных сит называется модулем шкалы грохочения или классификации.

При крупном и среднем грохочении модуль чаще всего равен 2.

100; 50; 25; 12,5 и т. д.

Для мелких сит, применяемых для ситового анализа ситовых навесок, применяется меньший модуль (М).

0,400; 0,280; 0,200; 0,140; 0,100; 0,074

2. Классификация процессов грохочения

Операции грохочения широко применяются в практике обогащения и по технологическому назначению их можно разделить на пять групп:

1. Вспомогательное грохочение - применяется в схемах рудоподготовки для выделения готового по крупности продукта, в том числе:

? предварительное - перед дроблением (рис. 3.а);

? контрольное или поверочное - после операций дробления для контроля крупности дробленного продукта (рис. 3.б);

? совмещенное, когда обе операции соединяются в одну (рис. 3.в).

Рис. 3. Грохочение в сочетании с дроблением: а - предварительное; б - контрольное; в - совмещенное

2. Подготовительное - для разделения материала на несколько классов крупности, предназначенных для последующей раздельной обработки.

Такое грохочение необходимо перед процессами гравитации и электромагнитной сепарации, поскольку требуется строго выдерживать по крупности класса и продукты, поступающие в обогатительные аппараты.

3. Самостоятельное грохочение - для выделения классов, представляющих собой готовые продукты, отправляемые потребителю. Например, выделение определенных классов крупности при использовании в дорожном строительстве. Эту операцию также называют механической сортировкой.

4. Обезвоживающее грохочение (обесшламливание на грохотах) - для удаления основной массы воды, содержащейся в руде после ее промывки, или для отделения суспензии от конечных продуктов (при сепарации в тяжелой среде).

5. Избирательное грохрочение - применяется для выделения класса крупности отличающегося от общей массы материала содержанием ценного компонента или другими показателями. Например, различия в твердости, крепости или форме кусков ценных компонентов и пустой породы. Данный процесс также принято называть рудоразборкой.

По условиям работы грохота операции грохочения подразделяются на несколько видов соответственно крупности наибольших кусков в исходном питании и размерам отверстий просеивающих поверхностей. В зависимости от этих условий различают: предварительное (удаление негабаритов), крупное, среднее, мелкое и тонкое грохочение (таб. 1).

Таблица 1 Условное обозначение операций грохочения

Наименование операции	Диаметр зерна в питании, мм	Размер отверстия сетки грохота, мм
Предварительное (удаление негабаритов)	+1500	Размер отверстия сетки равен ширине приемной пасти дробилки крупного дробления
Крупное	-1500+300	300-100
Среднее	-300+100	100-25
Мелкое	-100+10	25-5
Тонкое	-10	5-0,05

На некоторых предприятиях применяют особо тонкое грохочение на ситах с размером отверстий до 0,045 мм (сортировка абразивного зерна и шлифовальных порошков, рассев проб при ситовом анализе).

3. Рабочая (просеивающая) поверхность грохота

Рабочей поверхностью грохота называют плоскую, реже цилиндрическую или коническую поверхность, имеющую отверстия, на которой осуществляется процесс рассева материала по классам крупности.

В качестве рабочей поверхности используют колосниковые решетки; листовые сита (решета), выполненные из перфорированной стали и проволочные сетки.

Конструкция просеивающей поверхности зависит от технологического назначения грохота и условий его работы.

Колосниковые решетки. Применяют крупного, реже среднего грохочения как в неподвижных, так и в подвижных грохотах.

Решетки собираются из стержней или колосников, располагающихся параллельными рядами, и скрепляются поперечными балками (рис. 4).

Рис. 4. Общий вид колосниковой решетки

Размер отверстий решетки (l) определяется шириной щели в свету между колосниками. Размер отверстий не менее 50 мм.

Чаще всего колосниковые решетки собираются на обогатительных фабриках подручных материалов, поэтому форма сечения может быть самой разнообразной (рис. 5).

Для грохочения крупнокускового материала применяют решета, собранные из сварных металлических балок, защищенных от износа сменными плитами из марганцовистой стали. Средний срок службы ? 2500 ч.

Рис. 5. Формы сечений колосников

Листовые сита (решета) - применяют в подвижных грохотах, предназначенных для среднего и мелкого грохочения. Они представляют собой стальные листы с проштампованными или просверленными отверстиями различной формы (рис. 6).

Рис. 6. Формы и расположение отверстий в листовых ситах: а - круглые; б - квадратные; в, г, д, е - щелевидные

Чаще всего используют круглые и щелевидные отверстия. Листовые сита (решета) с квадратными и круглыми отверстиями стандартизованы.

Например, квадратные отверстия имеют размеры: 5; 6; 13; 14; 16; 20 …150 мм.

Круглые отверстия имеют диаметр: 7; 12; 15; 18; 20 … 95 мм.

Толщина листа (h) для сит с отверстиями больше 10 мм равна 4-6 мм; для сит с отверстиями 30-60 мм - 8-10 мм.

Изготовляют сита из сталей разных марок и сплавов. Чаще всего применяются листовые сита с размерами отверстий 10-80 мм. Срок службы листовых решет ? 700 ч (при непрерывной работе). Этот срок может быть увеличен при наплавке твердого сплава на рабочую поверхность или на кромки ячеек (рис.7).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Виды наплавки твердых сплавов на поверхность сетки

В настоящее время на обогатительных фабриках широко применяют решета, выполненные из резины или полиуретанового каучука. Изготовляют с квадратными, круглыми или треугольными отверстиями размером 3-20 мм, методом прессования (рис. 8). Толщина резинового листа 3-6 мм. При работе с глинистыми материалами для уменьшения заиливания отверстия могут иметь трапециевидную форму.



Рис.8. ПолиурРис. 8. Полиуретановые просеивающие поверхности фирмы «MULTOTEK»

Применяют резиновые листовые сита при грохочении абразивного материала, углей, алмазов. Срок службы данных поверхностей ? 2000 ч.; при работе с углем ? 2 года.

Проволочные сетки (проволочные сита) - состоят из стержней (проволок), пересекающихся под прямым углом и образующих квадратное или прямоугольное отверстия размером от 25 до 0,04 мм.

В качестве расходного материала может быть использована стальная, латунная, медная, бронзовая или никелевая проволока.

Различают тканые сетки, сборные из канилированных (рифленых) проволок и сварные, в которых проволоки в местах пересечения сваривают.

1. Тканые сетки изготавливают двух типов:

а) простого (полотняного) плетения - при котором каждая проволока основы (продольная) переплетается с каждой проволокой утка (поперечной) (рис.. 9.а);

б) саржевого плетения - при котором проволоки основы и утка переплетаются через две проволоки, применяют для самых мелких сеток 0,074-0,04 мм (рис. 9.б).

Рис. 9. Тканые сетки: а - простого плетения; б - саржевого плетения

2. Сборные сетки - составляют из канилированной (волнистой) предварительно рифленой проволоки. В соответствии с ГОСТом 3306-70 сетки могут быть:

а) частичной рифленые ( ЧР) - проволоки утка имеют рифления (изгиб) в местах переплетения, проволоки основы не изгибаются (рис. 10.а);

б) рифленые (Р) - проволоки основы и утка имеют изгиб в местах переплетения (рис. 10. б);

с) сложно рифленые (С) - проволоки основы и утка имеют дополнительные изгибы по сторонам ячейки (рис. 10.в).

Рис. 10. Сборные сетки из рифленой проволоки: а - частично рифленые; б - рифленые; в - сложно рифленые

При грохочении влажных материалов применяют серпантинные сетки - продольно изогнутые проволоки, образующие квадратные отверстия. Каждая проволока может колебаться отдельно и тем самым очищать отверстия сетки от налипшего материала.

Существуют аналоги применения вместо металлической проволоки капроновых нитей (повышенный срок эксплуатации, меньше шума).

Срок службы проволочных сит зависит от износостойкости и диаметра проволок, размера отверстий сетки, производительности грохота, крупности, плотности и абразивности материала, а также способа крепления сита. В среднем: для сеток с размером отверстий до 13 мм срок эксплуатации около 25 дней; для сеток с большими отверстиями порядка 25-40 дней.

4. Коэффициент живого сечения

Все просеивающие поверхности характеризуются коэффициентом живого сечения, т.е. отношением площади отверстий сетки в свету к ее общей площади, выраженное в %.

Для проволочных сеток с квадратными отверстиями коэффициент живого сечения равен

С прямоугольными (щелевидными) отверстиями:

,

где: л, , b - длина и ширина отверстия, мм;

a - диаметр проволоки, мм.

В общем можно отметить, что коэффициент живого сечения проволочных сеток равен L ? 70-80%.

Для колосниковых решеток коэффициент живого сечения обычно не превышает 40% и определяется по формуле:

Для листовых решет коэффициент живого сечения равен 40-50% и определяется:

с квадратными отверстиямис круглыми отверстиями

, %, %

где: n- количество отверстий на 1 м² решета;

л - сторона ячейки, мм;

d - диаметр круглых отверстий, м.

Независимо от вида поверхности, чем выше коэффициент живого сечения тем больше просеивающая способность, однако тем меньше срок службы.

5. Гранулометрический состав минерального сырья и продуктов обогащения

Обрабатываемое на обогатительной фабрике минеральное сырье и получаемые из него продукты представляют собой сыпучие материалы, представленные различными по размерам кусками минералов и их сростков.

Если говорить о размере единичных кусков, то при определении истинного размера исходят из его формы, массы или плотности.

1. Размер кусков сферической (или шарообразной) формы принимают равным диаметру шара, в который впишется данное зерно

2. Размер кусков кубической формы определяют как длину ребра куба, в который вписывается кусок

3. Для кусков неправильной формы диаметр определяют по двум или трем линейным измерениям, вписав его в параллелепипед

;

;

4. Кроме этого размер куска можно определить через эквивалентный диаметр

где: G - масса зерна, кг;

д - плотность, кг/м³.

Крупность всей массы сыпучего материала оценивают по гранулометрическому составу.

Гранулометрическим составом называют соотношение массовых содержаний зерен различной крупности, входящих в состав полезного ископаемого. Гранулометрический состав материала определяют посредством анализов:

1. ситового - путем рассева на ситах на классы крупности, для материалов крупнее 0,04 мм;

2. седиментационного - путем разделения материала на фракции по скорости падения частиц в жидкой среде, для материала крупностью от 50 до 5 мк;

3. микроскопического - путем измерения частиц под микроскопом и классификации их на группы в узких границах определенных размеров для материалов крупностью менее 50 мк.

Определение гранулометрического состава руды необходимо для осуществления контроля процессов грохочения, дробления и измельчения. А так же для определения эффективности работы классификаторов. Наиболее распространенный способ определения гранулометрического состава - ситовой анализ.

6. Ситовой анализ

Ситовой анализ - рассев сыпучего материала, с целью определения его гранулометрического состава, через стандартный набор сит и определение процентного содержания остатка на каждом из них по отношению к массе исходной пробы.

При этом диаметр зерна определяется размером отверстия, через которое оно проходит.

Материал крупнее 25 мм рассеивается на качающихся горизонтальных грохотах или (значительно реже) ручных ситах. Мельче 25 мм - на лабораторных ситах. Достоверность анализа зависит в первую очередь от массы пробы, метода ее отбора и точности проведения анализа.

Максимальная масса М (кг) пробы руды для гранулометрического состава рассчитывается по формулам

,

где d - размер максимального зерна, м

k- коэффициент, зависящий от однородности состава

В зависимости от требуемой точности анализа и влажности исходного материала ситовой анализ может выполняться сухим, мокрым и комбинированным способом.

Если не требуется особая точность и материал невысокой влажности (т.е. не слипается), применяют сухой способ рассева. Осуществляется он при помощи механического встряхивателя. Он состоит из набора сит, корпуса, приводного механизма, сообщающего ситам качательные движения в горизонтальной плоскости. Порция материала, засыпанного на верхнее сито, просеивается на классы. Нижний класс собирается в поддоне. Время рассева принимают 10-30 мин. Продолжительность зависит от влажности и крупности материала. Мелкий и влажный материал требует большего времени просеивания. Остаток на каждом сите взвешивают в точность до 0,01 г на технических весах.

Операция просеивания как крупного, так и мелкого материала считается законченной, если при контрольном просеивании (вручную) в течение 1 мин масса материала, прошедшего через сито, не будет превышать 1% от массы материала, оставшегося на сите. Потери при проведении анализа не должны превышать 1% от массы исходной пробы.

При наличии в пробе значительного количества мелкого материала и необходимости повышенной точности анализа пробу рассеивают комбинированным способом. Для этого пробу засыпают на сито, например, 0,063 мм, и отмывают шламы слабой струей воды до тех пока, пока промывочная вода не станет прозрачной. Остаток на сите высушивают, взвешивают, по разности масс определяют массу отмытого шлама. Высушенный остаток помещают на верхнее сито и рассеивают сухим способом, включая и самое мелкое, на котором отмывался шлам. Подрешетный продукт этого последнего сита прибавляют к полученной ранее массе отмытого шлама.

Результаты ситового анализа записываются в таблицу, подобную табл. 2. Вычисляют средний диаметр зерен в классе и суммарные выхода, представляющие сумму выходов всех классов крупнее (суммарный выход по плюсу) и мельче (суммарный выход по минусу) отверстий данного сита.

Таблица 2. Результаты ситового анализа (пример записи)

Класс крупности, мм	Средний диаметр в классе	Частный выход, г	Суммарный выход, %
		гр	%	по плюсу	по минусу
1	2	3	4	5	6
-20+10	15	45,0	18,00	18,0	100
-10+5	7,5	60,0	24,0	42,0	82
-5+2,5	3,75	30,0	12,0	54,0	58
-2,5+1,25	1,88	25,0	10,0	64,0	46
-1,25+0,63	0,94	40,0	16,0	80,0	36
-0,63+0	0,31	50,0	20,0	100,0	20
итого	5,35	250,0	100,0	-	-

Средний диаметр зерна в классе определяется как среднее арифметическое из двух предельных размеров зерен, составляющих данный класс. Средневзвешенный диаметр всей смеси зерен определяется по формуле:

d_cp = ;

где d₁, d₂, … d_n - средний диаметр зерен в классе (колонка 2);

г₁, г₂, … г_n - выход соответствующих классов, % (колонка 4).

Полученное значение средневзвешенного диаметра вносится в таблицу (колонка 2, строка итого).

7. Характеристики крупности

Характеристикой крупности называется графическое изображение гранулометрического состава сыпучего материала.

Характеристики крупности строят в прямоугольной системе координат: частные - по выходам отдельных классов и суммарные (кумулятивные) - по суммарным выходам классов.

При построении частной характеристики по оси абсцисс откладывают величины отверстий сит, применявшихся при ситовом анализе, а по оси ординат - выхода соответствующих классов в процентах. При этом характеристики могут быть построены на большем, меньшем или среднем диаметре зерна в классе, а также можно указать весь класс крупности - столбиковая диаграмма (рис. 11).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Частные характеристики крупности: а - на большем диаметре класса; б - на меньшем диаметре класса; в - на среднем диаметре класса; г - столбиковая диаграмма

Суммарную характеристику крупности строят как обыкновенную кривую, описываемую уравнением y=f(d), при этом по оси абсцисс откладывают диаметры зерен соответствующие меньшему диаметру в классе крупности, по оси ординат суммарный выход класса «по плюсу» или «минусу» в процентах (рис. 12).

Рис. 12. Характеристики крупности: 1 - «по плюсу»; 2 - «по минусу»

Суммарные характеристики «по плюсу» могут быть выпуклыми, вогнутыми и прямолинейными. Выпуклая кривая характеризует преобладание крупных зерен в смеси, вогнутая - мелких зерен. Прямолинейная характеристика свидетельствует о равномерном распределении в материале зерен различной крупности.

По кривой суммарной характеристики можно определить выход любого класса крупности. Для этого необходимо на оси абсцисс найти точки соответствующие искомым диаметрам зерен и поднять из них перпендикуляры до пересечения с кривой суммарной характеристики, из точки пересечения провести прямую параллельную оси (х) до пересечения с осью (у). Точки пересечения с осью (у) укажут процентное содержание зерен искомого диаметра в смеси. Разность между двумя значениями есть процентное содержание класса.

При построении суммарных характеристик крупности в широком диапазоне крупностей зерен материала отрезки на оси абсцисс в области мелких классов получаются весьма малого размера, что затрудняет построение и использование характеристик. Приходится строить непомерно большие графики. Чтобы избежать этого недостатка, суммарные характеристики строят в системе координат с полулогарифмической или логарифмической шлаками. Полулогарифмическая суммарная характеристика крупности строиться в системе координат (lg x;y), где х=l - размер отверстий сита, у - суммарный выход классов.

Преимущество полулогарифмической кривой, по сравнению с обыкновенной кривой у=f(d), состоит в том, что расстояния между соседними значениями величин отверстий сит на оси абсцисс в области мелких зерен увеличиваются, а в области крупных - сокращаются, что позволяет правильно отсчитывать выхода мелких классов при обычном размере графика.

Если набор сит, применяемых для ситового анализа, имеет постоянный модуль (М=2), то построение полулогарифмической характеристики значительно упрощается, так как отрезки на оси абсцисс будут одинаковой величины, поскольку каждый отрезок на оси абсцисс между соседними ситами равен lgМ (табл. 3). При построении характеристики за lgМ можно принять произвольный отрезок (рис. 13).

Таблица 3. Разница между логарифмами размеров смежных сит при М=2 (пример)

№ сит	Размеры отверстий сит, мм	Логарифмы размеров отверстий сит	Разность между логарифмами размеров отверстий смежных сит
1	ll	lg ll	-
2	llМ	lg ll + lgМ	(lg ll + lgМ) - lg ll = lgМ
3	llМ2	lg ll +2 lgМ	(lg ll +2 lgМ) - (lg ll + lgМ) = lgМ
4	llМ3	lg ll +3 lgМ	(lg ll +3 lgМ) - (lg ll +2 lgМ)= lgМ

В отличие от обыкновенных кривых суммарной характеристики, левая ветвь полулогарифмических кривых не доходит до ординаты, соответствующей выходу 100%, так как этому выходу по оси абсцисс соответствует lg0= - ?.

Рис. 13. Полулогарифмические суммарные характеристики крупности: 1 - «по плюсу»; 2 - «по минусу»

8. Эффективность процесса грохочения

Для количественной оценки полноты отделения мелкого материала от крупного при грохочении введено понятие эффективности (точности) грохочения.

Эффективностью грохочения (Е) называется выраженное в процентах или долях единицы отношение веса подрешетного продукта (а) к весу нижнего класса в исходном материале (б).

;

Эффективность грохочения также можно определить как извлечение нижнего класса в подрешетный продукт.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 14. Схема грохочения к определению эффективности грохочения

Рассмотрим баланс материала при грохочении (рис. 14), где Q - вес (масса) материала; в - содержание нижнего класса.

Q₁=Q₂+Q₃

Введем следующие обозначения:

Q₁в₁/100 - масса нижнего класса в исходном материале;

Q_1, Q₂,_, Q₃ - масса исходного, подрешетного и надрешетного продуктов;

в₁, в₂, в₃ - содержание нижнего класса в исходном, подрешетном и надрешетном продуктах, %

Эффективность грохочения согласно определению будет

E=Q₂ : Q₁в₁/100 ·100 = Q₂/Q₁в₁·10⁴

Однако для определения эффективности грохочения по данной формуле необходимо знать веса исходного материала и подрешетного продукта, что достаточно трудновыполнимо при непрерывном процессе переработке на обогатительной фабрике. Поэтому отношение весов Q₂/Q₁=г (выход подрешетного продукта) определяют по содержанию нижнего класса в исходном материале и надрешетном продукте.

Для вывода расчетной формулы составим уравнения баланса

Q₁=Q₂+Q₃ баланс материала [1]

Q₁в₁/100 = Q₂ + Q₃в₃/100 баланс нижнего класса [2]

Выразим Q₁в₁ из [2] уравнения и Q₃ из [1]

Q₁в₁ = 100·Q₂ + Q₃в₃ [3]

Q₃ = Q₁ - Q₂ [4]

Подставим [4] выражение в [3].

Q₁в₁ = 100·Q₂ + (Q₁ - Q₂)в₃

Q₁в₁ = 100·Q₂ + Q₁в₃ - Q₂в₃

Q₁в₁ - Q₁в₃ = 100·Q₂ - Q₂в₃

Q₁(в₁ - в₃) = Q₂(100 - в₃)

Выразим г (выход подрешетного продукта) как выражение - Q₂/Q₁

Q₂/Q_{1 =} (в₁ - в₃)/ (100 - в₃) [5]

Подставим выражение [5] в уравнение эффективности грохочения получим в окончательном виде формулу для определения эффективности грохочения по нижнему классу

E = [ (в₁ - в₃) / (100 - в₃) ·в₁] · 10⁴ , %.

где в₁- содержание нижнего класса в исходном материале, %;

в₃ - содержание нижнего класса в надрешетном продукте, %.

Содержание нижнего класса определяют тщательным рассевом проб исходного материала и надрешетного продукта на ситах с отверстиями той же величины и формы, что и на сите грохота, эффективность работы которого определяют.

В некоторых случаях результаты грохочения оценивают упрошено - по содержанию нижнего класса в надрешетном продукте (в₃), т.е. по так называемому «замельчению». Если этим способом пользуются для целей текущего контроля операции грохочения при относительно постоянном или мало меняющемся содержании нижнего класса в исходном материале (в₁), то результаты контроля будут достаточно хорошо характеризовать работу грохотов. Поскольку каждому «замельчению» надрешетного продукта соответствует определенное извлечение данного класса в подрешетный продукт. При колеблющемся в значительных пределах содержании нижнего класса в исходном материале оценка по «замельчению» дает только качественную характеристику операции грохочения и не позволяет судить о полноте выделения в подрешетный продукт нижнего класса.

9. Факторы, влияющие на эффективность грохочения

Главными технологическими показателями процесса грохочения материала являются: производительность грохота, «замельченность» надрешетного продукта и эффективность грохочения.

Значение эффективности грохочения определяется и обуславливается действием ряда факторов, которые можно разделить на две основные группы:

I. Факторы, зависящие от физико-механических свойств грохотимого материала (относительный размер зерен в исходном питании; форма зерна, влажность материала и т.д.);

II. Конструктивно-механические факторы (размеры грохота и режим его эксплуатации).

Рассмотрим факторы первой группы.

1. Влияние относительного размера зерна на эффективность грохочения.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 15. Процесс рассева сыпучих продуктов

Просеивание зерен нижнего класса сыпучего материала сквозь сито можно рассматривать как процесс, состоящий из двух стадий: 1) зерна нижнего класса должны пройти сквозь слой зерен верхнего класса, чтобы достигнуть поверхности сита; 2) зерна нижнего класса должны пройти через отверстия сита (рис. 15). Осуществлению обеих стадий помогает соответствующий характер движения короба грохота, приводящий слой материала на сите в разрыхленное состояние и освобождающий сито от зерен, застрявших в его отверстиях.

При встряхивании короба в слое зерен, лежащем на сите наблюдается процесс сегрегации (расслоение по крупности), способствующий прохождению зерен нижнего класса к поверхности сита и их прохождению через отверстия.

Зерна, диаметр которых меньше чем 0,75l, легко проходят через слой материала, достигают поверхности сита и проходят через его отверстия. Такие зерна принято называть «легкими». Количество этих зерен не виляет на эффективность рассева материала.

Зерна, диаметр которых приближается к диаметру отверстия сетки (0,75l<d<l) могут испытывать определенные трудности при прохождении через слой материала и отверстия сета. И эта трудность прохождения прогрессивно возрастает по мере приближения диаметра зерен к величине отверстий сита. Такие зерна называют «трудными».

Зерна диаметром больше отверстия сита, но меньше его полуторного размера (l<d<1,5l )концентрируются, в основном, на поверхности сита и затрудняют проникновение в его поверхности нижнего класса. Кроме того, зерна, близкие по диаметру к величине отверстий сита, но больше их, легко застревают в отверстиях и «заслепляют» сито. Такие зерна называют «затрудняющими».

Зерна, диаметр которых больше полуторной величины отверстий сита, не оказывает существенного влияния на перемещение зерен к поверхности сита. В то время как содержание в исходном материале «трудных» и «затрудняющих» зерен напрямую связано с показателем эффективности грохочения. Чем выше содержание этих зерен, чем ниже эффективность грохочения.

2. Влияние влажности материала на процесс грохочения.

Всю влагу в процессе грохочения принято делить на:

- внешнюю (гравитационную) влагу, покрывающую пленкой поверхность зерен материала;

- внутреннюю (капиллярную), находящуюся в порах и трещинах;

- химически связанную.

Вода, находящаяся в порах и трещинах зерен, а также химически связанная, на процесс грохочения влияния не оказывает. Например, грохочение некоторых каменных углей практически невозможно при влажности их 6%, так как влага, в основном представлена поверхностными пленками, в то же время сильно пористые бурые угли просеиваются даже при влажности до 45%.

Заметное влияние на эффективность грохочения оказывает внешняя влага, особенно при грохочении на ситах с мелкими отверстиями. Внешняя влага вызывает слипание мелких частиц зерен между собой, налипание их на крупные куски и замазывание отверстий сит вязким материалом. Кроме того, вода смачивает проволоки сита и может, под действием сил поверхностного натяжения, образовывать пленки, затягивающие отверстия. Все это препятствует расслоению материала по крупности на сетке и затрудняет прохождение мелких зерен через отверстия, в результате чего они остаются в надрешетном продукте.

Рис. 16. Зависимость эффективности грохочения от влажности

На рис. 16. показана для примера зависимость влаги W. Начальный участок кривой, примерно до W?8%, представляет собой слабонаклонную прямую. Точка W_кр?8% является критической, так как после нее наблюдается резкое падение кривой из-за замазывания отверстий сит. В пределах от W?12% до W?40% грохочение практически полностью прекращается - почти весь материал остается на сите. Однако при дальнейшем повышении влажности (грохочение с добавкой воды) наступает переход к процессу мокрого грохочения, и эффективность снова повышается. Иначе можно сказать, чем выше влажность исходного материала, тем ниже эффективность грохочения. Однако эффективность мокрого грохочения выше сухого.

При мокром грохочении применяются два варианта: грохочение с орошением из брызгал и грохочение в струе воды. При этом расход воды зависит от количества и свойств глинистых примесей, мелочи и пыли и колеблется от 1,5 до 3 м³ на 1 м³ исходного материала. Мокрое грохочение предпочтительнее сухого еще и по условиям борьбы с запыленностью производственных помещений. В некоторых случаях, особенно при грохочении кремнистых руд, прибегают к специальному увлажнению руды (до 4-6%) с целью снижения пылевыделения и улучшения санитарного состояния помещений.

Если процесс грохочения влажных руд по технологическим соображениям неприменим, то для повышения эффективности рассева иногда применяют грохоты с электрообогревом сит или прибегают к добавлению поверхностно-активных веществ к влажному материалу, что увеличивает его подвижность и сыпучесть.

К факторам второй группы - конструктивно-механическим - относятся:

1. Влияние формы отверстий сита.

В практике грохочения применяют просеивающие поверхности с круглыми, квадратными, прямоугольными (щелевидными) и треугольными отверстиями. Выбор формы отверстия зависит от требований предъявляемым к крупности продуктов грохочения и к производительности грохота.

Круглые отверстия по сравнению с другими формами того же номинального размера дают более мелкий по крупности подрешетный продукт. Однако данная смесь соразмерна по крупности и форме зерна, что особенно важно при гравитационных способах обогащения. Практически считают, что максимальный размер зерен, проходящих через круглое отверстие, составляет в среднем около 80-85% от размера зерен, проходящих через квадратное отверстие того же размера.

Прямоугольные (щелевидные) отверстия допускают прохождение зерен более крупных по сравнению с круглыми и квадратными отверстиями такого же размера. В практике принимают, что для получения материала такой же крупности, как и при круглых отверстиях, ширина прямоугольных отверстий должна составлять 65-70% диаметра круглого отверстия. Сита и решета с прямоугольными отверстиями по сравнению с рабочими поверхностями, имеющими квадратные и круглые отверстия, обладают существенным преимуществом - у них больше коэффициент живого сечения, их вес и стоимость меньше, они имеют большую производительность, менее подвержены забиванию при влажном исходном материале. Возможность применения сит с прямоугольными отверстиями ограничивается тем, что на них невозможно получить точные по размеру зерен классы (сорта) материала.

В целом можно отметить - эффективность грохочения тем выше, чем больше коэффициент живого сечения сетки (отношение площади отверстий сетки в свету к ее общей площади, выраженное в %).

2. Размер отверстия сетки грохота.

При грохочении материала одного и того же гранулометрического состава эффективность рассева тем выше, чем больше размер отверстия, в силу того, что отверстия мелких сеток подвержены процессу забивания крупными зернами.

3. Угол наклона просеивающей поверхности.

Влияние наклона рабочей поверхности на условия прохождения зерен через отверстия можно показать на следующем упрошенном примере. Пусть зерно шарообразной формы диаметром d падает отвесно на решето толщиной h с отверстиями величиной l, установленное наклонно под углом б к горизонту (рис. 17).

Диаметр свободно проходящего через отверстие зерна буде равен

d = lcosб - hsinб

Если б = 45⁰ и h = 1/2, то d = 0,35 l.

Следовательно, при данных условиях диаметр максимальных зерен подрешетного продукта составит приблизительно только треть величины отверстий решета.

Рис. 17. Прохождение зерна через отверстие в наклонно установленном решете

Практически считают, что на наклонном сите вибрационного грохота получится нижний продукт той же крупности, что на горизонтальных, если размер отверстий наклонного сита будет больше размера отверстий горизонтального в 1,15 раза при наклоне в 20⁰ и в 1,25 раза при наклоне 25⁰.

Поскольку угол наклона влияет на пропускную способность грохота, то чем больше угол наклона, тем выше производительность грохота как транспортирующего аппарата, но ниже эффективность грохочения.

На практике угол наклона принимают в пределах от 15 до 26⁰ для инерционных наклонных грохотов и от 0 до 5⁰ для самобалансных. Наиболее оптимальный угол наклона, обеспечивающий необходимую производительность и эффективность устанавливают экспериментальным путем.

4. Скорость движения зерен по просеивающей поверхности.

Для наглядного представления влияния скорости движения зерен по просеивающей поверхности рассмотрим схематический пример движения одиночного зерна (рис. 18).

Предположим, что зерно шарообразной формы диаметром d движется со скоростью v по горизонтальному решету с величиной отверстия l. После того как зерно, перемещаясь по решету, придет в крайнюю точку А у кромки отверстия, оно под влиянием скорости v и силы тяжести полетит над отверстием по параболической траектории.

Будем считать, что зерно пройдет через отверстие, если скорость v будет такова, что траектория движения центра зерна пресечет верхнюю плоскость решета не дальше точки О₁ крайнего положения зерна.

Рис. 18. Схема для определения влияния скорости движения зерна на эффективность грохочения

В точке О₁ зерно прижато к верхней кромке отверстия и опрокидывающий момент равен нулю, так как длина плеча равна нулю. Если скорость движения зерна по решету будет больше v, то траектория полета будет выше линии ОО₁, появится опрокидывающий момент и возникнет опасность, что зерно не пройдет через отверстие.

Оптимальную скорость движения одиночного зерна по поверхности грохочения можно определить по формуле

V ? ( l- d/2)·vg/d.

Для «трудного» зерна, близкого по размеру к величине отверстия, можно принять d?l. Сделав подстановку в уравнение и заменив g=9810 мм/сек², получим V ? 50·vd мм/сек.

Скорость движения материала по ситу грохота определяет его производительность как транспортирующего аппарата. Доказано, что чем выше скорость движения зерна по поверхности грохочения, тем ниже эффективность, поскольку снижается вероятность попадания зерна в отверстия сетки. Вследствие сложности явлений, происходящих на сите грохота, оптимальная скорость движения материала по ситу устанавливается опытным путем при регулировке грохота. Во многих случаях скорость движения материала регулируется изменением угла наклона короба грохота.

5. Частота и амплитуда колебания поверхности грохота.

Любые колебания поверхности грохочения оказывают благоприятное воздействие на эффективность рассева, т.к. способствуют сегрегации материала и очищению поверхности грохочения от зерен застрявших в отверстиях сетки. Практически установлено, что при грохочении крупного материала амплитуда колебаний должна быть больше, а частота меньше. При рассеве мелкоразмерных смесей амплитуда колебаний меньше, а частота больше.

Для наклонных виброгрохотов оптимальная частота колебаний определяется по формуле

n = 265vl/r; об/мин

где l - размер отверстия сита, м;

r - радиус колебаний, м.

Практически радиус колебаний находится в пределах 0,0025- 0,008 м.

Для горизонтальных виброгрохотов с прямолинейными колебаниями частота определяется по формуле

n = 5(1+1,25l)/a;

где a - полуразмах качания, м.

Полуразмах качания находится в пределах от 0,004 до 0,14 от размера отверстия сита.

В целом можно отметить, что при прочих равных условиях эффективность грохочения подвижных грохотов выше, чем неподвижных.

6. Питание грохота.

Основным требованием к способу подачи материла на просеивающую поверхность, является - равномерность. Необходимо, во-первых, подавать материал равномерно во времени и, во-вторых, распределить его по всей ширине грохота, что обеспечивает постоянство средней скорости движения материала по ситу и стабильность толщины его слоя, а следовательно, и постоянство эффективности грохочения и качества продуктов рассева. Равномерность подачи достигается с помощью механических и элетровибрационных питателей. Высота подачи должна быть минимальной, так как практикующаяся иногда на фабриках подача питания с большой высоты непосредственно на сито приводит к быстрому его износу.

10. Последовательность выделения классов при грохочении

При грохочении материала с получением более двух классов последовательность выделения их определяется расположением сит.

Различают следующие схемы выделения классов: от крупного класса к мелкому; от мелкого к крупному; смешанную или комбинированную.

При грохочении от крупного класса к мелкому сита располагаются одно под другим (рис. 19, а). Верхнее сито имеет наибольшие отверстия, а книзу размеры отверстий уменьшаются. Эта последовательность выделения готовых классов имеет следующие преимущества:

- меньший износ сит, потому что вся масса материала и наибольшие куски поступают на рабочую поверхность с крупными отверстиями, которая обычно собирается из стальных решет и защищает поверхности с мелкими отверстиями из проволочных сеток;

- более высокая эффективность грохочения мелких классов, так как на сита с мелкими отверстиями поступает меньшее количество материала;

- меньшее крошение крупных кусков при грохочении, так как они быстрее выводятся из процесса (имеет большое значение для углей);

- компактность установки грохочения по занимаемой площади вследствие многоярусного расположения сит.

Недостатки данной схемы:

- неудобство контроля и обслуживания нижних сит;

- скученность разгрузки продуктов в одном конце грохота.

Расположение сит по схеме (рис. 19, б) позволяет рассредоточить места вывода классов. При таком расположении увеличивается эффективность грохочения на нижнем сите, так как наличие поддона под верхним ситом позволяет направить материал в начало нижнего сита.

При грохочении от мелкого класса к крупному сита располагают последовательно в порядке возрастания величины их отверстий (рис. 19, в). Достоинства такой последовательности выделения:

- удобство смены сит и наблюдения за их состоянием;

- рассредоточение разгрузки готовых классов по всей длине сит.

Недостатки этой схемы весьма существенны:

- быстрый износ тонких сеток;

- низкая эффективность грохочения, поскольку мелкие отверстия забиваются крупными кусками;

- возможность крошения крупных кусков хрупкого материала при движении по поверхности грохочения.

При комбинированной схеме выделения классов сита располагаются частично от крупного к мелкому и частично - от мелкого к крупному (рис. 19, г). Данная схема совмещает достоинства и недостатки прежних схем.

В практике чаще применяются схемы выделения классов от крупного к мелкому и комбинированные.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 19. Схема выделения классов при грохочении: а, б - от крупного к мелкому; в - от мелкого к крупному; г - смешанная

11. Общая классификация грохотов

По принципу действия грохоты различных типов аналогичны; просеивание мелких классов происходит при движении материала по просеивающей поверхности. Перемещение материала может осуществляться под действием силы тяжести, струи воды текущей по поверхности или определенного движения короба грохота.

По характеру движения просеивающей поверхности грохоты делятся на:- неподвижные (колосниковые);

- плоские качающиеся;

- вращающиеся (барабанные);

- полувибрационные;

- вибрационные.

В зависимости от формы просеивающей поверхности различают грохоты: с плоской горизонтальной поверхностью; полуцилиндрической и цилиндрической поверхностью.

В зависимости от угла наклона просеивающей поверхности различают:

- горизонтальные грохоты;

- слабонаклонные (б=6-8⁰);

- наклонные (б=16-28⁰, в исключительных случаях угол наклона увеличивают до 40^о - неподвижные колосниковые грохоты).

В зависимости от насыпной плотности исходного материала грохоты делятся на:

- легкие - для грохочения материал с насыпной плотностью (д) до 1,4 т/м³;

- средние - д=1,4-1,8 т/м³;

- тяжелые - д=1,8-2,8 т/м³.

По общей классификации различают:

- неподвижные колосниковые;

- плоские качающиеся;

- барабанные вращающиеся;

- полувибрационные (гирационные);

- вибрационные (инерционные);

- дуговые сита;

- плоские сетки с мелкими отверстиями.

12. Неподвижные колосниковые грохоты

Колосниковые грохоты представляют собой решетки, собранные из колосников, устанавливаемые под углом к горизонту. Материал, загружаемый на верхний конец решетки, движется по ней под действием силы тяжести. При этом мелочь проваливается через щели решетки, а крупный класс сходит на нижнем конце.

Рис. 20. Общий вид колосникового грохота

Применяют для крупного грохочения. Размер щели между колосниками - не меньше 50 мм. Угол наклона от 30-45⁰. При переработке влажных руд угол наклона грохота может быть увеличен на 5-10⁰.

Обычно данные грохоты устанавливают перед дробилками крупного дробления для удаления негабаритов, ширина грохота определяется длиной кузова вагона или самосвала. Колосники выполняют из двутавровых или сварных балок, защищенных броневыми плитами из марганцовистой стали. Щель между колосниками в данном случае равна ширине приемной пасти дробилки.

...