Технологические процессы дробления, сортировки и промывки

Технологические схемы камнедробильных заводов (КДЗ) опреде­ляют по характеру перерабатываемой горной породы, номенклатуре готовой продукции, машинам и оборудованию. Схема должна быть гиб­кой, позволяющей изменять выход и номенклатуру продукции путем из­менения разгрузочных щелей дробилок и количества материала, по­даваемого на дробление. Такие схемы позволяют выпуск щебня 5(3)— 10 и 10 (20) мм 50—70% от всей готовой продукции и до 56—60% щебня размером 20 (25) — 40 и 40—70 м; изготовление щебня крупно­стью до 40 мм; переход от одного режима работы по выпуску готовой продукции к другому без снижения выработки по исходному питанию, промывку или перечистку щебня мелких размеров (рис. 144). Выбор оптимальной схемы переработки и технологических параметров обо­рудования для стационарных КДЗ большой мощности осуществляют па основе технологических расчетов с использованием ЭВМ. Произ­водство щебня из скальных пород проектируют, как правило, по трех-стадийной схеме с замкнутым циклом на третьей стадии.

В конусных дробилках породу разрушают между непод­вижным и подвижным конусами. Такие дробилки могут быть с крутым и с пологим конусом; в роторных дробилках куски разру­шают под ударами вращающихся с большой скоростью рабочих орга­нов (бил) и движущихся с такой же скоростью кусков о неподвижную броневую плиту.

При оценке и сравнении процессов дробления, характеризующих крупность продуктов дробления, используют значение средневзве­шенной крупности

d_сp = ∑d_t β_i : ∑ β_i ,

где d_i — средний размер зерен данного сорта, мм; β_i — выход щебня данного размера, %.

Условной максимальной крупностью d₉₅ в дробленом продукте принято считать такую, которая соответствует размеру отверстий сита, пропускающего 95% материала. Медианой продукта дробления d₅₀ считают крупность, соответствующую размеру отверстий сита, про­пускающего 50% материала.

Важнейшим показателем является степень дробления

i = D_cp:d_cp ,

где D_cp — диаметр камня, поступающего в дробилку; d_cp — раз­мер щебня, выходящего из выпускной щели.

Избирательное дробление - важный способ повы­шения качества выдаваемой продукции. В дробильных машинах сла­бые разности камня разрушаются быстрее, чем прочные, и образуют больше зерен мелких размеров и пыли, поэтому они концентрируются в отсевах, которые легко можно удалить сортировкой на грохотах. На­иболее эффективно избирательное дробление на роторных дробилках ударного действия.

Стадии дробления. Чтобы получить больше щебня мел­ких размеров, породу дробят последовательно в нескольких дробилках (стадии дроблении), отсортировывая на грохотах необходимые размеры после каждой дробилки. Число стадий определяют начальной и конеч­ной крупностью дробимого материала и продукта дробления (щебня). Общая степень дробления равна произведению степеней дробления в каждой дробилке, участвующей в стадийном процессе.

Выработка дробилок. В паспортах заводов-изготови­телей приводят выработку дробилок для горной породы средней плот­ности (массы в единице объема) 1,6 т/м³ и при условии, что размер на­ибольших кусков в питании D_max = (0,8 ÷ 0,9) В, где В — ширина загрузочного отверстия дробилки. При проектировании КДЗ и выборе дробилок их выработку принимают с учетом физико-механических свойств горной породы:

П' = П_пасп К_др K_кр К _нас,

где П_пасп — паспортная выработка, т/ч; К_др — коэффициент дробимости породы (для труднодробимых 0,9, при σ_сж = 1500 кгс/см², средне- и легкодробимых 1,1—1,2 при σ_сж = 500—1500 кгс/см²); K_кр — коэффициент, учитывающий крупность камня, поступающего в дробилку; К_нас — коэффициент, учитывающий форму камня, К_нас = γ_об : 1,6 ; К_др — коэффициент дробления:

К_кр...................0,85 0,6 0,4 0,3

К_др...................1,0 1,07 1,16 1,23

Объемная часовая выработка дробилки П_V = П' : γ_об.

Для выбора дробилки используют графики зернового состава про­дукта дробления (рис. 145). Данные графиков уточняют по результа­там эксплуатации дробилок той или иной конструкции их типоразме­ров с учетом свойств дробимого камня. При определении максимальной крупности материала по кривым следует помнить, что под условной максимальной крупностью в дробленом продукте принято считать раз­мер отверстий сита, через которое проходит 95% материала При вы­боре роторных дробилок ударного действия учитывают, что они при­менимы только для дробления известняка, доломита, мергеля, пород малой абразивности.

При проектировании КДЗ обеспечивают комплексную механизацию и автоматизацию всех процессов: обогатительных, дробильных, тран­спортных.

Для наглядного представления о технологическом процессе рабо­ты дробильных заводов составляют количественно-качественную схе­му дробления. Выбор и расчет машин производят в соответствии с при­нятой технологической схемой по максимальной часовой нагрузке на технологические операции и в зависимости от крупности и физико-механических свойств перерабатываемого материала.

Дробилки, устанавливаемые на последовательных стадиях дробле­ния, увязывают по производительности и размеру куска в питании. Максимальный размер куска в разгрузке предыдущей дробилки не должен превышать допустимую крупность в питании последую­щей дробилки, его принимают равным 0,80—0,85 ширины приемного отверстия.

Сортировка — одна из основных операций технологии пере­работки камня и гравийно-песчаных материалов. В зависимости от назначения различают сортировку подготовительную, классификаци­онную, контрольную и избирательную.

Подготовительная сортировка — удаление на данной стадии из по­ступающего в дробилку материала тех размеров, которые не дробятся. Включение в технологию КДЗ подготовительной сортировки уменьшает нагрузку на дробилки и значительно повышает эффективность их работы.

Классификационная сортировка — разделение щебня (гравия) на товарные сорта, направляемые непосредственно потребителям или на склад КДЗ. Сортировка должна обеспечивать получение продукции, соответствующей стандарту. Для сортировки широко используют виб­рационные грохоты. Контрольную сортировку применяют перед от­грузкой щебня (гравия), долго хранившегося на открытых складах. К контрольной сортировке относят также перечистку щебня (гравия) на дополнительных грохотах при недостаточно эффективной сортиров­ке на этапе классификационной сортировки (эта операция нежела­тельна).

Избирательная сортировка позволяет выбрать из потока компонент, отличающийся от основного материала по физическим или механичес­ким свойствам. К этому виду сортировки относят выделение глины на грохотах. Комки глины, прошедшие дробилку, расплющиваются, принимая форму лепешки, по размеру значительно превышающей на­ибольший размер камня в продукте дробления. Поэтому при сорти­ровке на ситах с ячейками, несколько превышающими наибольший раз­мер кусков, продукты дробления проваливаются, а лепешки глины сползают по ситу. Из вибрационных наиболее эффективны инерцион­ные наклонные и горизонтальные грохоты. Они просты по конструк­ции и обслуживанию, благодаря чему широко распространены в СССР и за рубежом.

В последние годы в связи с ростом мощности камнедробилок создают грохоты высокой выработки и больших площадей сортировки или уве­личенной скорости передвижения материала по ситу благодаря уси­лению динамического режима Эффективны и сравнительно неболь­шие грохоты, например грохоты с разной амплитудой колебания и углами наклона, что создает оптимальные условия сортировки.

Качественную сторону характеризуют эффективностью сортировки. При перемещении по поверхности грохота материал разделяется по крупности. Зерна, превышающие размер отверстий сит, остаются на поверхности грохота. Их называют надрешетным (верхним) классом. Зерна материала, прошедшие сито, называют подрешетным (нижним) классом. Материал находится на сите непродолжительное время, по­этому не все зерна меньше размера отверстий проходят через отверстия. В результате верхний класс оказывается засоренным зернами нижнего класса. Отношение количества материала, прошедшего сита, к количеству материала данной крупности, содержащегося в исходном про­дукте, называют эффективностью грохочения:

E = [С - d₀ (100 —С):С] 100;

d₀ = (А - А'):А',

где С — содержание зерен нижнего класса в исходном материале, определяемое путем рассева пробы в лаборатории или по кривой сито­вого анализа, %; d₀ — относительное содержание зерен нижнего класса, оставшихся после сортировки в надрешетном продукте; А - масса пробы надрешетного продукта; А' — масса той же пробы после отсева из зерен нижнего класса на лабораторном сите с отверстиями, равными отверстиям сита грохота.

При проектировании технологии КДЗ эффективность сортировки оценивают по формуле

E_эс = eK'₁K'₂K'₃ ,

где е — эталонное значение эффективности грохочения для сред­них условий; К'₁ — коэффициент, учитывающий угол наклона грохо­та; К'₂ — коэффициент, учитывающий содержание зерен нижнего клас­са в исходном материале; K'₃ — коэффициент, учитывающий содер­жание в нижнем классе зерен, меньших половины размера отвер­стий сит.

Часовую выработку виброгрохота определяют по формуле

П = g_удFK₁K₂K₃m ,

где g_уд — выработка грохота для определенного размера отвер­стий сит, м³/м²; F — площадь грохочения, м²; К₁ — коэффициент, учитывающий угол наклона грохота (для горизонтального грохота о направленными колебаниями К₁ = 1); К₂— коэффициент, учитывающий содержание нижнего класса в исходном материале; К ₃ — коэф­фициент, учитывающий содержание в нижнем классе зерен меньше по­ловины отверстия сита; т - коэффициент, учитывающий возможную неравномерность питания и зернового состава материала, форму зерен и тип грохота.

Выбор грохотов определяют: назначением операций, границей раз­деления, требуемой эффективностью и производительностью, физико-механическими свойствами материала (наибольшая крупность, зерно­вой состав, влажность, содержание глины), а также условиями работы.

Грохоты оснащают ситами, выполненными из стальной износостой­кой проволоки. С целью увеличения срока службы используют рези­новые и ячейковые сита струнного типа.

Промывка щебня и гравия — простой способ получения ка­чественного материала. При разработке неоднородных по качеству месторождений в технологические процессы КДЗ включают промывку (иногда в две и даже три стадии). Основным фактором, определяющим эффективность промывки, является размываемость глины, которую можно условно разделить на легко размываемую, среднеразмываемую и трудноразмываемую. Для количественной оценки промываемости материала применяют показатель, определяющий расход энергии на промывку единицы массы материала

g_{уд пр} =N : П ,

где N — мощность, необходимая для промывки материала, кВт; П — выработка промывочной машины.

Для промывки применяют машины: барабанные — скрубберы, ци­линдрические гравиемойки, гравиемойки-сортировки, грохоты и драги; вибрационные — вибромойки и вибрационные плоские грохоты; корытные — наклонные и горизонтальные. Корытные мойки бывают лопастные, шнековые и сабельные, одно- и двухвальные. Материал про­мывают в металлическом корпусе (корыте) напорной струей воды, по­даваемой навстречу движению материала.

Барабанные промывочные машины изготовляют в виде цилиндри­ческих моек — сортировок, глухих барабанов-скрубберов и скруб­беров-бутар (комбинация скруббера и цилиндрического или коничес­кого грохота). Вибрационные промывочные машины пригодны для легко- и среднепромываемых материалов крупностью 50—200 мм.

Каждый тип машины может только в определенных условиях обес­печить высокий технологический эффект, поэтому важнейшим усло­вием, определяющим эффективность промывки, является правильный выбор типа промывочной машины. Установлены лишь примерные об­ласти оптимального использования различных машин: барабанные — преимущественно для промывки материалов с наибольшей крупностью кусков 100—300 мм; тяжелые барабаны способны промывать трудно-промываемые материалы, корытные (лопастные) — для промывки мелкокускового (до 50—70 мм) среднепромывистого материала; виб­рационные — для промывки материалов различной крупности.

Эффективность промывки

Е₀ = (α_исх — α_пр): α_исх,

где α_исх и α_пр — содержание комовой глины и глинистых частиц, определяемых отмучиванием в исходном и промытом продукте. Эффективность размыва глины

Е_гл = (α_исх.гл — α_пр): α_{исх.гл ,}

где α_исх.гл, α_пр — содержание комовой глины в исходном и про­мытом продукте.