Способы улучшения качества каменных материалов

Кроме избирательного дробления, сортировки и промывки сущест­вуют специальные способы улучшения материалов: обогащение по прочности, обогащение щебня (гравия) в тяжелых средах, получение щебня кубообразной формы, классификация и обогащение песков.

Щебень высокой прочности и морозостойкости 'приготовляют из изверженных горных пород, которые нередко содержат значительное количество материала средней прочности (предел прочности при сжа­тии 20—80 МПа); наличие в щебне зерен слабой породы препятствует использованию его для бетона высоких марок и его приходится обо­гащать.

Обогащение в отсадочных машинах (рис.155). Зерна различной прочности имеют разную плотность. Процесс разделения таких зерен на грохотах в попеременно восходящем и нис­ходящем потоках воды называют отсадкой.

Механические классификаторы бывают двух конструкций — плос­кие (плитные) (рис. 156, а) и барабанные (рис. 156, б). В барабанных (одно- и двухбарабанных) щебень или гравий по вибролотку ссыпает­ся отдельными зернами на криволинейную поверхность вращающегося по часовой стрелке барабана. При соприкосновении g поверхностью вращающегося барабана зерна отбрасываются с большой силой в раз­ные стороны — упругие влево, неупругие вправо. Плоский классификатор состоит из наклонной стальной плиты а вибратором и бунке­ра с вибропитателем. Зерна падают на плиту и отскакивают от нее. Прочные, обладающие большой упругостью, отскакивают на большое расстояние, а слабые — на меньшее. Наклон плиты можно регулиро­вать.

Так как более прочные зерна имеют большую упругость и меньший коэффициент трения по сравнению со слабыми, менее прочными, га очевидно характеристикой упругости можно принять коэффициент восстановления.

При падении щебня на стальную поверхность (рис. 156, в) зерна отскакивают от нее под центральным углом α, который равен углу па­дения. Скорость отскока зерна определяют по формуле , где v и v0 — скорость зерна соответственно до удара и после удара, м/с; К — коэффициент восстановления.

Сущность механизма обогащения щебня на механическом барабан-ном классификаторе состоит в следующем. При падении зерен различ­ной прочности на равномерно вращающийся цилиндр в назначенную точку 0, находящуюся под центральным углом α, в момент контакта они получают скорость движения vд, слагающуюся из скорости отра­жения v0t и касательной скорости vк, возникающей под действием сил трения. В результате сложения скоростей зерно отскакивает от ци­линдра со скоростью v р, направленной под углом β к вертикали, вос­становленной в точке контакта, или увлекается цилиндром в сторону сращения барабана. Так как угол отражения равен углу падения, то скорость отражения и„ направлена под углом as к радиусу, проведен­ному через точку контакта.

Обогащением щебня на механическом классификаторе можно полу­чить продукт о содержанием слабых разностей менее 15% только при содержании слабых разностей в исходном щебне менее 30%.

Получение щебня кубовидной формы. Удобоукладываемость и подвижность бетонных смесей и расход цемента в значительной степени зависят от формы зерен щебня. Поэтому ГОСТ 6267 —75 ограничивает содержание в щебне пластинчатых и игловатых зерен (массовая доля 15—25%). Содержание зерен лещадной и кубообразной форм при сортировке на щелевидных ситах рассчитывают по формуле:

где αл.исх. — количество лещадных зерен в исходном продукте, %; εл.надр и εк.надр — извлечение зерен соответственно лещадной и кубообразной формы в надрешетном продукте, % .

Обогащение по форме зерен на щелевидных ситах. При этом способе продукт дробления сортируют на узкие размеры на грохотах с щелевидными ситами, которые выбира­ют с учетом размера зерен и содержания в материале зерен лещадной формы. Сортировка на таких ситах позволяет значительно снизить ко­личество лещадных зерен.

Грануляция. В барабанных грануляторах при вращении ба­рабана продукт крупностью до 150 мм захватывают лифтеры и подни­мают. Не достигнув верхней точки, куски скатываются с лифтеров и падают на находящийся внизу слой материала (рис. 157). Кроме того, при вращении барабана материал в верхних слоях перекатывается. Благодаря этому тонкие лещадные зерна разламываются, острые края обламываются, и форма щебня улучшается. Грануляция в роторных дробилках ударного действия рассмотрена в § 86.

Сухие способы выделения глинистых примесей. Иногда промывку нельзя включить в технологический процесс КДЗ из-за отсутствия воды или горная масса, поступающая на переработку, засорена большим ко­личеством крупнокусковой глины, которую невозможно отмыть. В та­ких случаях прибегают к сухому удалению глины. Возможны спосо­бы, основанные на разнице в уп­ругих свойствах щебня, гравия и глины; на различии коэффициен­тов трения у гравия, щебня и глины; на принципе накладывания глины. Имеются предложения по комбинированному способу очист­ки каменных материалов (рис. 158).

Классификация и обо­гащение песка. Песок для строительных целей применяют по ГОСТ 8736—7' со средней плотно­стью более 1200 кг/м3 и зернами мельче 5 мм.

Природный обогащенный песок получают путем удаления о по­мощью обогатительного оборудо­вания мелких зерен, отсева зерен крупнее 5 мм. Основным методом разделения песка но крупности является гидравлическая класси­фикация (рис. 15Й). Обогащение песков (отмыв мелких зерен) осу­ществляют в спиральных классифи­каторах и гидроциклонах, а фрак­ционирование — в вертикальных гидравлических классификаторах.

Граничная крупность разделе­ния в спиральных классификато­рах колеблется от 0,1 до 0,2 мм, в вертикальных гидравлических — от 0,3 до 3 мм. Разделение зерен по крупности в гидравлических клас­сификаторах происходит в усло­виях стесненного падения в гори­зонтальном или вертикальном по­токе воды, Зерна, скорость паде­ния которых в воле больше или меньше скорости восходящего по­тока, будут падать или поднимать­ся. Диаметр граничного зерна при классификации в гидравлических классификаторах зависит от ско­рости восходящего потока, плот­ности, формы зерна и плотности среды.

При установившемся режиме классификации вероятность попа­дания зерен граничной крупности в крупные и мелкие сорта одина­кова и составляет 50%. Вероят­ность попадания зерен соответст­венно крупнее и меньше гранично­го диаметра тем больше, чем больше разность между конечной ско­ростью падении зерна и скоростью восходящего потока. Вертикальные классификаторы работают с допол­нительной подачей воды в зону классификации: прямоточные ГКД и противоточные ГКХ.

Граничная крупность разделе­ния зависит от режима работы клас сификатора и может быть задана в пределах от 0,3 до 5 мм. Использова­ние гидравлических классификаторов для разделения песка по гранич­ному зерну более 3 мм нецелесообразно вследствие низкой эффектив­ности классификации и большого расхода дополнительной воды. В гид­равлических классификаторах вертикального типа консистенция ис­ходной гидросмеси Т : Ж (твердые частицы ; жидкость) обычно состав­ляет 1:5 до 1:10 (плотность гидросмеси 1,2—1,1 т/м3). Количество до­полнительной воды, подаваемой в классификаторы, составляет 30— 60% исходной гидросмеси.

Обогащение в спиральных классификаторах основано на различии скорости падения крупных и мелких зерен в горизонтальном потоке жидкой среды. Характерной особенностью спиральных классификато­ров является способ выдачи песка при помощи непрерывно действую­щего винтового конвейера (спирали).

Обычно в спиральные классификаторы поступает гидросмесь кон­систенции (Т : Ж) от 1:4 до 1:10. Содержание частиц 0—0,14 мм в ис­ходном продукте не выше 10—25%. Граничная крупность разделения зависит от скорости восходящего потока. При подаче гидросмеси с консистенцией от 1:4 до 1:6 при полной загрузке классификатора по пескам граничная крупность разделения составляет 0,14—0,2 мм.

Различают спиральные классификаторы с погруженной спиралью для более грубых сливов и непогруженной для получения тонких сли­вов.

Наиболее эффективна классификация песков в комплексной гидро­классификационной установке (рис. 160). При этом. способе исходную водо-песчаную смесь разделяют по крупности, затем смешивают в тре­буемых пропорциях, промывают смесь песка, обезвоживают готовую продукцию. Оценку эффективности гидравлической классификация производят по; эффективности — точности разделения; содержанию в продуктах классификации частиц менее граничного зерна для крупного продукта и крупнее его для мелкого (чистота продуктов классификации); величине одинаковой взаимной засоренности продуктов классификации зер­нами смежных сортов. Перечисленные показатели, за исключением точности разделения, выражают в процентах.

Оценку эффективности классификации, основанную на учете общей засоренности одного сорта песка зернами (частицами) другого произ­водят по результатам ситового анализа исходного материала и продук­тов классификации;

где α, β и θ — содержание класса менее граничного зерна соответ­ственно в исходном продукте, сливе (отходе) и песках, %.

Значение Е для гидравлических классификаторов достигает СО— 90%.

Сгущение гидросмеси — удаление части воды, которое необходимо при подаче на грохоты любых типов, в гидравлические классификаторы и при укладке песка в конусы Сгущение производят в сгустителях.

Обезвоживание — завершающий этап в процессе обогащения пес­ков и мелкого щебня (гравия). Его выполняют в две стадии: обезво­живание для придания материалам транспортабельных свойств при перемещении по ленточным транспортерам; глубокое обезвоживание, чтобы не допустить смерзания получаемых материалов. На первой ста­дии из материала удаляют свободную (несвязную) воду Вторая стадия требует специальною оборудования; вибрационных обезвоживателей (обезвоживающие грохоты), спиральных и центробежных обезвожива­телей (центрифуги).

Обогащение крупного щебня (гравия) с тя­желых суспензиях (рис. 161). Этот способ дорогой, его при­менение должно быть обосновано технико-экономическими расчетами. Как правило, осадочные породы имеют непостоянную прочность из-за наличия слабых разностей наряду с высокопрочными прослойками. Обо­гащение по прочности осадочных пород — огромный резерв каменных материалов для строительства.

Опыт подтверждает границы применения различных методов обо­гащения. Если в материале мало слабых разностей, резко отличающих­ся по плотности от основной массы, наиболее приемлема отсадка. Если требуется более глубокое обогащение с выделением большого количест­ва материала даже при небольшой разнице в плотностях, наиболее экономично обогащение в тяжелых суспензиях При таком обогаще­нии легкий продукт совместно с частью суспензии уходит во всплыв, а тяжелый собирается на дне аппарата — в осадке и удаляется.

Скорость движения зерна под воздействием силы тяжести в жидко­стях с незначительным коэффициентом вязкости определяется величиной и формой этого зерна, эффективной плотностью (разностью в плотности жидкости и зерна).

Суспензия представляет собой грубодисперсную взвесь, состоя­щую из воды и тонкоизмельченного вещества. Вода служит днсперо иой средой, а мельчайшие частицы вещества —утяжелителем. В ка­честве утяжелителя применяют тяжелые природные минералы и спла­вы.

Для приготовления минеральных суспензий применяют магнетит, ферросилицит или их смеси. Молотый магнетит — черный тонкозер­нистый порошок обладает высокой магнитной проницаемостью, что в значительной степени облегчает его регенерацию. Ферросилицит также измельчают в тонкодисперсный порошок. Это очень дорогой утяжели­тель, его обычно применяют в смеси с магнетитом.

Оборудование для обогащения щебня в тяжелой суспензии делится на четыре группы: в одних происходит непосредственное обогащение, другие предназначены для регенерации суспензии, остальные для контроля и регулирования плотности суспензии и для вспомогатель­ных операций.

Генеральные планы КДЗ

При выборе площадки и проектировании генерального плана КДЗ руководствуются требованиями СНиП П-М. 1-71, учитывая местные условия — климат, рельеф, окружающую застройку, близость к карье­рам природных каменных материалов (рис. 162).

Площадка должна удовлетворять санитарным требованиям. Вы­бор площадки, мест водозабора, спуска хвостов (отходов) и сточных вод от промывки и обогащения материала согласовывают с местными органами Государственного санитарного надзора. КДЧ не располага­ют: в зоне активного карста, массовых оползней, селевых потоков, в местах заболоченных и переувлажненных с постоянным притоком на­порных грунтовых вод; в первом и втором поясах зон санитарной охра­ны курортов; у источников водоснабжения; в лесопарковом поясе го­родов; на территориях археологических и других заповедников, ох­ранных зон культуры.

Цехи КДЗ с повышенным выделением пыли располагают с подвет­ренной стороны по отношению к помещениям, в которых работают люди (РМЛ1, контора, лаборатория, площадка отдыха, душевая и др.). Ее определяют по розе ветров теплого периода года.

Площадку выбирают с учетом перспективной деятельности КДЗ и возможности его расширения. Жилые городки и административно-хозяйственные отделы завода размещают за пределами КДЗ на рас­стоянии санитарной зоны. Территория должна быть благоустроена и озеленена, особенно со стороны санитарной зоны. Жилой городок раз­мещают о подветренной стороны от технологических цехов завода.

Здания, сооружения, склады размещают в соответствии с санитар­ными противопожарными требованиями. Службы, цехи и склады, обслуживающий дробильно- сортировочный цех, располагают ближе, что­бы уменьшить транспортные расходы и время на подачу материалов. Склады готовой продукции размещают с учетом эффективного ис­пользования желез подорожных и автомобильных погрузочных путей и площадок.

Склады топлива и масел, материальные склады размещают с од­ной стороны предприятия. Склады топлива желательно выносить за пределы площадки КДЗ, чтобы, не заезжая на завод, можно было зап­равить автомобили и самоходные дорожные машины. Энергетические объекты приближают к основным потребителям, котельную разме­щают так, чтобы ее дым не попадал на обслуживающие сооружения.

Площадка КДЗ должна быть ровной и иметь уклон, обеспечиваю­щий отвод поверхностной воды е территории завода. Рекомендуется уклон от 3 до 30% {за исключением площадок для дробильно-сортировочного оборудования, где крутой рельеф в ряде случаев позволяет со­кратить протяженность транспортеров).

Вертикальная планировка может быть сплошной при коэффициен­те застройки более 25% или использовании территории до 60% и при большой насыщенности территории дорогами; выборочной или местной при коэффициенте застройки не более 15% или использовании террито­рии не более 40% п слабой насыщенности дорогами; смешанной для КДЗ с большой территорией.

Дороги, по которым доставляют горную массу и отвозят готовую продукцию, должны иметь покрытие. Расстояния между зданиями и сооружениями должны соответствовать противопожарным нормам и нормам безопасного движения людей.

При решении генерального плана пользуются типовыми техно­логическими схемами переработки и обогащения каменных материа­лов.