Занимательное обогащение

1.2.3. Планетарная мельница

Применяют для материалов средней и высокой прочности.

Условная технологическая задача заключается в получении особо тонких порошков (до 1 мкм).

Принцип работы планетарной мельницы схож с дисковыми тормозами.

Планетарная мельница состоит (рис. 1.10,) из двух жерновов, вращающихся в противоположных направлениях. Процесс разрушения происходит за счет истирания материала данными жерновами.

Рис. 1.10. Принцип работы планетарной мельницы.

Данная мельница работает в периодическом режиме.

Конструктивно данные мельницы отличаются размерами, геометрией и вариантами загрузки и выгрузки материала.

1.2.4. Дезинтегратор

Применяют для материалов малой и средней прочности.

Условная технологическая задача заключается в разрушении крупного, не очень прочного материала, часто используют для переработки пластмасс и другого вторичного сырья.

Дезинтегратор состоит (рис. 1.11) из минимум двух многосекторных роторов, каждая секция которых вращающихся в противоположных направлениях. Каждая вращающаяся секция снабжена ударными стержнями (бичами). Процесс разрушения происходит за счет ударов бичами по материалу.

Рис. 1.11. Принцип работы дезинтегратора.

Основной особенностью дезинтегратора является обеспечение многократного удара по материалу и тем обстоятельством, что частица проходит поэтапное разрушение с возрастающей интенсивностью.

Дезинтегратор работает в непрерывном режиме.

Конструктивно данные устройства отличаются размерами, количеством роторов и вариантами движения их секций.

1.2.5. Вибрационная мельница

Применяют для материалов малой и средней прочности.

Конструктивно вибрационные мельницы подразделяются на виброистератели (рис. 1.12.) и, собственно, вибромельницы, (рис. 1.13), широко применяемые в лабораторных устройствах. В промышленности эти аппараты нашли ограниченное применение из-за малой производительности.

Рис. 1.12. Принцип работы виброистирателя.

Данные машины работают в периодическом режиме следующим образом: материал подается в измельчающие камеры, также туда помещаются истирающие (пестик для виброистирателя) или мелющие тела (шарики для вибромельницы)

Механика процессов разрушения, происходящих при вибрационном измельчении, аналогична шаровым мельницам.

Рис. 1.13. Принцип работы вибрационной мельницы.

1.3. Классификация

Классификация является процессом разделения материала по крупности.

Процессы классификации происходят либо на ситовой поверхности (грохочение), либо с помощью гравитационных или гидродинамических сил.

Основными аппаратами, использующими принцип классификации под действием гидродинамических сил, являются гидроциклоны и спиральные классификаторы.

1.3.1. Спиральный классификатор

Принцип работы спирального классификатора можно увидеть размешивая сахар ложкой в прозрачном стакане с чаем, когда наиболее мелкие сахаринки всплывают до поверхности, а крупные витают около дна.

Спиральный классификатор состоит (рис. 1.14) из вращающейся спирали (обычно двух, иногда трех), создающей восходящие потоки с интенсивностью, достаточной для всплытия мелких частиц, но слишком слабой для всплытия крупных частиц.

Мелкие частица разгружаются через порог (борт) с потоком воды, а крупные вычерпываются спиралью в сборник.

Спиральный классификатор работает в непрерывном режиме.

Крупность разделения регулируется скоростью вращения спиралей.

Рис. 1.14. Принцип работы спирального классификатора.

1.3.2. Классифицирующий гидроциклон

Принцип работы классифицирующего гидроциклона можно увидеть наливая воду в ведро из шланга, направив поток по касательной вдоль стенки.

Классифицирующий гидроциклон состоит (рис. 1.15) из цилиндрической и конических частей, питающего патрубка, сливной (мелкий продукт) и песковой (крупный продукт) насадок. Сливная насадка «утоплена» в цилиндрическую часть гидроциклона, и эту часть называют сливным стаканом.

Рис. 1.15. Принцип работы гидроциклона.

Диаметр отверстия в песковой насадке всегда меньше питающего диаметра, таким образом формируется восходящий поток, улавливаемый сливным стаканом. Данный восходящий поток выносит мелкие частицы в сливной продукт. Более крупные, а значит, тяжелые частицы тонут, и попадают в песковый продукт.

Конструкции гидроциклонов разнообразны. По форме различают цилиндрические (обычно «лежат на боку»), цилиндроконические (вертикальные), часто несколько гидроциклонов объединяют в один аппарат.

Из гидроциклонов малых диаметров формируют батареи, от 2–3 шт. до 40–50 шт.

Классифицирующий гидроциклон работает в непрерывном режиме.

Крупность разделения регулируется соотношением диаметров насадок и входящим давлением воды.

1.4. Грохочение

Грохочение является классификацией с помощью просеивающей поверхности.

Аппараты для классификации с решетом называются грохотами.

Рис. 1.16. Основные формы просеивающих поверхностей.

По геометрической форме отверстий они делятся: на прямоугольные от квадрата до щели, круглые, струнные, с подвижной ячейкой. Решето может быть подвижным (инерционные грохоты) или неподвижным, а также их может быть несколько.

Инерционные грохоты по сочетанию частоты колебаний решета и материала подразделяются на дорезонансные (частота колебаний решета больше чем материала), резонансные (равны) и зарезонансные или высокочастотные. Для последних характерно наличие двойного колебательного контура: обычный дорезонансный грохот трясет короб, в котором находится еще один дорезонансный грохот. Частоты колебаний этих двух грохотов подбираются таким образом, чтобы их суммарная частота была больше, чем у материала.

Просеивающая поверхность наиболее часто формируется способами, показанными на рис. 1.16. Колосниковое решето набирается из параллельных колосков, струнное напоминает арфу, шпальтовое собирается из колосниковых ячеек, перфорированное может иметь отверстия любой нужной формы и взаимного расположения, плетеное аналогично сетке-рабице, штампованное шпальтовое производится из резины или полиуретана под действием высокого давления, также решето может быть сварным, быть результатом наложения нескольких сит (просеивающее на несущее).

Грохоты могут быть подвижными и неподвижными.

Наиболее часто употребляемые материалы для создания просеивающих поверхностей: сталь, резина, полиуретан, карбиды, и их комбинации.

Частицы просеиваемого материала в зависимости от собственного диаметра могут быть «легкими», «трудными» и «затрудняющими», как показано на рис. 1.17.

«Легкие» зерна диаметром меньше примерно 75 % от диаметра ячейки решета, т. е. свободно просеиваются. «Трудные» зерна диаметром от 75 до 99 % от диаметра ячейки решета. «Затрудняющие» зерна примерно равны отверстию ячейки решета, склонны к застреванию и уменьшают рабочую площадь грохота.

Мелкие частицы условного размера меньше 1 мм называются «шлам», для антрацита – «штыб», разница возникла исторически из-за разного звучания одного и того же слова соответственно на английском и немецком языках, так как развитием угольной отрасли занимались английские специалисты, а антрацитовой – немецкие.

Как показано на рис. 1.17., мелкие частицы, содержащиеся в исходном (рядовом) угле называются первичным, а образованные при обработке на фабрике – вторичным шламом.

Рис. 1.17. Легкие, трудные и затрудняющие зерна.

При грохочении происходят следующие эффекты, показанные на рис. 1.18:

– снижение эффективности грохочения из-за влажности материала, вызванное слипанием мокрых частиц, а также комкованием илов и глин;

– шламообразование, процесс, вызванный разрушением частиц при соударении и ударах о решето;

– с ростом содержания влаги до состояния густой пульпы происходит повышение эффективности грохочения;

– кривая зависимости эффективности грохочения от влажности материала уменьшается до нуля и возрастает симметрично;

– значение эффективности в критических точках зависит от вида полезного ископаемого, данные на рис. 1.16 приведены для угля и антрацита.

Рис. 1.18. Зависимость эффективности грохочения от влажности материала.

1.4.1. Инерционный грохот

Наиболее распространенный грохот – инерционный, в котором вибрация решета происходит под действием одного или нескольких приводов. Для избегания ударов решето опирается на пружины или резиновые опоры.

Схема инерционного грохота показана на рис. 1.19. Материал падает на вибрирующую ситовую поверхность, частицы размерами меньше отверстий просеиваются в подрешетный продукт, а остальные попадают в надрешетный продукт.

Рис. 1.19. Принцип работы инерционного грохота.

По частоте колебания решета грохоты бывают: дорезонансные (рассев и обезвоживание крупных материалов), резонансные (вытеснены из употребления) и зарезонансные (высокочастотные, для рассева и обезвоживания мелких материалов).

Конструкции форм просеивающих поверхностей инерционных грохотов разнообразны. Основные наиболее часто встречающиеся формы приведена на рис 1.20.

Рис. 1.20. Основные формы грохотов.

1.4.2. Гидрогрохот

Принцип работы гидрогрохота основан на взаимодействии гидродинамических сил.

Прямолинейный гидрогрохот состоит (рис. 1.21) из разгонного устройства (гидроподготовки) и неподвижного решета, над которым закреплены под острым углом несколько рядов напорных сопел. Мощные струи воды в устройстве гидроподготовки разгоняют материал до скоростей от 4 до 9 м/с. На начальном этапе поток материала турбулентный и толстый, после он утончается и происходит явление сегрегации (отделения крупных кусков от мелких в слое материала под действием внешних сил). Таким образом подготовленный поток попадает на решето, где на него сверху действуют напорные струи из сопел, продавливая мелкие частицы в подрешетный продукт. Частицы, размером больше отверстий решета выносятся потоком в надрешетный продукт.

Существуют две основные конструкции гидрогрохотов: прямолинейные и конусные. Конусные отличаются формой решета, в виде усеченного конуса и «бубликообразным» кольцевым разгонным устройством.

Применяется для рассева крупных частиц.

Рис. 1.21. Принцип работы гидрогрохота.

1.4.3. Валковый грохот

Валковый грохот состоит (рис. 1.22) из параллельных вращающихся в одну сторону валков. Материал, попадая на валки перемещается вдоль них под воздействием их вращения. Частицы размером меньше зазора между валками проваливаются в подрешетный продукт. Остальные частицы перемещаются валками в надрешетный продукт.

Иногда на валки неподвижно закрепляют ряды стержней (пальцев) или звезд (похожих на шестерни) для разрыхления слипшегося материала (звездочный грохот).

Если на валки закрепить вместо пальцев ножи – получается конструкция для измельчения материалов низкой прочности, к примеру, целлюлозы.

Существуют конструкции валковых грохотов, в которых каждый вал для улучшения эффективности работы совершает вибрации.

Рис. 1.22. Принцип работы валкового грохота.

1.5. Шихтование

Подготовительный процесс, улучшающий качество конечных продуктов. Заключается в пропорциональном смешивании поступающих исходных материалов с разными характеристиками в целях получения однородного питания фабрики.

Рис. 1.23. Шихтование.

Для производств большой мощности характерно наличие системы бункеров (силосов) для хранения и шихтования материалов (рис. 1.23). Каждый бункер имеет питатель, способный отгружать материал с разной производительностью. Задавая нужные значения, получают однородный материал (шихту).

В случае отсутствия бункеров используют следующие приёмы:

– «Пирог» – когда полезные ископаемые по некоторой площади распределяют горизонтальными слоями, а после выбирают с одного края, получая, таким образом, однородный материал.

– «Шихтующий ковш» – бульдозер берет некоторое количество материала из одного штабеля (кучи) а потом пропорционально из другого штабеля, а при необходимости и из третьего. Например, нужно смешать материал в пропорции 1 к 2, тогда бульдозер берет 1 ковш из первого и 2 ковша из второго штабеля.

– «Шихтовка с вагона» – каждый вагон с материалом, прибывающий на фабрику, имеет паспорт, в котором содержатся характеристики сырья. Выстраивая очередность разгрузки вагонов, получают однородный материал.