книги / Переработка, обогащение и комплексное использование твердых полезных ископаемых. Обогатительные процессы и аппараты
.pdf(3.20)
Формула (3.20) пригодна для определения скорости стес ненного падения зерен крупностью менее 0,2 мм при класси фикации тонкозернистого материала. Для определения vCTбо лее крупных зерен — от 0,2 до 12,5 мм — пользуются фор мулой Ханкока:
(3.21)
Зерна различной крупности и плотности, но имеющие оди наковые конечные скорости движения в среде, называются равнопадающими, т. е. v0i = v0i В общем случае на основании формулы (3.13):
Откуда
c - d x _ у, 52-А
(3.22)
d2 \|/2 Ô —Д
Отношение диаметров равнопадающих легкого и тяжело го зерен называется коэффициентом равнопадаемости (е).
Обозначив через К\ и Кг постоянные коэффициенты, учи тывающие влияние реологических параметров среды и формы соответственно для легких и тяжелых зерен на основании фор мул (3.14) — (3.16) находим:
для ламинарного режима движения [формула (3.14)]
(3.23)
для переходного режима движения [формула (3.15)]
(3.24)
для турбулентного режима движения [формула (3.16)]
_ 4 _ * & - * )
(3.25)
4К,’(5 ,- л )'
Вматериале, поступающем на гравитационное обогаще ние, основанное на использовании различия скоростей паде ния разделяемых зерен, не должны присутствовать их равно падающие зерна. Для этого материал подвергают предвари тельной классификации по крупности, шкала (модуль) кото рой не должна превышать коэффициент равнопадаемости.
3.3.2. Процесс класспФпкаипп
В зависимости от конструкции классификатора процесс классификации может осуществляться в горизонтальном или восходящем потоке среды под действием гравитационных сил и сил сопротивления, а также в центробежном поле, где клас сифицируемые частицы испытывают дополнительное воздей ствие центробежных сил инерции.
При классификации в восходящем потоке (рис. 3.6, а) круп ность зерен, выделяемых в слив (или пески), определяется со отношением скорости их падения v0 и скорости восходящего потока и. Если для данного зерна vo > и, то зерно перейдет в
Рис. 3.6. Схема процесса классификации в восходящ их (а) и горизонталь ных (б) потоках
в пески, а если v0 < и, то зерно будет вынесено потоком в слив классификатора. При получении нескольких классов их выде ление осуществляется при различных скоростях восходящих по токов. Отношение значений скоростей восходящих потоков, при которых происходит выделение смежных классов, называ ется коэффициентом шкалы гравитационной классификации SV:
S - |
U(i+I) - |
v°(‘*‘) |
(3.26) |
Г |
и, |
voi |
|
При классификации в горизонтальном потоке (рис. 3.6, б) каждая частица перемещается в горизонтальном направлении со скоростью горизонтального потока среды и и по вертикали под действием силы тяжести с конечной скоростью падения v0. При глубине сливающегося потока h и длине классифика-
. . / h
тора / частица уйдет со сливом, если —<— , или в пески, если
и V0
I |
h |
D |
l |
h |
h |
—>— |
Вграничных условиях |
— = — ; |
v0= —и.Учитывая, |
||
и |
v0 |
|
и |
v0 |
/ |
что |
при |
ширинеклассификатора |
b и объеме его слива V: |
||
|
V |
|
|
|
|
и = — , получаем: |
|
|
|
||
|
hb |
|
|
|
|
|
|
_ h |
V _ V |
(3.27) |
|
|
|
V° I |
hb |
lb ’ |
|
|
|
|
|||
т. e. при классификации в горизонтальном потоке скорость падения и, следовательно, крупность частиц, уходящих со сли вом, не зависят от глубины потока, а определяются объемом слива V и площадью зеркала классификатора lb. Чем больше объем слива и меньше площадь зеркала классификатора, тем больше конечная скорость падения и крупность частиц, пере ходящих в слив.
Для классификации в центробежном поле используются или неподвижные цилиндрические аппараты, пульпа или аэ
росуспензия в которые подается под давлением (0,5—3,0)105 Па тангенциально к внутренней поверхности цилиндра, или вра щающиеся обычно цилиндрические аппараты. Вращение пуль пы и образование центробежных полей с ускорением в десят ки и тысячи g позволяет резко снизить крупность разделения, по сравнению с гравитационной классификацией. Отношение ускорений Центробежного аи и гравитационного аг силовых полей называют фактором разделения Fpa3a :
(3.28)
Его значение зависит от числа оборотов п, об/мин, и ра диуса вращения R, м. Например, при Fpaм = 100 частица круп ностью 30 мкм будег двигаться в центробежном поле с той же скоростью, что и частица размером в 300 мкм в гравитацион ном поле.
На практике четкость разделения при классификации на рушается циркуляционным движением потока, перемешивани ем частиц его турбулентными вихрями и другими причинами технологического характера. Поэтому в песках всегда присут ствуют мелкие частицы, а в сливе — часть крупных. Оценку ре зультатов и качества продуктов классификации, а также круп ности разделения при классификации производят по резуль татам ситового анализа слива и песков (рис. 3.7).
При этом крупность разделения по первому способу оп ределяется абсциссой пересечения кривых гранулометричес ких характеристик слива и песков (рис. 3.7, а). Данная круп ность разделения отвечает размеру такого зерна, засоренность продуктов по которому одинакова. По второму способу (рис. 3.7, б) за крупность разделения принимают размер зерна, извле чение которого в слив и пески одинаково (равно 50 %). Эффек тивность классификации определяют обычно по формуле Ханкока— Луйкена [см. формулу 2.10)].
^ 75
*>
а
1 50
»
«* s
«о 25 J?
О 0.5 |
Ю 1S 0.0 £5 |
О |
|
||
Роз мер |
атберстий сит,*» |
Размер зерен, мм |
Рис. 3.7. О пределение крупности разделения (3) при классификации по ре зультатам ситового анализа слива (У) и песков (2)
3.3.3. Конструкипп классификаторов
Гидравлические классификаторы с восходящим потоком пульпы используются в основном при классификации строи тельных материалов и для подготовки материала к гравита ционному обогащению.
В классификаторе конструкции НИИЖелезобетона (рис. 3.8, а), используемом для получения песков при производстве бетона, питание подается сверху, навстречу восходящему по току. Точность и эффективность классификации определяются производительностью. За рубежом для классификации строи тельных песков широко используется классификатор «Реакс» (рис. 3.8, б).
Исходная пульпа в нем подается в среднюю часть, а вода
— с двух сторон тангенциально в грушевидную полость ниж ней части аппарата. Скорость восходящего потока по мере су жения аппарата постепенно увеличивается. Частицы, конеч ная скорость падения которых превышает скорость восходя щего потока в зоне ввода пульпы, оседают и разгружаются че рез отверстие внизу классификатора. Мелкие частицы выно сятся вверх и разгружаются со сливом. Недостатками класси-
фикаторов являются: высокий расход воды (до 10 м3 на 1 т), большая высота аппаратов (до 15 м) и получение только двух продуктов — песков и слива.
В гидравлических многокамерных классификаторах (рис. 3.8. в), предназначенных для подготовки материала к гравита ционному обогащению, материал разделяется на несколько продуктов (фракций). Для этого в каждой камере устанавли вается своя скорость восходящего потока, значение которой понижается в направлении к разгрузочному порогу аппарата. Многокамерные классификаторы изготовляются четырехка мерными (КГ-4), шестикамерными (КГ-6) и восьмикамерны ми (КГ-8). Они представляют собой (см. рис. 3.8, в) открытый желоб /, в дно которого вмонтированы пирамидальные клас сификационные камеры 2 увеличивающего размера.
Нижняя часть каждой камеры включает в себя классифика ционную трубу 4, перемешивающее устройство (1— 2 об/мин) для разрыхления взвеси песков 3, камеру для тангенциального ввода воды 5 и разгрузочное устройство 6. Достоинствами их являются: высокая точность классификации, автоматическая разгрузка песков и возможность регулировки процесса клас сификации.
Рис. 3.8. Схемы гидравлических классификаторов:
а — конструкции НИИЖелезобетона; б — «Реакс»;*__многокамерного
Для классификации в горизонтальном потоке использу ются отстойники различной конструкции (элеваторные, пи рамидальные и др.), классифицирующие конусы (песковые и шламовые) и механические классификаторы (спиральные, ре ечные, чашевые, дражные и др.).
Наиболее простые из них элеваторные классификаторы
(багер-зумпфы) применяют для предварительного обезвожи вания мелкого угольного концентрата и классификации его под действием силы тяжести по граничной крупности, равной примерно 0,5 мм; при этом пески удаляются из зумпфа элева тором (рис. 3.9, а).
Автоматические конусные классификаторы (рис. 3.9,6) ис пользуют для классификации зернистого материала (2—3 мм) при крупности разделения более 0,15 мм (в песковых конусах ККП) и шламистых материалов (менее 1 мм) при крупности разделения менее 0,15 мм (в шламовых конусах ККШ). Исход ный продукт в них подается через центральную трубу, снаб женную сеткой и успокоителем — рассекателем потока. Круп ные зерна осаждаются, а тонкие частицы уходят в слив. При накоплении песков в конусе находящийся внутри него попла вок поднимается, открывая клапан разгрузочного отверстия. Элеваторные и конусные классификаторы работают обычно без подачи дополнительной воды и эффективность их работы не велика.
Рис. 3.9. Схемы багер-зумпфа (а), конусного (б) и спиральных классифи каторов с непогруженной (в) и погруженной (г) спиралью
В механических классификаторах, наиболее часто исполь зуемых в циклах измельчения для получения в сливе готового по крупности продукта, направляемого на обогащение, пески удаляются шнеком (в спиральных классификаторах), беско нечной гребковой лентой со скребками или перфорирован ными черпаками (в дренажных классификаторах) или рамой с гребками, совершающей возвратно-поступательное движение (в реечных классификаторах). Получивший преимущественное распространение спиральный классификатор (рис. 3.9, в) состо ит из наклонного под углом 12— 16° полуцилиндрического ко рыта, в котором вращаются одна или две спирали из сталь ных полос.
Исходный материал подается под уровень находящейся в классификаторе пульпы; крупные зерна осаждаются и тран спортируются вращающейся спиралью к верхнему концу ко рыта, а мелкие частицы уходят со сливом через сливной порог.
При крупности разделения 0,2 мм и выше применяют классификаторы с непогруженной спиралью, в которых вся верхняя половина витка спирали выступает над зеркалом пульпы.
Для получения более тонкого слива (более 65 % класса -0,074 мм) применяют классификаторы с погруженной спи ралью (рис. 3.9, в), в которых часть спирали у сливного порога целиком погружена в пульпу.
Эффективность классификации составляет 35—65 %; ре гулирование крупности слива производят изменением плотно сти пульпы Т. По В.А. Олевскому, существует зависимость:
Т « 48,3 - 0,35р74 (3.29)
где Р74— содержание в сливе класса -0,074 мм, %. Классификацию в центробежном поле осуществляю!' в ги
дроциклонах и воздушных сепараторах.
Гидроциклоны (рис. 3.10, а, б) широко используются при классификации тонкодисперсных материалов различных по лезных ископаемых, особенно при их измельчении.
по
Рис. 3.10. Схемы гидроциклона (а), трехпродуктового гидроциклона (б) и
центробеж ного воздуш ного сепаратора (в)
Исходная пульпа под давлением от 5 до 50 Н/см2 (0,5— 5 кгс/см2) подается через патрубок тангенциально к внутрен ней поверхности цилиндрической части гидроциклона и прио бретает в нем вращательное движение.
Тяжелые и крупные частицы под действием центробеж ной силы отбрасываются к стенкам аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся вниз, разгружаясь через насад ку для песков. Мелкие же частицы вместе с основной массой воды образуют внутренний поток, который поднимается вверх, и выносится через сливной патрубок.
Трехпродуктовый гидроциклон (см. рис. 3.10, б) имеет двой ную сливную трубу. Крупность слива возрастает с увеличени ем плотности и вязкости исходного материала и с уменьше нием диаметра песковой насадки. Большое влияние на эффек тивность разделения оказывает отношение диаметров песко вой насадки и сливного патрубка, равное обычно 0,5—0,6.
Диаметр сливного патрубка составляет 0,2—0,4 диаметра цилиндрической части гидроциклона, размер которой дости гает 1500 мм. Оптимальный угол конусности гидроциклона — около 20° Для получения тонких сливов (менее 5— 10 мкм) применяют батареи из гидроциклонов диаметром 15— 100 мм,
i l l
работающих при давлении пульпы на входе в гидроциклоны до 90 Н/см2(9 кгс/см2). Преимуществами гидроциклонов яв ляются простота конструкции, отсутствие движущих частей, малые размеры; недостатками — повышенный износ внут ренней поверхности корпуса и насадок, для предотвращения чего их футеруют каменным литьем или гуммируют.
В центробежных воздушных сепараторах (рис. 3.10, в) вра щающаяся тарелка разбрасывает исходный материал во вну тренней камере. Крупные зерна оседают в воронке, а тонкий продукт выносится потоком воздуха и оседает во внешней ка мере. Крупность разделения регулируют скоростью воздушно го потока.