Гидравлические классификаторы с восходящим потоком пульпы используются в основном при классификации строительных материалов и для подготовки материала к гравитационному обогащению.
В классификаторе конструкции НИИЖелезобетона (рис. 2.8, а), используемом для получения песков при производстве бетона, питание подается сверху, навстречу восходящему потоку. Точность и эффективность классификации определяются производительностью. За рубежом для классификации строительных песков широко используется классификатор «Реакс» (рис. 2.8, б).
Исходная пульпа в нем подается в среднюю часть, а вода — с двух сторон тангенциально в грушевидную полость нижней части аппарата. Скорость восходящего потока по мере сужения аппарата постепенно увеличивается. Частицы, конечная скорость падения которых превышает скорость восходящего потока в зоне ввода пульпы, оседают и разгружаются через отверстие внизу классификатора. Мелкие частицы выносятся вверх и разгружаются со сливом. Недостатками классификаторов 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. 2.8, в), предназначенных для подготовки материала к гравитационному обогащению, материал разделяется на несколько продуктов (фракций). Для этого в каждой камере устанавливается своя скорость восходящего потока, значение которой понижается в направлении к разгрузочному порогу аппарата. Многокамерные классификаторы изготовляются четырехкамерными (КГ-4), шестикамерными (КГ-6) и восьмикамерными (КГ-8). Они представляют собой (см. рис. 3.8, в) открытый желоб 1, в дно которого вмонтированы пирамидальные классификационные камеры 2 увеличивающего размера.
Рис. 2.8. Схемы гидравлических классификаторов:
а — конструкции НИИЖелезобетона; б — «Реакс»; в — многокамерного
Нижняя часть каждой камеры включает в себя классификационную 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 классификации.
Для классификации в горизонтальном потоке используются отстойники различной конструкции (элеваторные, пирамидальные и др.), классифицирующие конусы (песковые и шламовые) и механические классификаторы (спиральные, реечные, чашевые, дражные и др.).
Наиболее простые из них элеваторные классификаторы (багер-зумпфы) применяют для предварительного обезвоживания мелкого концентрата и классификации его под действием силы тяжести по граничной крупности, равной примерно 0,5 мм; при этом пески удаляются из зумпфа элеватором (рис. 2.9, а).
|
|
Автоматические конусные классификаторы (рис. 2.9, б) используют 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). Исходный продукт в них подается через центральную трубу, снабженную сеткой и успокоителем — рассекателем потока. Крупные зерна осаждаются, а тонкие частицы уходят в слив. При накоплении песков в конусе находящийся внутри него поплавок поднимается, открывая клапан разгрузочного отверстия. Элеваторные и конусные классификаторы работают обычно без подачи дополнительной воды и эффективность их работы невелика.
Рис. 2.9.Схемы багер-зумпфа (а), конусного (б) и спиральных классификаторов с непогруженной (в) и погруженной (г) спиралью
В механических классификаторах, наиболее часто используемых в циклах измельчения для получения в сливе готового по крупности продукта, направляемого на обогащение, пески удаляются шнеком (в спиральных классификаторах), бесконечной гребковой лентой со скребками или перфорированными черпаками (в дренажных классификаторах) или рамой с гребками, совершающей возвратно-поступательное движение (в реечных классификаторах). Получивший преимущественное распространение спиральный классификатор (рис. 2.9, в) состоит из наклонного под углом 12-16° полуцилиндрического корыта, в котором вращаются одна или две спирали из стальных полос.
Исходный материал подается под уровень находящейся в классификаторе пульпы; крупные зерна осаждаются и транспортируются вращающейся спиралью к верхнему концу корыта, а мелкие частицы уходят со сливом через сливной порог.
При крупности разделения 0,2 мм и выше применяют классификаторы с непогруженной спиралью (табл.2.1), в которых вся верхняя половина витка спирали выступает над зеркалом пульпы.
Таблица 2.1
Основные параметры классификаторов типа КСН (с непогруженной спиралью)
Показатели | 1-КСН-3 | 1-КСН-5 | 1-КСН-7,5 | 1-КСН-10 | 1-КСН-12 | 1-КСН-15 | 1-КСН-17 | 1-КСН-20 | 1-КСН-24 | 2-КСН-24 | 1-КСН-24А | 2-КСН-24А | 1-КСН-24Б | 1-КСН-30 | 2-КСН-30 |
Диметр спирали, мм | |||||||||||||||
Длина спи- рали, мм | |||||||||||||||
Количество спиралей, шт. | |||||||||||||||
Частота | 7,8 | 4,1 | 3,4 | 2,5 | 2,0 | 1,8 | 3,5 | - | 3,6 | - | 1,5 | 3,0 | |||
вращения вала спирали, мин-1 | 8,3 | 6,8 | 5,0 | 4,0 | |||||||||||
Угол уста- новки, град. | 18,5 | 18,5 | 18,5 | ||||||||||||
Мощность | 1,1 | 1,1 | 3,0 | 5,5 | 5,5 | 7,5 | 10,0 | 13,0 | 13?0 | 22,0 | 22,0 | 40,0 | 22,0 | 30,0 | 40,0 |
эл.двигат. | |||||||||||||||
привода спирали, кВт | |||||||||||||||
Масса, т | 0,8 | 1,5 | 3,0 | 5,0 | 7,0 | 13,0 | 17,0 | 19,0 | 23,0 | 37,0 | 34,0 | 57,0 | 39,0 | 42,0 | 70,0 |
Для получения более тонкого слива (более 65 % класса -0,074 мм) применяют классификаторы с погруженной спиралью (рис. 2.9, в, табл.2.2), в которых часть спирали у сливного порога целиком погружена в пульпу.
Таблица 2.2
Основные параметры классификаторов типа КСН (с погруженной спиралью)
Показатели | 1-КСП-12 | 2-КСП-12 | 1-КСП-15 | 2-КСП-15 | 1-КСП-17 | 1-КСП-20 | 2-КСП-20 | 1-КСП-24 | 2-КСП-24 | 1-КСП-30 |
Диметр спирали, мм | ||||||||||
Длина спирали, мм | ||||||||||
Количество спиралей, шт. | ||||||||||
Частота вращения вала спирали, мин-1 | 4,1 | 8,3 | 3,4 | 6,8 | 2,5 | 2,5 | 5,0 | 2,0 | 4,0 | 1,5 3,0 |
Угол установки, град. | 15-18 | 15-18 | 15-18 | 15-18 | ||||||
Мощность электродвигателя привода спирали, кВт | 5,5 | 10,0 | 7,5 | 10,1 | - | 13,0 | 22,0 | 13,0 | 30,0 | 30,0 |
Масса, т | 10,5 | 17,0 | 19,0 | 32,0 | 25,0 | 31,0 | 56,0 | 35,0 | 63,5 | 60,0 |
Эффективность классификации составляет 35-65 %; регулирование крупности слива производят изменением плотности пульпы Т. По В.А. Олевскому, существует зависимость:
|
|
(3.29)
где β74— содержание в сливе класса -0,074 мм, %.
Выбранный к установке классификатор должен обеспечивать требуемую производительность по сливу и пескам. Производительность (в т/ч) по сливу классификаторов с непогруженной спиралью определяется по формуле []
где m – число спиралей; Kβ – крупность слива (табл.2,3); Kδ – плотность материала; Kс – заданная плотность слива (табл.2,4); Kα – угол наклона днища классификатора (табл.2,5); D – диаметр спиралей, м (табл.2,6).
Производительность (в т/ч) по пескам определяется по формуле
где n – частота вращения спиралей, мин-1; δ –плотность руды, т/м3.
Значения коэффициентов приведены в табл.2.3-2.6.
Таблица 2.3
Значения коэффициента Kβ учитывающего крупность слива классификатора
Показатели | Номинальная крупность сливa d95, мм | ||||||||
1,17 | 0,83 | 0,59 | 0,42 | 0,30 | 0,21 | 0,15 | 0,10 | 0,074 | |
Содержание в сливе классов, %: - 0,074 мм - 0,044 мм | 23 15 | ||||||||
Базисное (условное) разжижение слива: Ж:Т по массе R2 твердого, % | 1,3 | 1,5 40 | 1,6 | 1,8 | 2,0 | 2,33 | 4,0 | 4,5 | 5,7 16,5 |
Коэффициент Kβ | 2,5 | 2,37 | 2,19 | 1,96 | 1,70 | 1,41 | 1,0 | 0,67 | 0,46 |
Таблица 2.4
Значения коэффициента Кс, учитывающего разжижение слива классификатора
Плотность руды δ, т/м3 | Отношение RТ/R2,7 | ||||||
0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 2,0 | |
2,7 | 0,60 | 0,73 | 0,86 | 1,0 | 1,13 | 1,67 | |
3,0 | 0,63 | 0,77 | 0,93 | ,07 | 1,23 | ,44 | 1,82 |
3,3 | 0,66 | 0,82 | 0,98 | ,15 | 1,31 | ,55 | 1,97 |
3,5 | 0,68 | 0,85 | 1,02 | ,20 | 1,37 | ,63 | 2,07 |
4,0 | 0,73 | 0,92 | 1,12 | ,32 | 1,52 | 1,81 | 2,32 |
4,5 | 0,78 | 1,00 | 1,22 | ,45 | 1,66 | ,99 | 2,56 |
5,0 | 0,83 | 1,07 | 1,32 | ,57 | 1,81 | 2,18 | 2,81 |
Таблица 2.5
Значения коэффициента, учитывающего угол наклона днища классификатора
α ° | |||||||
Kα | 1,12 | 1,10 | 1,06 | 1,03 | 1,0 | 0,97 | 0,94 |
Таблица 2.6
|
|
Величины D 1,765 и D 3 для стандартных классификаторов
D, м | 0,3 | 0,5 | 0,75 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 2,0 | 2,4 | 3,0 |
D 1,765 | 0,12 | 0,27 | 0,6 | 1,0 | 1,38 | 2,04 | 3,40 | 4,70 | 6,97 |
D 3 | 0,027 | 0,111 | 0,422 | 1,0 | 1,73 | 3,38 | 8,0 | 13,62 | 27,0 |
Классификацию в центробежном поле осуществляют в гидроциклонах и воздушных сепараторах.
Гидроциклоны (рис. 2.10, а, б) широко используются при классификации тонкодисперсных материалов различных полезных ископаемых, особенно при их измельчении.
Рис. 2.10. Схемы гидроциклона (а), трехпродуктового гидроциклона (б) и центробежного воздушного сепаратора (в)
Из многочисленных конструкций гидроциклонов на рудообогатительных фабриках применяют главным образом цилиндроконические с углом конусности 20° и малых типоразмеров с углом конусности 10°. В условное обозначение входят слово «гидроциклон», угол конусности (если он отличается от 20°), буквенные обозначения материала рабочих поверхностей гидроциклонов, диаметр гидроциклона (в мм) и обозначение климатического исполнения (для стран с жарким климатом Т).
Пример: ГЦР-150, ГЦК-710, где Р - резина; К - каменное литьё.
Технологические характеристики гидроциклонов приведены в табл. 2.7.
При выборе и расчете гидроциклонов должны быть известны схемы измельчения и классификации, производительность мельницы по исходному питанию и её удельная производительность, циркулирующая нагрузка, характеристика крупности и содержание твердого в продукте измельчения, а также характеристики крупности продукта, поступающего в цикл измельчения.
Таблица 2.7
Основные параметры классифицирующих гидроциклонов
Диаметр гидроци-клона D, мм | Угол конусно-сти α, град. | Средняя производительность Vn, м3/ч (при Р 0=0,1МПа) | Круп-ность слива d н(при ρ т=2,7 г/см3) | Стандартный эквивал. диаметр питающего отверстия d н, мм | Стандартный диаметр сливного патрубка d, мм | Диаметр песковой насадки Δ, мм |
0,15-0,3 | - | - | ||||
0,45-0,9 | - | 4-8 | ||||
1,8-3,6 | 6-12 | |||||
3-10 | 10-20 | 15-20 | 18-25 | 8-17 | ||
10,20 | 12-30 | 20-50 | 30-40 | 40-50 | 12-34 | |
27-80 | 30-100 | 24-75 | ||||
50-150 | 40-150 | 34-96 | ||||
100-300 | 50-200 | 48-150 | ||||
200-500 | 60-250 | 48-200 | ||||
360-1000 | 70-280 | 75-250 | ||||
700-2000 | 80-300 | 150-300 | ||||
1100-3800 | 90-330 | 250-500 |
Расчет гидроциклонов начинают с расчета количественной и шламовой схемы, т. е. с определения производительности каждого продукта по твердому, по количеству воды и пульпы. По условиям классификации предварительно выбирается гидроциклон определенного типоразмера (Д). Необходимое давление пульпы на входе в гидроциклон (P0) определяется по формуле [3,4]
где V— производительность, м3/ч;
К α - поправка на угол конусности гидроциклона (α = 10°, Кα= 1,15; α = 20°,
Кα = 10);
К D - поправка на диаметр гидроциклона (табл.2.8);
d п- эквивалентный диаметр питающего отверстия, см;
d - диаметр сливного патрубка, см.
Таблица 2.8
Значения коэффициента К0для расчета гидроциклона
Диаметр гидроциклона D, см | ||||||||
Поправочный коэффициент К D | 1,28 | 1,14 | 1,06 | 1,0 | 0,95 | 0,91 | 0,88 | 0,81 |
Высота гидроциклона, H г„м | - | - | - | - | 3,5 | 4,5 |
Для гидроциклонов диаметром больше 500 мм необходимо учитывать высоту гидроциклона [3,4]:
(2.35)
где Рt- давление, создаваемое насосом на входе в гидроциклон, МПа;
Н г — высота гидроциклона, м;
ρп — плотность исходной пульпы, г/см3.
У выбранного типоразмера гидроциклона проверяется величина нагрузки на песковое отверстие и её соответствие норме (0,5-2,5 г/ч • см2) по формуле [3,4]
(2.36)
где Qп — производительность по пескам, т/ч;
Sn — площадь пескового отверстия, см2.
Проверка номинальной крупности dn слива гидроциклона производится по формуле [3,4]
(2.37)
где βп тв - содержание твердого в исходной пульпе (табл.2.39), %;
Δ - диаметр пескового отверстия (насадка), см;
ρ т и ρ — плотность твердой и жидкой фаз, г/см3.
Таблица 2.9
Зависимость содержания твердого в песках гидроциклона от крупности слива
Содержание класса -0,074 мм в сливе, β с-74, % | 50-60 | 60-70 | 70-80 | 80-85 | 85-90 | 90-95 | 95-100 |
Содержание твердого в песках, Β птв, % | |||||||
Разжижение песков Т:Ж | 0,25 | 0,33 | 0,39 | 0,43 | 0,43 | 0,49 | 0,54 |
Исходная пульпа под давлением от 5 до 50 Н/см2 (0,5— 5 кгс/см2) подается через патрубок тангенциально к внутренней поверхности цилиндрической части гидроциклона и приобретает в нем вращательное движение.
Тяжелые и крупные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся вниз, разгружаясь через насадку 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. 2.10, б) имеет двойную сливную трубу. Крупность слива возрастает с увеличением плотности и вязкости исходного материала и с уменьшением диаметра песковой насадки. Большое влияние на эффективность разделения оказывает отношение диаметров песковой насадки и сливного патрубка, равное обычно 0,5-6,6. Диаметр сливного патрубка составляет 0,2-0,4 диаметра цилиндрической части гидроциклона, размер которой достигает 1500 мм. Для получения тонких сливов (менее 5-10 мкм) применяют батареи из гидроциклонов диаметром 15-100 мм, работающих при давлении пульпы на входе в гидроциклоны до 90 Н/см2 (9 кгс/см2). Преимуществами гидроциклонов являются простота конструкции, отсутствие движущих частей, малые размеры; недостатками — повышенный износ внутренней поверхности корпуса и насадок, для предотвращения чего их футеруют каменным литьем или гуммируют.
В центробежных воздушных сепараторах (рис. 2.10, в) вращающаяся тарелка разбрасывает исходный материал во внутренней камере. Крупные зерна оседают в воронке, а тонкий продукт выносится потоком воздуха и оседает во внешней камере. Крупность разделения регулируют скоростью воздушного потока.