Конструкции классификаторов. Гравитационные и центробежные классификаторы, воздушные сепараторы

 

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; – крупность слива (табл.2,3); – плотность материала; – заданная плотность слива (табл.2,4); – 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 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 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°
1,12 1,10 1,06 1,03 1,0 0,97 0,94

Таблица 2.6

Величины D1,765 и D3 для стандартных классификаторов

D, м 0,3 0,5 0,75 1,0 1,2 1,5 2,0 2,4 3,0
D1,765 0,12 0,27 0,6 1,0 1,38 2,04 3,40 4,70 6,97
D3 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 (приР0=0,1МПа) Круп-ность слива dн(при ρт=2,7 г/см3) Стандартный эквивал. диаметр питающего отверстия dн, 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;

Кα - поправка на угол конусности гидроциклона (α = 10°, Кα= 1,15; α= 20°,

Кα = 10);

КD- поправка на диаметр гидроциклона (табл.2.8);

dп- эквивалентный диаметр питающего отверстия, см;

d - диаметр сливного патрубка, см.

 

 

Таблица 2.8

Значения коэффициента К0для расчета гидроциклона

Диаметр гидроциклона D, см
Поправочный коэффициент КD 1,28 1,14 1,06 1,0 0,95 0,91 0,88 0,81
Высота гидроциклона, Hг„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;

Нгвысота гидроциклона, м;

ρпплотность 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 Qппроизводительность по пескам, т/ч;

Sn— площадь пескового отверстия, см2.

Проверка номинальной крупности dn слива гидроциклона произво­дится по формуле [3,4]

(2.37)

где βптв - содержание твердого в исходной пульпе (табл.2.39), %;

Δ - диаметр пескового отверстия (насадка), см;

ρт 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, βс-74, % 50-60 60-70 70-80 80-85 85-90 90-95 95-100
Содержание твердого в песках, Βптв, %
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.