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)

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)

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 Kβучитывающего крупность слива классификатора

Таблица 2.4

Значения коэффициента К_с, учитывающего разжижение слива классификатора

Таблица 2.5

Значения коэффициента, учитывающего угол наклона днища классификатора

Таблица 2.6

Величины D^1,765 и D³ для стандартных классификаторов

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

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°, К_α= 1,15; α= 20°,

К_α = 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

Для гидроциклонов диаметром больше 500 мм необходимо учиты­вать высоту гидроциклона [3,4]:

(2.35)

где Р_t- давление, создаваемое насосом на входе в гидроциклон, МПа;

Н_г— высота гидроциклона, м;

ρ_п — 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 Q_п — производительность по пескам, т/ч;

S_n— площадь пескового отверстия, см².

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

(2.37)

где β_п^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

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.