Гидравлические классификаторы. Схема устройства, принцип работы.

• 

Подробности

Создано 14.08.2012 11:34

Обновлено 14.08.2012 12:45

Автор: Admin

Гидравлическая классификация может осуществляться в механических и гидравлических классификаторах. К механическим классификаторам относятся спиральные, реечные, драговые и чашевые классификаторы. Машины этого типа имеют подвижный механизм взмучивания и разгрузки. Так, в спиральных классификаторах он представляет собой спирали, в реечных и чашевых - гребковые рейки, в драговых - скребки на бесконечной ленте или цепи.

Спиральные классификаторы отличаются простотой конструкции, большой производительностью и эффективностью в работе. Они получили наибольшее распостранение при мокрых процессах обогащения песка. Спиральный классификатор представляет собой короб, основной рабочей частью которого является спиральное устройство. При вращении спирали пульпа взмучивается; слив, содержащий мелкие частицы, отводится в нижней части короба через сливной порог, а крупные частицы направляются спиралью к верхнему разгрузочному окну.

Различают спиральные классификаторы с непогруженной спиралью (с высоким порогом) и погруженной спиралью. К первому типу относятся классификаторы, в которых порог расположен ниже верхней кромки спирали на сливном конце.

В классификаторах второго типа нижний конец спирали полностью погружен в пульпу, вследствие чего верхняя зона осаждения твердых частиц находится в относительном покое, что обеспечивает более четкую классификацию. Классификаторы того и другого типа могут быть односпиральными и двухспиральными и соответственно отличаться шириной корыта и производительностью при одинаковой длине. Рассматриваемые классификаторы используют в основном для выделения в слив частиц песка размером меньше 0,15 мм, а также для обезвоживания песков до транспортабельного состояния. Основные размеры отечественных спиральных классификаторов для песков приведены в таблице.

Далее показан спиральный классификатор С-871, разработанный с учетом специфических условий обогащения строительных песков. Для повышения производительности в классификаторах С-871 и С-872 увеличена ширина спиральной ленты и примерно на 40% частота вращения спирали. С этой же целью увеличен параметр разделительной камеры классификатора, которая образована боковыми стенками, наклоненными под углом 60°.

Слив из машины отводится через боковые и торцовые стенки. Для повышения эффективности классификации и отмыва мельчайших фракций на участке спирали, находящейся. под зеркалом слива, установлены перемешивающие лопасти.

Гидравлические классификаторы относятся к группе гравитационных аппаратов, в которых вода служит средой для разделения зернистого материала на фракции. По конструктивному исполнению и характеру движения исходной песчаной пульпы гидравлические классификатрры можно условно разделить на классификаторы вертикального типа и классификаторы горизонтального типа.

К наиболее простому по конструкции гидравлическому классификатору относится конусный классификатор (рисунок выше). Он представляет собой сварной конический резервуар 1, стенки которого наклонены к горизонту под углом 60°.

Мельчайшие частицы песка и шлам удаляются через кольцевой порог 2. Загружается материал через цилиндрический патрубок 3. Так как поступление пульпы происходит ниже уровня слива, образуется восходящий поток, в котором происходит классификация материала. Круглые зерна материала осаждаются, заполняя нижнюю часть конуса и поднимая поплавок 4, связанный рычагами с шариковым клапаном 6. При этом пески разгружаются через нижнюю насадку 5. Конусные классификаторы применяют для мокрой классификации на два класса песка с крупностью зерен до 1,65 мм и тонкозернистого. материала крупностью не более 0,7 мм.

В таблице дана характеристика конусных классификаторов, выпускаемых нашей промышленностью. К наиболее известным отечественным классификаторам вертикального типа относятся классификаторы конструкции ВНИИГСа и ВНИИЖелезобетона.

Ниже показан классификатор ГКД-2 конструкции ВНИИГСа, работающий по следующей схеме. Песчано-гравийная смесь вводится в классификатор через нижний патрубок и, проходя диффузор, поступает в обогатительную камеру, площадь сечения которой значительно превышает площадь верхнего сечения диффузора. Поэтому скорость восходящего потока гидропесчаной смеси после выхода ее из диффузора значительно уменьшается, что влечет за собой выпадение наиболее крупных частиц, которые из обогатительной камеры попадают в классификационную.

Камера классификации расположена между диффузором и внешней оболочкой аппарата. Над ней находится обогатительная камера. Чистая вода, образующая в камере винтовой восходящий поток, в котором материал разделяется, по заданному граничному зерну, подается в нижнюю часть классификационной камеры. Частицы песка, скорость падения которых меньше восходящего потока, отводятся по трубе как шлам, через верхний сливной коллектор, крупный продукт, выпавший из классификационной камеры, обезвоживается и транспортируется на склад.

Вертикальный классификатор ГКД-2 разделяет исходную гидросмесь на две фракции по одному граничному зерну. Граница разделения в пределах 0,5-3,0 мм регулируется количеством по даваемой воды в классификационную камеру и площадью ее поперечного сечения, которую можно изменять при перестановке трех диффузоров, комплектующих классификатор.

Гидроклассификаторы ГКД-2 являются напорными аппаратами, рассчитанными на давление 3 ат на уровне сливного коллектора, так что транспортирование крупного и мелкого продукта может происходить под действием давления, создаваемого внутри классификатора гидронасосами, подающими водопесчаную смесь, и водным насосом, подающим дополнительную воду.

Вертикальный гидравлический классификатор типа КГ конструкции ВНИИЖелезобетона показан на рисунке ниже. Он предназначен для фракционирования Гидропесчаной смеси по одному граничному зерну в пределах 0,3-2,0 мм.

Работа гидроклассификатора типа КГ отличается от описанной выше работы гидроклассификатора ГКД-2 тем, что исходная смесь подается сверху в бак-дозатор и через распределитель гидросмеси попадает в приемно-разделительную камеру. В процессе вертикального движения частиц в восходящих потоках воды более крупные частицы и частицы, близкие по размеру к граничным зернам, из приемно-разделительной камеры попадают в классификационную камеру, куда подается чистая вода для обеспечения окончательной классификации по заданному граничному зерну. Мелкий продукт выводится через верхнюю сливную трубу, крупный - через нижнее разгрузочное отверстие.

К рассматриваемому классификатору можно подсоединить специальную разгрузочную камеру, в которой крупная фракция песка будет частично обезвоживаться до влажности 25%. Классификаторы типа КГ выпускают трех типоразмеров производительностью по исходной водогрунтовой смеси от 300 до 2200 м3/ч и производительностью по исходному песку от 25 до 400 м³/ч.

Чтобы получить на рассматриваемых классификаторах товарную фракцию со стабильным зерновым составом, необходимо обеспечить постоянное питание как по зерновому составу, так и по консистенции поступающей пульпы. Вторая фракция, мелкая, выдаваемая этими классификаторами, загрязнена шламами и требует дополнительного обогащения.

Для получения нескольких фракций необходимо последовательно установить соответствующее число таких классификаторов. Классификаторы вертикального типа просты по конструкции, надежны в работе и в случаях, когда не требуется высокая точность классификации, могут успешно использоваться для обогащения строительных песков. Особенно рационально применять их на гидромеханизированных карьерах, так как эти аппараты могут работать в комплексе с земснарядами, разрабатывающими карьер.

В зарубежной практике при фракционировании песков на несколько фракций из вертикальных классификаторов часто составляют ступенчатые, компаундные или комбинированные установки. С помощью таких классификаторов удается повысить точность разделения на фракции и уменьшить потери товарных фракций в сливе.

Выше показаны схемы классификационных установок системы "Реакс". Комбинированием различных типов установок с гидравлическими классификаторами достигается высокая точность разделения. При этом технологическая схема может быть разработана с учетом конкретных требований производства и с учетом экономических и технологических критериев оптимизации процесса обогащения. Так, компаундная трехступенчатая система классификации (а) представляет собой комбинацию двух, трех или четырех конусных гидравлических классификаторов с горизонтальной подачей воды на классификацию. При двухступенчатой системе классификации (б), повышающей точность разделения, два конусных гидравлических классификатора устанавливаются один над другим.

Комбинированная система классификации (в) представляет собой комбинацию из классификаторов с горизонтальной подачей воды и вертикальной подачей чистой воды, что позволяет получить несколько фракций. Гидравлические классификаторы горизонтального типа по характеру осаждения частиц в классификационных камерах можно разделить на две группы: со свободным и стесненным падением. Классификаторы первой группы представляют собой классифицирующий желоб призматического или пирамидального сечения, в котором происходит выпадение частиц песка из перемещающейся по желобу пульпы.

Поступающая в эти аппараты пульпа сильно разжижена и движется с малой скоростью, что обеспечивает хорошие условия осаждения частиц по крупности. Частицы более крупные осаждаются в начале классификатора, а более мелкие - в конце. Обычно такие классификаторы имеют несколько поперечных перегородок, образующих отдельные классификационные камеры. Чтобы создать благоприятные условия для осаждения более мелких частиц, такие классификаторы к разгрузочному концу делают шире. Эффективность работы рассматриваемых классификаторов низкая, поэтому их применяют для получения мелкого заполнителя, используемого в бетонах невысоких марок.

Поскольку крупность исходного песка при его обработке в гидравлических классификаторах ограничена, и, кроме того, готовые продукты требуют обезвоживания, то гидравлические классификаторы обычно работают в комплексе с грохотами и спиральными классификаторами. Производительность гидравлических классификаторов свободного падения достигает 100 т/ч.

Для более высокой точности разделения материала на фракции используют классификаторы стесненного падения с восходящим потоком воды. Компактность, относительно большая производительность, а также возможность получить необходимое количество фракций песка - преимущество этого вида оборудования. Требуемое качество песка достигается не только с помощью подачи дополнительного количества воды на классификацию, но и увеличением количества камер в аппаратах. Общий вид многокамерного гидравлического классификатора С-692А показан  далее.

Исходный песок в пульпообразователе 1 смешивается с водой и в виде пульпы поступает в направляющий лоток 2 пирамидальной формы. В нижней части лоток имеет прямоугольную форму, расширяющуюся к разгрузочному концу классификатора. Камеры образуются путем вертикальных перегородок, разделяющих корыто 3 на четыре камеры. Схема поперечного разреза камеры показана ниже.

Фракции требуемого размера получаются путем регулирования количества подачи воды, подаваемой в классификационные камеры снизу и образующей восходящие потоки. Вода, поднимаясь по камере, выносит частицы песка, скорость падения которых меньше скорости движения восходящих потоков. Песок разгружается из камер автоматически при заданной плотности пульпы.

Для измерения плотности пульпы в каждой камере установлена гидростатическая трубка 3 с двумя датчиками уровня 1 индукционного типа. Внутри трубки имеется поплавок 2 с ферритовой пластинкой. По мере накапливания взвешенных частиц в камере плотность пульпы увеличивается и вследствие этого поднимается уровень воды в гидростатической трубке вместе с поплавком. При достижении поплавком уровня верхнего датчика через систему реле подается сигнал на открытие разгрузочного отверстия 4 классификационной камеры. По мере разгрузки плотность в камере уменьшается, уровень воды, а также поплавок опускаются. При прохождении поплавка через нижний датчик система автоматического управления дает команду на закрытие разгрузочного отверстия. Затем начинается новый цикл работы камеры.

Изменяя расстояние между верхним и нижним датчиком, а также расположение их по высоте трубки, можно изменять продолжительность цикла работы камеры, время разгрузки и плотность разгружаемой пульпы. Автоматическая система разгрузки материала из камер в классификаторе С-692А обеспечивает получение четырех фракций песка с постоянным зерновым составом и постоянной плотностью.

Производительность классификатора слагается из производительности его отдельных камер. При изменении зернового состава исходного материала и требуемых границ разделения производительность будет изменяться. Общая производительность гидравлических классификаторов возрастает с увеличением границ разделения. Поэтому для повышения производительности многокамерных классификаторов иногда целесообразно на их сливе устанавливать гидроциклоны для дополнительного разделения мелких фракций.

Центробежные классификаторы составляют особую группу гидравлических классификаторов. Их работа основана на использовании центробежных сил инерции, возникающих во вращающемся потоке пульпы. Эффективность разделения будет определяться соотношением между скоростью оседания частиц и скоростью потока пульпы в классификаторе.

Чем выше центробежное ускорение, тем меньше граница разделения и, следовательно, выше производительность по твердому материалу. Центробежные аппараты применяют главным образом для классификации мелких частиц с граничным размером от 5 до 500 мкм.

Различают два типа центробежных классификаторов:

1. Центрифуги - аппараты, в которых вращение гидросмеси достигается благодаря вращению движущихся рабочих поверхностей. Центрифуги в основном используют для обезвоживания таких мелкозернистых материалов, как глина, мел и т. д. Широкого применения в строительной индустрии они не имеют, вследствие большого износа рабочих поверхностей.

2. Гидроциклоны - неподвижные аппараты, к которым пульпа подводится тангенциально с необходимой скоростью. Гидроциклон представляет собой литой или сварной корпус, нижняя часть 1 которого имеет форму конуса, а верхняя 2 - цилиндра.

Исходный материал под избыточным давлением 1-2 ат подается через питающий патрубок, 3 в цилиндрическую часть корпуса тангенциально к внутренней его поверхности. Это создает вращательное движение пульпы. Скорость на входе в гидроциклон достигает нескольких десятков метров в секунду. В связи с этим возникает центростремительное, ускорение которое превышает ускорение свободного падения частиц в несколько раз. При этом каждая частица материала движется по винтовой пространственной спиралии описывает несколько сот оборотов в минуту вокруг центральной геометрической оси аппарата. Чем крупнее частица, тем больше радиус ее вращения.

В нижней половине конуса вращательный поток вследствие разных по величине центробежных сил инерции разделяется на две части: крупные частицы выпадают и разгружаются через песковую насадку 5, мелкие подхватываются вихревым потоком в центре гидроциклона и через сливной патрубок 4 выводятся наружу. Граница разделения в гидроциклоне регулируется давлением на входном патрубке, причем, чем выше давление, тем меньше получается размер граничного зерна.

Применять гидроциклоны для фракционирования песков с границей разделения более 0,5 мм неэффективно, так как с повышением крупности слива необходимо уменьшать давление на входе, что, в свою очередь, вызывает резкое снижение качества получаемых продуктов.

Размеры гидроциклонов зависят не только от производительности, но и от крупности частиц в сливе. Чем меньше диаметр гидроциклона, тем более точно осуществляется разделение. В ниже дана характеристика гидроциклонов с углом конусности 20°.

Технологические схемы обогащения. Каждый из описанных аппаратов отдельно не может обеспечить получение кондиционных песков, поэтому создают технологические линии обогащения с применением необходимого оборудования» определяемого требованиями производства.

Если по техническим требованиям на песок необходимо только отделить частицы меньше 0,15 мм, то наиболее оправданным будет использование для этой операции спирального классификатора соответствующей производительности. Так как обычно этой операции предшествует мокрое грохочение, то в схему получения обогащенного песка, как правило, включают грохот, нижний продукт которого направляется в механический классификатор. Эта наиболее простая схема получения заполнителя усложняется, когда зерновой состав исходного материала требуется корректировать.

Для получения двух фракций песка в зависимости от границы разделения может быть использован двухситовый грохот с брызгательными устройствами, вертикальный гидравлический классификатор, либо гидроциклон в совместной работе со спиральным классификатором. Наибольшую гибкость по регулированию процесса обогащения дают многокамерные гидравлические классификаторы, позволяющие получать на одном аппарате несколько фракций песка. Затем эти фракции должны быть смешаны в требуемых пропорциях, для чего в технологических линиях по обогащению строительных песков используют различное дополнительное оборудование.

Выше показана автоматическая гидроклассификационная установка С-882, в которой использован гидравлический классификатор С-692А. Установка разделяет исходный песок на четыре фракции и удаляет в слив илистые и глинистые частицы, смешивает полученные фракции в требуемых пропорциях и обезвоживает готовый продукт до влажности, позволяющей транспортировать его на ленточных конвейерах.

Автоматическая разгрузка гидравлического классификатора 1, позволяющая получать четыре фракции песка одинаковой консистенции, дала возможность при смешении фракций применять объемное дозирование. Для этого под классификатором устанавливается шихтующее устройство, состоящее из двух рядов дозировочных бункеров 3, работающих поочередно, распределительных механизмов 2 и смесительной емкости 5.

На внешних вертикальных стенках дозировочных бункеров по высоте имеются несколько отверстий для установки датчиков сигнализатора уровня, фиксирующих определенный объем собираемого продукта. Датчики на бункерах устанавливают так, чтобы обеспечить пропорциональность объемов дозируемых гидросмесей заданным соотношениям соответствующих фракций в требуемой смеси.

Из камер классификатора отдельные фракции песка с помощью распределительных механизмов 2 направляются в соответствующий бункер работающего ряда. При заполнении одного из бункеров! материалом до фиксируемого датчика уровня соответствующий распределительный механизм автоматичести переводит поворотную воронку в среднее положение и затем направляет излишки заданной; фракции по желобу 7 между бункерами в спиральный классификатор 9 для обезвоживания.

При наполнении пульпой следующего бункера до заданного уровня его поворотная воронка также переходит в среднее положение. После заполнения последнего бункера работающего ряда, независимо от очередности их заполнения, распределительные механизмы всех камер переводят воронки в следующее рабочее положение: на заполнение второго ряда дозировочных бункеров. Начинается новый цикл. Одновременно открываются клапаны выпускных отверстий 4 заполненных бункеров и гидропесчаная смесь поступает в смесительную емкость 5, где она перемешивается и равномерно направляется в спиральный классификатор 8 для обезвоживания.

Процесс обогащения песка происходит автоматически и управляется с одного пульта, расположенного в кабине оператора. Установка выдает два готовых продукта: песок требуемого зернового состава и мытый песок произвольного зернового состава (излишки по фракциям), влажностью от 14 до 18%.

Входящий в состав установки гидравлический классификатор С-692А определяет производительность установки по исходному; материалу - 50 т/ч, максимальную крупность материала 5 мм и удельный расход воды 4-6 м³/т.