24.7. Технологические процессы обогащения и улучшения каменных материалов

Процессы обогащения и улучшения каменных материалов разделяются на промывку, гидравлическую классификацию, обогащение щебня по форме зерен, обезвоживание, обогащение щебня и гравия по прочности, обогащение щебня в тяжелых средах.

Промывка. Для повышения качества щебня в технологические схемы КДЗ включают промывку материала в две и даже три стадии. В месторождениях изверженных и метаморфических пород глинистые включения отсутствуют, поэтому в технологических операциях переработки таких пород промывку предусматривают только при значительном содержании пылеватых частиц.

В месторождениях осадочных пород и гравийно-песчаном материале практически всегда присутствуют глина и пылеватые частицы, содержание которых превышает допустимые пределы.

Процесс промывки основан на способности глины разрушаться в водной среде, в результате чего она может быть отделена от сырья и удалена в слив. Погруженная в воду глина впитывает в себя влагу, ее поверхностные слои набухают и становятся рыхлыми. При интенсивном трении всей горной массы в промывочной машине эти слои непрерывно удаляются. Свежеобнаженные поверхности зерен вновь подвергаются воздействию воды. Качественную оценку промываемости материала проверяют показателем промываемости, определяющим количество энергии, затраченной на промывку единицы материала (удельного расхода энергии):

где (24.2)

N - мощность, необходимая для промывки материала, кВт;

П - производительность машины, т/ч.

В зависимости от удельного расхода энергии для промывки того или иного материала выбирают тип промывочной машины. Легко промываемые материалы, на промывку которых расходуется мало энергии, могут быть промыты на плоских виброгрохотах с брызгалами. Для труднопромываемых материалов необходимы сложные промывочные машины с интенсивным воздействием: гравиемойки-сортировки, грохоты, вибрационные вибромойки и вибрационные плоские грохоты; корытные наклонные и горизонтальные мойки. Техническая характеристика промывочных машин приведена в табл. 24.10.

Таблица 24.10

Техническая характеристика промывочных машин

Увеличение расхода воды повышает эффективность промывки до известного предела, повышение температуры воды способствует более интенсивному растворению веществ, связывающих глинистые частицы, в результате чего эффективность промывки возрастает. При добавлении в воду электролитов происходит полный обмен катионов магния и кальция, в результате чего уменьшаются силы сцепления частиц. Глина становится пористой, менее гидростойкой, легче диспергируется в воде. При расходе электролита до 1 % в расчете на сухую массу глины уменьшается время размыва примерно в 1,5-2 раза.

Гидравлическая классификация. Процесс разделения зерен в жидкости по скоростям их падения осуществляют в классификаторах. Крупность материала, подвергаемого гидравлической классификации, не превышает 5 мм. Классификация производится в вертикальных и горизонтальных струях воды. Кроме гидравлических и механических, применяют спиральные классификаторы, представляющие собой короб, основной рабочей частью которого является спиральное устройство. При вращении спирали песок, поступающий вместе с водой, взмучивается, слив, содержащий мелкие частицы, отводится в нижнюю часть короба через сливной порог, а крупные частицы подаются спиралью к верхнему загрузочному окну. Спиральные классификаторы отличаются простотой, большой производительностью и эффективностью. Техническая характеристика спиральных классификаторов приведена в табл. 24.11.

Таблица 24.11

Техническая характеристика спиральных классификаторов

Гидравлические классификаторы относят к группе гравитационных аппаратов, в которых вода служит средой, разделяющей зернистый материал на сорта по крупности. Применяют горизонтальные и вертикальные классификаторы (рис. 24.16).

Рис. 24.16. Схема промывки и классификации песчано-гравийной смеси в вертикальном гидроклассификаторе

Процесс гидроклассификации осуществляется следующим образом. Песчано-гравийную смесь подают в классификатор через нижний патрубок 6, которая, пройдя диффузор 3, поступает в обогатительную камеру 2, площадь сечения которой намного больше площади верхнего сечения диффузора. Поэтому скорость восходящего потока смеси значительно уменьшается, что влечет за собой выпадение наиболее крупных частиц, которые попадают из обогатительной камеры 2 в классификационную 4, которая расположена между диффузором 3 и внешней оболочкой аппарата.

В нижнюю часть классификационной камеры 4 подают из водонапорной башни чистую воду под напором через патрубок 5. Вода образует в камере восходящий поток, в котором материал разделяется по заданному граничному зерну. Частицы песка, скорость падения которых меньше скорости восходящего потока, через верхний сливной коллектор по трубе 1 отводятся в шлам, а крупный продукт, выпавший из классификационной камеры 4, обезвоживается и подается на склад. Гидроклассификация позволяет обеспечить разделение материала на два размера по одному граничному зерну. Граница разделена в пределах от 0,5 до 3 мм.

Обогащение щебня по форме зерен. Щебень кубовидной формы получают в виброгрохотах с щелевидными ситами, грануляцией щебня в роторных дробилках ударного действия и в барабанных грануляторах (рис. 24.17).

Рис. 24.17. Схема обогащения щебня по форме зерен в барабанном грануляторе

Стандарты на щебень из естественного камня для строительных работ ограничивают в нем массовую долю пластинчатых и игольчатых зерен до 25 %, а в некоторых случаях и до 15 %. К зернам пластинчатой и игловатой формы (лещадным) относятся также зерна, толщина или ширина которых менее длины в 3 раза и более.

Способ обогащения по форме зерен состоит в следующем. Продукт дробления рассеивают на узкие сорта, которые подвергают сортировке на щелевидных ситах.

Обогащение на барабанных грануляторах заключается в том, что при вращении барабана продукт крупностью до 150 мм захватывается лифтерами типа лопасти и поднимается наверх. Не достигая верхней точки барабана, куски скатываются с лифтера и падают на находящийся внизу слой материала. Кроме того, при вращении барабана материал в верхних слоях перекатывается. При падении кусков и перекатывании тонкие лещадные зерна размельчаются, разламываются, острые края обламываются, что приводит к улучшению формы щебня.

Обезвоживание. Гравий и щебень в основном обезвоживаются на виброгрохотах, а песок - в спиральных классификаторах. Получение гравия, щебня и песка состоит в последовательном выполнении приведенных операций, составляющих технологический процесс получения нерудных строительных материалов. Выход продукции заданного ассортимента обеспечивают путем включения в технологическую схему КДЗ операций сортировки, классификации, дробления, промывки и обогащения.

Обогащение щебня и гравия по прочности. Прочность щебня характеризуют маркой, соответствующей пределу прочности исходной горной породы при сжатии в насыщенном водой состоянии и определяемой по дробимости щебня при сжатии (раздавливании) в цилиндре. Кроме того, щебень, предназначенный для строительства автомобильных дорог, характеризуется износом в полочном барабане. Обогащение по прочности производят в отсадочных машинах, механических классификаторах, в тяжелых средах. Наибольшее распространение получили первые два способа.

Минеральные зерна различной прочности имеют и различную плотность. Процесс разделения таких зерен в попеременно восходящем потоке воды называют отсадкой и осуществляют в отсадочных машинах (рис. 24.18).

Механизм разделения зерен по плотности в отсадочных машинах весьма сложен, и его результаты зависят от многих факторов (частоты, амплитуды пульсации, формы зерен, толщины слоя, разности плотностей разделяемых материалов).

Расслоение материала в отсадочных машинах происходит в условиях стесненного падения зерен. При отсадке смеси зерна различных плотностей разрыхляются при восходящем потоке. При нисходящем потоке воды происходит взаимное смещение зерен с различными плотностями. Продукт, соответствующий Государственному стандарту, можно получить, если количество обогащаемого материала с содержанием слабых разностей не превышает 35%.

Обогащение щебня или гравия, состоящих из смеси разнопрочных каменных материалов или содержащих большое количество зерен слабых разностей, целесообразно производить с помощью двухбарабанных механических классификаторов Союздорнии (табл. 24.12).

Схема двухбарабанного механического классификатора приведена на рис. 24.19.

Рис. 24.18. Схема обогащения щебня (гравия) в отсадочной машине:

1 - ленточный конвейер для подачи материала в бункер; 2 - бункер материала; 3 - лотковый качающийся питатель для загрузки отсадочной машины; 4 - отсадочная машина; 5 - обезвоживающий вибрационный грохот; 6 - приямок для сбора мелких частиц и песка; 7 - насос

Таблица 24.12

Техническая характеристика двухбарабанных механических классификаторов Союздорнии

Обогащение разнопрочного каменного материала на классификаторе основано на разнице упругих свойств и коэффициентов трения слабых и прочных зерен щебня. При ударе о поверхность вращающегося металлического барабана слабые зерна увлекаются в сторону вращения, а более прочные отскакивают в противоположную сторону.