3. Машини для сортування і збагачення нерудних матеріалів

Сортування - це процес розподілу подрібненого матеріалу на частини певного розміру (на фракції) механічним, повітряним і гідравлічним способами.

Повітряне сортування застосовують для виділення особливо тонких фракцій (менше 1,0...0,1 мм), коли механічне сортування стає неефективним. У процесі повітряної сепарації великі і дрібні часточки матеріалу розлітаються у повітряному потоці під дією сил ваги, відцентрових сил і тиску потоку повітря.

Гідравлічну класифікацію, що грунтується на різноманітній швидкості осаджування у воді часток неоднакової величини та щільності, застосовують при очищенні щебеню та піску від забруднюючих пиловидних та мулистих часток. Гідравлічній класифікації піддають матеріал, величина в якого в основному не перевищує 5...10 мм, тобто дрібний заповнювач бетону - пісок і щебінь. Використання чистого (збагаченого) піску підвищує міцність залізобетонних виробів, а також дозволяє економити близько 20 ; цементу.

Механічне сортування (грохочення) - це процес розділу вихідної маси за величиною на плоских і криволінійних просіюючих поверхнях, які виконуються машинами (грохотами), у яких сортований матеріал пропускають через колосникові решітки або сита з отворами заданого розміру і форми. Кількість отримуваних фракцій матеріалу визначається кількістю сит у просіювачі, а величина фракцій - розмірами отворів у цих ситах (решетах). При цьому матеріал, який пройшов і не пройшов через сито, називають відповідно верхнім і нижнім класом.

Ефективність просіювання h визначається як відношення (у відсотках) маси зерен, які пройшли через сито, до кількості матеріалу такої ж величини, який міститься у вихідному матеріалі. У реальних машинах h=86...91 %.

Просіювання може бути сухим і вологим. У останньому випадку вихідний матеріал надходить на просіювач у вигляді пульпи або в сухому вигляді, де він зволожується водою зі спеціальних бризкальних пристроїв. При вологому просіюванні матеріал сортується за фракціями і одночасно промивається, очищаючись від шкідливих домішок (глини, мулу, і т.п.). Матеріал ділиться на фракції за послідовною, паралельною і комбінованою схемами (рис. 7.5,а).

Послідовну схему просіювання «від дрібного до великого» застосовують в основному в барабанних просіювачах і рідше в просіювачах із плоскими ситами (рис. 7.5, а). У цьому випадку матеріал надходить одразу на сита 1 із найменшим розміром отвору. В міру просування по просіючій поверхні матеріал, з якого значно менші часточки, проходячи через отвори сита, прямують у відповідні прийомні бункери 2, наближаються до сита з більшими отворами. Переваги цієї схеми: полегшений доступ до сита, кращий розподіл фракцій по бункерах і мінімальна висота просіювача. Недоліки: велика довжина просіювача, невисока якість просіювання, оскільки весь матеріал перекриває отвори перших найбільш вразливих і тонких з точки зору зношування сит.

Паралельну схему просіювання «від великого до малого» застосовують найширше в просіювачах із двома і більше радами плоских сит (рис. 7.5,б). Увесь потік матеріалу потрапляє одразу на найміцніше сито. При цьому відсортовуються великі шматки, які не затримують проходження малих. Переваги: підвищена якість і інтенсивність сортування а також найменша зношуваність сит. Недоліки: ускладнюється спостереження та заміна сит, збільшується висота просіювача і утруднюється розподіл фракцій по бункерах.

Комбінована схема (рис. 7.5,в), у якій реалізується процес сортування спочатку «від великого до малого», а тоді «від малого до великого», дозволяє підвищити якість просіювання та довговічність сит, а також зменшує висоту просіювача і полегшує розподіл фракцій по бункерах.

Найважливіша робоча частина просіювача - просіююча поверхня. Просіюючі поверхні (сита і решета) виготовляють штампованими, дротовими (або прутковими) та колосниковими.

Сито - це переплетіння повздовжніх і поперечних сталевих дротиків (або прутиків діаметром 6...8 мм), які утворюють квадратні або прямокутні отвори різних розмірів, і які нормують стандартом. Вони забезпечують найбільшу корисну площу «у світлі» - понад 70 %.

Рис. 7.5. Схеми розташування сит на грохотах:

а- послідовна; б- паралельна; в- комбінована; 1- сито; 2- приймальні бункери

Решета виготовляють зі сталевих листів з просічними в них круглими квадратними чи прямокутними отворами. Вони більш довговічні, ніж сита. Головний їх недолік - мала світлова поверхня. Для найширше використовуваних решіт із круглими отворами діаметром 10...80 мм вона складає не більше 50 %.

Плоскі листи застосовують для плоских просіювачів, а листи, згорнуті в циліндри, - для барабанних просіювачів.

Колосники - це ряд плоских сталевих полос, закріплених на певній відстані один від одного.

Колосникові просіюючі поверхні застосовують для великого просіювання (понад 80 мм) в зв’язку з їх підвищеною міцністю та зношуваностійкістю.

Сортування матеріалу можливе лише при його відносному русі просіюючою поверхнею просіювача. Просіювачі за характером дії класифікують на рухомі і нерухомі.

У нерухомих (колосникових) просіювачах матеріал сповзає просіюючою поверхнею під дією сили ваги. Для більшої ефективності сортування колосники довжиною 3...4 м встановлюють не паралельно, а «віялоподібно» з кутом нахилу колосників 35...40° до горизонту. Ефективність просіювання - не більше 50...70 %.

Рухомі просіювачі за формою просіюючої поверхні поділяють на плоскі з горизонтальним і нахиленим розташуванням сит, і барабанні, у яких сито має форму циліндричну або багатогранної усіченої піраміди (сито-бурат).

Барабанні просіювачі застосовуються в цехах з невеликими затратами сортованих матеріалів, коли невисока вартість установки, проста будова та обслуговування є основними виробничими вимогами. Їх використовують при вологому процесі сортування піску і гравію, який поєднується з промиванням. Недоліки: невисока питома продуктивність, низька ефективність просіювання, великі габарити і маса.

Найбільше поширення в будівельній промисловості одержали вібраційні просіювачі з гіраційним (ексцентриковим) та інерційним приводами.

У ексцентрикових просіювачів (рис. 7.6,а) рухомий похилий короб 1 з ситами 6 і 8 здійснюють кругові коливання. Короб за допомогою роликопідшипників шарнірно підвішений до шийок приводного ексцентрикового вала 7 і опирається на амортизуючі пружини 2. Приведення в рух вала 7 відбувається від електродвигуна 3 через клинопасову передачу 4. Для врівноваження відцентрових сил інерції обертальних мас і включення передачі навантажень на фундамент, які виникають при русі короба просіювача, на валові 7 розташовані дебалансні противаги 5.

Розмах коливань короба постійний, дорівнює подвійному ексцентриситету вала е, не залежить від кількості матеріалу на ситі і складає 3...5 мм.

Рис.7.6. Схеми плоских грохотів:

а- ексцентрикового; б- інерційного з круговими коливаннями; в,г- інерційного з направляючими коливаннями; 1- короб; 2- пружини; 4- електродвигун; 4- клинопасова передача; 5- дебаланси; 6,8- сита; 7- вал; 9- віброзбуджувач; 10 -ресори

Через підвищену складність і динамічне навантаження фундаментів такі просіювачі застосовуються рідко. Останнє пояснюється тим, що повністю виключити передачу динамічних навантажень на фундамент неможливо через непостійність маси сортованого матеріалу, який знаходиться на ситах просіювача.

Інерційні просіювачі принципово відрізняються від ексцентрикових відсутністю міцного кінематичного зв’язку між рухомим механізмом і коробом. Внаслідок цього амплітуда коливань просіювача - величина змінна. Вана залежить від величини рухомих мас, частоти обертання дебалансів w та інших факторів. Тому ефективність роботи інерційного просіювача залежить від рівномірності подачі сортованого матеріалу та точності його дозування.

Для цього просіювача характерні невисокі амплітуди коливань (А=1,0...4,0 мм) при значній частоті обертання дебалансів (до 50 с^-1) та невеликі розміри сит. Просіювач чутливий до змін навантажень, тому головне його призначення - сортування матеріалу дрібної і середньої величини за умови забезпечення рівномірності подачі матеріалу. Ці просіювачі легші, ніж ексцентрикові, тому їх частіше використовують на пересувних дробарно-сортувальних установках.

Найбільш поширені інерційні похилі просіювачі з круговими коливаннями середнього типу (ГІС) для проміжного, контрольного і остаточного просіювання та важкого типу (ГІВ) для розсіювання великошматкового матеріалу, а також інерційні горизонтальні просіювачі з направленими коливаннями - самобалансні (ГСС), які використовуються для остаточного просіювання нерудних будівельних матеріалів.

Інерційні просіювачі з круговими коливаннями (рис. 7.6,б) відрізняються від ексцентрикових використанням валу 7 з дебалансами 5 для одержання кругових коливань. Для відносного переміщення матеріалу по просіюючій поверхні необхідне похиле встановлення короба ( як у ексцентрикового просіювача) під кутом 10...25°. Ці просіювачі мають найпростішу конструкцію. Для регулювання амплітуди коливань на дебалансах 5 передбачено додаткові грузила. Короб із двома ярусами сит спирається на пружину 2.

Для попередження інтенсивного зношування приводних пасів та передачі коливань на вал електродвигуна 3 ведомий вал клинопасової пердачі 4 насаджений на дебалансний вал із ексцентриситетом, який дорівнює амплітуді коливань короба просіювача у встановленому режимі.

Інерційні просіювачі з направленими коливаннями (рис. 7.6,в,г) типу ГСС за конструкцією складніші від попередніх, тому що оснащені віброзбуджувачами 9 спрямованої дії у вигляді двох з’єднаних зубчастою передачею однаково неврівноважених дебалансних валів, які синхронно (з однаковою швидкістю) та синфазно обертаються у протилежних напрямах. У цих просіювачах просіюючу поверхню можна встановити горизонтально, що підвищує ефективність сортування і зменшує розміри просіювача за висотою.

Пружинні циліндричні опори 2 короба (рис. 7.6,в) на відміну від ресор 10 (рис. 7.6,г) дозволяють декілька ступенів вільного руху короба 1. При цьому траєкторія переміщення короба виходить еліптичною, що поліпшує ефект розсіювання зерен у ситах. Ефективність просіювання та продуктивність машин на пружинних циліндричних опорах вища, ніж у машин із опорами у вигляді похилих ресор, у середньому відповідно на 8 і 25 %.

Просіювачі типу ГСС монтують в основному на пересувних дробарно-сортувальних установках, а також місцях, де висота обмежена.

Продуктивність просіювача визначається кількістю вихідного матеріалу, що надходить на просіювач, за одиницю часу. Вона залежить від рівномірності подачі та гранулометричного складу матеріалу, форми зерен та вологості, а також параметрів просіювача.

Технічна продуктивність (м³/год) одного сита плоского просіювача

П_т=q×S×K₁×K₂×K_a×K_вл×K_п, (7.7)

де q- питома продуктивність сита, яка залежить від розмірів його отворів і типу просіюючої поверхні, ; S- площа сита, м²; К₁- коефіцієнт, який залежить від відсоткового вмісту нижнього класу у вихідному матеріалі; К₂- коефіцієнт, який враховує вміст у нижньому класі зерен розміром менших від половини отвору сита; К_a- коефіцієнт, що залежить від кута a нахилу просіювача К_a=1; К_вл- коефіцієнт, який враховує вологість сортового матеріалу, яка найбільше відбивається при розмірах отворів сита менше 25...30 мм; К_вл=1 для сухого і 0,25...0,75 для вологого і комкуючого матеріалу; К_п- коефіцієнт, який враховує нерівномірність живлення просіювача, його тип та форму зерен; К_п=0,5...0,6 та 0,65...0,80 відповідно при похилих і горизонтальних просіювачах.

Продуктивність просіювача з двома чи трьома ситами визначають по продуктивності лімітуючого, частіше нижнього сита, враховуючи, що початковим матеріалом для нього буде нижній клас верхнього сита.

Заповнювачі бетону промивають із метою вилучення глинистих та органічних домішок і пилу. При невеликій забрудненості та величині заповнювача до 70 мм промивання поєднують із сортуванням, з цією метою до просіювача подають воду. При величині матеріалу до 300...350 мм його промивають в циліндричних гравіємийках-сортувальниках. При великих забрудненнях щебеню і гравію, які містять глинисті часточки, застосовують мийні барабани з закріпленими на внутрішній частині лопастями. Для миття піску та подальшого його зневоднення використовують гідромеханічні і гідравлічні класифікатори.