5.3 Классификаторлар

Кен байыту фабрикаларында классификациялау төрт түрлі классификаторларда жүргізіледі:

- механикалық классификаторларда. Оларда заттың ұнтақтығы жеткен бөлігі ағызындыға, ал ұнтақтығы жетпеген бөлігі құмға түседі. Фабрикаларда олар негізінде ұнтақтау схемаларында қолданылады.

Пульпаның тығыздығы деп оның ішіндегі қатты заттың массасының жалпы пульпа массасына қатынасын атайды. Ол әдетте процентпен беріледі;

- камералы гидроклассификаторларда. Олар ұнтақталған кенді кейбір гравитациялық үдірістермен (мысалы, концентрациялау столдарында) байыту алдында бірдей шөгу принципімен бірнеше кластарға бөлуге қолданылады;

- ортадан тепкіш классификаторларда. Олар ірілігі 5-тен 100 мкм-ге дейінгі түйіршіктерді алу үшін қолданылады;

- ауа классификаторларында (сепараторларда).

Механикалық классификаторлар. Механикалық классификатор ірі фракцияларды шығаруға арналған механизмнен және ағызынды құрылғысымен жабдықталған астау тәрізді сыйымдылықты құрайды. Механикалық классификаторда шөккен құм қозғалмалы қондырғының әрекетімен шығарылады. Олардың ішінде байыту фабрикаларында ең көп тарағаны спиральді классификаторлар.

Спиральді классификатор (5.3 - сурет) корпусы жарты цилиндрлі тік бұрышты (планда) пішінді көлбеу ваннаны (6) және спираль тәрізді еспелі механизмді (5) құрайды. Ваннаның төменгі шетінде пульпаға арналған сыйымдылық (4) қарастырылған. Бастапқы пульпа классификатордың ортаңғы бөлігіне түсіріледі. Классификатордың жоғарғы басы ашық, ал төменгі басы жабық. Классификатор үш аймақтан тұрады. I аймақ түйіршіктерді интенсивті араластырады; II аймақ ұсақ түйіршіктерді өрлеме ағыстарымен ағызындыға шығарады; III аймақ түйіршіктерді шамалы интенсивпен араластырады.

5.3 – сурет – Спиральді механикалық классификатордың схемалық көрінісі: 1 – шөгілген (отырылған) материал; 2 - шөгілген ірі материал (құмдар);

3 – ағынмен ағындыға тасымалданатын ұсақ түйіршіктер; 4 – сыйымдылықтың жоғарғы бөлігінде орналасқан пульпа қатпары; 5 – еспелі механизм; 6 – көлбеу ванна;

7 – классификатордың түбі

Классификаторда мыналар пайда болады:

- шнектің қозғалысы кезінде классификатордың түбін тозудан сақтайтын шөгілген материалдан (1) құралған қозғалмайтын қатпар;

- классификатордың жоғарғы ашық басына айналмалы шнектің (спиральдің) көмегімен тоқтаусыз тасымалданатын шөгілген ірі материалдың (2) қатпары. Спиральдің көмегімен құмдар классификатордағы пульпа деңгейінен жоғары көтерілгенде олардың жиі сусыздандырылуы пайда болады;

- ағызынды табалдырығына (3) ағынмен бірге тасымалданатын ұсақ түйіршіктер және сыйымдылықтың (4) жоғарғы бөлігінде орналасқан пульпа қатпары.

Бастапқы пульпа астаудың ұзын бойының орта шеніне түсіріледі. Пульпаның көп мөлшері астаудың төменгі жағына жиналады да түйіршіктердің жіктелуі басталады. Спираль астаудың түбіне тимейтін етіліп орналасқан. Сондықтан астау қозғалыссыз жататын құм қабатымен қажалудан сақталынып тесілмейді. Құмның негізгі қалың қабатын спираль өзінің айналу бағытына сәйкес үздіксіз жоғары жылжытып ақырында астаудың ашық басынан асырып шығарады. Ағызынды астаудың төменгі жабық басынан асып төгіледі, яғни түйіршіктерге салмақ күшінен басқа жоғары көтерілетін ағын күші және горизонталь жазықтыққа ағызу күштер әсер етеді. Түйіршіктердің астау түбіне шөгіп құмға кетуі, не болмаса ағызындыға кетуі келтірілген үш күштің арақатынастарына байланысты. Шешуші роль атқаратындар: салмақ күшімен жоғары көтерілетін ағын күші.

Егер салмақ күші басым болса түйіршік құмға кетеді де, ал жоғары көтеретін ағын күші басым болса ол ағызындыға кетеді. Іс жүзінде түйіршіктердің құмға не ағызындыға кетуі жоғары көтеретін ағын күшін өзгерту арқылы реттеледі. Ол үшін классификаторға түсетін су көлемі өзгертілмейді: неғұрлым су көп берілсе соғұрлым жоғары көтерілу ағын күші және горизонталь жазықтықта ағызу күші өседі де ағызындыға кететін түйіршіктердің диаметрі үлкейеді. Егер диірменнен шыққан пульпаның тығыздығы орташа 75 % болса, классификаторға түсетін пульпаның тығыздығы қосымша су беру нәтижесінде 40-50 %-ға дейін төмендейді. Пульпаның жіктелуі нәтижесінде бөлінетін құмның тығыздығы 75-85 % болса, ағызындының тығыздығы қосылатын судың көлеміне байланысты 20-40 % мөлшерінде өзгереді.

Спиральді классификаторлар бір не екі спиральді болып жасалады. Ақырғысында екі спираль бір астау ішінде қатар орналасады. Олардың өнімділігі бір спиральді классификаторлармен салыстырғанда бірсыпыра жоғары. Сондықтан жоғары өнімді байыту фабрикаларында көбінде екі спиральді классификаторлар қолданылады.

Бұл классификаторлардың тағы бір ерекшелігі бар. Ағызындыға шығатын заттың ұнтақтығы астау ішіндегі пульпаның тереңдігіне байланысты, ал ол астаудың төменгі басының биіктігімен анықталады: неғұрлым ол биік болса тереңдік артады да, ал аласа болса, керісінше, таяздайды.

Пульпаның тереңдігі артқан сайын ағызындыға шығатын заттың ұнтақтығы молаяды. Осыған байланысты спиральді классификаторлар екі түрде жасалады: төменгі басы аласа болса олар батпаған спиральді (спиральдің төменгі ақырғы орамы пульпаға тек жартылай батқан) болып, ал төменгі басы үлкендеу болса батқан спиральді классификатор болып аталады. Спиральді классификаторлардың кеңінен таралуына себеп болған жайлар мыналар: конструкциялары қарапайым, кенеттен тоқтаған жағдайда (мысалы, энергия беру үзілісі кезінде) оны қайтадан жіберу үшін спиральді құмнан тазалаудың қажеті жоқ, себебі спираль арнаулы қондырғымен көтеріледі де қайтадан біртіндеп төмендетіледі; құм диірменге аздаған сумен шайылып түсіріледі. Олардың басты кемшілігі – көп жер алады және құмға майда зат (шлам) көбірек кетеді. Осының нәтижесінде кейіннен олар гидроциклондармен ауыстырыла бастады.

Классификаторлардың спираль диаметрі 3 м-ге дейін және астау ұзындығы 15,5 м-ге дейін.

Спиральді классификаторлардың өнімділігі эмпирикалық формуламен анықталады:

- батпаған спиральді классификатордың өнімділігі шығарылатын ағызынды бойынша

Q_а = 4,55 m K_β K_б K_с K_α D^1,765;

- батпаған спиральді классификатордың өнімділігі шығарылатын құмдар бойынша

Q_қ = 5,45 m D³ n K_б K_α,

мұндағы Q_а және Q_қ – ағызынды және құмдар бойынша сәйкес классификатордың өнімділігі, т/сағатына;

m – классификатордағы спиральдардың саны, дана;

n – спиральдің айналым жиілігі, мин^-1;

K_β; K_б; K_с және K_α – ағызындының майдалылығын, пульпаның тығыздығын, ағызынды тығыздығын және астаудың көлбеулігін есепке алатын коэффициенттер;

D – спиральдің диаметрі, м.

Тәжірибе жүзінде келтірілгендерден басқа да классификаторлар қолданылады (гидросепараторлар, элеваторлы классификаторлар және т.б.). Бірақ олардың әрқайсысы тек белгілі бір жағдайларда ғана тиімді пайдаланылады. Сондықтан байыту фабрикаларында сирек қолданылады. Жоғарыда сипатталған классификаторлар жалпы гидроклассификаторлар деп аталады. Себебі оларда түйіршіктерді бөлу сулы ортада жүргізіледі.

Камералы гидроклассификаторлар. Камералы гидроклассификаторлар (КГ) негізінде 4-6 камерадан тұрады (5.4 - сурет).

Төрт камералы гидравликалық классификаторлар (КГ-4) ашық ұлғайтылатын корпусты (1) құрайды. Камераның жоғарғы бөлігі науа (желоб) тәріздес, ал төменгі бөлігі пирамидальды камералар тәріздес. Әр пирамидальды камераның төменгі бөлігіне арнайы классификациялаушы құрылғы (5) бекітіледі. Олар араластырушы қалақшаларды (4) құрайтын жоғарғы камералардан тұрады. Цилиндрлі классификациондық камерада үдірісті бақылайтын көз жіберіп қарайтын терезе бар.

5.4 – сурет – Төрт камералы гидравликалық классификатордың схемалы көрінісі: 1 – корпус; 2 – редуктор; 3 – привод; 4 – араластырушы қалақшалар; 5 - классификациялаушы құрылғы

Араластырушы қалақшалар (4) тік валдардың көмегімен ақырын айнала (1-2 мин^-1) материалды араластыра бастайды. Приводтың (3) көмегімен әрбір редукторларда (2) орналасқан кулактық механизмнің арқасында штоктар жоғары көтеріледі және төмен түсіріледі. Жоғары көтерілген кезде шығарушы клапандар ашылады және құмды материалдарды шығару жүзеге асырылады. Төмен түскен кезде клапандар жабылады және құмдарды шығару тоқтатылады. Бірінші камераның соңғы камерамен салыстырғанда ашу жиілігі жоғары.

Бастапқы пульпа классификаторға еңсіз бөлігі жағынан (жоспарда) беріледі. Ондағы ағыс жылдамдығы максимальды. Классификатордың кеңейтілуі кезінде ағыс жылдамдығы азаяды. Осының салдарынан классификатордың бастапқы алдында өте ірі материал түйіршіктері, ал содан кейін ұсақ түйіршіктер шөгіледі. Ағындыға материалдың майда бөлігі бағыт алады. Су төменнен тангенциальды беріледі. Осының салдарынан тұрақтылық сақталады және өрлеме ағыстың жылдамдығы бірыңғай бөлінеді.

Классификатордың бұл түрі материалдарды концентрациондық столдарда байыту алдында оларды төменгі кластарға бөлу үшін кеңінен қолданылады. Төрт камералы гидравликалық классификатордың (КГ-4) өнімділігі 15-25 т/сағатына құрайды. Бастапқы материалдың ірілігі 2 мм-ден төмен болуға тиісті. Камераның жоғарғы бөлігінің ені 0,62 м, ал шығару бөлігінің ені 1,5 м, жалпы ұзындығы 2,93 м, электрдвигателінің қуаты 1,7 кВт.

Ортадан тепкіш классификаторлар. Ортадан тепкіш классификаторлар көптеген механикалық классификаторларды ауыстыра байыту фабрикаларында кеңінен қолданылады. Олар ірілігі 5-тен 100 мкм-ге дейінгі түйіршіктерді алу үшін қолданылады.

Ортадан тепкіш классификаторларға гидроциклондар жатады (5.5 - сурет). Гидроциклон екі бөліктен тұрады: жоғарғы бөлігі цилиндр (2) пішінді, ал төменгі бөлігі конус (1) пішінді келеді.

Цилиндрлі бөлігінің диаметрі 50-1400 мм-ге жетеді. Конустық бұрыштың (α) мөлшері 20⁰. Цилиндрлі бөлігінің беті ортасында тесігі бар қақпақпен жабылған. Осы тесікке ағызынды шығатын құбыр (3) орнатылған. Конустың төменгі түбінде шөккен құм шығатын тесік бар.

Гидроциклонға пульпа насостың айдау қысымымен корпустың цилиндрлі бөлігіне жанама орнатылған (тангенциальды) құбыр (4) арқылы түседі. Соның нәтижесінде пульпа айналмалы қозғалысқа келеді, ол ортадан тепкіш күшті пайда етеді. Ағызынды шығатын құбырдың диаметрі құм шығатын құбырдың диаметрінен көп үлкен. Сондықтан судың негізгі массасы ағызынды құбыр арқылы көтеріледі. Соның нәтижесінде көтерілу ағымы пайда болады. Сонда әр түйіршікке үш күш әсер етеді: салмақ күші, ортадан тепкіш күш және жоғарғы ағын күші. Түйіршіктің ағызындыға не құмға кетуі үш күшке тең әсерлі күштің бағытына байланысты.

5.5 – сурет – Гидроциклонның схемалы көрінісі: 1 – корпустың конусты бөлігі; 2 – корпустың цилиндрлі бөлігі; 3 – ағызынды құбыры; 4 – тангенциальды құбыр; 5 – құм шығатын құбыр

Ірі және тығыздығы үлкен түйіршіктерге ортадан тепкіш күшпен салмақ күші әсер етеді де олар құмға түседі, ал ұсақтарына ағым күші басым әсер етеді де ағызындыға шығады. Сонымен, құмға не болмаса ағызындыға шығатын түйіршіктер ірілігін бірнеше факторларды өзгерту арқылы реттеуге болады. Оларға жататындар: гидроциклонға түсетін пульпаның қысымы, пульпаның тығыздығы, ағызынды құбырының және құм құбырының диаметрлері. Іс жүзінде көбінде тек құмды құбыр диаметрі өзгертіледі. Оның диаметрі кішірейтілсе көтерілу ағын жылдамдығы өседі де ағызындыға шығатын түйіршіктер диаметрі үлкейеді және керісінше. Гидроциклон байыту фабрикаларында классификациялау мақсатымен ең көп тараған аппаратқа жатады. Олардың артықшылығы – диаметрі мен биіктігі үлкен емес, сондықтан аз жер алады. Көбінде олар диірменнің кен түсер жағына жоғары биіктікке орнатылады. Диірменнен шыққан зат насоспен гидроциклонға айдалынады. Одан шыққан құм өздігінен ағып диірменге түседі де, ағызынды не келесі ұнтақтау стадиясына не байыту үдірісіне бағытталады. Олардың кемшіліктері – пульпаның белгілі қысыммен түсіру үшін насос қолданудың қажеттілігі.

Гидроциклондар жоғары және төмен қысымды болып екіге бөлінеді. Біріншілерінде, түсетін пульпа қысымы мөлшері 0,25-0,35 МПа болса, екіншілерінде ол 0,03-0,05 МПа-ға тең.

Ауа классификаторлары. Ауа классификаторлары негізінде тек бір жағдайда ғана қолданылады, мысалы, кен құрғақ күйде ұнтақталса, ал одан кейін байыту үдірісі де құрғақ күйде жүргізілсе. 5.6 – суретте ортадан тепкіш ауа сепараторының (классификатордың) схемалы көрінісі келтірілген. Классификатор сыртқы цилиндрлі-конусты корпустан тұрады (3) тұрады. Оған концентрикалы түрде екінші ішкі камера (2) орналасқан. Ішкі камераға таратушы диск (9) және желдеткіш доңғалақ (5) орналастырылған. Камераның цилиндрлік бөлігіне конусты жалюз (1) орнатылған. Одан ішкі камера сыртқы камерамен байланысады. Диск (9) және желдеткіш доңғалақ (5) бір валға отырғызылған және жалпы жүргізушімен (приводпен) жабдықталған.

Классификацияға тиісті материал желоб (7) бойынша таратушы дискіге (9) түсіріледі, ол ортадан тепкіш күшпен айналыста бола материалды сепаратордың жұмыс кеңістігіне лақтырады. Желдеткіш доңғалақ (5) айналысқа түсе ауаны ішкі камерадан сорады және оны сыртқы камераға қыса бағыттайды. Сепарациялау желдеткіш доңғалақтың арқасында тудырылатын ауа ағысында жүзеге асырылады. Ірі материал ауа ағысын жеңе ішкі камерада шөгіледі және патрубок (10) бойынша шығады. Лопастар (6) ағыннан қалған ірі түйіршіктерді бөлініс тиімділігін арттыра бөледі. Ұсақ материал ауамен сыртқы камераға шығарылады. Осында ауа ағысының жылдамдығы күрт төмендейді, ұсақ материал шөгіледі және патрубок (11) бойынша шығарылады. Тазартылған ауа жалюз арқылы қайтадан сепаратордың ішкі камерасына тұйық циркуляушы ауа ағысын құрай бағыт алады.

Материалдың ірілік бөлінісін штурвалдардың (8) көмегімен дроссельдік ысырмалармен (4), сондай-ақ, желдеткіш лопастарының санын немесе оның айналу жиілігін өзгерте реттеуге болады.

Ауа сепараторлары цилиндрлік бөлігіндегі корпус диаметрі 4,9 м-ге дейін етіп дайындалады.

5.6 – сурет – Ортадан тепкіш ауа сепараторының (классификатордың) схемалы көрінісі: 1 – жалюз; 2 – ішкі камера; 3 – цилиндрлі-конусты корпус; 4 – дросельді ысырма; 5 – желдеткіш доңғалақ; 6 – лопаст; 7 – желоб; 8 – штурвал; 9 – таратушы диск; 10 – патрубок; 11 - патрубок

Олар кеңінен көмірлерді және асбест кендерін байытуда, шаңдақ отындарды дайындауда құрғақ ұнтақтау циклдарында қолданылады.

Кейбір кәсіпорындарда құрылыс материалдарын дайындау үшін ауыстырып салу полоктарды құрайтын ауа классификаторы (5.7 - сурет) қолданылады. Классификатор көлбеу ауыстырып салу полоктарды (7) құрайтын тік шақтыдан (6) тұрады. Бастапқы материал бункерден затворлардың (3) көмегімен шақтыға түсіріледі, оған қарама-қарсы ауа ағысы бағыт алады. Ірі өнім бір полоктан екінші полокқа құйыла төмен ауысады және затвор (1) арқылы шығарылады, ал ұсақ өнім ауамен жабыса патрубок (4) арқылы шығады және одан кейін циклонда ұсталынады. Классификациялау үдірісін реттеу тұтқамен (5) байланған дроссельдік клапан (2) арқылы ауаның мөлшерін өзгерту арқылы жүзеге асырылады. Қосымша реттеу полоктың (7) құлама бұрышын α өзгерту арқылы орындалады. Полоктар екі-екіден тартушылармен (8) байлап тасталынған.

5.7 – сурет – Ауыстырып салу полоктарды құрайтын ауа классификаторының схемалы көрінісі: 1 – затвор; 2 – дросельді клапан; 3 – затвор; 4 – патрубок; 5 – тұтқа; 6 – тік шақты; 7 – полок; 8 – тартушы