2.2.3. 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)

Показатели	1-КСН-3	1-КСН-5	1-КСН-7,5	1-КСН-10	1-КСН-12	1-КСН-15	1-КСН-17	1-КСН-20	1-КСН-24	2-КСН-24	1-КСН-24А	2-КСН-24А	1-КСН-24Б	1-КСН-30	2-КСН-30
Диметр спирали, мм	300	500	750	1000	1200	1500	1700	2000	2400					3000
Длина спи- рали, мм	3000	4500	5500	6500	6500	8200	8400		9200		12500		134	12500
Количество спиралей, шт.	1	1	1	1	1	1	1	1	1	2	1	2	1	1	2
Частота	25	12	7,8	5	4,1	3,4	2,5	2,0	1,8	3,5	-	3,6	-	1,5	3,0
вращения вала спира­ли, мин-1					8,3	6,8	5,0	4,0
Угол уста- новки, град.	18	18	18	18	15	18,5	18	17	17	17	17	17	17	18,5	18,5
Мощность	1,1	1,1	3,0	5,5	5,5	7,5	10,0	13,0	13?0	22,0	22,0	40,0	22,0	30,0	40,0
эл.двигат.
привода спи­рали, кВт
Масса, т	0,8	1,5	3,0	5,0	7,0	13,0	17,0	19,0	23,0	37,0	34,0	57,0	39,0	42,0	70,0

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)

Показатели	1-КСП-12	2-КСП-12	1-КСП-15	2-КСП-15	1-КСП-17	1-КСП-20	2-КСП-20	1-КСП-24	2-КСП-24	1-КСП-30
Диметр спирали, мм	1200	1200	1500	1500	1700	2000	2000	2400	2400	3000
Длина спирали, мм	8400	8400	10100	10100	10100	13000	13000	14000	14000	15500
Количество спиралей, шт.	1	2	1	2	1	1	2	1	2	1
Частота вращения вала спира­ли, мин-1	4,1	8,3	3,4	6,8	2,5	2,5	5,0	2,0	4,0	1,5 3,0
Угол установки, град.	15-18	15-18	15-18	15-18	15	15	15	15	15	15
Мощность электродвигателя привода спи­рали, кВт	5,5	10,0	7,5	10,1	-	13,0	22,0	13,0	30,0	30,0
Масса, т	10,5	17,0	19,0	32,0	25,0	31,0	56,0	35,0	63,5	60,0

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; K_β – крупность слива (табл.2,3); K_δ – плотность материала; K_с – заданная плотность слива (табл.2,4); K_α – 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 K_β учитывающего крупность слива классификатора

Показатели	Номинальная крупность сливa d95, мм
	1,17	0,83	0,59	0,42	0,30	0,21	0,15	0,10	0,074
Содержание в сливе классов, %: - 0,074 мм - 0,044 мм	17 11	23 15	31 20	41 27	53 36	65 45	78 50	88 72	95 83
Базисное (условное) разжижение слива: Ж:Т по массе R2 твердого, %	1,3 43	1,5 40	1,6 38	1,8 36	2,0 33	2,33 30	4,0 20	4,5 18	5,7 16,5
Коэффициент Kβ	2,5	2,37	2,19	1,96	1,70	1,41	1,0	0,67	0,46

Таблица 2.4

Значения коэффициента К_с, учитывающего разжижение слива классификатора

Плотность руды δ, т/м3	Отношение RТ/R2,7
	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,5	2,0
2,7	0,60	0,73	0,86	1,0	1,13	33	1,67
3,0	0,63	0,77	0,93	,07	1,23	,44	1,82
3,3	0,66	0,82	0,98	,15	1,31	,55	1,97
3,5	0,68	0,85	1,02	,20	1,37	,63	2,07
4,0	0,73	0,92	1,12	,32	1,52	1,81	2,32
4,5	0,78	1 ,00	1,22	,45	1,66	,99	2,56
5,0	0,83	1,07	1,32	,57	1,81	2,18	2,81

Таблица 2.5

Значения коэффициента, учитывающего угол наклона днища классификатора

α°	14	15	16	17	18	19	20
Kα	1,12	1,10	1,06	1,03	1,0	0,97	0,94

Таблица 2.6

Величины D^1,765 и D³ для стандартных классификаторов

D, м	0,3	0,5	0,75	1,0	1,2	1,5	2,0	2,4	3,0
D1,765	0,12	0,27	0,6	1,0	1,38	2,04	3,40	4,70	6,97
D3	0,027	0,111	0,422	1,0	1,73	3,38	8,0	13,62	27,0

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

Диаметр гидроци-клона D, мм	Угол конусно-сти α, град.	Средняя производитель­ность Vn, м3/ч (приР0=0,1МПа)	Круп-ность слива dн (при ρт=2,7 г/см3)	Стандартный эквивал. диаметр питающего отверстия dн, мм	Стандартный диаметр сливного патрубка d, мм	Диаметр песковой насадки Δ, мм
15	10	0,15-0,3	-	4	5	-
25	10	0,45-0,9	-	6	8	4-8
50	10	1,8-3,6	15	12	15	6-12
75	10	3-10	10-20	15-20	18-25	8-17
150	10,20	12-30	20-50	30-40	40-50	12-34
250	20	27-80	30-100	65	80	24-75
360	20	50-150	40-150	90	115	34-96
500	20	100-300	50-200	130	160	48-150
710	1400	200-500	60-250	150	200	48-200
20	20	360-1000	70-280	210	250	75-250
1000	2000	700-2000	80-300	300	380	150-300
20	20	1100-3800	90-330	400	520	250-500

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

Диаметр гидроциклона D, см	15	25	36	50	71	100	140	200
Поправочный коэффициент КD	1,28	1,14	1,06	1,0	0,95	0,91	0,88	0,81
Высота гидроциклона, Hг„м	-	-	-	-	3,5	4,5	6	8

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

Содержание класса -0,074 мм в сливе, βс-74, %	50-60	60-70	70-80	80-85	85-90	90-95	95-100
Содержание твердого в песках, Βптв, %	80	75	72	70	70	67	65
Разжижение песков Т:Ж	0,25	0,33	0,39	0,43	0,43	0,49	0,54

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.