10. Процеси розділення в повітряному середовищі

Мета розділу: вивчення закономірностей процесу і машин для розділення в повітряному середовищі.

10.1. Теоретичні основи пневматичних процесів

Пневматичними називаються процеси розділення суміші мінеральних частинок за густиною (збагачення) і крупністю (класифікація) в розділовому середовищі, що розпушується висхідним або пульсуючим струменем повітря.

Пневматичні процеси відбуваються у відповідності з законами гравітаційного розділення. Рух тіл у повітряному середовищі аналогічний руху тіл у рідині, суттєва відмінність повітряного середовища від водного – низька густина 1,23 кг/м³ і мала в’язкість 1,8·10^-5 Па·с. Повітряне середовище створює незначний опір руху зерен в порівняні з водою, що приводить до збільшення кінцевої швидкості. В цьому випадку формули для визначення швидкості вільного падіння (2.15) – (2.17) набувають вигляду:

– в турбулентному режимі (> 2 мм):

, м/с, (10.1)

– в перехідному режимі (0,12 мм):

,м/с, (10.2)

– в ламінарному режимі (< 0,1 мм):

,м/с . (10.3)

Для визначення швидкості стислого руху використовують звичайно формулу Ханкока:

, м/с . (10.4)

Час досягнення кінцевої швидкості руху зерна в повітрі значно більше, ніж у воді, і визначається за формулою:

, с . (10.5)

Коефіцієнт рівнопадання визначається без урахування густини середовища:

, (10.6)

Величина коефіцієнта рівнопадання у повітряному середовищі в 2 – 3 рази менша, ніж у водному, тому при розділенні у повітряному середовищі шкала класифікації повинна бути більш вузькою.

При пневматичному збагаченні на шар збагачуваного матеріалу (постіль), що знаходиться на перфорованому решеті, діє безперервний або пульсуючий потік повітря. Аеродинамічний тиск висхідного потоку повітря в будь якій точці постелі визначається за формулою:

, Па , (10.7)

де – середня густина постелі, кг/м³; – швидкість потоку повітря, м/с;– товщина постелі, м.

Початок розпушення постелі спостерігається при аеродинамічному тиску рівному тиску стовпа матеріалу на робочій поверхні збагачувального апарату:

, Па, (10.8)

де – коефіцієнт розпушення і товщина постелі в зімкненому (стисненому) стані.

При для мінімальної швидкості потоку повітря маємо:

, м/с. (10.9)

Особливість процесу пневматичного збагачення полягає в тому, що він відбувається при коефіцієнті розпушення постелі значно більшому, ніж при гідравлічній відсадці, що обумовлюється важчими умовами транспортування продуктів розшарування по робочій поверхні.

Для забезпечення нормальної роботи апаратів пневматичного збагачення тиск повітря повинен бути не менше 50 – 80 Па на кожний сантиметр товщини постелі. Умови відносного переміщення елементарного об’єму частинок у постелі можуть бути отримані з рівності сили ваги цього об’єму і сили аеродинамічної дії висхідного потоку повітря () :

, (10.10)

, (10.11)

, (10.12)

де – площа поперечного перетину елементарного об’єму постелі, м², – відносне переміщення елементарного об’єму частинок у постелі, м.

З формули (10.12) видно, що відносне переміщення частинок в постелі і їх розшарування залежать в основному від густини. При – частинки переміщуються в низ постелі; при– частинки переміщуються вгору постелі; при– частинки будуть знаходитися в постелі у зваженому стані. Утриманню кожного шару постелі, що сформувався, у зваженому стані відповідає строго визначена швидкість висхідного потоку повітря.

Процеси пневматичного збагачення характеризуються спрощеною технологією, їх переваги полягають в простоті схем збагачення, менших капітальних витратах, собівартості процесу і енергоємності, одержанні сухих продуктів збагачення і відсутності потреб у воді та операції зневоднення. Основні недоліки пневматичних процесів: вологість збагачуваних матеріалів не повинна перевищувати 5 %, їх збагачуваність повинна бути легкою, точність розділення – низька. Низьку ефективність процесу обумовлюють необхідність ведення процесу пневматичного збагачення при великих значеннях коефіцієнта розпушення і малій густині повітря. Тому пневматичні процеси мають обмежене застосування – переважно для збагачення бурого та легкозбагачуваного кам’яного вугілля, азбесту і деяких інших корисних копалин з малою густиною. Застосування пневматичних процесів збагачення доцільне в суворих кліматичних районах або в районах з недостачею води, а також при переробці корисних копалин, що містять породу, яка легко розмокає з утворенням значного об’єму шламів, внаслідок чого порушується процес розділення.

Пневмокласифікація широко використовується в циклах сухого подрібнення і приготування пилоподібного палива, в схемах знепилення і пиловловлення. Крупність розділення при пневмокласифікації складає від 0,005 до 1,5 мм.