Отсадка. Классификация отсадочных машин

ВВЕДЕНИЕ

Отсадочные машины с ручным приводом были известны ещё в древние времена. Первая поршневая отсадочная машина применена в начале 19 века в рудном бассейне Гарц (Германия) для обогащения свинцовых руд (т.н. гарцевская поршневая отсадочная машина).

В 1867 французский инженер Mapсо разработал и применил отсадочную машину с механическим приводом поршня, а в 1892 Ф. Баум в Германии изобрёл беспоршневую пневматическую отсадочную машину с возбуждением пульсаций воды сжатым воздухом. Позднее для обогащения мелких классов руд появились диафрагмовые отсадочные машины, создающие колебания среды эластично закреплённой диафрагмой [4].

Отсадка. Классификация отсадочных машин

Отсадкойназывают процесс разделения смеси минеральных зерен по плотности в водной или воздушной среде, колеблющейся (пульсирующей) относительно разделяемой смеси в вертикальном направлении. Исходный материал вместе с водой непрерывно подается на отсадочное решето, через отверстия которого попеременно походят восходящие и нисходящие потоки воды. В период восходящего потока материал поднимается и разрыхляется, а в период нисходящего – опускается и уплотняется.

В результате действия чередующихся восходящих и нисходящих потоков воды исходный материал через определенный промежуток времени разделяется на слои таким образом, что на отсадочном решете (внизу) располагаются зерна наибольшей плотности, а в верхних слоях – наименьшей. Следует отметить, что такое идеальное распределение зерен по плотностям возможно только в том случае, если они обладают одинаковыми размерами и формой. В реальных же условиях происходит попадание некоторой доли легких фракций в тяжелые, а тяжелых – в легкие (наблюдается засоряемость концентрата и отходов «посторонними фракциями»). По взаимозасоряемости получаемых в процессе отсадки продуктов обогащения судят о технологической эффективности процесса.

Слой материала, находящийся в решете, называется постелью. Постель, образуется при отсадке крупного материала, состоит из зерен самого материала и называется естественной. Через принудительно пульсирующую толщу материала тяжелые зерна проникают в нижние слои постели, а легкие в верхние. При обогащении мелкого материала (для руд

Отсадка проходит на отсадочных машинах. Отсадочная машинапредставляет собой устройство для гравитационного обогащения, в котором исходный материал разделяется на отсадочном решете под влиянием вертикальных колебаний жидкости. Разнообразие условий применения отсадочных машин привело к созданию большого числа конструктивных разновидностей (известно более 100), отличающихся назначением, способом создания колебательных движений жидкости, количеством получаемых продуктов обогащения, способом их разгрузки и др.

Каждый тип машин предназначен для обогащения определенных полезных ископаемых [1].

Машины классифицируются по следующим признакам:

по месту применения

· гидравлические отсадочные машины (процесс осуществляется в водной среде)

· пневматические осадочные машины (отсадка происходит в воздушной среде)

по конструкции приводного механизма

· поршневые отсадочные машины

· диафрагмовые отсадочные машины

· отсадочные машины с подвижными конусами

· отсадочные машины с подвижным решетом

· отсадочные машины с гидравлическим пульсатором

· беспоршневые отсадочные машины

по направлению разгружаемого продукта

· прямоточные отсадочные машины

· противоточные отсадочные машины

по способу разгрузки продуктов обогащения

· отсадочные машины с шиберной разгрузкой

· отсадочные машины с разгрузкой через решето

· отсадочные машины с комбинированной разгрузкой через шибер и решето

по числу ступеней

· одноступенчатые (однокамерные) отсадочные машины

· двухступенчатые отсадочные машины

· трехступенчатые отсадочные машины

· многоступенчатые отсадочные машины

по целевому назначению

· отсадочные машины для обогащения мелкозернистого, крупнозернистого или неклассифицированного материала

· шламовые отсадочные машины

Кроме этого так же применяются отсадочные машины лабораторного типа (как правило, с упрощенной конструкцией и небольшими габаритами) для научных исследований и проработки проб[2].
Из большого числа отсадочных машин рассматриваются только основ­ные, получившие широкое распространение в практике обогащения по­лезных ископаемых.

Беспоршневыеотсадочные машины (воздушно-пульсационные). Воздушно-пульсационные машины широко применяют в практике обога­щения углей и руд. Конструкции машин постоянно совершенствуют. Поэтому на практике применяют большое число машин, различающихся как по расположению воздушных камер, так и отдельными конструктив­ными элементами.

По расположению воздушных камер машины классифицируют: с боковым расположением воздушной камеры; боковым двухсторонним расположением воздушных камер; со сдвоенными центральными воздушными камерами; с подрешетным расположением воздушных камер; с патрубочными подрешетными воздушными камерами; с надрешетным расположением воздушных камер.
Поршневые отсадочные машины применяют для обогащения марганцевых, оловянных и вольфрамовых руд. В последнее время они заменяются диафрагмовыми машинами и машинами с подвижным решетом.

Диафрагмовые отсадочные машины наиболее широко применяются при обогащении руд (железных, марганцевых, оловянных, вольфрамовых, золотосодержащих россыпей, руд редких металлов и др.)[1].

Виды отсадочных машин

По конструкции отсадочные машины отличаются большим разнообразием (известно более ста разновидностей). Наибольшее распространение получили отсадочные машины с неподвижным ре­шетом: поршневые, диафрагмовые и беспоршневые. Отсадочные машины с подвижным решетом применяются при обогащении же­лезных и марганцевых руд[1].

Отсадочная машина с подвижным решетом(рис.2.1, а) состоит из секционного корпуса 4, в верхней части ко­торого размещено подвижное решето 3. Размер его отверстий мень­ше минимального размера куска обогащаемого материала. Водная среда в машине остается относительно неподвижной. Колебания решету в вертикальном и горизонтальном направлениях передаются через систему рычагов 2.

Рис.2.1. Принципиальные схемы основных типов отсадочных машин:

а – с подвижным решетом; б – поршневая;

в – диафрагмовая; г – воздушно-золотниковая

Двигаясь вдоль машины, сырье расслаивается по плотностям. Тяжелый продукт уходит вниз через щели решета в конце каждой секции (на схеме их две) и выгружается с помощью элеватора. Количество продуктов разделения зависит от количества секций.

Машины с подвижным решетом находят ограниченное примене­ние для обогащения марганцевой руды. Существенное их достоин­ство — незначительный расход воды на обогащение.

Поршневая отсадочная машина (рис.2.1, б) сос­тоит из корпуса 5, имеющего рабочее 10 и поршневое 6 отделения. Решето в камере установлено неподвижно. Колебания жидкости и разделяемого материала вызываются перемещением поршня 7, свя­занного штоком 8 с эксцентриковым приводом 9. Работа машины обеспечивается подачей подпоршневой воды.

Легкий продукт выносится с потоком воды через борт установ­ки, а тяжелый направляется в камеру через отверстия решета (при искусственной постели) или через щель в конце секции, затем он выгружается из машины с помощью элеватора или другого устрой­ства.

Поршневые отсадочные машины не имеют широкого распрост­ранения вследствие низкой удельной производительности, а также большого расхода воды и электроэнергии. Они полностью вытесне­ны машинами воздушно-золотникового типа.

Диафрагмовая отсадочная машина (рис.2.1, в) отличается от поршневой наличием эластичной диафрагмы 12, свя­занной штоком с эксцентриковым приводом 11. В различных типах машин диафрагмы могут располагаться следующим образом: гори­зонтально сбоку отсадочного решета, горизонтально и наклонно под решетом, вертикально в перегородке между смежными секциями (как на рисунке) или в стенке корпуса машины.

Положительная особенность данной установки— постоянство хода диафрагмы, обеспечивающее «жесткий» режим пульсаций сре­ды; недостаток — ограниченность производительности, невозмож­ность увеличения площади отсадочного решета, так как это вызы­вает нарушение равномерности пульсаций среды. Диафрагмовые отсадочные машины наиболее широко применяют при обогащении руд.

Беспоршневая отсадочная машина(рис.2.1, г) наиболее совершенна в конст­руктивном и технологическом отношениях. Пульсации воды в рабо­чем отделении создаются периодическим впуском сжатого воздуха в камеру 13 посредством роторного или клапанного золотникового пульсатора 14. При впуске воздуха рабочая среда поднимается вверх, а при выпуске опускается вниз. Воздушные камеры в по­следних конструкциях машин размещены непосредственно под ра­бочим решетом.

Легкий продукт разгружается со сливом через борт установки, а тяжелый и промежуточной плотности — в щели, расположенные в конце каждого рабочего отделения.

Воздушно-золотниковые отсадочные машины используют преи­мущественно при обогащении угля и реже — руд [3].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Отсадка является одним из наиболее распространенных методов гравитационного обогащения полезных ископаемых.

Область применения охватывает полезные ископаемые по плотности извлекаемых компонентов от 1200 до 15600 кг/м 3 и по крупности обогащенного материала от 0,2 до 50 мм для руд, и от 0,5 до 120 (иногда и до 250) мм – для углей.

Устройство и принцип действия отсадочных машин

Все отсадочные машины (в зависимости от вида среды) подраз­деляют на гидравлические (с водной рабочей средой) и пневмати­ческие (с воздушной). Последние сохранились на некоторых уста­ревших углеобогатительных фабриках, в конструктивном исполне­нии малоэффективны и, по-видимому, не найдут дальнейшего распространения.

Принципиальные схемы основных типов гидравлических отса­дочных машин представлены на рис. .

Отсадочная машина с подвижным решетом (рис. . а) состоит из секционного корпуса 4, в верхней части ко­торого размещено подвижное решето 3. Размер его отверстий мень­ше минимального размера куска обогащаемого материала. Водная среда в машине остается относительно неподвижной. Колебания решету в вертикальном и горизонтальном направлениях передаются через систему рычагов 2.

Рис. Принципиальные схемы основных типов отсадочных машин:

а – с подвижным решетом; б – поршневая;

в – диафрагмовая; г – воздушно-золотниковая

Двигаясь вдоль машины, сырье расслаивается по плотностям. Тяжелый продукт уходит вниз через щели решета в конце каждой секции (на схеме их две) и выгружается с помощью элеватора. Количество продуктов разделения зависит от количества секций.

Машины с подвижным решетом находят ограниченное примене­ние для обогащения марганцевой руды. Существенное их достоин­ство — незначительный расход воды на обогащение.

Поршневая отсадочная машина (рис. . б) сос­тоит из корпуса 5, имеющего рабочее 10 и поршневое 6 отделения. Решето в камере установлено неподвижно. Колебания жидкости и разделяемого материала вызываются перемещением поршня 7, свя­занного штоком 8 с эксцентриковым приводом 9. Работа машины обеспечивается подачей подпоршневой воды.

Легкий продукт выносится с потоком воды через борт установ­ки, а тяжелый направляется в камеру через отверстия решета (при искусственной постели) или через щель в конце секции, затем он выгружается из машины с помощью элеватора или другого устрой­ства.

Поршневые отсадочные машины не имеют широкого распрост­ранения вследствие низкой удельной производительности, а также большого расхода воды и электроэнергии. Они полностью вытесне­ны машинами воздушно-золотникового типа.

Диафрагмовая отсадочная машина (рис. . в) отличается от поршневой наличием эластичной диафрагмы 12, свя­занной штоком с эксцентриковым приводом 11. В различных типах машин диафрагмы могут располагаться следующим образом: гори­зонтально сбоку отсадочного решета, горизонтально и наклонно под решетом, вертикально в перегородке между смежными секциями (как на рисунке) или в стенке корпуса машины.

Положительная особенность данной установки— постоянство хода диафрагмы, обеспечивающее «жесткий» режим пульсаций сре­ды; недостаток — ограниченность производительности, невозмож­ность увеличения площади отсадочного решета, так как это вызы­вает нарушение равномерности пульсаций среды. Диафрагмовые отсадочные машины наиболее широко применяют при обогащении руд.

Воздушно-золотниковая (беспоршневая) отсадочная машина (рис. . г) наиболее совершенна в конст­руктивном и технологическом отношениях. Пульсации воды в рабо­чем отделении создаются периодическим впуском сжатого воздуха в камеру 13 посредством роторного или клапанного золотникового пульсатора 14. При впуске воздуха рабочая среда поднимается вверх, а при выпуске опускается вниз. Воздушные камеры в по­следних конструкциях машин размещены непосредственно под ра­бочим решетом.

Легкий продукт разгружается со сливом через борт установки, а тяжелый и промежуточной плотности — в щели, расположенные в конце каждого рабочего отделения.

Воздушно-золотниковые отсадочные машины используют преи­мущественно при обогащении угля и реже — руд.

5.4.2. Конструкция и принцип действия некоторых аппаратов и машин.

Так как разный по крупности материал обогащается в разных аппаратах, то в начале производственного процесса фабрики выполняется процесс классификации, т.е. процесс рассева материала по классам крупности. Этот процесс производится на грохотах.

Для качественного рассева угля (и других материалов) по классам крупности спроектировано и применяется множество различных по конструкции грохотов с различными просеивающими поверхностями. Наиболее распространенными в настоящее время являются грохоты самобалансные (ГСЛ) и инерционные (ГИСЛ, ГИЛ) и др.

Для общего представления рассмотрим самобалансный грохот ГСЛ 72. Он состоит (см. рис. 5.1) из короба (состоящего из двух боковин, скреплённых поперечными балками), вибраторов самобалансных, привода (электродвигателя с ременной передачей или упругой муфтой), сит, эластичных опор (пружин или резиновых подушек) и опорной рамы, которая не входит в конструкцию грохота, но для его работы имеет большое значение.

Колебания короба с просеивающими поверхностями, благодаря конструкции вибраторов, имеет определённое направление, которое способствует не только классификации, но и перемещению материала вдоль грохота. На грохотах применяются не только штампованные и плетеные сита, но и резиновые и струнные разной конструкции.

Рис. 5.1. Схема грохота ГСЛ 72:

1 – короб, 2 – вибраторы, 3 – привод, 4 – просеивающие поверхности, 5 – эластичные опоры, 6 – рама

Кроме сухого рассева, применяют мокрую классификацию, т.е. материал на грохоте для лучшего рассева промывают ещё и водой.

Расклассифицированный уголь подвергается обогащению в разных аппаратах.

Для обогащения крупных классов (от 13 (6) до 300 мм) наиболее качественным является обогащение в тяжелосредном сепараторе. Конструкций сепараторов тоже много. Рассмотрим один из них, а именно сепаратор СКВ ( см. рис. 5.2).

Сепаратор состоит из ванны 1 без дна, помещенной внутри элеваторного колеса 2 с ковшами. Колесо висит на опорных катках 3 и вращается приводом 6. Колесо помещено в корпус 4 сепаратора. Имеется гребковый механизм 5 и сито 7 предварительного сброса суспензии.

Работает сепаратор следующим образом. Из сборника 8 кондиционная суспензия (смесь магнетита с водой) с определённой плотностью подается насосом 9 в сепаратор. Сюда же подаётся и уголь для обогащения. Плотность суспензии поддерживается такой, что порода в ней тонет, а концентрат всплывает. При этом потонувшая порода из ванны 1 попадает в ковши элеватерного колеса 2 и выгружается из сепаратора, а всплывший концентрат сталкивается гребковым механизмом 5 на сито 7 предварительного сброса суспензий, где суспензия отделяется от концентра¬та и возвращается в сборник суспензий 8.

Рис. 5.2. Сепаратор типа СКВ и некоторые элементы схемы цепи аппаратов тяжелосредной установки

1 – ванна; 2 – элеваторное колесо; 3 – катки; 4 – корпус сепаратора; 5 – гребковый механизм; 6 – привод колеса; 7 – сито предварительного сброса суспензии; 8 – сборник суспензии; 9 – насос

Средние классы от 0,5 до 6, 13 или до 25мм (иногда и крупные — до 125, 250 мм) обогащаются в отсадочных машинах. Рассмотрим одну из самих распространенных – беспоршневую двухсекционную отсадочную машину типа ОМ (см. рис. 5.3). С помощью этой машины можно получать три конечных продукта: концентрат, отходы и промежуточный продукт.

Состоит она из двух последовательно соединяющихся секций 1 и 2. Каждая секция в верхней части перекрыта решетом 3, под которым размечаются воздушные камеры 4. В конце секции имеется щель 5 для разгрузки тяжелых продуктов. За щелью установлен переливной порог 6. Секции снабжены рессивером 7 и пульсаторами 8. В нижней части разгрузочной щели имеется разгрузчик 9. К каждой секции снизу пристыковывается элеватор 10.

Рис. 5.3. Двухсекционная беспоршневая отсадочная машина типа ОМ: 1, 2 – секции; 3 – решето; 4 – подрешетные воздушные камеры; 5 – разгрузочная щель; 6 – переливной порог; 7 – рессивер; 8 – пульсаторы; 9 – раз¬грузчик; 10 – элеваторы

Работает отсадочная машина следующим образом. Исходный материал поступает в начало первой секции 1 на решето 3, которое находится под определенным слоем воды. Воздух из рессивера 7 через пульсаторы 8 подается в воздушные камеры 4, вытесняя из них воду. Благодаря пульсирующей подаче воздуха происходит колебание воды в секции. При этом вместе с водой совершает колебательное движение «вверх-вниз» и материал, который при таком движении расслаивается на тяжелый и лёгкий продукты. Тяжелый продукт (в первой секции – порода) опускается на решето 3, вытесняя вверх более лёгкие продукты. Передвигаясь по решету, тяжелый продукт заполняет целевой карман первой секции и разгрузчиком 9 подаётся в башмак элеватора 10 и удаляется из машины в виде конечного продукта – отходов. Лёгкие продукты в виде смеси перегоняются через порог 6 первой секции транспортным потоком воды во вторую секцию, где про¬должают разделяться по плотности. Лёгкий продукт, выделенный во второй секции, является концентратом и направляется для дальнейшей обработки, а тяжелый продукт второй секции является в основном смесью породы и угля и возвращается в начало первой секции для переобогащения. Если частицы тяжелого продукта, выделенные во второй секций, являются сростками, то его можно выделять как конечный продукт в виде промежуточного продукта. Класс 0…0,5 мм обогащается во флотационных машинах.

Одной из серийно выпускаемых в настоящее время флотомашин является машина типа МФУ 6 (рис. 5.4). Она состоит из шести камер 2, последовательно соединенных между собой. Первая камера снабжена приёмным карманом 1, последняя – сливным карманом 5. В стенках, которыми камеры пристыковываются друг к другу, имеются окна 4. Каждая камера снабжена блок-аэратором 3 с электроприводом 8. С обоих боков камер имеются пеногоны 7. Вдоль ряда камер с обеих сторон пристыкованы желоба 6. Работает флотомашина следующим образом.

Исходный материал в виде водяной пульпы с добавками реа¬гентов поступает в начало машины в приёмный карман 1 и через окна 4 в смежных стенках камер 2 проходит до сливного кармана 5. Заходя в каждую камеру, пульпа насыщается пузырьками воздуха, засасываемого и раздрабливаемого аэратором. Благодаря реагенту-вспенивателю образуется много прочных воздушных пузырьков. Благодаря определенным свойствам угля частички его прилипают к воздушным пузырькам и выносятся ими на поверхность.

Рис. 5.4. Флотационная машина типа МФУ 6: 1 – приемный карман; 2 – камера; 3 – блок-аэратор; 4 – окно; 5 – сливной карман; 6 – жёлоб; 7 – пеногон; 8 – электропривод блок-аэратора

Поднявшиеся с воздушными пузырьками частички угля сгребаются в желоба 5 гребковыми устройствами 6 и отправляются для дальнейшей обработки. Частички породы, которые не прилипают к пузырькам, проходят через отверстия в перегородках в конец машины и через отсек 8 удаляются из неё.

Для качественного отделения угля от пустой породы средних классов (например 0,5…30 мм) или для переработки промежуточного продукта отсадочных машин применяют тяжелосредние гидроциклоны типа ГТ. Состоит гидроциклон из цилиндрической 1 и конической 2 частей (см. рис. 5.5). Внизу конической части имеется сменная насадка 3 для выгрузки породы; в верхней части циклона есть ста¬кан 4 и камера 5 для выпуска концентрата. К цилиндрической части 1 циклона по касательной пристыкован питающий патрубок 6. Работает тяжелосредний гидроциклон следующим образом.

Заранее приготовленная смесь рядового угля с тяжелой средой (суспензией) необходимой плотности подается под определенным напором в циклон через питающий патрубок 6. Так как питающий патрубок вводит смесь в циклон по касатель¬ной, то внутри циклона образуется вихревой поток. Под действием центробежной силы более плотные частицы (а именно частицы поро¬ды) прижимаются к стенке и уходят через насадку 3, а менее плотные (угольные) вытесняются к образовавшемуся внутри воз¬душному столбу и потоком выносятся через стакан 4 и камеру 5.

Рис. 5.5. Гидроциклон ГТ:

1 – цилиндрическая часть циклона; 2 – коническая часть; 3 – сменные насадки; 4 – стакан; 5 – камера; 6 – питающий патрубок