2. Дробление и измельчение, грохочение и классификация

СЫРЫХ МАТЕРИАЛОВ

Дробление и измельчение сырых материалов производят с целью доведения их крупности до размеров кусков (зерен), приемлемых для доменной плавки, обогащения, окускования или металлизации, поскольку куски руды могут достигать до 1,5 м в поперечнике при открытом способе добычи руды и до 0,8 м – при подземной добыче.

Верхний предел крупности для богатых руд, загружаемых в доменные печи, определяется их характеристиками и составляет:

-30-50 мм для магнитных железняков;

-50-80 мм для красных железняков;

-80-100 мм для бурых железняков.

Нижний предел для всех руд составляет 10-12 мм, поскольку отсев фракций менее 5 мм затруднен.

Под дроблением понимают операцию разрушения кусков до 5 мм. Дальнейшее уменьшение размеров кусков называют измельчением.

Дробление и измельчение являются энергоемкими процессами. Поэтому весьма важно соблюдать принцип «не дробить ничего лишнего», т.е. не загружать в дробилки куски, крупность которых меньше ширины выпускной щели дробилки. Отделение таких кусков производится грохочением материалов (см. ниже) перед загрузкой их в дробилки.

Дробление подразделяют на:

-крупное от 1500 до 100-400 мм;

-среднее от 100-400 до 30-50 мм;

-мелкое от 30-50 до 5 мм.

Стадии уменьшения размера кусков (зёрен) характеризуются степенью дробления (измельчения) i, т.е. отношением размера максимального куска (зерна) руды D_max до дробления (измельчения) к размеру максимального куска (зерна) в продукте после дробления (измельчения) d_max, т.е.

i = D_max / d_max (2.1)

Иногда среднюю степень дробления (измельчения) определяют как отношение средних диаметров

i = D_ср / d_ср . (2.2)

Общая степень дробления (измельчения) будет равна произведению частных степеней дробления (измельчения) в каждой стадии, т.е.

i= i₁ *i₂ *i₃*i_n. (2.3)

Разделение или сортировка материалов по крупности на механических ситах называют грохочением, а разделение материалов при падение в воде или на воздухе - гидравлической или воздушной классификацией. Грохочением разделяются материалы на классы до крупности 1-3 мм, а более мелкие фракции – классификацией. В результате грохочения сыпучие материалы разделяются на классы – продукты, имеющие определённые размеры кусков (зёрен).

Отверстия на рабочей поверхности грохота могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными. Крупность продуктов принято выражать в миллиметрах или микрометрах. Размер отверстий тканых сит и соответственно рассеваемого материала в зарубежной, а иногда и в отечественной практике характеризуется числом меш – количество отверстий, приходящимся на один линейный дюйм сетки, т.е. на 25,4 мм.

По технологическому назначению различают четыре вида операций разделения материала по крупности [4]:

1) самостоятельное грохочение - для выделения классов, представляющих собой готовые, отправляемые потребителю продукты;

2) подготовительное грохочение – для разделения материала на несколько классов крупности, предназначенных для последующей разделительной обработки;

3) вспомогательное грохочение – операция для выделения мелких классов, не подлежащих дроблению (измельчению);

4) обезвоживающее грохочение – операция обезвоживания на грохотах продуктов обогащения или обесшламливания материалов перед дальнейшим обогащением.

Материалы, поступающие на грохочение, называют исходным, оставшийся на сите – надрешётным, просыпавшийся через отверстия сита – подрешётным продуктом.

2.1. Определение основных технологических параметров процесса разделения материалов по крупности

2.1.1. Выход подрешётного продукта

На Рис.1.1 приведена схема односитового грохота с показателями грохочения [4].

Рис.1.1.Схема односитового грохота (к определению показателей грохочения)

При установившемся режиме работы грохота соблюдается равенство

Q = P + S, (2.4)

где Q – масса исходного материала, подаваемого на грохот в единицу времени, т/ч;

P, S – масса соответственно подрешётного и надрешётного продуктов в единицу времени, т/ч.

Уравнение баланса расчётного мелкого класса имеет вид

Q·α₀ = P·β + S·υ, (2.5)

где α₀, β, υ – содержание мелкого класса соответственно в исходном, подрешётном и надрешётном продуктах, %.

После подстановки значения S из предыдущего равенства, уравнение баланса получит вид

Q·(α₀ - υ) = P·(β - υ). (2.6)

Отсюда выход подрешётного продукта, равный отношению масс подрешётного и исходного (γ = 100·P/Q), %:

γ = 100(α₀ - υ) / (β - υ) (2.7)

Если расчёт ведётся по классу, верхний предел крупности которого равен ширине (диаметру) ячеек сита, то содержание расчётного класса в определённом продукте составит 100% (т.е. β = 100%). В этом частном случае выход подрешётного продукта составит

γ_о = 100(α₀ - υ) / (100 - υ). (2.8)

2.1.2. Извлечение мелкого класса в подрешётный продукт

Извлечение (ε) мелкого класса в подрешётный продукт представляет собой выраженное в процентах отношение массы данного класса в подрешётном продукте к общему количеству этого же класса в исходном материале. Оно определяется по уравнению

ε = β γ / α₀ (2.9)

Подстановка в равенство (2.9) значения γ из формулы (2.7) даёт

ε =100 β (α₀ - υ)/ α (β - υ) (2.10)

В частном случае, когда β = 100 % подставленная формула принимает вид

ε =10000 (α₀ - υ)/ α_о (100 - υ) (2.11)

2.1.3. Эффективность разделения

Эффективность разделения (грохочения, классификации) по классу мельче отверстий сита представляет отношение массы этого класса в подрешётном продукте к массе этого класса в исходном материале. Это отношение равно разности между извлечением (ε) расчётного мелкого класса в подрешётный продукт и извлечением (ε₊ ) в него крупного класса [4]

Е = ε – ε₊ (2.12)

Первый член правой части находится по формуле (2.10). Второй член, т.е. извлечение (ε₊) в подрешётный продукт крупных классов, определяется как произведение выхода γ подрешётного продукта на отношение содержаний крупного класса в подрешётном (100 - β) и в исходном (100 – α₀):

ε₊= γ (100- β) / (100- α) (2.13)

или

Е =100 γ (β- α_0/) / (100- α₀) (2.14)

На основе предыдущих соотношений общая формула эффективности грохочения может быть записана в различных, но и в равнозначных вариантах.

Е = ε – ε₊=100 γ (β- α₀) / α₀ (100- α₀) =100(ε - γ)/ (100- α₀) =

=10000(β- α₀)( α₀ – υ) / α₀ (100- α_о) (β - γ) (2.15)

В частном случае, когда β = 100 %, т.е. расчётным считается весь класс мельче размеров ячеек сита, формула (2.15) упрощается:

Е_о = ε₀ = 100 γ/ α₀ = 10000(α₀ - υ) / α₀ (100 - υ). (2.16)

т.е. эффективность грохочения (Е₀) по всему мелкому классу (верхний предел которого равен размеру отверстий сита) равна извлечению этого класса в подрешётный продукт (в этом частном случае эффективность (Е₀) иногда называют точностью грохочения).

Если же расчёт ведётся по классу меньшему, чем отверстие сита, то содержание его в подрешётном продукте будет меньше 100 % и эффективность (Е) будет отличаться от измельчения (ε).