Лекция_Классификаторы

1.

МИСИС
Классификаторы
обогатительных
фабрик
Основные принципы выбора и
классификация
Предмет: Оборудование и установки обогатительных фабрик

2.

МИСИС
Классификаторы в работе
Спиральный
Гидроциклон
спираль поднимает
осевшие пески, тонкие
зёрна уходят через
порог в слив
крупные зёрна по
стенке уходят в
насадку, тонкие по оси
— в слив
Гидравлический
Воздушный
восходящий поток
воды уносит мелкие
зёрна, крупные
оседают
ротор пропускает
тонкие частицы с
воздухом, крупные
падают вниз
2

3.

МИСИС
Назначение классификации
Дробление и грохочение
Измельчение в мельнице
КЛАССИФИКАЦИЯ
Слив → флотация,
гравитация
пески — обратно в мельницу
Что такое классификация
Задачи в схеме фабрики
Классификация — разделение смеси минеральных
зёрен на классы крупности по различию скоростей их
падения в водной или воздушной среде.
Поверочная: возврат недоизмельчённых зёрен в мельницу
Предварительная: вывод готового класса до мельницы
Контрольная: повторная классификация слива
Обесшламливание перед гравитацией и флотацией
Обезвоживание и сгущение песков
Мелкие зёрна уносятся потоком в слив, крупные
оседают и образуют пески. Применяется для материала
мельче 1–3 мм, где грохочение уже малоэффективно.
3

4.

Физические основы классификации
МИСИС
v₀ = d2(δ − Δ)g / 18μ
Стокс: d < 0,1 мм, ламинарный режим
v₀ = k·√(d(δ − Δ)/Δ)
Риттингер: d > 1,5–2 мм, турбулентный режим, k ≈ 5,1–5,3
Равнопадаемость. Мелкое тяжёлое зерно падает так же быстро, как
крупное лёгкое. Поэтому тяжёлые минералы (галенит, золото)
накапливаются в песках и переизмельчаются.
Переходная область 0,1–1,5 мм рассчитывают по
диаграмме Лященко (Re – ψ).
Обозначения: v₀ — скорость падения, м/с; d — диаметр
зерна, м; δ, Δ — плотность зерна и среды, кг/м³; μ —
вязкость среды, Па·с.
4

5.

МИСИС
Принцип классификации в потоке
Питание вводится у входа в
горизонтальный поток воды.
Крупные и тяжёлые зёрна оседают
первыми — пески I.
Средние оседают дальше — пески II,
мелкие — пески III.
Самые тонкие не успевают осесть и
уходят со сливом.
Зерно осядет, если L ≥ u·h / v₀
L — длина камеры, u — скорость потока, h — глубина, v₀ — скорость падения
5

6.

МИСИС
Классификация классификаторов
КЛАССИФИКАТОРЫ
Гидравлические
Пневматические
мокрая классификация
сухая классификация
Механические
Гидроциклоны
Гидравлические
Гравитационные
Центробежные
спиральные
реечные
чашевые
центробежные
напорные
батареи
с восходящим
потоком
гидросайзеры
конусы
проходные
каскадные (зигзаг)
циркуляционные
динамические с
ротором
Верхний признак — среда разделения; далее — поле сил и способ удаления песков
6

7.

МИСИС
Признаки классификации
Признак
Варианты
Примеры аппаратов
Среда разделения
водная (мокрая) / воздушная (сухая)
спиральный, гидроциклон / воздушный
сепаратор
Поле сил
гравитационное / центробежное
спиральный, гидросайзер / гидроциклон, ротор
Удаление песков
механическое / самотёком
спираль, гребки / песковая насадка, клапан
Подача питания
самотёком / под давлением (насосом)
спиральный / гидроциклон
Число продуктов
два (слив и пески) / несколько классов
спиральный, гидроциклон / многокамерный
гидросайзер
Роль в схеме
поверочная, предварительная, контрольная,
обесшламливание
любой тип в зависимости от крупности
Тип классификатора задают в первую очередь среда и требуемая крупность слива
7

8.

МИСИС
Спиральные классификаторы
Устройство: наклонное корыто, в котором вращаются одна или
две спирали на полом валу.
Принцип: в нижней части — бассейн; тонкие зёрна уходят
через сливной порог, осевшие пески спираль поднимает вверх.
Марки: 1КСН, 2КСН — непогруженная спираль; 1КСП, 2КСП —
погруженная; число после дефиса — диаметр в дм (2КСН-24: D
= 2,4 м).
Применение: цикл измельчения I стадии, промывка и
обезвоживание песков.
Двухспиральный классификатор, 3D-модель
0,3–3 м
14–18,5°
1,5–20
диаметр спирали
наклон корыта
об/мин спирали
8

9.

Устройство спирального классификатора
МИСИС
1
корыто
2
спираль
3
полый вал
4
привод: двигатель и редуктор
5
сливной порог
6
загрузочный жёлоб
7
механизм подъёма спирали
Режим: чем выше сливной порог и меньше наклон корыта, тем больше площадь бассейна и тоньше слив. При остановке спираль
поднимают, чтобы её не завалило осевшими песками.
9

10.

Непогруженная и погруженная спираль
МИСИС
Непогруженная спираль (КСН)
Погруженная спираль (КСП)
• Порог ниже: верхние витки у порога выступают над
пульпой
• Порог выше: спираль у порога целиком в бассейне
• Слив крупнее 0,15–0,2 мм
• Большое и спокойное зеркало — меньше взмучивание
• Интенсивное перемешивание, высокая
производительность по пескам
• II стадия, более тонкий помол
• Слив мельче 0,15 мм
• I стадия измельчения, промывка песков
10

11.

Спиральный классификатор в цикле
МИСИС
Схема: мельница → классификатор → слив на
обогащение; пески возвращаются в мельницу.
Компоновка: классификатор ставят вплотную к
мельнице, чтобы пески самотёком шли в её
улитковый питатель.
Циркуляция: 150–500 % — песков в разы больше,
чем исходного питания.
Плюсы: простота, надёжность, нет насосов для
песков.
Минусы: громоздкость, большая площадь, низкая
эффективность на классах мельче 0,1 мм.
Замкнутый цикл: шаровая мельница + спиральный классификатор
11

12.

Реечные и чашевые классификаторы
Реечные (гребковые)
Чашевые
• Рамы с гребками совершают возвратно-поступательное
движение
• Спиральный классификатор с отстойной чашей и
гребковой мешалкой
• На рабочем ходу гребки сдвигают пески вверх, на
холостом поднимаются
• Большая площадь зеркала — тонкий слив
• Устарели: вытеснены спиральными классификаторами
МИСИС
• Применение: тонкая классификация, обесшламливание
перед флотацией
12

13.

МИСИС
Гидроциклоны
Принцип: пульпа под давлением подаётся по касательной и закручивается;
центробежная сила в десятки и сотни раз больше силы тяжести.
Потоки: внешний нисходящий выносит крупные зёрна через песковую
насадку, внутренний восходящий — тонкие в слив. По оси образуется
воздушный столб.
Типоразмеры: ГЦ-25 … ГЦ-1400 (число — диаметр в мм).
Применение: II–III стадии измельчения, обесшламливание, сгущение;
ставятся батареями.
25–1400 мм
10–20°
0,05–0,3 МПа
диаметр корпуса
угол конуса
давление на входе
1 питающий патрубок · 2 цилиндрическая часть · 3 коническая часть · 4 сливной патрубок · 5
сливная труба · 6 песковая насадка
13

14.

Гидроциклоны: достоинства и контроль
МИСИС
Достоинства
• Компактность, высокая удельная производительность
• Тонкая граница разделения: малые гидроциклоны —
до 5–10 мкм
• Нет движущихся частей, легко собираются в батареи
Недостатки
• Износ насадок и футеровки: резина, полиуретан,
керамика
• Нужны насос и стабильное давление
• Чувствительность к колебаниям питания
Зонтичная разгрузка — нормальный режим, воздушный столб
сохраняется.
Шнуровая разгрузка — перегрузка по пескам: крупные зёрна уходят
в слив. Нужно увеличить насадку или снизить плотность питания.
14

15.

Гидравлические классификаторы
МИСИС
Принцип: снизу подаётся вода со скоростью v; зёрна с v₀ > v оседают в
пески, с v₀ < v уносятся в слив.
Гидросайзеры: многокамерные аппараты с убывающей скоростью
восходящего потока — несколько классов за один проход.
Конусы: конусные классификаторы и обесшламливающие конусы —
простые аппараты без привода.
Особенность: разделение идёт по равнопадаемости — учитываются и
крупность, и плотность.
Применение: подготовка к отсадке, столам и винтовым сепараторам;
классификация песков; обесшламливание.
Условие разделения: граничное зерно имеет v₀ = v
15

16.

Воздушные классификаторы
МИСИС
Назначение: сухое измельчение — цемент, известняк, тальк, уголь, сухое
обогащение руд.
Гравитационные: проходные и каскадные (зигзаг) — разделение в
восходящем потоке воздуха, грубая классификация.
Центробежные: циркуляционные сепараторы — разделение в закрученном
потоке.
Динамические: с вращающимся ротором; граница разделения регулируется
частотой вращения ротора.
В схемах: в замкнутом цикле с шаровыми и вертикальными валковыми
мельницами, после валковых прессов.
16

17.

МИСИС
Сравнение типов классификаторов
Показатель
Спиральный
Гидроциклон
Гидравлический
Воздушный
Среда
вода
вода под давлением
вода, восходящий поток
воздух
Граница разделения*
0,05–1 мм
0,005–0,3 мм
0,05–2 мм
0,005–1 мм
Поле сил
гравитационное
центробежное
гравитационное
грав. / центробежное
Удаление песков
спираль
насадка
разгрузочный клапан
самотёк
Энергия
низкая
средняя (насос)
низкая, расход воды
высокая (вентилятор)
Площадь, масса
большие
малые
средние
средние
Применение
I стадия, промывка
II–III стадии, тонкий
помол
гравитация, пески
сухой помол
* диапазоны ориентировочные, по справочным данным
17

18.

МИСИС
Принципы выбора классификатора
Исходные данные
Слив ≥ 0,15 мм, пески самотёком
спиральный КСН
Слив 0,07–0,15 мм
спиральный КСП или
гидроциклоны
Слив < 0,07 мм, большие потоки
батареи гидроциклонов
Подготовка к гравитации
гидравлические
классификаторы
Сухая технология
воздушные классификаторы
• Производительность по сливу и пескам, т/ч
• Требуемая крупность слива: d₅₀ или % класса
−0,074 мм
• Плотность и крупность твёрдого, шламы и
глина
• Плотность пульпы (Т : Ж)
• Схема: число стадий, циркуляционная
нагрузка
• Компоновка: высотные отметки, площадь,
насосы
18

19.

МИСИС
Алгоритм выбора
1
Исходные данные
Q, крупность слива, плотность руды,
Т : Ж, схема цикла
4
Проверка
по крупности слива (dг) и нагрузке
на пески
2
Тип аппарата
по крупности слива, масштабу
фабрики и компоновке
5
Число аппаратов
N = Q / Q₁ с округлением вверх, плюс
резерв
3
Типоразмер
по производительности: Qсл и Qп
(спиральный), V (гидроциклон)
6
Сравнение вариантов
капитальные и эксплуатационные
затраты, энергия, износ
19

20.

МИСИС
Расчёт спирального классификатора
Qсл = 4,56·m·kβ·kδ·kc·kα·D1,765
производительность по сливу, т/ч
α, °
14
15
16
17
18
19
20
kα
1,12
1,10
1,06
1,03
1,00
0,97
0,94
Пример: 2КСН-24
Qп = 5,45·m·n·kδ·kα·D3
производительность по пескам, т/ч
m — число спиралей; D — диаметр спирали, м; n — частота вращения,
об/мин
kβ — поправка на крупность слива; kδ = δ/2,7 — на плотность руды
kc — на плотность слива; kα — на угол наклона корыта
m = 2; D = 2,4 м; n = 3,6 об/мин; α = 18°; δ = 3,0 т/м³; в
сливе 55 % класса −0,074 мм
kβ = 1,65; kδ = 1,11; kc = 0,97; kα = 1,00
Qсл ≈ 76 т/ч
Qп ≈ 602 т/ч
Условие выбора: Qсл ≥ требуемой производительности по сливу, Qп ≥ нагрузки по пескам. По Разумову К.А., Перову В.А.
20

21.

МИСИС
Расчёт гидроциклонов
V = 3·kα·kD·dп·dсл·√P0
D, мм
150
250
360
500
710
1000
1400
производительность по пульпе, м³/ч
dг, мкм
20–
50
30–
100
40–
150
50–
200
60–
250
70–
280
80–
300
kD
1,28
1,15
1,06
1,00
0,95
0,91
0,88
dг = 1,5·√(D·dсл·Tп / (Δ·kD·√P0·(δ − 1)))
граничная крупность слива, мкм
N = Vсекц / V
dп, dсл — диаметры питающего и сливного патрубков, см; D, Δ — диаметры
гидроциклона и песковой насадки, см; P₀ — давление на входе, МПа; Тп —
содержание твёрдого в питании, %; kα = 1,0 при 20°, 1,15 при 10°
Пример: ГЦ-710
dп = 15 см; dсл = 20 см; P₀ = 0,1 МПа; kα = 1,0; kD = 0,95
V = 3·1,0·0,95·15·20·√0,1
V ≈ 270 м³/ч
Диаметр подбирают по таблице так, чтобы требуемая dг попала
в диапазон аппарата
21

22.

МИСИС
Эксплуатация и регулирование
1
Плотность пульпы
Разжижение — слив тоньше, но
производительность ниже; сгущение
— слив грубее
4
Давление и насадки
Выше давление — тоньше слив;
песковую насадку подбирают по
нагрузке на пески
2
Порог и наклон корыта
Выше порог и меньше угол — больше
бассейн, тоньше слив
5
Износ
Футеровка корыта и спирали, насадки
гидроциклонов: резина, полиуретан,
керамика
3
Частота вращения спирали
Быстрее спираль — сильнее
взмучивание, слив грубее
6
Контроль
Плотномеры, анализаторы крупности
слива, контроль разгрузки песков,
автоматика
22

23.

МИСИС
Выводы
Роль классификации
Главный критерий выбора
определяет работу цикла измельчения: возвращает
недоизмельчённое и не допускает переизмельчения
требуемая крупность слива и производительность по сливу и
пескам
Спиральные и гидроциклоны
Особые задачи
спиральные — для грубого слива и малых фабрик;
гидроциклоны — стандарт тонкого помола
гидравлические — подготовка к гравитации; воздушные — сухие
технологии
Литература
• Разумов К.А., Перов В.А. Проектирование обогатительных фабрик. — М.: Недра, 1982.
• Андреев С.Е., Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. — М.: Недра, 1980.
• Поваров А.И. Гидроциклоны на обогатительных фабриках. — М.: Недра, 1978.
• Wills B.A., Finch J.A. Wills' Mineral Processing Technology. 8th ed. — Elsevier, 2016.
23