Содержание статьи
- Проблема окомкования глинистых пород
- Причины образования комков при высокой влажности
- Последствия окомкования для производства щебня
- Требования ГОСТ к содержанию глины в строительных материалах
- Метод сушки материала перед грохочением
- Мокрое грохочение и промывка материалов
- Применение дезинтеграторов для разрушения комков
- Вибрационные грохоты с увеличенной амплитудой
- Комбинированные технологические решения
- Часто задаваемые вопросы
Проблема окомкования глинистых пород при грохочении
Грохочение представляет собой процесс разделения сыпучих материалов на классы крупности путем просеивания через сита с определенными размерами отверстий. Для большинства минеральных материалов этот процесс проходит эффективно, однако при работе с глинистыми породами возникает серьезная технологическая проблема, связанная с окомкованием материала.
Окомкование глинистых частиц является одной из наиболее сложных задач в технологии переработки горных пород и производства строительных материалов. Глинистые породы обладают специфическими физико-химическими свойствами, которые при определенных условиях приводят к слипанию мелких частиц в крупные агломераты. Эта проблема особенно актуальна на дробильно-сортировочных комплексах, где требуется получение материала с четким разделением по фракциям.
Причины образования комков при высокой влажности
Механизм окомкования глинистых пород на грохоте обусловлен несколькими взаимосвязанными физическими процессами. При увеличении влажности материала происходит изменение состояния глинистых частиц, что приводит к их слипанию в крупные агломераты.
Критическая влажность для окомкования
Исследования показывают, что интенсивное окомкование глинистых частиц начинается при превышении порогового значения влажности. Для большинства глинистых пород этот порог составляет десять процентов по массе. При влажности выше этого уровня глинистые частицы переходят в пластичное состояние, что способствует их слипанию.
| Влажность материала (%) | Состояние глинистых частиц | Размер образующихся комков (мм) | Вероятность окомкования |
|---|---|---|---|
| До 5 | Твердое | Отсутствуют | Низкая |
| 5-10 | Переходное | 10-20 | Средняя |
| 10-15 | Пластичное | 20-50 | Высокая |
| 15-20 | Пластичное | 50-100 | Очень высокая |
| Более 20 | Текучее | Более 100 | Критическая |
Физико-химические механизмы слипания
При увеличении влажности между глинистыми частицами образуется водная пленка, в которой растворяются минеральные соли. Это приводит к возникновению коллоидных связей между частицами. Расстояние между отдельными элементами грунта увеличивается, но при этом связность материала возрастает за счет формирования водно-коллоидных мостиков.
Глинистые минералы, такие как монтмориллонит и каолинит, обладают способностью к набуханию при взаимодействии с водой. Этот процесс сопровождается значительным увеличением объема материала и дополнительно способствует слипанию частиц в крупные агломераты диаметром от двадцати до ста миллиметров.
Последствия окомкования для производства щебня
Образование комков из глинистых частиц при грохочении приводит к целому ряду негативных последствий для технологического процесса и качества конечной продукции. Эти последствия затрагивают как экономическую эффективность производства, так и соответствие выпускаемой продукции установленным стандартам качества.
Снижение выхода мелких фракций
Комки глины, образующиеся при высокой влажности, имеют размеры, превышающие размеры отверстий сит грохота. В результате материал, который должен был пройти в подрешетный продукт и составить мелкую фракцию, остается в надрешетном продукте. Это приводит к значительному снижению выхода мелких товарных фракций, что напрямую влияет на экономические показатели производства.
При содержании глинистых частиц в исходном материале около восьми процентов и влажности пятнадцать процентов, потери выхода фракции 5-20 мм могут составлять от трех до семи процентов в зависимости от степени окомкования и характеристик глинистого материала.
Это означает, что из каждых ста тонн переработанного материала от трех до семи тонн мелкой фракции может быть потеряно из-за окомкования и попадания глинистых комков в крупную фракцию.
Загрязнение щебня глинистыми включениями
Комки глины, попадающие в крупную фракцию щебня, представляют собой серьезный дефект продукции. В процессе транспортировки и хранения эти комки могут частично разрушаться, образуя глинистую пыль, которая покрывает поверхность зерен щебня. Наличие глинистой оболочки на поверхности щебня существенно снижает его адгезионные свойства при использовании в бетонах и асфальтобетонах.
| Последствие окомкования | Влияние на производство | Влияние на качество продукции |
|---|---|---|
| Снижение выхода мелких фракций | Уменьшение товарной продукции на 3-8% | Несоответствие зернового состава |
| Загрязнение щебня глиной | Перевод продукции в нестандарт | Снижение прочности бетона до 20% |
| Засорение сит грохота | Снижение производительности на 15-25% | Нестабильность гранулометрии |
| Увеличение износа оборудования | Рост затрат на ремонт | Простои оборудования |
Требования ГОСТ к содержанию глины в строительных материалах
Содержание глинистых частиц и глины в комках в щебне строго регламентируется государственными стандартами. Основным нормативным документом является ГОСТ 8267-93, который устанавливает технические условия для щебня и гравия из плотных горных пород, применяемых в строительных работах.
Нормирование содержания пылевидных и глинистых частиц
Согласно требованиям стандарта, в щебне нормируется содержание пылевидных и глинистых частиц размером менее 0,05 мм. Для щебня из магматических и метаморфических пород максимально допустимое содержание таких частиц составляет один процент по массе. Для щебня из осадочных пород эти нормы дифференцированы в зависимости от марки по прочности.
| Тип горной породы | Марка по прочности | Допустимое содержание пылевидных и глинистых частиц (%) | Допустимое содержание глины в комках (%) |
|---|---|---|---|
| Магматические и метаморфические | М600-М1200 | До 1 | 0,25 |
| Осадочные | М600-М1200 | До 2 | 0,25 |
| Осадочные | М400-М600 | До 2 | 0,25 |
| Осадочные | М200-М400 | До 3 | 0,25 |
Последствия несоответствия требованиям стандарта
Превышение допустимого содержания глинистых частиц и глины в комках делает щебень непригодным для использования в ответственных конструкциях. Глинистые включения снижают прочность бетона, ухудшают морозостойкость и долговечность строительных конструкций. Присутствие глинистых минералов приводит к увеличению водопотребности бетонной смеси и снижению подвижности.
Метод сушки материала перед грохочением
Сушка материала является одним из наиболее эффективных методов предотвращения окомкования глинистых пород при грохочении. Суть метода заключается в снижении влажности материала до уровня, при котором глинистые частицы теряют способность к слипанию и сохраняют дисперсное состояние.
Сушильные барабаны в технологической линии
Наиболее распространенным оборудованием для сушки глинистых материалов являются барабанные сушилки. Сушильный барабан представляет собой вращающийся металлический цилиндр, установленный с небольшим уклоном. Материал подается в верхнюю часть барабана и постепенно продвигается к разгрузочному концу, контактируя с горячими газами.
При подготовке глинистой массы для последующего грохочения рекомендуется подсушивание материала до влажности не более восьми-десяти процентов. При такой влажности глинистые частицы находятся в твердом или переходном состоянии и не склонны к образованию крупных агломератов.
| Параметр сушильного процесса | Рекомендуемое значение | Комментарий |
|---|---|---|
| Начальная влажность материала | 15-25% | Типичная для глинистых пород |
| Конечная влажность материала | 6-10% | Оптимальная для грохочения |
| Температура теплоносителя на входе | 600-900°C | Зависит от свойств материала |
| Скорость вращения барабана | 5-6 об/мин | Обеспечивает равномерную сушку |
| Угол наклона барабана | 5-6° | Оптимальное время контакта |
Преимущества и ограничения метода сушки
Основным преимуществом сушки является гарантированное предотвращение окомкования при правильно подобранных параметрах процесса. Материал после сушильного барабана легко проходит через сита грохота, обеспечивая высокую эффективность классификации. Однако метод сушки имеет и определенные ограничения. Для сушки требуются значительные энергетические затраты, что увеличивает себестоимость продукции.
Естественная сушка в благоприятных климатических условиях
В регионах с теплым и сухим климатом возможно использование естественной сушки материала на складах временного хранения. Работа в солнечную погоду с предварительной выдержкой материала на открытых площадках позволяет снизить влажность без дополнительных энергозатрат. Однако этот метод зависит от погодных условий и не обеспечивает стабильности технологического процесса в течение года.
Мокрое грохочение и промывка материалов
Мокрое грохочение представляет собой альтернативный подход к решению проблемы окомкования глинистых пород. В отличие от сушки, где влажность снижается, при мокром грохочении на материал подается дополнительная вода, которая обеспечивает размывание глинистых комков и предотвращает засорение сит.
Принцип мокрого грохочения
При мокром грохочении материал подается на грохот одновременно с водой или водой орошаются сита в процессе работы. Вода размывает глинистые комки и переводит глинистые частицы во взвешенное состояние. Мелкие частицы вместе с водой проходят через отверстия сит и удаляются в виде шлама, а крупные частицы остаются на сите и выгружаются в виде промытого материала.
Эффективность мокрого грохочения значительно выше для материалов с повышенной влажностью или содержащих комкующие примеси. Промывка позволяет одновременно осуществлять грохочение и очистку материала от глинистых загрязнений, что особенно важно при производстве высококачественного щебня для бетонов.
| Параметр процесса | Сухое грохочение | Мокрое грохочение |
|---|---|---|
| Эффективность при влажности более 10% | Низкая (40-60%) | Высокая (85-95%) |
| Содержание глинистых частиц в продукте | До 3% | До 0,5% |
| Засорение сит | Высокое | Минимальное |
| Расход воды | Не требуется | 0,5-2 м³/т |
| Необходимость обезвоживания продукта | Нет | Да |
Оборудование для мокрого грохочения
Для мокрого грохочения применяются специализированные грохоты с системой орошения. Барабанные грохоты весьма часто используются для промывки глинистых руд, для сортировки песка, гравия и щебня. В барабанном грохоте материал попадает в перфорированную часть барабана, где кусковой материал отделяется от воды и мелких частиц, которые уходят в слив через отверстия.
Вибрационные грохоты для мокрого грохочения оснащаются дополнительными форсунками для подачи воды на сита. Интенсивная вибрация способствует быстрому проникновению воды в толщу материала и эффективному размыванию глинистых комков. Для повышения качества очистки могут применяться грохоты с душирующими устройствами в выходной секции.
Применение дезинтеграторов для разрушения комков
Дезинтеграторы представляют собой специализированное оборудование для разрушения слабосвязанных агломератов и комков в сыпучих материалах. Применение дезинтеграторов перед грохочением позволяет механически разрушить глинистые комки, образовавшиеся в процессе добычи, транспортировки или хранения материала.
Принцип работы дезинтегратора
Дезинтегратор состоит из двух роторов с установленными на них билами или пальцами, вращающимися навстречу друг другу с высокой скоростью. Материал подается в центр рабочей камеры, где подвергается интенсивному ударному воздействию со стороны вращающихся элементов. Разрушение комков происходит под действием центробежных сил за счет многократных ударов об элементы роторов.
Дезинтеграторы предназначены для измельчения сухих пластичных материалов, включая глины, каолины и другие глинистые породы. В корпусе дезинтегратора диски с пальцами вращаются в противоположных направлениях. Материал попадает в дезинтегратор и разбивается пальцами первого ряда, затем отбрасывается к следующему ряду пальцев диска, вращающегося в противоположном направлении.
| Тип дезинтегратора | Количество пар пальцев | Скорость вращения (об/мин) | Область применения |
|---|---|---|---|
| Смесительный | 1-2 | 300-600 | Легкое разрушение комков |
| Помольный средний | 2-3 | 600-1500 | Разрушение средних комков |
| Тонкого помола | 3-4 | 1500-3000 | Разрушение прочных комков |
Преимущества применения дезинтеграторов
Основным преимуществом дезинтеграторов является их универсальность и способность работать с материалами различной влажности. Дезинтеграторы эффективно разрушают комки размером от десяти до ста миллиметров, образовавшиеся при влажности материала до пятнадцати процентов. При этом не происходит переизмельчения основной массы материала, что важно для сохранения зернового состава.
При установке дезинтегратора перед грохотом эффективность разрушения комков зависит от типа используемого оборудования и характеристик материала. Дезинтеграторы тонкого помола с несколькими парами пальцев способны разрушить большую часть глинистых комков размером от десяти до ста миллиметров.
Правильно подобранный дезинтегратор обеспечивает разрушение основной массы комков до исходных частиц, что позволяет правильно классифицировать материал при последующем грохочении и значительно повысить выход товарной продукции.
Особенности применения дезинтеграторов с глинистыми породами
Для глинистых пород с высоким содержанием пластичных глин рекомендуется применение дезинтеграторов барабанного типа, которые по сути представляют собой мельницы самоизмельчения. Барабанный дезинтегратор обеспечивает производительность до сорока восьми тонн в час на материале, аналогичном бентониту, что значительно превышает показатели традиционных скрубберов.
Вибрационные грохоты с увеличенной амплитудой колебаний
Применение вибрационных грохотов с увеличенными параметрами колебаний является эффективным способом борьбы с окомкованием глинистых материалов. Интенсивная вибрация способствует встряхиванию материала, разрушению слабосвязанных комков и самоочищению отверстий сит от застревающих частиц.
Параметры вибрации грохотов
Основными параметрами, определяющими эффективность вибрационного грохота, являются амплитуда и частота колебаний. Для грохочения материалов стандартной влажности применяются грохоты с амплитудой от трех до восьми миллиметров и частотой от девятисот до тысячи пятисот колебаний в минуту. Для работы с глинистыми материалами рекомендуется использовать увеличенную амплитуду при пониженной частоте.
Когда минералы имеют небольшие размеры частиц, являются влажными и обладают определенной вязкостью, необходимо использовать низкую частоту и большую амплитуду. Для глинистых пород оптимальными являются параметры: амплитуда от восьми до пятнадцати миллиметров и частота от шестисот сорока пяти до восьмисот семидесяти пяти оборотов в минуту.
| Тип материала | Амплитуда колебаний (мм) | Частота колебаний (об/мин) | Угол наклона грохота (°) |
|---|---|---|---|
| Крупный сухой щебень | 3-5 | 900-1100 | 15-20 |
| Средний щебень умеренной влажности | 5-8 | 1100-1300 | 12-18 |
| Мелкий щебень повышенной влажности | 6-10 | 850-1000 | 10-15 |
| Глинистые породы | 6-10 | 650-850 | 8-12 |
Влияние амплитуды на эффективность грохочения
Увеличение амплитуды колебаний приводит к усилению встряхивания материала на сите. При большей амплитуде вибрационного грохота явление закупоривания отверстий сит будет меньше, что способствует более эффективному грохочению и расслаиванию материала. Интенсивное встряхивание разрушает слабосвязанные глинистые комки и предотвращает их прилипание к поверхности сита.
Динамический коэффициент характеризует интенсивность воздействия на материал и рассчитывается по формуле:
K = (a × n²) / 90000
где a – амплитуда колебаний в см, n – частота вращения в об/мин
Для обеспечения долговечности грохота динамический коэффициент K должен быть не более 4,5.
Пример расчета для глинистых материалов при a = 0,7 см (7 мм) и n = 750 об/мин:
K = (0,7 × 750²) / 90000 = (0,7 × 562500) / 90000 = 393750 / 90000 = 4,375
Это значение находится в безопасном диапазоне. При необходимости увеличения амплитуды следует пропорционально снижать частоту вращения для сохранения K в допустимых пределах.
Конструктивные особенности грохотов для глинистых материалов
Грохоты, предназначенные для работы с глинистыми материалами, имеют усиленную конструкцию рамы и виброизолирующих элементов. Опорные пружины для эффективной виброизоляции грохота должны иметь такую жесткость, чтобы частота вынужденных колебаний превышала частоту собственных колебаний не менее чем в четыре раза. Это предотвращает резонансные явления и обеспечивает стабильную работу оборудования.
Комбинированные технологические решения
Наиболее эффективным подходом к решению проблемы окомкования глинистых пород является применение комбинированных технологических решений, сочетающих несколько методов борьбы с этим явлением. Выбор конкретной комбинации методов зависит от характеристик перерабатываемого материала, требований к качеству продукции и экономической целесообразности.
Схема с предварительной дезинтеграцией и сушкой
Для материалов с высоким содержанием глинистых частиц и повышенной влажностью эффективна схема, включающая предварительную дезинтеграцию крупных комков с последующей частичной сушкой материала. Дезинтегратор разрушает крупные агломераты, образовавшиеся при добыче и транспортировке, а сушильный барабан снижает влажность до уровня, исключающего повторное окомкование.
Исходный материал (влажность 18%, содержание глины 12%) → Дезинтегратор (разрушение комков более 50 мм) → Сушильный барабан (снижение влажности до 8%) → Вибрационный грохот (амплитуда 6 мм, частота 950 об/мин) → Товарные фракции
Результат: высокая эффективность грохочения, низкое содержание глинистых частиц в щебне, значительное увеличение выхода товарной продукции.
Схема с мокрым грохочением и последующим обезвоживанием
Для пород с высоким содержанием легкоразмываемых глинистых включений предпочтительна схема мокрого грохочения с организацией замкнутого цикла водооборота. Материал промывается на барабанном или вибрационном грохоте с интенсивным орошением, затем крупные фракции проходят дополнительное обезвоживание на дренажных грохотах.
| Характеристика материала | Рекомендуемая схема | Ожидаемый результат |
|---|---|---|
| Влажность более 15%, глины 5-10% | Сушка + вибрационный грохот | Эффективность 88-92% |
| Влажность 10-15%, глины 10-20% | Дезинтегратор + сушка + грохот | Эффективность 90-94% |
| Влажность любая, глины 20-40% | Мокрое грохочение + обезвоживание | Эффективность 92-96% |
| Влажность 8-12%, глины до 5% | Грохот с увеличенной амплитудой | Эффективность 85-90% |
Экономическая эффективность различных схем
При выборе технологической схемы необходимо учитывать не только технологическую эффективность, но и экономические показатели. Схема с сушкой требует значительных затрат на топливо, но обеспечивает получение сухого продукта, готового к немедленному использованию. Схема с мокрым грохочением требует меньших энергозатрат, но нуждается в системе водоочистки и обезвоживания продукции.
Применение дезинтеграторов оправдано при содержании комков более пяти процентов от массы материала. В этом случае увеличение выхода товарной продукции компенсирует затраты на приобретение и эксплуатацию дополнительного оборудования. Для материалов с умеренным содержанием глины достаточно использования грохотов с оптимизированными параметрами вибрации.
Часто задаваемые вопросы
Интенсивное окомкование глинистых пород начинается при влажности более десяти процентов по массе. При влажности от пяти до десяти процентов окомкование носит умеренный характер, комки имеют размеры до двадцати миллиметров. При влажности свыше пятнадцати процентов глинистые частицы переходят в пластичное состояние, что приводит к образованию крупных агломератов диаметром до ста миллиметров и более. Критическим считается уровень влажности выше двадцати процентов, когда материал приобретает текучесть.
Выбор метода зависит от характеристик материала и требований производства. Сушка материала до влажности восемь-десять процентов гарантированно предотвращает окомкование, но требует значительных энергозатрат. Мокрое грохочение с промывкой эффективно удаляет глинистые загрязнения и обеспечивает получение чистого щебня. Применение дезинтеграторов перед грохочением позволяет разрушить уже образовавшиеся комки. Вибрационные грохоты с увеличенной амплитудой колебаний обеспечивают интенсивное встряхивание и самоочищение сит. Наиболее эффективны комбинированные схемы.
Согласно ГОСТ 8267-93, для щебня из магматических и метаморфических пород содержание пылевидных и глинистых частиц размером менее 0,05 мм не должно превышать одного процента по массе. Для щебня из осадочных пород марок М600-М1200 допускается до двух процентов, для марок М200-М400 до трех процентов. Содержание глины в комках для всех типов щебня не должно превышать 0,25 процента. Превышение этих норм делает щебень непригодным для использования в ответственных строительных конструкциях.
Дезинтегратор состоит из двух роторов с билами или пальцами, вращающимися навстречу друг другу со скоростью от трехсот до трех тысяч оборотов в минуту в зависимости от типа. Материал подается в центр рабочей камеры и под действием центробежных сил отбрасывается на вращающиеся элементы роторов. При многократных ударах происходит разрушение слабосвязанных глинистых комков до исходных частиц. Эффективность разрушения комков достигает восьмидесяти пяти-девяноста пяти процентов. Дезинтеграторы тонкого помола с тремя-четырьмя парами пальцев обеспечивают наиболее полное разрушение даже прочных агломератов.
Для эффективного грохочения глинистых материалов рекомендуется применять низкую частоту и большую амплитуду колебаний. Оптимальные параметры: амплитуда от двенадцати до девятнадцати миллиметров и частота от шестисот сорока пяти до восьмисот семидесяти пяти оборотов в минуту. Увеличенная амплитуда обеспечивает интенсивное встряхивание материала, разрушение слабосвязанных комков и предотвращение засорения сит. Угол наклона грохота должен составлять восемь-двенадцать градусов. При этом необходимо контролировать динамический коэффициент, который не должен превышать четырех с половиной для обеспечения долговечности оборудования.
Мокрое грохочение имеет ряд преимуществ перед сушкой материала. Во-первых, не требуются большие затраты энергии на испарение влаги из материала. Во-вторых, мокрое грохочение обеспечивает более эффективную очистку поверхности зерен щебня от глинистых загрязнений, что улучшает адгезионные свойства материала. В-третьих, отсутствует пылевыделение в процессе переработки. Однако мокрое грохочение требует организации системы водооборота, оборудования для очистки воды и обезвоживания готовой продукции. Расход воды составляет от половины до двух кубических метров на тонну переработанного материала.
Окомкование глинистых частиц приводит к значительному снижению выхода мелких товарных фракций. Комки размером двадцать-сто миллиметров не проходят через сита грохота и попадают в крупную фракцию вместе со щебнем. При содержании глинистых частиц восемь процентов и влажности пятнадцать процентов потери выхода фракции 5-20 мм могут составлять пять-семь процентов от общей массы переработанного материала. Кроме того, глинистые комки в крупной фракции снижают качество щебня и могут привести к переводу продукции в категорию нестандартной.
Температура теплоносителя в сушильном барабане должна быть достаточной для эффективного испарения влаги, но не чрезмерной, чтобы не допустить перегрева глины и потери ее полезных свойств. Рекомендуемая температура топочных газов на входе в барабан составляет шестьсот-девятьсот градусов Цельсия. При более высокой температуре внутренние элементы барабана быстро изнашиваются, а материал может потерять пластичность или воспламениться. Повышение температуры теплоносителя на сто пятьдесят градусов позволяет увеличить удельный съем влаги с пятидесяти восьми до семидесяти девяти килограммов на кубический метр объема барабана.
Естественная сушка материала на открытых складах может применяться в регионах с теплым и сухим климатом как дополнительный метод снижения влажности. Работа в солнечную погоду с предварительной выдержкой материала на площадках позволяет снизить влажность на два-четыре процента без дополнительных затрат энергии. Однако этот метод не обеспечивает стабильности технологического процесса в течение года и зависит от погодных условий. В периоды дождей или высокой влажности воздуха естественная сушка неэффективна. Поэтому ее рекомендуется использовать только как вспомогательную меру в сочетании с другими методами.
При содержании глинистых частиц более двадцати процентов наиболее эффективной является комбинированная схема с использованием мокрого грохочения. Технологическая цепочка включает барабанный грохот для первичной промывки и отделения крупных фракций, промывочный вибрационный грохот для более тонкой классификации и спиральный классификатор для обезвоживания мелких фракций. Эта схема обеспечивает эффективность грохочения девяносто два-девяносто шесть процентов и позволяет получить чистый щебень с содержанием глинистых частиц менее половины процента. Для пород с умеренным содержанием глины достаточно схемы с предварительной дезинтеграцией и последующей частичной сушкой.
