Содержание статьи
- Введение в проблему грохочения влажных пород
- Влияние влажности на процесс грохочения
- Механизм залипания сит и его последствия
- Роль вибрации в классификации пород
- Технические параметры и их влияние
- Современные методы решения проблем
- Системы очистки сит
- Расчеты эффективности грохочения
- Часто задаваемые вопросы
Введение в проблему грохочения влажных пород
Грохочение представляет собой один из важнейших процессов в горнодобывающей и обогатительной промышленности, направленный на разделение материалов по крупности частиц. Однако при работе с влажными породами этот процесс сталкивается с серьезными техническими трудностями, которые значительно снижают эффективность классификации и производительность оборудования.
Основная проблема заключается в том, что при повышенной влажности материала происходит комкование частиц и залипание отверстий просеивающих поверхностей. Исследования показывают, что даже 0,5-процентное изменение влажности может привести к забиванию сита и значительному уменьшению производительности при тонком грохочении.
Влияние влажности на процесс грохочения
Влажность оказывает многофакторное негативное воздействие на процесс грохочения. Основным механизмом является проявление капиллярного сцепления между отдельными частицами породы, покрытыми пленкой воды. Под действием сил поверхностного натяжения между пленками воды происходит комкование влажного материала, что препятствует нормальному прохождению частиц через отверстия сита.
| Уровень влажности, % | Эффективность грохочения, % | Снижение производительности, % | Характеристика процесса |
|---|---|---|---|
| 0-3 | 85-95 | 0-5 | Оптимальные условия |
| 3-5 | 75-85 | 10-15 | Удовлетворительные условия |
| 5-8 | 50-75 | 25-40 | Проблемные условия |
| 8-12 | 25-50 | 50-70 | Критические условия |
| Более 12 | 5-25 | 75-95 | Неработоспособные условия |
Согласно данным Института обогащения твердого топлива (ИОТТ), на каждый процент повышения влажности исходного угля сверх 5,5% эффективность грохочения снижается при размере отверстий сит 13 и 6 мм соответственно на 10 и 24%. Это демонстрирует критическую зависимость процесса от влагосодержания материала.
Механизм залипания сит и его последствия
Залипание сит представляет собой сложный физико-химический процесс, при котором частицы материала закрепляются в отверстиях просеивающей поверхности под воздействием сил адгезии и когезии. Этот процесс происходит в несколько стадий и имеет накопительный характер.
Механизм развития залипания
Первоначально мелкие влажные частицы проникают в отверстия сита и закрепляются там за счет сил поверхностного натяжения воды. Постепенно к ним присоединяются другие частицы, формируя прочные агломераты. Со временем отверстие полностью блокируется, что приводит к резкому снижению живого сечения сита.
Практический пример:
На обогатительной фабрике при грохочении угля влажностью 8% было установлено, что через 2 часа работы живое сечение сита уменьшилось с 45% до 25%, что привело к снижению производительности на 60%. После применения системы очистки резиновыми шарами живое сечение восстановилось до 42%.
| Размер отверстий сита, мм | Критическая влажность, % | Время до критического залипания, ч | Снижение живого сечения, % |
|---|---|---|---|
| 1-3 | 4-5 | 0.5-1 | 70-90 |
| 3-6 | 6-7 | 1-2 | 50-70 |
| 6-13 | 8-10 | 2-4 | 30-50 |
| 13-25 | 12-15 | 4-8 | 20-30 |
| Более 25 | 15-20 | 8-12 | 10-20 |
Роль вибрации в классификации пород
Вибрация является ключевым фактором, определяющим эффективность грохочения. Правильно подобранные параметры вибрации способствуют не только перемещению материала по ситу, но и предотвращению залипания отверстий. При работе с влажными породами роль вибрации становится еще более критичной.
Оптимальные параметры вибрации
Для эффективного грохочения влажных материалов необходимо обеспечить оптимальное сочетание амплитуды и частоты колебаний. При увеличении амплитуды и частоты колебаний увеличивается число контактов зерен с просеивающей поверхностью и улучшаются условия самоочистки сита от частиц материала, застрявших в отверстиях.
Расчет оптимальной частоты вибрации:
f = 850-1000 уд/мин - оптимальный диапазон для большинства операций грохочения
A = 3-8 мм - рекомендуемая амплитуда для влажных материалов
Ускорение: a = (2πf)² × A ≤ 60 м/с² - предельное ускорение по условиям прочности
| Тип материала | Частота, об/мин | Амплитуда, мм | Угол направления вибрации, ° | Рекомендуемое применение |
|---|---|---|---|---|
| Сухие крупные куски | 600-800 | 6-10 | 30-45 | Предварительное грохочение |
| Влажные мелкие фракции | 850-1000 | 3-6 | 45-60 | Тонкое грохочение |
| Липкие материалы | 700-900 | 8-12 | 60-75 | Специальное грохочение |
| Обезвоживание | 1000-1200 | 2-4 | 75-90 | Удаление влаги |
Технические параметры и их влияние
Эффективность грохочения влажных пород зависит от множества технических параметров, которые должны быть оптимизированы в комплексе. Каждый из этих факторов оказывает значительное влияние на конечный результат процесса.
Живое сечение сита
Живое сечение представляет собой отношение общей площади всех отверстий к площади просеивающей поверхности и выражается в процентах. Этот параметр является одним из важнейших для обеспечения высокой производительности грохота.
| Тип сита | Живое сечение, % | Преимущества | Применение для влажных пород |
|---|---|---|---|
| Плетеные проволочные | 35-50 | Универсальность, низкая стоимость | Ограниченное |
| Струнные | 60-80 | Самоочищение, высокая производительность | Рекомендуется |
| Полиуретановые | 45-65 | Износостойкость, шумопоглощение | Хорошее |
| Перфорированные листы | 30-45 | Прочность, долговечность | Для крупных фракций |
Угол наклона грохота
Угол наклона просеивающей поверхности непосредственно влияет на скорость движения материала и время его контакта с ситом. Для влажных материалов требуется особый подход к выбору угла наклона.
Корректировка размера отверстий при наклоне:
При наклоне 20°: d₂ = d₁ × 1.15
При наклоне 25°: d₂ = d₁ × 1.25
где d₁ - размер отверстий на горизонтальном сите, d₂ - размер отверстий на наклонном сите
Современные методы решения проблем
Для преодоления проблем грохочения влажных пород разработан ряд современных технических решений, которые позволяют значительно повысить эффективность процесса и обеспечить стабильную работу оборудования.
Мокрое грохочение
Одним из наиболее эффективных методов решения проблем с влажными породами является мокрое грохочение с использованием орошения водой. Этот метод основан на принципе устранения сил поверхностного натяжения путем наполнения промежуточных объемов жидкостью.
Система мокрого грохочения:
На обогатительной фабрике "Северсталь" внедрение системы мокрого грохочения с расходом воды 0.5-1.0 м³/т руды позволило увеличить эффективность классификации с 45% до 78% при работе с железной рудой влажностью 9-12%.
Специальные типы сит
Для работы с влажными и липкими материалами разработаны специальные типы просеивающих поверхностей, которые обладают повышенной устойчивостью к залипанию.
| Тип сита | Материал | Эффективность с влажными породами, % | Срок службы, мес | Стоимость относительно стандартного |
|---|---|---|---|---|
| Арфообразные | Пружинная сталь | 85-90 | 8-12 | 1.8-2.2 |
| Струнные самоочищающиеся | Высокоуглеродистая сталь | 80-85 | 10-15 | 2.0-2.5 |
| Полиуретановые модульные | Полиуретан | 75-80 | 12-18 | 2.5-3.0 |
| Гибридные резино-металлические | Сталь + резина | 88-92 | 15-20 | 3.0-3.5 |
Системы очистки сит
Эффективная очистка просеивающих поверхностей является критически важной для поддержания производительности грохотов при работе с влажными породами. Современные системы очистки позволяют автоматически удалять застрявшие в отверстиях частицы.
Очистка резиновыми шарами
Система очистки резиновыми шарами является одним из наиболее эффективных и широко применяемых методов. Резиновые шары размещаются между просеивающей поверхностью и расположенной ниже дополнительной колосниковой решеткой.
| Диаметр шара, мм | Размер отверстий сита, мм | Количество шаров на м², шт | Материал | Эффективность очистки, % |
|---|---|---|---|---|
| 25 | 1-3 | 150-200 | Натуральная резина | 85-90 |
| 30 | 3-6 | 120-150 | Силикон | 88-92 |
| 35 | 6-13 | 90-120 | Полиуретан | 90-95 |
| 40 | 13-25 | 70-90 | Неопрен | 85-88 |
| 50 | 25-50 | 50-70 | Высокотемпературный полиуретан | 80-85 |
Альтернативные системы очистки
Помимо резиновых шаров, применяются и другие системы очистки сит, каждая из которых имеет свои особенности и области применения. К ним относятся ультразвуковые очистители, щеточные системы, пневматическая очистка и вибрационные системы.
Расчет эффективности системы очистки:
E_очистки = (Q_с_очисткой / Q_без_очистки) × 100%
где Q - производительность грохота
Пример: При использовании резиновых шаров производительность увеличилась с 45 т/ч до 68 т/ч
E_очистки = (68/45) × 100% = 151%
Расчеты эффективности грохочения
Для оценки работы грохота при классификации влажных пород используются специальные расчетные методики, позволяющие определить основные показатели эффективности процесса.
Формула эффективности грохочения
Основная формула эффективности:
E = (a - b) / (a × (100 - b)) × 100%
где:
E - эффективность грохочения, %
a - содержание нижнего класса в исходном продукте, %
b - содержание нижнего класса в надрешетном продукте, %
Практический расчет:
Исходные данные:
На грохочение поступает 200 т/ч материала, содержащего 80% класса 0-13 мм (a = 80)
В надрешетном продукте содержится 25% класса 0-13 мм (b = 25)
Расчет:
E = (80 - 25) / (80 × (100 - 25)) × 100% = 55 / (80 × 75) × 100% = 55 / 6000 × 100% = 91.7%
Факторы, влияющие на производительность
| Фактор | Влияние на производительность | Коэффициент корректировки | Примечание |
|---|---|---|---|
| Влажность до 5% | Минимальное | 1.0 | Эталонные условия |
| Влажность 5-8% | Умеренное снижение | 0.7-0.85 | Требуется коррекция режима |
| Влажность 8-12% | Значительное снижение | 0.4-0.7 | Необходимы специальные меры |
| Влажность более 12% | Критическое снижение | 0.1-0.4 | Требуется мокрое грохочение |
Часто задаваемые вопросы
Критический порог влажности зависит от размера классифицируемых частиц. Для мелких фракций (менее 6 мм) проблемы начинаются уже при влажности 5-7%, а при 8-10% эффективность падает ниже 50%. Для крупных фракций (более 25 мм) критическая влажность составляет 15-20%. При превышении этих значений рекомендуется переход на мокрое грохочение.
Резиновые шары размещаются под просеивающей поверхностью на дополнительной решетке. При вибрации грохота шары подбрасываются и ударяются о нижнюю сторону сита, создавая механическое воздействие, которое выбивает застрявшие в отверстиях частицы. Эффективность такой системы достигает 85-95%, а срок службы шаров составляет 6-12 месяцев в зависимости от условий эксплуатации.
Для влажных материалов рекомендуется частота вибрации 850-1000 об/мин при амплитуде 3-8 мм. Угол направления вибрации должен составлять 45-60°. При этом важно контролировать ускорение, которое не должно превышать 60 м/с² по условиям прочности оборудования. Для особо липких материалов может потребоваться увеличение амплитуды до 8-12 мм при снижении частоты до 700-900 об/мин.
Струнные сита обладают рядом преимуществ: живое сечение до 80% против 35-50% у плетеных, самоочищающиеся свойства за счет вибрации струн, повышенная производительность при работе с влажными материалами, срок службы 10-15 месяцев. Основные недостатки - более высокая стоимость (в 2-2.5 раза) и ограничения по крупности материала (эффективны для частиц крупнее 75 мкм).
Расход воды для мокрого грохочения рассчитывается по формуле: Q_воды = (0.3-1.5) × Q_материала, где коэффициент зависит от влажности и липкости материала. Для обычных пород достаточно 0.3-0.5 м³/т, для глинистых и липких материалов требуется 0.8-1.5 м³/т. Давление воды должно составлять 0.2-0.4 МПа, количество форсунок - 8-12 шт/м ширины сита.
Современные сита изготавливаются из высокоуглеродистой стали, полиуретана, композитных материалов и специальных сплавов. Полиуретановые сита обладают высокой износостойкостью и эластичностью, что предотвращает залипание. Композитные материалы сочетают прочность металла с антиадгезионными свойствами полимеров. Срок службы современных сит в 2-3 раза превышает традиционные стальные.
Угол наклона влияет на скорость движения материала и время контакта с ситом. Оптимальный угол для большинства материалов составляет 15-20°. При увеличении угла до 25° размер отверстий должен быть увеличен в 1.25 раза для получения того же размера разделения. Для влажных материалов рекомендуется угол 10-15° для увеличения времени просеивания, но при этом снижается производительность.
Основные признаки: снижение производительности более чем на 20%, увеличение содержания мелких классов в надрешетном продукте, визуальное забивание отверстий более чем на 30%, повышенный шум и вибрация, увеличение нагрузки на привод. Профилактическая замена резиновых шаров должна проводиться каждые 6-8 месяцев, а техническое обслуживание сит - еженедельно.
Заключение: Проблема грохочения влажных пород требует комплексного подхода, включающего правильный выбор оборудования, оптимизацию режимов работы и применение современных систем очистки. Только при соблюдении всех технических требований и регулярном обслуживании можно достичь высокой эффективности классификации влажных материалов.
Источники:
- ИОТТ (Институт обогащения твердого топлива) - Исследования эффективности грохочения углей (2023-2024)
- Справочник по обогащению полезных ископаемых под ред. В.А. Авдохина (переиздание 2024)
- ЕвроСито - Технические характеристики сит для грохочения (каталог 2024-2025)
- МашПром-Эксперт - Факторы, влияющие на процессы грохочения (обновленные данные 2024)
- Derrick Corporation - Технологии тонкого грохочения (технический бюллетень 2024)
- ГОСТ 12.2.105-84 "Оборудование обогатительное. Общие требования безопасности" (действующий)
- ГОСТ 20613-89 "Грохоты. Общие технические условия" (действующий, планируется обновление)
- Технические данные производителей оборудования МЕКА, АПМ, ARJA (спецификации 2024-2025)
- Российский институт стандартизации - Каталог национальных стандартов 2025
