Сортировочное оборудование

Повышение эффективности и производительности технологических и производственных процессов в горно-обогатительной, строительной, энергетической и других отраслях является целью совершенствования конструкции применяемого в данных процессах оборудования. Неотъемлемой частью рабочих процессов в перечисленных выше областях применения являются измельчительно-сортировочные операции, выполняемые над твёрдым сыпучим сырьём, применяющимся, например, в качестве наполнителя, топлива, дренажного субстрата, исходного материала для дальнейшего производства и др.

Настоящий технический обзор посвящён обогатительным агрегатам, выполняющим операцию разделения сыпучего сырья на классы по показателю крупности, т. е. по признаку средневзвешенного значения размера частиц, путём просеивания через систему сит (решет). Данная операция носит наименование грохочения, а технологические комплексы, выполняющее указанную операцию называются грохотами.

Процесс грохочения является многофункциональной технологической операцией и применяется практически на всех стадиях производств по обогащению полезных ископаемых. Причём, данная операция может применяться на нескольких стадиях в рамках одного производственного процесса и в составе одного технологического комплекса. С функциональной точки зрения процесс можно разделить на следующие виды: вспомогательное, подготовительное, самостоятельное, с целью обезвоживания (обесшламливание), избирательное.

Вспомогательное грохочение применяется в производствах по обогащению полезных ископаемых перед стадией обработки в дробильных агрегатах. Целью данного процесса является выделение готового по показателю крупности материала из общего гранулометрического состава исходного сырья. Применение вспомогательного грохочения на данном этапе обогащения материалов позволяет оптимизировать временные и энергетические затраты на дробление, обеспечивая поступление в дробильный агрегат только материала, для которого требуется данный вид переработки.

Такой вид вспомогательного грохочения называется предварительным. Также, вспомогательное грохочение применяют для контроля гранулометрического состава готового продукта на выходе дробильного агрегата. Данная операция чаще всего применяется в составе крупных технологических комплексов по обогащению полезных ископаемых, обеспечивая производство высококачественного измельчённого материала с высокой степенью однородности гранулометрического состава. Представленный вид вспомогательного грохочения называют контрольным.

При вспомогательном грохочении от основного продукта дробления отделяется измельчённая фракция и часть материала, превышающая по показателю крупности требования, предъявляемые к готовому продукту. Отделённая таким образом фракция при помощи, например, конвейера или питателя (в зависимости от конструкции конкретного изделия) отправляется на повторный цикл переработки в дробильный агрегат.

Подготовительное грохочение выполняется при подготовке исходного материала к дальнейшей переработке. В данной технологической операции производится сортировка сыпучего сырья на классы крупности, каждый из которых будет использован в следующих ступенях переработки: дроблении, помоле, химической или термической обработке и т.д. Применение подготовительного грохочения, как процесса корректировки гранулометрического состава под технологические требования дальнейших процессов переработки, на различных обогатительных и других производствах позволяет значительно снизить удельные энергетические и временные затраты на переработку конкретного материала.

Самостоятельное грохочение является заключительной стадией переработки сыпучих материалов и полезных ископаемых и выполняет функцию сортировки готового продукта на классы крупности. Обработанный таким образом продукт направляется непосредственно потребителю. Рассматриваемый вид может являться как частью многофункционального обогатительного комплекса, так и самостоятельной операцией, выполняемой отдельной технической единицей.

С целью обезвоживания перерабатываемого материала (обесшламливание) применяется для первичного отделения воды от продуктов обогатительного производства. При обогащении полезных ископаемых в минеральных суспензиях в процессе рассматриваемого вида грохочения от перерабатываемого материала попутно с отделением воды происходит отсев кондиционной суспензии и отмыв с поверхности частиц полезного ископаемого остатка утяжелителя.

Выполненное описание позволяет оценить широкий функционал операции, что обусловливает большое количество конструктивных исполнений грохотов, характеризуемых рядом параметров и показателей. Далее рассмотрены вопросы конструкции и особенностей работы, применяемых в современных обогатительных и других производственных процессах.

Сортировочное оборудование конструкция и принцип действия

Главным исполнительным узлом любого грохота является просеивающая поверхность, характеризующаяся геометрическими параметрами, конструкцией и материалом, из которого она изготовлена. Соответственно, первым признаком классификации грохотов является тип просеивающей поверхности. Движение просеивающей поверхности (если таковое предусмотрено конструкцией грохота) осуществляется от приводного механизма, также имеющего ряд вариантов конструкции, оптимальных по применению в различных производственных условиях. Также, грохоты подразделяются на несколько классов по показателям крупности и количеству просеиваемого материала.

Принцип работы грохота заключается в обеспечении перемещения просеиваемого материала через систему просеивающих поверхностей (в частном случае просеивающая поверхность может быть одна). Передвижение обеспечивается как за счёт собственного веса частиц, так и за счёт возвратно-поступательного движения просеивающих поверхностей, обеспечиваемого приводным механизмом. Материал определённого показателя крупности задерживается на соответствующей просеивающей поверхности, более мелкий материал - просеивается далее. После этого отсортированный материал отгружается в отдельные накопительные ёмкости или поступает на хранение иным способом.

Конструктивно грохот представляет собой систему просеивающих поверхностей, установленную в короб, являющийся корпусом. Короб устанавливается на систему опор, которыми могут быть, например, несущие конструкции производственного сооружения. В состав грохота также входит приводной механизм (кроме неподвижных), обеспечивающий требуемые показатели движения системы просеивающих поверхностей.

Классификация грохотов по типу просеивающих поверхностей. В качестве просеивающих поверхностей в современных грохотах применяются сита и решета различных конструкций и колосниковые решётки.

Проволочные сита, являющиеся одним из наиболее распространённых типов применяемых просеивающих поверхностей, изготавливаются из стальной, латунной, бронзовой, медной или никелевой проволоки различного диаметра (в зависимости от типа грохота) с квадратными, прямоугольными или щелевидными отверстиями. В современном сортировочном оборудовании размер отверстий применяемых проволочных сит лежит в диапазоне значений от 0,04 до 100 мм. Наиболее распространёнными в данной разновидности просеивающих поверхностей являются тканные сита с квадратными отверстиями и сборные сита со щелевыми поверхностями.

Следует отметить, что проволочные сита по функциональному назначению применяются не только в промышленной сортировочной технике, но и в лабораторном и экспериментальном оборудовании, применяемом для испытаний образцов сыпучих полезных ископаемых на предмет анализа гранулометрического состава. В данном случае к рассматриваемым ситам предъявляются более жёсткие требования в части допустимых отклонений размеров просеивающих отверстий.

Размеры отверстий проволочных сит являются стандартизированным показателем.

По технологии изготовления различают просеивающие сита в виде тканных сеток, сборные сита из проволоки рифлёного типа и сварные сита.

Широко распространены в современных грохотах листовые решета - просеивающие поверхности, представляющие собой перфорированные металлические листы. Отверстия могут быть как штампованными, так и просверленными. Геометрическая форма отверстий зависит от функционального назначения грохота. Преимуществом просеивающих поверхностей данного типа является простоты изготовления (особенно в случае штампованных решет), однако, данные решета обладают сравнительно небольшим (до 700 часов непрерывной работы) сроком службы, что необходимо учитывать при формировании производственной линии. Одним из технических решений по продлению срока службы листовых решет является наплавка твёрдого сплава на рабочую поверхность листа и кромки перфорированных отверстий.

Более дешёвой альтернативой листовым решетам являются просеивающие поверхности, изготавливаемые из резины. Резиновые решета представляют собой отдельные секции, выпускаемые методом штамповки в пресс-формах. Благодаря применению специализированного полимерного состава, просеивающие поверхности рассматриваемого типа обладают довольно высоким сроком службы (в среднем до 2000 часов непрерывной работы), менее подвержены засорению просеиваемым материалом, благодаря упругим свойствам резиновой смеси, и способствуют значительному снижению акустического воздействия работающего грохота на окружающую среду.

В сортировочных агрегатах, выполняющих процессы мелкого грохочения, широкое распространение получили просеивающие поверхности, подобные по конструкции колосниковым решёткам. Данные изделия получили название шпальтовых решет. Они изготавливаются из отдельных элементов, между которыми обеспечиваются продолговатые (щелеобразные) отверстия. Продольные элементы, образующие решетчатую структуру, изготавливаются из проволоки фасонного сечения, например, по ГОСТ 9074-85. Просеивающий элемент рассматриваемой конструкции представляет собой плоскую карту с гладкой рабочей поверхностью, набираемую из отдельных продольных элементов и соединяемых между собой в поперечном направлении.

Широко применяются (преимущественно в крупном) в современной сортировочной технике просеивающие поверхности на основе колосниковых решёток. В зависимости от конструкции и особенностей работы конкретной модели грохота колосниковая решётка может представлять собой сборочную единицу, набираемую из отдельных колосников, либо цельную деталь, отливаемую из износостойкой стали марки 110Г13. Для грохочения материалов, находящихся в нагретом состоянии, литые колосниковые решётки изготавливаются из жаропрочной стали. Оптимальные условия создаются при применении колосниковых решёток с трапециевидной формой сечения колосника.

В целях предотвращения заклинивания частиц просеиваемого материала между колосниками, что приводит к засорению просеивающей поверхности и снижению производительности оборудования, в конструкции решёток обеспечивается переменная ширина щелей в продольном направлении. В ряде случаев для обеспечения указанных свойств колосниковой решётки применяется веерооборазная конструкция. В литых колосниковых решётках изменение ширины щели достигается уменьшением площади сечения самих колосников в продольном направлении. Такое решение обусловлено упрощением технологии изготовления модели для литья.

Классификация грохотов по конструкции и характеру движения. Признаки данной классификации являются взаимосвязанными, т. к. требуемый характер движения (или отсутствие движения) грохота обеспечивается конструкцией и особенностями функционирования его исполнительного механизма, а также, компоновкой и геометрическим расположением просеивающих поверхностей. Применяемые в современной промышленности грохоты подразделяются на неподвижные, частично подвижные, вращающиеся, плоские подвижные, гидравлические.

Неподвижный грохот представляет собой колосниковую решётку, устанавливаемую под определённым углом к горизонту, применяются также и конструкции с горизонтальной установкой колосниковых решёток. Движение материала через просеивающую поверхность в неподвижном грохоте обеспечивается за счёт силы тяжести, действующей на частицы просеиваемого материала.

Грохоты рассматриваемого типа применяются в основном для грохочения сыпучих материалов со средневзвешенным значением размера частицы от 50 мм и более. Грохочение более мелкого материала на неподвижных грохотах не обеспечивает высоких показателей эффективности, поэтому, для более мелкого материала применяется сортировочное оборудование подвижного типа. Для увеличения срока службы просеивающей поверхности неподвижного грохота применяют футеровку или периодическое нанесение (например, наваривание) износостойкой стали на поверхность колосников в рамках регламентных работ по техническому обслуживанию и ремонту.

Частично подвижный грохот конструктивно имеет возможность обеспечения движения отдельных частей просеивающей поверхности. Типичным представителем данного классификационного подразделения является валковый грохот. Рабочая зона валкового грохота представляет собой бункер, в котором смонтирована система синхронно вращающихся валков, которые образуют просеивающую поверхность грохота.

Валки имеют сложную форму с участками дисковой или эллиптической формы, расположенными с заданным эксцентриситетом относительно оси вращения валка. Валки вращаются в направлении подачи просеиваемого материала в грохот, тем самым, обеспечивая его перемещение по длине просеивающей поверхности к выгрузке отсортированного продукта. Особенностью работы валкового грохота является то, что вращательное движение валков кроме перемещения просеиваемого материала обеспечивает его разрыхление, что значительно повышает эффективность и производительность работы данного агрегата.

Другим типичным представителем частично подвижных грохотов является грохот цепного типа. Он представляет собой неподвижную колосниковую решётку, установленную в горизонтальном положении. В промежутки между колосниками в продольном направлении установлены бесконечные (замкнутые) цепи, приводимые в движение концевыми звёздочками. Просеивание, как и в случае неподвижных грохотов, происходит под действием силы тяжести. Движение цепей обеспечивает две функции: перемещение просеиваемого материала по длине просеивающей поверхности грохота и непрерывная очистка продольных щелей колосниковой решётки от засорений и заклиненных частиц просеиваемого материала.

Вращающиеся грохоты своим наименованием указывают на характер движения просеивающей поверхности данных агрегатов. Наиболее распространённым представителем вращающихся грохотов является грохот барабанного типа. Барабанный грохот имеет просеивающую поверхность цилиндрической (реже - конической) формы, устанавливаемую под наклоном к горизонтали. Просеиваемый материал продвигается по внутренней поверхности цилиндра и разделяется в процессе на два продукта.

В случае, когда требуется многоступенчатое грохочение, цилиндрическая просеивающая поверхность набирается из сит с различным размером щелей. Сита устанавливаются от максимального к минимальному размеру щели в направлении вдоль оси вращения цилиндра. Барабанные грохоты отличаются простотой конструкции, соответственно, высокой надёжностью при эксплуатации, меньшей степенью механического воздействия (измельчения) на крупные частицы перерабатываемого материала и высокими показателями производительности работы.

Наиболее разнообразным по конструкции являются плоские подвижные грохоты. В общем случае плоский подвижный грохот любого конструктивного исполнения представляет собой систему просеивающих поверхностей расположенных друг под другом и устанавливаемых либо горизонтально, либо под определённым углом. Система просеивающих поверхностей приводится в движение эксцентриковым механизмом и совершает возвратно-поступательное движение по траектории, зависящей от конструкции грохота.

Существующее многообразие рассматриваемых грохотов обусловлено особенностями конструкции механических узлов, формирующих требуемый характер движения. Можно выделить три класса исполнительных механизмов грохотов, обеспечивающий разные параметры движения системы просеивающих поверхностей:

• с фиксированной кинематикой; механизм является кинематически определённым, все узы механизма движутся по направлениям и траекториям, не зависящим от перемещающихся масс;
• с неопределённой кинематикой; характер движения исполнительного механизма полностью определяется соотношением движущихся при работе агрегата, грохоты такого типа также называются вибрационными;
• с частично фиксированной кинематикой; конструктивное исполнение механической части определяет сложное движение, сочетающее в себе признаки первых двух типов механизмов, рассмотренных выше; к данному классу грохотов можно отнести гирационные грохоты.

Гидравлические грохоты принципиально отличаются от рассмотренных выше, т. к. последние выполняют операцию грохочения преимущественно на сухих просеиваемых материалах, в то время как гидравлическое грохочение позволяет выделить мелкую фракцию полезного ископаемого непосредственно из пульпы. Различают три основных вида гидравлических грохотов: с неподвижной просеивающей поверхностью, с полу подвижной просеивающей поверхностью и с просеивающей поверхностью частично погруженной в пульпу.

Просеивающая поверхность первых двух видов гидравлических грохотов выполняется либо в виде дуги, либо в виде плоскости, устанавливаемой под большим углом к горизонтали. В остальном, принцип работы подобен сухим неподвижным грохотам.

Гидравлические грохоты с частично погруженной просеивающей поверхностью приводятся в движение вибровозбудительным узлом, при этом, просеивающая поверхность устанавливается с подъёмом в сторону разгрузки агрегата. Частицы просеиваемого материала, прошедшие под просеивающую поверхность относятся струёй воды.

Эксплуатация грохотов

Основными условиями для надёжного и эффективного функционирования грохотов являются: равномерная подача и распределение материала по всей просеивающей поверхности, правильное и равномерное натяжение сит при установке, чистое состояние сит и своевременное техническое обслуживание деталей и узлов исполнительного механизма.

Типовым техническим решением по обеспечению равномерности распределения просеиваемого материала по просеивающей поверхности является изготовление последней с небольшой выпуклостью от центральной части к краям, что в значительной степени препятствует скапливанию просеиваемого материала на отдельных участках сита.

Большое внимание при техническом обслуживании подвижных грохотов уделяется их балансировке, особенно данный вопрос актуален для гирационных грохотов. Правильная балансировка позволяет избежать работы исполнительного механизма на резонансных частотах, что в свою очередь позволяет не допустить возникновения в механических узлах динамических нагрузок, не допустимых по условиям эксплуатации данного оборудования.

Смазка движущихся элементов грохотов производится густыми смазочными материалами, в соответствии с регламентом технического обслуживания – один раз в смену. Таким образом обеспечивается защита деталей и узлов механической части от перегрева и повышенного износа, которые могут привести к преждевременному выходу механизма из строя и аварийной остановке оборудования.

Так как чаще всего грохоты работают в составе производственных линий, их запуск в работу и остановка строго регламентированы в целях исключения повреждения другого оборудования, входящего в состав комплекса. Пуск грохота может быть произведён только после пуска агрегата, выполняющего приём продуктов грохочения, чтобы не допустить завала указанного оборудования. Подачу просеиваемого материала на рабочие поверхности грохота допускается начинать только после выхода исполнительного механизма грохота в установившийся режим работы.

Применение сортировочного оборудования

Рассмотренное выше разнообразие конструктивных исполнений грохотов свидетельствует о том, что стремление к повышению эффективности процессов обогащения полезных ископаемых способствовало поиску конструкций, оптимальных для переработки конкретных типов материалов. Далее кратко рассмотрены наиболее рациональные области применения некоторых конструктивных типов современных грохотов.

Неподвижные плоские грохоты применяют для крупного грохочения, например, при выполнении работ по предварительному грохочению руды перед первой стадией дробления. Следует отметить, что в подобных операциях параметры грохота строго согласовываются с требуемыми параметрами к исходному материалу для следующей за технологической операции. В частности, при предварительном грохочении перед дроблением ширину щелей колосниковой решётки выбирают равной двойной ширине разгрузочной щели дробилки.

Валковые грохоты применяются для предварительного выделения из добытого полезного ископаемого самых крупных классов, а также, при грохочении известняка и других неметаллических ископаемых перед дроблением.

Вращающиеся грохоты применяются при промывке глинистых руд, для промывки и сортировки щебня, гравия и других сыпучих минеральных материалов, в асбестообогатительных производствах при сортировке асбестового волокна.