Гидравлическая классификация песка с разделением его на фракции

Содержание

 

Введение……………………………………………………………...4

1.Номенклатура…………………………………………………..….6

2.Теоретические  основы…………………………………………….10

3.Технологическая часть…………………………………………....14

4. Технико-экономические  показатели……………………….…....19

5.Техника  безопасности……………………………………………..21

Перечень  использованной литературы………….………………....23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Значительное  влияние на прочность и долговечность  бетонных изделий оказывает качество заполнителей и, в частности, мелкого заполнителя—песка. Установлено, что использование чистого песка оптимального зернового состава не только повышает прочность и долговечность бетона, но и экономит 20% цемента.

Природные пески  чаще всего неоднородны по составу, содержат посторонние примеси и поэтому не могут быть использованы в качестве заполнителя бетона без предварительного обогащения. Подлежащий обогащению исходный материал обычно разделяют на две, три и более фракций в зависимости от требований к готовой песчаной смеси, а затем полученные фракции смешивают в определенных пропорциях, чтобы получить конечный продукт с желаемым зерновым составом.

  Разделение  на фракции строительных песков  естественной влажности (4—7%) почти  всегда нарушает механическую  связь между отдельными мелкими  зернами вследствие присутствия  в материале глинистых включений. Для диспергации и удаления глины необходима промывка материала в воде. А поскольку вода может быть использована и как среда для разделения на фракции, то, как показала практика, наиболее экономичным и эффективным методом  обогащения песков является гидравлическая  классификация.

   Гидравлической  классификацией называют процесс  разделения минеральных зерен в жидкости по скоростям их падения. Осуществляют гидравлическую классификацию в аппаратах, называемых классификаторами.

Гидравлическая классификация применяется:

При мокром измельчении  материалов с целью выделения  частиц требуемой тонкости помола; гидроклассификаторы в этом случае обычно работают в замкнутом цикле с помольными агрегатами;

Для получения мелкого  заполнителя бетона  - песка стабильного зернового состава  по заданному модулю крупности;

Для повышения качества нерудных строительных материалов, применяемых при переработке минерального сырья при производстве щебня, гравия и песка путем их обогащения;

Для обогащения сырья, потребляемого при производстве стекла, керамики, асбеста, каолина, талька  и других материалов.

Процессы классификации  и обогащения материалов могут быть осуществлены следующими методами:

Классификация по крупности, позволяющей разделить исходный материал на требуемые классы (фракции).

Промывкой, позволяющей повысить качество минерального сырья путем удаления из него загрязняющих примесей;

Гравитационным  методом классификации (обогащения), основанным на различии объемной массы зерен материала;

Под действие центробежных сил;

Обогащение материала по упругости и трению.

Крупность материала, подвергаемого  гидравлической классификации, в основном не превышает 5,0 мм. Процесс классификации может происходить в вертикальных и горизонтальных струях воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Номенклатура  продукции

 

Качество  песка  существенно влияет на расход цемента в бетоне, его прочность и другие свойства. Песок, как и крупный заполнитель, должен удовлетворять ряду требований в отношении фракционного состава,  содержание загрязняющих примесей, включений рудных минералов, аморфных видоизменений кремнезема, слюды, органических примесей и т.д.

Песок должен характеризоваться  следующими показателями  качества:

Зерновым  составом;

Содержание пылевидных  и глинистых частиц, в том числе глины в комках.

         В зависимости от зернового состава песок подразделяют на группы по крупности:

    I класса - очень  крупный (песок из отсевов дробления), повышенной, крупности, крупный,  средний и мелкий;

    II класса - очень  крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий.

Для  каждой группы песков: природного и из отсевов  дробления, обогащенного и обогащенного из отсевов дробления после предварительного рассева их на сите с отверстиями размером 5 мм для выделения зерен гравия, модуль крупности песка  и полный остаток на сите с сеткой №  063 по ГОСТ 8736-93 должны соответствовать указанным в таблице 1.

 

                                                                                            Таблица 1

Группа песка	Модуль крупности Мк	Полный остаток  на сите № 063, % по массе	Область применения
Очень крупный	Св. 3,5	Св. 75	Заполнители для бетонов, матери- алы для устройства  дорожных одежд
Повышенной крупности	Св. 3,0 до 3,5	Св. 65 до 75	То же
Крупный	Св. 2,5 до 3,0	Св. 45 до 65	Заполнители для бетонов и строительных  растворов , материалы для дорожных одежд
Средний	Св. 2,0 до 2,5	Св. 30 до 45	То же
Мелкий	Св. 1,5 до 2,0	Св. 10 до 30	То же
Очень мелкий	Св. 1,0 до 1,5	До 10	Заполнители для строительных растворов
Тонкий	Св. 0,7 до 1,0	Не нормируется	То же
Очень тонкий	До 0,7	Не нормируется	То же

 

 

Если при  определении группы песка он отвечает по модулю крупности одной группе, а по полному остатку на сите № 063 – другой, то определение группы песка производят по модулю крупности. В этом случае в паспорте указывают отклонение значения полного остатка на сите № 063 от указанного в таблице 1 для песка данной группы.

 

В качестве мелких заполнителей для бетонов должны поставляться и использоваться в соответствии с требованиями ГОСТ 10268-80 природный и обогащенный пески, пески из отсевов дробления и обогащенный из отсевов дробления повышенной крупности, крупные, средние и мелкие с модулем крупности от 1,5 до 3,25.

 

Зерновой состав мелкого  заполнителя должен соответствовать  указанному ниже.

 

 

Размер отверстия                                                 Полные остатки на

контрольного сита, мм                                       контрольных ситах,

                                                                               % по  массе

 

 

2,5  …………………………………………………… 0  -  20

 

1,25 …………………………………………………... 5 – 45

 

0,63 …………………………………………………… 20 – 70

 

0,315 ………………………………………………….. 35 – 90

 

0,16 …………………………………………………… 90 – 100

 

Проход через  сито № 016……………………………  10 – 0

 

Модуль крупности  …………………………………..  1,5 – 3,25

 

 

 

При этом учитывают  только зерна, проходящие через сито с круглыми отверстиями  диаметром 5 мм.

 

Использование в качестве мелки заполнителей песка из отсевов дробления и обогащенного песка из отсевов дробления и из смесей с природными мелким и очень мелким песками допускается при условии обеспечения заданной удобоукладываемости бетонной смеси без перерасхода цемента.

 

Наличие зерен  размером свыше 5 мм не должно превышать  %   по  массе:

 

в природном  песке  ……………………………………………….  10

 

в песке из отсевов дробления  ……………………………………  15

 

в обогащенном  песке  и обогащенном песке  из отсевов 

дробления  …………………………………………………………   5

 

 

Содержание  зерен  размером  свыше  10мм не должно превышать в песке всех видов  0,5 %  по  массе.

 

Для изготовления строительных растворов (кроме штукатурных растворов  для отделочного слоя) должны поставляться и использоваться       средний природный и средний обогащенный  пески  с модулем крупности, не превышающим 2,2, а также мелкий природный и мелкий обогащенный пески. Содержание зерен свыше 5 мм в песках для строительных растворов.

Для изготовления штукатурных растворов для отделочного  слоя должен поставляться  и использоваться очень мелкий песок. Содержание зерен размером свыше 1,25 мм в песках, применяемых в штукатурных растворах для отделочного слоя, не должно превышать  0,5 % по массе.

Количество  пылевидных и глинистых частиц в  песке не должно превышать значений указанных в таблице 2.

                                                                                               Таблица   2

 

Класс и  группа  песка	Содержание пылевидных и глинистых частиц		Содержание глины в комках
	В песке  природном	В песке из отсевов дробления	В песке  природном	В песке из отсевов дробления
I класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и  средний Мелкий	-     2 3	3     3 5	-     0,25 0,35	0,35     0,35 0,50
II класс Очень крупный Повышенной крупности, крупный и средний Мелкий и очень мелкий Тонкий и очень тонкий	-     3   5 10	10     10   10 Не нормируется	-     0,5   0,5 1,0	2     2   2 0,1*)

 

     Примечание - В очень мелком природном песке класса II  по со-     гласованию с потребителем допускается содержание пылевидных и     глинистых частиц до 7 % по массе.                                                                                                                                    

     *) Для песков, получаемых при обогащении  руд черных и цветных      металлов и неметаллических ископаемых других отраслей      промышленности.                                             

В песке из отсевов  дробления, предназначаемом для дорожно-строительных работ, и в природном очень мелком песке, предназначаемом для применения в штукатурных растворах для отделочного слоя, допускается содержание пылевидных и глинистых частиц до 7% мо массе .

Песок всех видов не должен содержать посторонних засоряющих примесей.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Теоретические основы

Гидравлическая  классификация основана на том, что жидкие системы, включающие твердые тела, склонны к разделению под действием силы тяжести. Если весовая плотность жидкой системы меньше плотности частиц, то последние оседают на дно сосуда.

Скорость оседания частиц зависит от их размера, удельного  веса и формы. Таким образом, в конечном счете, гидравлическая классификация основана на различной скорости падения частиц. Размеры частиц в указанной зависимости имеют решающее значение, так как они могут меняться в широких пределах, в то время как плотности их различаются не столь уж значительно.

При падении  тела в жидкости возникают два  вида сопротивлений: сопротивление трения, вызываемое вязкостью жидкости, и сопротивление сил инерции (динамическое сопротивление).

Первый вид  сопротивления является преобладающим при относительно малой скорости падения частиц (при ламинарном потоке среды) размером менее 175 мК (для зерен, кварца). При оседании частиц размером в; 1,5 мм

и более сопротивление  трения резко уменьшается и главенствующим становится динамическое сопротивление, при этом поток среды приобретает турбулентный характер.

Определим условия  падения в жидкости частиц малого размера (до 175 мк по кварцу), т. е. при учете сил трения:

G = mg ;     ;    G =                   (1)                  

где   

т — масса тела, кг;

g— ускорение силы тяжести, м/сек²;

— удельная масса тела, кг/м³;

V — объем тела, м³;

G — сила тяжести тела, Н.

Активный вес находящегося в жидкости тела, под действием  которого частица стремится опуститься, определяется из равенства

    (2)

где

 — плотность жидкости, кг/м³.

Возникающие при этом сопротивления  тормозят опускание частицы.

Сопротивление трения Р_ср жидкой среды падению шарообразного тела, выведенное Стоксом, равно

              (3)

 

где

— коэффициент вязкости, Нсек/м²;

d — диаметр частицы, м;

 — скорость падения частицы, м/сек.

 

Условие равновесия частицы

               (4) 

 где та — сила инерции частицы при ускорении, равном а.

При шарообразном теле будем иметь   ,

Тогда                                       (5)    

Согласно  формуле (1), имеем

                                       (6)

Подставляя  найденное значение т в формулу (5), получим

Разделив  левую и правую части на , получим

       (7)

Из формулы (7) устанавливаем, что с увеличением  скорости падения величина а уменьшается. Поэтому при достижении определенного значения скорости ускорение а будет равно нулю и тело будет двигаться с постоянной; скоростью. В, этом, случае будем иметь

        (8)

 

откуда конечная скорость падения частицы

          (9)

При падении  в жидкости частиц размером в 1,5 мм и более основным видом сопротивления является динамическое.

При падении  частицы равновесие сил будет иметь место при условии

       (10)

где — динамическое сопротивление частицы;

Р_ин — сила инерции частицы;

— разность масс частицы и вытесненной  ею жидкости.

Динамическое сопротивление среды, согласно квадратичному закону Ньютона о динамическом сопротивлении, равно

                                                                                                 (11)

где    с — коэффициент, зависящий от формы частицы;

 — скорость падения частицы;

 — плотность жидкости;

F — проекция частицы на горизонтальную плоскость; при частице шарообразной формы

(V — объем частицы).

Сила инерции частицы при ускорении, равном а, определяется по формуле

           (12)

Выражение можно преобразить так:

         (13)

Учитывая, что  , получим

         (14)

Подставляя  найденные значения в формулу (11), получим

         (15)

                         (16)

отсюда

         (17)

Наибольшая  конечная скорость будет при условии, а=0. Величина с для шарообразных частиц в большинстве случаев колеблется в пределах 0,33+0,4 (в среднем 0,365).

При падении  тела в воде величина . В этом случае формула (17) примет вид

          (18)

В общем виде формулу (18) можно представить в  следующем виде:

                                                         (19)

Коэффициент А принимается равным: для шарообразных частиц 41,8--42,2; для угловатых — 35,8; для продолговатых — 33,4; для пластинчатых — 22,7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Технологическая часть

 

В результате сравнительных  испытаний выявлено, что на эффективность классификации песка  во всех классификаторах величина граничного зерна практически не влияет. Эффективность зависит от производительности  по твердому продукту и от удельного расхода воды в приемно-разделительной и классификационной камерах. Чем выше была производительность классификаторов по исходному песку и меньше удельный расход воды на  1 м³ песка, тем ниже оказывалась эффективность классификации.

Взаимная засоренность продуктов классификации в испытанных аппаратах зависело от режимов их работы.

Результаты сравнительных  испытаний классификаторов позволили  сделать вывод, что наиболее экономичным, высокопроизводительным и эффективным способом фракционирования песков для бетона является гидравлическая классификация в спиральных классификаторах.

Разделение на фракции  в этих аппаратах осуществляется на основе разности скоростей  падения в горизонтально текущей струе пульпы в условиях стесненного падения.

Спиральные классификаторы представляют собой короб 4, основной рабочей частью которого является винтовое (спиральное) устройство.

При вращении спирали 5 пульпа взмучивается, слив, содержащий мелкие частицы, отводится в нижней части короба через сливной порог 8, а крупные частицы спиралью направляются к верхнему разгрузочному окну 2. Нижний конец спирали  с помощью подъемного механизма 7 может подниматься или опускаться. При поднятии нижнего конца спирали слив получается более грубым.

Спиральные классификаторы строятся со спиралями диаметром 300-1800 мм.

Спиральные классификаторы подразделяются на два основных типа: с высоким порогом (с непогруженной спиралью) и с погруженной спиралью.

Первый устанавливают  для выделения в слив материала более 0,15мм. К  этому типу относятся классификаторы, в которых порог расположен ниже верхней кромки спирали на сливном конце.

Для выделения в слив материала менее 0,15 мм или для  увеличения производительности по сливу используют классификатор с погруженной спиралью. В классификаторах этого типа нижний конец спирали полностью погружен в пульпу, вследствие чего верхняя зона осаждения твердых частиц находится в относительном покое, что обеспечивает более четкую классификацию.

И те и другие классификаторы изготавливают односпиральными и двухспиральными и отличаются шириной корыта и производительностью при одинаковой длине.

Для повышения эффективности  классификации и отмыва  мельчайших фракций на участке спирали, находящейся  под зеркалом слива, установлены  перемешивающие лопасти.

В нерудной промышленности спиральные классификаторы  используют главным образом для обезвоживания  и выделения в слив шламов  в мокром процессе обогащения строительных песков.

Техническая характеристика спиральных классификаторов приведена в таблице 3  и  4.                                                                              

                                                                                               Таблица 3

 

Техническая характеристика односпиральных классификаторов с погру-женной спиралью

 

 

Элементы  характеристики	Типоразмеры
	1,2	1,5	2
Длина корыта в метрах	8,4	10,1	13
Угол наклона корыта в град	15	15	15
Производительность классификатора в т/сутки По сливу при диам. частиц 0,074 мм	120	367	320
По пескам	1140-2305	1550-3120	2590-5240
Мощность эл.двигателя в кВт вращения спирали	3-5	4,50-7	6,5-10
Подъема	1,7	2,8	2,8
Масса классификатора в  т	9,52	16,966	27,035

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4

 

Техническая характеристика односпиральных классификаторов с непогруженной   спиралью

Элементы характеристики	Типоразмеры
	1	1	1,2	1,5	2	2,4
Дина корыта в метрах	6,5	6,5	6,5	8,2	8,4	9,825
Угол наклона корыта в градусах	14-18	12	12	16	17	17
Производительность классификатора в т/сутки По сливу при диаметре частиц 0,148 мм	110	110	155	240	400	580
По пескам …………………………	325	650-950	1500 1600	1100 1800 2700	2500 4000 и более	6200
Мощность электродвигателя в кВт: вращения спирали………………… подъема…………………………….	7 1,7	4,5 1,7	4,5 1,7	7 1,7	14;10;7 2,8	10     2,8
Масса классификатора без  электродвигателя в т.	3,87	7,66	8,11	12,96	18,52	23,13

 

 

 

 

Для определения  производительности спирального классификатора (кг/с) по пескам можно пользоваться эмпирической формулой

Q = 100knD³,

где k — коэффициент, учитывающий угол наклона корыта классификатора;

п — частота вращения спирали, об/с;

D — диаметр спирали, м.

Значения коэффициента k, учитывающего угол наклона корыта классификатора, следующие:

Угол наклона, град     10      14     18      22       26

k . 1,09   1,05   1,0   0,83   0,72

 

Производительность  спиральных классификаторов приблизительно равна 2000 т/сутки, мощность электродвигателей для вращения до 13,5 кВт и для подъема спирали до 2,8 кВт. Эффективность классификации песков в этих машинах находится в приделах  70% .  

 

Схема спирального классификатора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Технико-экономические  показатели

 

Для оценки экономичности  и рентабельности предприятий по добыче и переработке песка пользуются некоторыми нормативными, статистическими, производственными и проектными технико-экономическими показателями.

Основными показателями являются производительность  по готовой  продукции, расходы энергетических ресурсов, качества получаемой продукции.

По результатам сравнительных  испытаний классификаторов можно сделать вывод, что наиболее экономичным, высокопроизводительным и эффективным способом фракционирования песков для бетона является гидравлическая классификация в спиральных классификаторах.

В процессе классификации (обогащения) получают готовый продукт и отходы. Эффективность фракционирования оценивают выходом годового продукта из общего количества классифицируемого материала, а также степенью извлечения готового продукта.

Выход  готового продукта подсчитывается по формуле

 

 

где          -масса обогащенного материала, кг

                -масса исходного продукта, кг

 

Выход обогащенного материала  может быть также определен по формуле