1.5. Гидравлическая классификация

Классификация  это процесс разделения материала по крупности в жидкости (или газе), основанный на различии скоростей падения в полях гравитационной силы (гравитационная классификация) или центробежной силы (центробежная классификация) зерен различной крупности. В соответствии с используемой средой (вода или воздух) классификация может быть гидравлической или пневматической, наибольшее распространение получила гидравлическая классификация.

Скорость осаждения зерна в жидкости определяется плотностью, размером и формой зерна, а также плотностью и вязкостью жидкости. Например, скорость осаждения зерна в воде можно определить по следующим формулам: для мелкого зерна (d  0,01 см)

v = 5425d ²(  1);

зерна среднего размера (d = 0,010,27 см)

v = 120d(  1)^2/3;

крупного зерна (d  0,27 см )

v = 55 .

В этих формулах: v  скорость осаждения зерна, см/с; d  размер зерна, см;   плотность зерна, г/cм³.

Обычно при обогащении полезных ископаемых классификации подвергается продукт, содержащий частицы меньше 6 мм для руд и 13 мм для углей. Гидравлическую классификацию применяют для разделения по граничной крупности 40 мкм и более.

Гидравлическая гравитационная классификация производится в вертикальном или горизонтальном потоках жидкости. Принцип разделения частиц в классификаторах с вертикальным потоком (рис. 1.23) состоит в транспортировании жидкостью, перемещающейся с некоторой скоростью, в верхнюю часть аппарата частиц, гидравлическая крупность (скорость падения) которых меньше скорости потока (v_a>v₀); при этом частицы, имеющие гидравлическую крупность больше чем скорость потока (v_a< v₀);, опускаются в нижнюю часть аппарата. Поднятые вверх (слив) и опустившиеся вниз (пески) частицы разгружаются из аппарата различными способами.

В классификаторах с горизонтальным потоком (рис. 1. 24) частицы большей гидравлической крупности оседают на дно и разгружаются тем или иным способом, а частицы меньшей гидравлической крупности не успевают осесть и выносятся потоком в слив через порог или специальное отверстие. Применяют также комбинированные классификаторы, в которых разделение происходит с использованием обоих указанных принципов (многокамерные гидравлические классификаторы).

Аппараты, в которых осуществляется гидравлическая классификация, называются классификаторами. В случае воздушной классификации аппараты называют воздушными сепараторами.

При гидравлической классификации разделение материала происходят в условиях свободного или стесненного движения. При пневматической классификации - в условиях свободного движения.

Все классификаторы можно разделить на гравитационные и центробежные. Вторым признаком для систематизации классификаторов служит способ разгрузки песков (слив всегда удаляется переливанием через сливной порог): она может быть механической или самотечной. В таблице 1.1 приведена классификация аппаратов.

Таблица 1.1

Классифицирующие аппараты

Гравитационные классификаторы			Центробежные классификаторы
С механической разгрузкой песков	С самотечной разгрузкой песков		С механической разгрузкой песков	С самотечной разгрузкой песков
Механические классификаторы (реечный, спиральный, чашевый и др.)	Однокамерные (конус)	Многокамерные (многокамерный гидравлический классификатор)	Центрифуги (шнековые осадительные)	Гидроциклоны, центрифуга с гидроциклонной разгрузкой

Наиболее часто на практике используются спиральные классификаторы и гидроциклоны.

Простейшими гидравлическими классификаторами являются автоматические конусы (рис. 1.25). На обогатительных фабриках их используют в отдельных случаях во вспомогательных операциях – для отделения песков от шламов при низкой эффективности классификации или обезвоживании обесшламленного мелкозернистого материала, а также как буферные емкости. Разгрузка слива происходит самотеком через сливной порог, а песков – непрерывно через песковые насадки или с применением разного рода затворов периодического действия.

У спирального классификатора (рис.1.26) исходный материал подается в нижнюю треть ванны. Мелкие частицы, у которых скорость падения низкая, удаляются со сливом через порог. Крупные частицы, чья скорость падения выше, оседают на дно и спиралью транспортируются в верхнюю часть ванны, где разгружаются через специальное отверстие. На дне аппарата образуется постель из осевших частиц, которая предохраняет ванну от износа. Спиральные классификаторы бывают одно- и двухспиральные.

Гидроциклоны (рис.1.27) – аппараты для классификации тонкоизмельченных материалов по гидравлической крупности в центробежном поле, создаваемом в результате вращения пульпы. Их применяют также для обогащения мелко- и среднезернистых руд в тяжелых суспензиях. Исходная пульпа подается в гидроциклон под давлением через питающую насадку, установленную тангенциально непосредственно под крышкой аппарата. Пески разгружаются через песковую насадку, а слив – через сливной патрубок, расположенный в центре крышки и соединенный со сливной трубой непосредственно или через сливную коробку. Движущихся деталей в гидроциклоне нет. Главной действующей в гидроциклоне силой является центробежная сила инерции, возникающая при вращении пульпы благодаря тангенциальной подаче питания. При этом в гидроциклоне образуются два «вихря»: внешний движущийся сверх вниз по направлению к песковой насадке и внутренний – движущийся к сливной насадке. Под действием центробежной силы более крупные частицы твердого отбрасываются к стенке корпуса гидроциклона, и «внешним вихрем» транспортируются к песковой насадке. Более тонкие частицы вытесняются к центру гидроциклона и выносятся «внутренним вихрем» в слив.

Гидроциклоны применяют в настоящее время в качестве классифицирующих аппаратов на подавляющем большинстве обогатительных фабрик. Главные характеристики гидроциклонов: диаметр цилиндрической части (обычно от 250 до 2000мм), угол конусности (обычно 20), диаметры питающего, сливного патрубка и песковой насадки, давление на входе в гидроциклон.

Многокамерные гидравлические классификаторы (рис.1.28) служат для разделения материалов сразу на несколько классов крупности для их последующего раздельного обогащения. Для увеличения эффективности разделения камеры аппарата заканчиваются классификационными трубками, в которых создается восходящий поток, камеры также оснащены мешалками, разрушающими агрегаты из частиц.