Для получения нужной продукции полезные ископаемые подвергают переработке на дробильно-сортировочных заводах.
Переработка состоит из дробления, сортировки, промывки и обогащения щебня, гравия, песка.
Дробление и измельчение - уменьшение размера кусков горной массы путем механического разрушения. Принято считать, что при дроблении получают продукты преимущественно крупные, а при измельчении менее 0,5 мм. Для дробления используют дробилки, а для измельчения мельницы.
Сортировка (грохочение) - разделение продуктов переработки по крупности на грохотах.
Промывку щебня и гравия осуществляют с целью удаления комковой глины, пылеватых и глинистых частиц. Промывку можно производить на грохотах или в машинах-мойках.
Классификацию и обогащение песков применяют до доведения зернового состава до требований государственных стандартов. Эти операции выполняются в гидроклассификаторах и обогатительных аппаратах (гидроциклонах).
Обогащение щебня и гравия по прочности осуществляют в осадочных машинах, механических классификаторах, установках для обогащения в тяжелых средах.
Обогащение щебня по форме зерен предназначено для получения щебня кубовидной формы. Эту операцию осуществляют избирательной сортировкой на щелевидных ситах, грануляцией щебня в роторных дробилках ударного действия и в барабанах грануляторах.
Для выбора технологической схемы переработки полезного ископаемого необходимо иметь следующие данные:
- характеристику исходной горной массы;
- прочностной и зерновой состав;
- ассортимент готовой продукции.
Способность горных пород противостоять разрушению зависит от прочности, наличия трещин в кусках, способов воздействия на них разрушающих усилий. Наибольшее сопротивление оказывают горные породы раздавливанию, меньшее - изгибу и особенно растяжению.
При выборе технологической схемы производства учитывают тип перерабатываемой горной породы (рис. 7.2.1).
I - однородные магматические горные породы с пределом прочности при сжатии 600 МПа и более, метаморфические (осадочные) породы с прочностью 60-250 МПа;
II - прочные однородные осадочные породы с пределом прочности при сжатии 60-200 МПа;
III - неоднородные малоабразивные породы с прочностью от 10 до 150 МПа с содержанием труднопромываемых включений.
Рис. 7.2.1. Технологическая схема дробления, сортировки, промывки
Количественной характеристикой процесса дробления служит степень дробления, показывающая, во сколько раз уменьшились куски материала при дроблении.
Со степенью дробления связаны расходы энергии и производительность дробилок.
Степень дробления
i = Д max / d max, (7.2.1)
где Д max - наибольший диаметр куска до дробления;
d max - наибольший диаметр куска после дробления.
Для конкретных дробилок в технических паспортах приводится график выхода сортов щебня в зависимости от ширины выходной щели дробилки для условно принятой плотности горной породы.
Например, для получения размера щебня 20 мм при куске, подаваемом в дробилку, 600 мм i = 600/20 = 30. Это значит, что кусок надо раздробить на 30 частей.
Получение таких высоких степеней дробления в одной дробилке практически невозможно, поскольку каждая дробилка работает только при ограниченной степени дробления. Рационально материал от большего размера до требуемого дробить в нескольких последовательно расположенных дробилках (рис. 7.2.2).
Рис. 7.2.2. Трёхстадийная схема дробления:
1 - грохот; 2 - щёковая дробилка; 3 - конусная дробилка; 4 - валковая дробилка; I, II, III - стадии дробления
Степень дробления, получаемую в каждой стадии, называют частной, во всех стадиях - общей степенью дробления.
В материалах, поступающих на дробление, всегда имеются куски мельче того размера, до которого идет дробление в данной стадии. Такие куски выделяют из исходного материала исходя из принципа "не дроби ничего лишнего". Дробилки могут работать в открытом или замкнутом циклах. Раздробленный продукт поступает на грохот, выделяющий из него куски избыточного размера, которые возвращаются для повторного дробления в ту же или вторичную дробилку (рис. 7.2.2).
В паспортах заводов - изготовителей приводят выработку дробилок для горной породы средней плотности 1600 кг/м3 и при условии, что размер наибольших кусков Д max должен быть не более 0,8...0,9 от ширины загрузочного отверстия дробилки. При проектировании КДЗ и выборе дробилок их выработку принимают с учетом физико-механических свойств горной породы. Расчетную производительность щековых дробилок ориентировочно определяют по формуле
П = Пп · Кд · К g · K ф · K кр, (7.2.2)
где Пп - паспортная выработка, т/ч;
Кд - коэффициент дробимости породы (для твердых пород с временным сопротивлением на сжатие sсжат = 150...250 МПа - 0,9; для средне- и легкодробимых пород sсжат = 50...150 МПа - 1,1-1,2);
К g - коэффициент, учитывающий насыпную плотность дробимого материала (К g = g/ g п, g - насыпная плотность дробимого материала; g п - насыпная плотность, соответствующая паспортным данным);
Кф - коэффициент, учитывающий форму камня Кф = г/1,6 (или 1,0 при дроблении рваного камня; 0,85 - при дроблении гравийно-валунной массы);
Ккр - коэффициент, учитывающий крупность дробимого материала.
Крупность дробимого материала Ккр
0,85 ширина зева дробилки 1,00
0,60 ширина зева дробилки 1,07
0,40 ширина зева дробилки 1,16
0,30 ширина зева дробилки 1,23
Кроме расчетной, также можно пользоваться паспортной производительностью, которую обычно указывают при минимальной и максимальной ширине разгрузочной щели.
Ширину разгрузочной щели дробилки, при которой будет достигнута заданная производительность, определяют по формуле
(7.2.3)
где d min - минимальная ширина разгрузочной щели, мм;
П min - производительность дробилки при d min, м3/ч;
d max - максимальная ширина разгрузочной щели, мм;
П max - производительность дробилки при d max, м3/ч.
Изменение ширины разгрузочной щели влияет на производительность дробилки и степень измельчения материала. С увеличением ширины производительность повышается, а степень измельчения уменьшается и снижается выход мелких фракций.
Примерный выход щебня по фракциям после дробления в зависимости от ширины разгрузочной щели дробилки можно определить по кривым дробления (рис. 7.2.3).
Рис. 7.2.3. Кривые дробления
а - щековой дробилкой; б - конусной дробилкой; 1- для пород прочностью более 150 МПа, 2 - для пород прочностью 80-150 МПа; 3 - для пород прочностью 30...80 МПа
Данные графиков уточняют по результатам эксплуатации дробилок той или иной конструкции, их типоразмеров с учетом свойств дробимого камня. При определении максимальной крупности материала по кривым следует помнить, что под условной максимальной крупностью в дробленом продукте принято считать размер отверстий сита, через которое проходит 95 % материала.
Для наглядного представления о технологическом процессе работы дробильных заводов разрабатывают количественно-качественную схему дробления (рис. 7.2.4).
Рис. 7.2.4. Количественно-качественная схема дробления
Количественная схема показывает, в каком количестве и в какой последовательности поступающий на завод материал перерабатывают и как он проходит отдельные операции технологического процесса. Количественную схему можно составить, исходя из тоннажа или объема перерабатываемого материала. В этом случае надо учесть, что объем материала, получаемого в результате дробления и сортировки, будет превышать объем исходного материала. Увеличение объема определяется коэффициентом увеличения объема, равным 1,1...1,25. Количественная схема показывает количество перерабатываемого материала (объем, масса, процент) на отдельных участках процесса.
Качественная схема содержит данные о размерах фракции, качестве материала и режиме переработки на отдельных участках процесса. Схема цепи аппаратов показывает путь следования материала в процессе переработки и данные об аппаратах, выполняющих отдельные операции. На практике наибольшее распространение получило двухстадийное дробление.