Переработка нерудных строительных материалов

Основная масса нерудных материалов употребляется в качестве заполнителя для бетона и железобетона в виде гравия, щебня и песка. В связи с интенсивным развитием промышленности сборного железобетона производство нерудных материалов также развивалось быстрыми темпами и ныне организовано во всех экономических районах страны. Качественные показатели на различные виды нерудных материалов регламентируются действующими государственными стандартами.

Поскольку нерудные материалы, поступающие с карьеров, по крупности, зерновому составу, количеству примесей обычно непригодны для непосредственного использования, необходима их переработка, включающая операции по дроблению, фракционированию, выработке мелких фракций, мойке и обогащению. Хотя капитальные затраты на дополнительную обработку щебня и гравия весьма значительны, экономически они оправданы. Только каждый процент запыленности заполнителей вызывает рост расхода цемента на 1...1,5%. Дополнительный перерасход цемента обусловлен также недостатками гранулометрического состава заполнителей.

В то же время выпуск фракционированных заполнителей позволяет снизить расход цемента в бетоне примерно на 13...15% и повысить качество изделий. Выбор наиболее экономичных вариантов переработки, нерудных материалов особенно важен, потому что вследствие недостаточного уровня механизации производственных процессов и низкого коэффициента извлечения полезного продукта из горной массы затраты на производство заполнителей очень высоки и составляют около 20% себестоимости железобетонных изделий.

Необходимо учитывать, что переработка нерудных материалов лишь одно из звеньев единого технологического процесса, включающего добычу, транспортировку и переработку. Так, в структуре себестоимости щебня 44% составляют затраты горного цеха (вскрыша, буровзрывные работы и экскавация), 21%—транспортного и только 35% приходится непосредственно на само изготовление щебня (дробление и сортировку).

Степень необходимой дополнительной переработки нерудных материалов зависит от качества проведения горно-транспортных работ в карьерах. Неполное удаление вскрыши влечет за собой загрязнение поступающего с карьера сырья. Неточный расчет буровых зарядов приводит к образованию крупных кусков и осложняет процессы дробления. Напротив, применение гидромеханизации повышает чистоту сырья и облегчает условия его переработки.

В зависимости от требований к выпускаемой продукции, а также вида и качества исходного сырья производят следующие виды его переработки:

1) дробление горных пород;

2) грохочение (просеивание) и классификацию для разделения продукта дробления на заданные фракции;

3) промывку от глинистых и илистых загрязнений;

4) обезвоживание для снижения избыточной влажности материала после промывки и предотвращения его смерзаемости в зимнее время;

5) обогащение для повышения качества и однородности материалов;

6) складирование готовой продукции без ухудшения ее качества.

• Дробление — измельчение горных пород до получения требуемых по крупности и гранулометрии фракций щебня и песка. При использовании в карьерах мощного горно- транспортного оборудования поступающие на переработку нерудные материалы могут иметь размеры до 1200... 1500 мм. Крупность щебня для заводов сборного железобетона должна быть 5...40 мм. Причем в производстве сборных железобетонных конструкций опережающими темпами растет выпуск спецжелезобетона, для изготовления которого требуются заполнители мелких фракций.

Большие объемы сырья, перерабатываемого в промышленности нерудных материалов, обусловливают необходимость установки мощного дробильного оборудования. Эффективность его работы характеризуется степенью измельчения материалов, т. е. отношением диаметра крупных кусков, поступающих на дробление, к диаметру наиболее крупных кусков, прошедших дробление. С увеличением степени измельчения возрастают работа и расход энергии на измельчение. Существующие конструкции дробилок не могут обеспечить высокой степени измельчения твердого кускового материала при однократном прохождении через нее, поэтому применяют двух- или трехступенчатые схемы дробления.

Используемое для дробления нерудных материалов оборудование различают по способу измельчения материалов: на раздавливающее с периодическим нажатием дробящих поверхностей — дробилки щековые и конусные; раздавливающее с непрерывным нажатием дробящих поверхностей — дробилка валковые; ударного действия — дробилки молотковые и роторные (рис. 3.3.5).

Рис. 3.3.5. Кинематические схемы дробилок: а — щековой; б —конусной; э — валковой; г -молотковой

Гранулометрический состав получаемого продукта зависит от вида перерабатываемой породы, соотношения размеров кусков в исходном материале, установленной ширины разгрузочного отверстия. Выбор конкретной схемы дробления и типа дробильного оборудования производят с учетом свойств исходного сырья, условий обеспечения максимального выхода качественного по гранулометрическому составу и форме заполнителя. Наибольший размер кусков, поступающих в дробилку, не должен превышать 0,8..О,85 ширины приемного отверстия.

Щековые дробилки со степенью измельчения 5...6 используют для крупного и реже среднего дробления пород высокой и средней прочности. Щековые дробилки перерабатывают куски размером до 700—1200 мм. Они отличаются простотой, надежностью, возможностью переработки влажных материалов.

Конусные дробилки со степенью измельчения 5...10 получили наибольшее распространение для крупною, среднего и мелкого дробления. Они сложнее, требуют больших капитальных затрат, но благодаря кольцевой форме дробящего пространства по сравнению со щековыми тех же размеров отличаются большей производительностью (до 2400 т/ч). При крупном дроблении, принимая куски размером до 1500 мм, они заменяют 2...3 щековые дробилки.

Дробилки ударного действия (молотковые и роторные) нашли преимущественное применение на второй и третьей стадиях измельчения. Эти дробилки отличаются высокой степенью измельчения (до 20), небольшой массой и габаритами, простотой конструкции и обслуживания. Их недостаток—быстрый износ рабочих поверхностей при измельчении прочных абразивных пород (гранит, базальт и др.). Ударно-отражательные дробилки характеризуются большой мощностью и очень перспективны. Они имеют минимальное количество изнашивающихся частей и меньший расход энергии. Дробилки принимают камень размером до 1000 мм и измельчают его до 20 мм (степень измельчения 40...50). Это позволяет перейти от трехступенчатого дробления к двухступенчатому. Наиболее типичной при переработке прочных пород является трехстадийная схема дробления, позволяющая выпускать как крупные, так и мелкие фракции щебня. При двухстадийном дроблении выход мелких фракций обычно недостаточен.

Эффективность работы дробильных агрегатов повышается при многоступенчатом дроблении с применением классификаторов, например виброгрохотов (рис. 3.3.6). Предварительное дробление позволяет отделить материал, который может быть направлен сразу на следующую стадию. В результате на каждой последующей стадии дробления используются агрегаты меньшей производительности, снижается расход энергии и повышается однородность дробленого продукта. Чем меньше размеры зерен материала и больше его однородность, тем лучше показатели работы дробильных агрегатов. Однако установка виброгрохотов усложняет схему, снижает коэффициент использования, так как сетка на грохоте требует частой замены. Дробление нерудных материалов, как правило, производят в стационарных установках на заводе. Однако в последнее время все шире стали применять передвижные дробильные установки. Улучшение конструкции шасси и ходовой части позволило использовать в передвижных дробильных установках крупное технологическое оборудование с широким диапазоном размеров приемных отверстий, позволяющее перерабатывать породу, добываемую в карьере взрывным способом.

Агрегаты с крупной дробилкой первичного дробления устанавливают непосредственно в забое карьера, благодаря чему устраняется необходимость в транспортных средствах для перевозки породы. При проведении в карьере взрывов агрегат первичного дробления из забоя удаляют. Для переработки прочных пород на первичном агрегате устанавливают щековые дробилки. Материал подают на агрегат конвейером, пластинчатым или вибрационным питателем. Длинный пластинчатый питатель сам является передвижным агрегатом и позволяет проводить загрузку самосвалом или погрузчиком на уровне земли. Короткий пластинчатый или вибрационный питатели устанавливают на агрегате первичного дробления. Для их загрузки используют экскаватор.

• Классификация — важнейшая технологическая операция, обеспечивающая разделение материала до заданных размеров. Грохочение—простейший вариант классификации. На современных гравий-сортировочных заводах затраты на грохочение составляют до 30% общих затрат. Предварительным грохочением из материала выделяют мелкие фракции, не нуждающиеся в измельчении на данной стадии. Его применяют для повышения пропускной способности дробилок, разделения природных песчано-гравийных смесей, отделения горной породы от посторонних примесей. Контрольное грохочение — отделение негабаритных кусков для возврата их на дробление. Это способствует выпуску продукта заданной гранулометрии и улучшению формы щебня. Окончательное грохочение - получение фракционированного заполнителя, т. е. сортировка дробленого материала или гравийной смеси на заданные фракции.

Рис. 3.3.6. Схема двухступенчатого дробления. 1 — щековая дробилка; 2 — транспортер; 3 — грохот; 4 — бункер; 5 — автосамосвал; 6 — валковая дробилка

Наиболее широкое применение на предприятиях нерудных строительных материалов нашли плоские виброгрохоты. Качество грохочения оценивают его эффективностью и производительностью грохота. Эффективность грохочения — отношение массы нижнего класса продукта, прошедшего через сито, к массе того же по крупности класса в исходном материале. Производительность грохота характеризуется количеством продукта (т/ч), снимаемого с 1 м3 поверхности сита. Оба показателя зависят от гранулометрии просеиваемого материала, содержания в нем нижнего отделяемого класса, влажности, способа грохочения и т. д. Легко отделяются только зерна, размер которых в 1,5...2 раза меньше отверстия сита. Грохочение осложняется при наличии в материале зерен лещадной и игловатой форм с повышением влажности и содержания глинистых примесей. Для влажных материалов эффективнее мокрое грохочение, при котором материал промывают водой. Оно протекает в 1,5...2 раза быстрее сухого и дает продукт более высокого качества.

Эффективность работы виброгрохотов достигает 95...98% и зависит от их конструкции и свойств просеиваемого материала. Как правило, на грохотах устанавливают 1...2 проволочных сита с квадратными или прямоугольными отверстиями. Для предварительного грохочения исходной горной породы используют наклонные колосниковые грохоты — неподвижные или подвижные (инерционные). Их эффективность сравнительно невысока (50...85%), но они надежны в тяжелых условиях эксплуатации.

В зависимости от цели грохочения возможны различные схемы сортировки: от крупного к мелкому, от мелкого к крупному и смешанная. В первом случае сита расположены в порядке уменьшения размеров отверстий. В этом случае меньше износ сит, выше эффективность грохочения, но установка очень громоздка. Схема грохочения от мелкого к крупному компактна, но производительность снижается и быстрее изнашиваются сита. Рекомендуются к использованию комбинированные схемы сортировки, когда сита расположены частично от крупного к мелкому и наоборот.

Для получения продукта повышенной чистоты желательно окончательное грохочение совмещать с промывкой, проводя его в барабанных грохотах. Они позволяют получать одновременно 2... 5 фракций при эффективности грохочения 50...80%.

После дробления и грохочения в материале остаются загрязняющие примеси — глина, ил и др., ухудшающие качество заполнителей.

• Промывка заполнителей бетона — важнейшее условие получения высококачественной продукции. Из года в год в стране растет доля выпуска промытых заполнителей бетона. При промывке глинистые породы под воздействием воды и соответствующих; устройств разрушаются и образующийся шлам отделяется от полезного продукта.

Эффективность промывки зависит от физических свойств глины, крупности комков, расхода и температуры воды, времени промывки и содержания в исходном продукте пылевидных и глинистых частиц. С повышением температуры с 7 до 20 °С эффективность размываемости комков возрастает почти в 2 раза Эффективность промывки также повышается при увеличении расхода воды я времени промывки и снижается при росте размеров комков глины.

Промывка нерудных строительных материалов осуществляется с помощью оборудования трех видов: 1) машин, в которых материал механически перемешивается в водной среде, в результате чего глина диспергируется и переходит в водную суспензию; 2) аппаратов и устройств, в которых разрушение глины происходит высоконапорной струей воды; 3) аппаратов и машин, в которых диспергация глины осуществляется за счет ультразвуковых и звуковых колебаний, электрогидравлического эффекта, электрофореза, самодиспергации. Промышленное применение нашли первые две группы машин. Третья находится пока в стадии научных и конструктивных разработок.

Рис. 3.3.7. Принципиальные схемы работы промывочных барабанов: а — прямоточного барабана; 6 — противоточного барабана; в — противоточного барабана со стенкой подпорной

Наибольшее распространение для промывки нерудных строительных материалов получили наклонные лопастные двухвальные корытные мойки. Крупность промываемого материала в этих машинах Загрузка обычно составляет для среднепромывистых материалов не более 40 мм, для труднопромывистых — не более 20 мм. При более крупных материалах, как правило, требуется двукратная последовательность промывки.

Широко используются также барабанные промывочные машины, промывка в которых ведется путем перетирания глины кусками промываемого материала при вращении барабана, ударов кусков о стенки, а также за счет перерезания крупнокусковых включений глины лопастями, расположенными на внутренней поверхности барабана. В зависимости от направления движения отработанной воды со шламами различают противоточные и прямоточные барабанные промывочные машины (рис. 3.3.7). С технологической точки зрения противоточные более эффективны, так как выдают освобожденный от шламов материал, не требующий дополнительного ополаскивания. В таких машинах может промываться материал различной степени промывистости крупностью до 350 мм.

В последнее время получили распространение вибрационные промывочные машины, в которых эффект промывки определяется комбинированным воздействием взаимного трения кусков обрабатываемого материала, находящегося в непрерывном циркуляционном движении в вибрирующем коробе мойки, и взаимных соударений кусков между собой и о стенки короба. Вибрационные мойки потребляют относительно мало энергии и воды и имеют наилучшие удельные показатели по сравнению с другими видами промывочных машин. Виброкаскадный промывочный грохот (рис. 3.3.8) предназначен для промывки нерудных материалов крупностью до 100 мм при содержании глины до 10%. Интенсивное встряхивание материала и падение его со ступени на ступень при воздействии струи воды способствуют более интенсивному разрушению глины, чем в плоских вибрационных грохотах.

Рис. 3.3.8. Виброкаскадный промывочный грохот: 1 — коров грохота; 2 — клиноременная передача; 3 — электродвигатель; 4 — вибратор; 5 — сита; 6 — подвесное устройство; 7 — труба для подвода воды

По сравнению со всеми другими известными конструкциями вибрационные промывочные машины менее металлоемки и энергоемки, требуют меньших производственных площадей, обладают высокой эффективностью промывки.

• Гидравлическая классификация основана на использовании разницы оседания разновеликих частиц в воде. Это более точный классификационный способ. Он используется для отделения леска из гравийно-песчаной смеси, разделения песка на фракции и очистки его от загрязняющих примесей. По принципу действия различают гидравлические классификаторы гравитационные и центробежные, в которых классификация осуществляется соответственно за счет сил тяжести или центробежных.

Из гравитационных наиболее совершенны вертикальные классификаторы с восходящей струей. Классификация осуществляется в две стадии. Сначала пульпа разделяется в обогатительной камере (рис. 3.3.9) и основная часть мелких частиц выносится в слив. Оседающие крупные зерна песка поступают в классификационную камеру, где происходит окончательное разделение гидросмеси. Частицы крупнее заданного размера оседают к разгрузочному устройству, а мелкие — восходящим потоком выносятся в слив. Классификатор прост по конструкции, малочувствителен к составу гидросмеси и стабильности ее подачи, обеспечивает эффективность разделения песка на 60...90%. Недостаток этого типа классификаторов — ограниченное число фракций (2) и необходимость дальнейшего обогащения мелкой фракции, так как в ней остаются глинистые и другие примеси.

Разделение песка на несколько фракций ведут в многокамерных (ящичных) классификаторах, представляющих собой желоб, расширяющийся в направлении слива. Желоб разделен перегородками на несколько камер, в которых из горизонтального потока пульпы оседают зерна породы: крупные — в ближних камерах, мелкие — в дальних.

Центробежные классификаторы (гидроциклоны, центрифуги) используют для выделения из песка и разделения мелких зерен крупностью до 0,15...0,3 мм, поскольку силы гравитации недостаточны для быстрого их осаждения.

Гидроциклон (рис. 3.3.10) состоит из круглого питающего короба с патрубком для подачи шлама, установленным тангенциально поверхности короба. Под коробом размещается конус, а сверху—переливной круглый короб с патрубком, также тангенциальным к поверхности короба, через который удаляется готовый шлам. Благодаря тангенциальному поступлению шлама в гидроциклон его струя образует завихряющийся поток, из которого под влиянием центробежной силы отбрасываются крупные частнцы материала. Эти частицы по внутренней поверхности скатываются вниз в кожух. Мелкие частицы остаются в центре вращающегося потока, поднимаются вверх и выносятся в сливной патрубок. Гидроциклоны просты по конструкции, высокопроизводительны, легко автоматизируются.

В центрифугах в отличие от гидроциклонов вращение гидросмеси осуществляется специальными рабочими органами. Более высокая интенсивность вращения позволяет отделять из гидросмеси особо мелкие частицы (0,05...0,001 мм)

• Обезвоживание необходимо после мокрой переработки нерудных материалов для уменьшения их влажности и избежания смерзания в зимнее время. Особенно важно обезвоживание для материалов, добываемых гидромеханическими способами. Используют различные способы обезвоживания нерудных материалов. Чаще применяют дренирование — стекание воды из крупно- и среднезернистых материалов. Дренирование гравия, щебня и реже песка производят на складах, обезвоживающих бункерах и элеваторах, иногда на виброгрохотах. В летнее время на дренированных складских площадках За 2...3 сут можно снизить влажность щебня и гравия до 5...7%, а песка — до 7...10%. Выдерживание в обезвоживающих бункерах, выполненных с перфорированными стенками и дренажными трубами, снижает до 10% влажность крупных фракций щебня за 6...8 ч и мелких фракций— за 16...24 ч. Вибрация на грохотах позволяет интенсифицировать обезвоживание и получить материал с влажностью 3...8%.

Сгущение гидропульпы производят в отстойниках, в которых оседают твердые частицы. Этот способ позволяет уменьшить объем транспортируемой пульпы. Можно использовать для сгущения пульпы также гидроциклоны с тангенциальным выпуском сгущенной пульпы. Они позволяют сбросить часть воды и вместе с ней удалить пылевидные и глинистые частицы, а сгущенную пульпу влажностью 20.,,25% направить на дальнейшую переработку. Однако более полное обезвоживание песка (до 8...10%) может быть достигнуто только в различных конструкциях вакуум-фильтров.

Широко применяют для обезвоживания нерудных материалов также сушку — естественную (в штабелях) или искусственную в сушильных барабанах.

Поиск по сайту: