Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций

Раздел: Строительство

На отечественных заводах выпускают 1—4 фракции гравия или щебня и 1—2 фракции классифицированного песка. Фракции гравия и щебня: 5—10, 10—20, 20—40, 40—70 мм. Фракции песка: 0,14—1,25 и 1,25—5 мм или 0,14—0,63 и 0,63—5 мм при разделении песка на крупную и мелкую фракции по граничному зерну размером соответственно 1,25 и 0,63 мм.

Предприятия нерудных материалов производительностью до 200 тыс. м3 в год относят к мелким, 200— 700 тыс. м3 — к средним, более 700 тыс. м3 — к крупным. Ассортимент продукции большинства зарубежных предприятий средней и высокой производительности значительно больше, чем отечественных. Они выпускают от 6 до 20 различных по гранулометрическому составу и крупности фракции щебня, гравия, песка и готовых смесей для бетона и асфальтобетона. Увеличение числа фракций и улучшение качества заполнителей связано с дополнительными затратами на переработку и повышением себестоимости продукции, однако в конечном итоге эти расходы окупаются за счет улучшения качества бетона, снижения расхода минеральных вяжущих веществ и повышения долговечности конструкций.

Усложнение технологии, связанное с дополнительной переработкой нерудных материалов, зависит от вида, свойств и степени загрязненности используемых горных пород, гранулометрического состава сырья, требований, предъявляемых к выпускаемой продукции, и т. п.

Переработка добываемых горных пород предусматривает их дробление, грохочение, гидравлическую классификацию, промывку, обезвоживание, обогащение, складирование и отгрузку продукции потребителю.

Дробление горных пород производится в целях получения щебня и песка нужных фракций. Расходы на дробление природного камня и валунов составляют более 25 % общих затрат на производство нерудных материалов. В зависимости от физико-механических свойств перерабатываемого сырья (прочности, наличия слабых включений, кусков плитняковой формы и т. д.), для дробления применяют щековые, конусные, молотковые, роторные и ударно-отражательные дробилки.

Горная порода, поступающая на переработку, может содержать куски размером до 1500 мм. Существующие дробилки не позволяют измельчить материал до требуемого размера за один проход камня через дробилку, поэтому его дробят в несколько стадий на последовательно расположенных дробилках. Каждая дробилка характеризуется величиной загрузочного отверстия и разгрузочной щели, определяющей степень измельчения материала, численно равную отношению размера поступающих в дробилку кусков породы к их наибольшему размеру после дробления. Для надежной работы дробилок необходимо, чтобы приемное отверстие последующей в технологической схеме дробилки было на 60—80 % больше выходной щели предыдущей.

Число стадий дробления определяется начальной и конечной крупностью дробящегося материала и, как правило, принимается на дробильно-сортировочных заводах при переработке малоабразивных осадочных пород равной двум-трем, а твердых абразивных пород — трем-четырем стадиям. Четвертая стадия дробления на щебеночных заводах применяется только в тех случаях, когда при переработке твердых пород образуются куски плитняковой формы. На гравийно-песчаных заводах также применяют две-три стадии дробления. При переработке прочных однородных пород оптимальна трехстадийная схема дробления, при двухстадийной схеме дробления обычно недостаточен выход мелких фракций щебня.

По крупности получаемых кусков различают три вида дробления: крупное (первичное)—до кусков размером более 250 мм, среднее (вторичное) —до кусков размером 40—250 мм, мелкое (третичное) —до кусков размером менее 40 мм. Первичное дробление твердых абразивных пород, имеющих прочность до 300—350 МПа, проводится в щековых или конусных дробилках. Малоабразивные осадочные и другие породы прочностью до 250 МПа можно дробить в дробилках ударного действия. Вторичное и третичное дробление твердых абразивных пород рекомендуется проводить в конусных дробилках среднего и мелкого дробления.

При дроблении неоднородных по прочности горных пород на второй стадии дробления устанавливают дробилки ударного действия (молотковые), обладающие высокой избирательностью дробления и позволяющие слабые куски породы (сильнее разрушающиеся) вывести из процесса. Выбор схемы измельчения горной породы и технологического оборудования диктуется свойствами перерабатываемого сырья, требованиями к конечному продукту по форме и гранулометрическому составу, максимально возможным выходом готовой продукции при минимальных энергетических затратах.

Эффективность работы дробилок может быть значительно повышена при их работе в сочетании с классификаторами (грохотами), позволяющими отделить часть измельченного материала и направить его на дальнейшую переработку, минуя последующие стадии дробления. При этом снижаются установочные мощности дробилок, уменьшаются энергетические затраты и улучшается качество готового продукта. В отдельных случаях при дроблении образуется большое число кусков плоской, ле- щадноп и игловатой формы, превышающих по размерам выходную щель дробилки, что связано со свойствами породы и конструкцией дробилок. Количество таких кусков, например в щековых дробилках с простым качанием щеки и конусных дробилках крупного и среднего дробления, может достигать 20—40%. Для повышения качества заполнителя эти куски отделяют на грохоте и вновь направляют в дробилку для повторного дробления, т. е. дробление проводят по замкнутому циклу.

Выбор типа дробилок для различных стадий дробления определяется их конструкцией, производительностью, свойствами горной породы, требуемым зерновым составом заполнителя и др.

Щековые дробилки используют для крупного и среднего дробления пород высокой прочности. Они имеют степень измельчения 5—6. Для первичного дробления применяют щековые дробилки с простым качанием щеки, создающим большие усилия и позволяющим разрушать куски породы размером до 1500 мм при производительности до 500 т/ч. Среднее дробление осуществляется на щековых дробилках со сложным движением щеки, дающим при дроблении большое количество кусков породы меньшего размера. Щековые дробилки отличаются простотой конструкции, большой надежностью в работе и возможностью переработки влажного сырья. Однако при влажности сырья более 6 % и наличии в нем глины их производительность снижается (особенно дробилок со сложным движением щеки) из-за комкования материала.

Конусные дробилки имеют степень измельчения 3—5. Они применяются для крупного, среднего и мелкого дробления пород различной прочности. По конструкции они сложнее щековых, но благодаря кольцевой форме дробящего пространства имеют значительно большую производительность — до 2400 т/ч.

Для среднего дробления применяют нормальноконус- ные и среднеконусные дробилки, а для мелкого — корот- коконусные. От дробилок крупного дробления они отличаются пологостью конуса и наличием «параллельной зоны», позволяющей получать щебень равномерного зернового состава. Конусные дробилки сильнее реагируют на наличие в сырье влаги и слабых пород. Эти факторы могут привести к забиванию дробилок и остановке технологических линий. В связи с этим их можно использовать не на всех горнодобывающих предприятиях.

Молотковые и роторные дробилки ударного действия отличаются высокой степенью измельчения—15—30 и более. Как правило, их применяют на второй и третьей стадиях дробления пород прочностью до 150 МПа. При дроблении более прочных абразивных пород такие дробилки быстро выходят из строя в результате повышенного износа рабочих поверхностей. Конструктивно молотковые дробилки отличаются от роторных шарнирной подвеской молотков (бил) и жестким креплением колосниковой решетки. Степень измельчения горной породы в дробилке ударного действия возрастает с увеличением скорости вращения ротора, что приводит к увеличению отходов в виде мелочи. Из дробилок ударного действия получают куски кубической формы, что очень важно для заполнителей бетона. Молотковые и роторные дробилки отличаются простотой конструкции и обслуживания, небольшими габаритами и малыми удельными энергозатратами. Их производительность 40—400 т/ч.

Ударно-отражательные дробилки характеризуются еще большей степенью измельчения —40—50. Они отличаются большой производительностью и высокой надежностью при небольших затратах электроэнергии. Эти дробилки способны измельчать куски исходной горной породы размером 1000 мм за один проход до зерен величиной 20 мм. Их применение позволяет в отдельных случаях уменьшить количество стадий дробления, что упрощает технологическую схему производства.

Грохочение добытого или дробленого материала проводится для его разделения на фракции необходимого размера. С помощью грохочения выводятся слабые включения породы, глинистые и пылеватые частицы. Грохочение может быть предварительным, контрольным (поверочным) и окончательным.

Предварительное грохочение применяют для сокращения количества материала, поступающего в дробилку, и увеличения его подвижности в рабочей зоне дробилки путем отсева кусков породы и мелких частиц размером несколько меньшим выходной щели дробилки. Такое грохочение необходимо при дроблении материала, склонного к залипанию на конусных дробилках среднего и мелкого дробления. Однако оно связано с дополнительными энергетическими и капитальными затратами и его следует применять при содержании отсеваемой фракции в исходном материале больше 30 %, при его высокой влажности, наличии глины и слабых кусков породы. Предварительное грохочение перед первичным дроблением рекомендуется проводить на колосниковых инерционных грохотах тяжелого типа или на неподвижных колосниковых грохотах, перед вторичным и третичным дроблением — на вибрационных грохотах среднего и легкого типов.

Контрольное (поверочное) грохочение предусматривается для отделения кусков породы, прошедших дробилку, но по размеру превышающих заданную конечную крупность. Такие куски возвращаются на повторное дробление. Контрольное грохочение проводят на последней стадии дробления или совмещают с предварительным грохочением.

Окончательное грохочение осуществляют для разделения дробленого материала или песчано-гравийной смеси на фракции: щебня, гравия и песка. Материал по крупности разделяют (сортируют) на вибрационных грохотах сухим или мокрым способом. Мокрый способ грохочения в 1,2—3,5 раза эффективнее сухого, особенно при наличии глинистых частиц и пустой породы. При таком способе вода под избыточным давлением 0,2—0,3 МПа подается на сито грохота через специальные брызгала, расположенные на расстоянии 300—400 мм от поверхности сита и на таком же расстоянии одно от другого. Орошаемая брызгалами поверхность сита должна составлять не менее 2/з его площади со стороны разгрузки грохота. Окончательное грохочение производят на вибрационных грохотах, при мокром грохочении иногда используют барабанные грохоты.

На ситах или решетах с квадратными, прямоугольными или круглыми отверстиями материал разделяется на надрешетный продукт (верхний класс) и подрешетный продукт (нижний класс) с преобладанием частиц, размер которых меньше ячеек сита. В зависимости от выполняемых грохотами функций на них устанавливают одно или несколько сит.

Основные показатели качества грохочения — эффективность грохочения и производительность грохота. Под эффективностью грохочения понимают отношение массы прошедшего сквозь сито продукта (нижнего класса) к общей массе частиц того же размера (того же класса по крупности), содержащихся в подаваемом на грохот материале.

Эффективность колосниковых грохотов — неподвижных и подвижных (инерционных), используемых при предварительном грохочении, соответственно 50—70 и 80—85 %, но несмотря на невысокую эффективность их продолжают применять, так как они надежны в тяжелых условиях работы. Эффективность вибрационных грохотов тяжелого, среднего и легкого типов достигает 95—98 %. В барабанных грохотах^можно получать одно-

временно материал двух — пяти фракций при эффективности грохочения по сухому способу 40—60 % и мокрому способу 50—80 %. Производительность грохота определяется количеством материала (т/ч), получаемого с 1 м2 поверхности сита. Эффективность и производительность грохота зависят от многих факторов: конструкции грохота, гранулометрического состава просеиваемой породы, принятого способа грохочения (мокрого или сухого), влажности сырья, наличия кусков слабой породы, глинистых частиц и других нежелательных примесей.

Гидравлическая классификация применяется для разделения песка и песчано-гравийных смесей на отдельные фракции получаемого продукта, удаления из них нежелательных примесей (глинистых, илистых и пылеватых частиц) и обезвоживания (сгущения). Для гидравлической классификации используют два типа установок, отличающихся принципом работы: гравитационные и центробежные. В классификаторы материал подают в виде пульпы, в которой содержание воды в 5—10 раз превышает количество твердой фазы.

Разделение материала по крупности в гравитационных классификаторах происходит в результате неодинаковых скоростей оседания твердых частиц разного размера в жидкой среде под действием гравитационных сил. Чем меньше размер частиц, тем медленнее они оседают. Простейшими гравитационными классификаторами являются конусные воронки, используемые для сгущения пульпы и удаления из нее нежелательных включений. Пульпа в открытую воронку подается сверху, при этом крупные частицы оседают в ней, а вода с мелкими частицами переливается через края вороики и удаляется. Скоростью подачи пульпы регулируют крупность уносимых водой частиц.

Наибольшее распространение получили гравитационные классификаторы вертикального типа с подачей исходной пульпы снизу вверх или сверху вниз по центру аппарата. Реже применяют аппараты с тангенциальной подачей водогрунтовой смеси. Для этого вида классификаторов характерно разделение материалов в две стадии с использованием вертикально восходящего потока чистой воды. Поступающая в аппарат смесь вначале предварительно разделяется в приемно-разделительной камере и затем окончательно в классификационной камере, куда через кольцевой коллектор поступает чистая вода,

уносящая оставшиеся мелкие частицы. Производительность гравитационных классификаторов этого типа достигает но исходной водогрунтовой смеси 2200 м3/ч, по твердому продукту 300 м3/ч. Они просты по конструкции, надежны в работе, в больших пределах допускают изменения в подаче водогрунтовой смеси и содержании в ней песка. Существенный недостаток этих аппаратов — возможность разделения исходного материала только на две фракции. Больше фракций (до 11) можно получать на многокамерных классификаторах (ящичных), которые применяют при корректировке гранулометрического состава песка. Как правило, крупность классифицируемого песка не превышает 5 мм.

Многокамерные классификаторы являются также гравитационными и работают на том же принципе. Многокамерный классификатор представляет собой желоб, разделенный на несколько камер, увеличивающихся по объему в направлении слива. Над последовательно расположенными камерами горизонтально движется пульпа, из которой в эти камеры оседают частицы песка, постепенно разделяясь в соответствии со скоростью оседания по размерам. Существуют классификаторы с камерами, оборудованными лопастными мешалками или устройствами для подачи восходящих потоков чистой водь?, обеспечивающих большую точность разделения при меньшем числе камер (четырех). Стабильность работы многокамерных классификаторов в значительной степени зависит от равномерности их питания или от скорости движения пульпы, изменение которых приводит к нарушению зернового состава в камерах. К такому же результату приводит несвоевременная разгрузка камер от осадка. Эти и другие недостатки устраняют с помощью систем автоматизированного контроля и управления.

Для обезвоживания заполнителей и удаления из них нежелательных примесей применяют гидромеханические спиральные классификаторы ( 1.4) —наклонные под углом 14—18° корыта с максимальной длиной 15,5 м и шириной 6,3 м с одной или двумя спиралями каждая диаметром до 3 м. В нижней части корыта расположена приемная коробка, в которую поступает пульпа. Твердые куски породы в ней оседают на дно, неосевшие мелкие частицы выносятся через сливной порог коробки вместе с водой. При вращении спиралей осевший в коробке продукт перемещается в верхнюю часть корыта

к разгрузочному отверстию, одновременно обезвоживаясь путем стока воды по наклонной плоскости в коробку. Кроме гидромеханических классификаторов применяют реечные, чашевые, дражные.

Центробежные классификаторы (гидроциклоны, центрифуги, конические и дуговые грохоты) используют в том случае, если из песка необходимо выделить мелкие частицы размером 0,001—0,3 мм, медленно оседающие в воде под действием гравитационных сил.

Гидроциклоны просты по устройству ( 1.5). Они имеют форму вертикального цилиндра, в нижней части переходящего в удлиненный конус. Диаметр гидроциклонов 250—1000 мм, угол конусности 20°. Водогрунтовая смесь подается в верхнюю часть циклона по касательной к окружности под давлением около 0,1 МПа, где она приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил крупные частицы смещаются к стенкам циклона, теряют скорость и оседают на дно, мелкие частицы уносятся восходящим потоком воды в сливной патрубок, находящийся в центре верхней части циклопа. Осевшие частицы удаляются через разгрузочное отверстие в нижней части циклона. Чтобы уменьшить износ стенок циклонов при воздействии движущихся абразивных частиц, их поверхности футеруют изделиями из каменного литья.

При необходимости разделения особо мелких частиц 0,05—0,001 мм, а также быстрого и более полного обезвоживания материалов применяют центрифуги, в которых вращение водогрунтовой смеси осуществляется спе-

циальными вращающимися рабочими органами. Центробежные силы также используют в конических грохотах по граничным зернам от 0,075 до 1 мм.

Промывка дробленого и просеянного материала осуществляется для удаления с поверхности щебня, гравия и песка глинистых, илистых и пылеватых частиц и повышения качества заполнителей для растворов и бетонов. Применение промытых заполнителей улучшает адгезию цементного камня с их поверхностью, что повышает прочность бетонов и растворов и позволяет уменьшить расходы минеральных вяжущих веществ. При сухом грохочении особенно влажных материалов большая часть примесей остается на поверхности заполнителей, в связи с этим требуется их дополнительная промывка водой.

Способность материалов промываться в воде оценивают по промывистости. По этому признаку материалы делят на легко-, средне- и труднопромывистые. Критерием оценки промывистости является время, необходимое для удаления глинистых примесей из пробы материала до заданного количества, или удельный расход энергии на промывку 1 т (м3) материала. При наличии глинистых включений в материале крупностью до 150—300 мм его промывают до первичного дробления. Более крупный

материал промывают после первой стадии дробления.

Наиболее распространенные схемы производства нерудных материалов предусматривают промывку перед сортировкой, после сортировки или в процессе ее, при этом крупность промываемого материала не должна превышать 40—70 мм. Пески промывают в механических и гидравлических классификаторах с одновременным разделением их на фракции. Рекомендуется промывать легкопромывистые материалы крупностью 0,5 мм в спиральных классификаторах, 0—70 мм в плоских виброгрохотах с брызгальными устройствами, крупнее 70 мм в барабанных грохотах; среднепромывистые материалы крупностью 0—70 мм в корытных мойках, 0—150 мм в скрубберах, 20—150 мм в вибромойках; труднопромывистые материалы крупностью 0—40 мм в корытных мойках, 20—150 мм в вибромойках, 0—300 мм в скрубберах.

Расход воды на промывку материалов в зависимости от степени их загрязнения, типа промывочной машины и промывистости составляет 1—4 м3/т, а время промывки 1—6 мин. Для получения материала высокого качества целесообразна двух-трехкратная промывка с обязательным ополаскиванием его чистой водой. Чтобы избежать смерзания промытого материала в зимнее время, его обезвоживают или же промывают только в теплое время года. Обезвоживание требуется также при переработке сырья, добываемого и транспортируемого гидромеханическими способами. Связано это с необходимостью удаления большого количества воды из пульпы и ее сгущения для повышения эффективности работы грохотов, классификаторов и других механизмов.

При достаточно большой крупности заполнителей (более 40 мм) вода свободно вытекает из межзернового пространства под действием гравитационных сил. Для щебня и гравия фракции 20—40 мм достаточно обезвоживание при грохочении, гарантирующее несмерзание материала. Безопасная для смерзания заполнителей при —30 °С поверхностная влажность составляет для гравия и щебня фракции 5—20 мм до 1 %; песка фракции 1,25— 5 мм до 1,5 %, песка фракции 0,14—1,25 до 2,5 %.

Обезвоживание гравия, щебня и песка, как правило, проводится раздельно. Гравий и щебень обезвоживают, используя способы, основанные на дренировании воды (применяя грохоты, дренажные бункера, наклонные элеваторы, вылежнвание на складах, а также способ сублимации. Песок обезвоживают, применяя способы естественного дренирования воды, а также разделение пульпы в отстойниках, в которых происходит оседание твердых частиц и ее сгущение. Механическое обезвоживание песка осуществляют с помощью центробежных сил, фильтрования, центрифугирования, механического классифицирования и т. д.

Естественное обезвоживание мелких и крупных заполнителей не позволяет удалить воду до безопасной для смерзания величины, но дает возможность значительно снизить влажность материалов. Через 2—3 сут хранения на складе на хорошо дренирующем основании влажность гравия снижается с 7 до 5 %, а песка при начальном отношении жидкой и твердой фаз 15 : 1 до 7 %, через 15—30 сут до 4—5 %.

Применяемые механические средства обезвоживания заполнителей, например гравия и щебня, на виброгрохотах, а песка в механических классификаторах также не позволяют достигать требуемого снижения влажности материала крупностью менее 20 мм. Гравий и щебень фракции 5—20 мм после обезвоживания на виброгрохотах имеют влажность 2,5—5%, песок при обезвоживании в спиральном классификаторе крупностью до 1,2 мм 25— 30%, фракции 1,2—5 мм 16—18 %, а при использовании гидроциклонов 25—30 %.

Для получения щебня и гравия с остаточной влажностью, предохраняющей их от смерзания, разработан способ сублимации. Удаление влаги сублимацией основано на продувке через слой щебня или гравия высотой около 150 мм воздуха с температурой ннже —1 °С и переходе при этом замерзшей воды непосредственно из твердого в газообразное состояние (вымораживание). Для интенсификации процесса удаления влаги из щебня или гравия вымораживание может сочетаться с последующим нагреванием поверхности материала горячим воздухом (95°С). Обработка заполнителей указанным способом предусматривает: для фракций 5—10 или 5—20 мм предварительное обезвоживание на виброгрохоте с последующим вымораживанием — подогревом — вымораживанием, для фракции 10—20 мм предварительное обезвоживание— вымораживание. Один цикл вымораживания длится 1—2,5 мин. Общий расход на 1 м3 материала: холодного воздуха 2700—4500 м3, горячего воздуха 180 м3.

Для повышения эффективности удаления воды при виброгрохочении щебня, гравия и песка применяют поверхностно-активные вещества (ПАВ). Действие их основано на частичной гидрофобизации поверхности частиц и снижении поверхностного натяжения воды. Обработка материалов в растворах ПАВ с концентрацией 0,5— 1,0% и последующее виброгрохочение дает возможность снизить содержание воды в щебне (гравии) фракции 10— 20 мм до величины, безопасной для смерзания (1—1,4 %), а во фракциях песка 1,25—5 мм и щебня или гравия 5—10 мм — значительно приблизиться к этой величине. Достигнуть безопасного для смерзания содержания влаги в мелких заполнителях можно только с помощью их искусственной сушки в специальных агрегатах (прямоточных и противоточных сушильных барабанах и т.д.). В связи с высоким расходом топлива (2—5 % по массе песка) и дополнительными капитальными вложениями себестоимость 1 м3 песка возрастает более чем в 2 раза. Поэтому чаще всего применяют естественную сушку в штабелях в летнее время года.

Обогащение нерудных материалов необходимо в тех случаях, когда в них содержится большое количество кусков слабой породы или получаемая форма зерен не удовлетворяет требованиям ГОСТов. Для обогащения материалов по прочности используют различные способы, основанные на более интенсивном разрушении слабых пород и примесей при добыче и дроблении (избирательное дробление), на различной плотности кусков слабой и прочной породы (разделение в тяжелых средах, обсадка), на разной величине отскока от твердой поверхности кусков разной прочности. Обогащение заполнителей по форме зерен осуществляют с помощью технологических приемов (дробление по замкнутому циклу, грануляция) и правильным выбором дробилок. Все эти способы применяют самостоятельно или в комбинации один с другим.

Избирательное дробление осуществляют в результате более интенсивного разрушения слабых пород в процессе дробления и последующего выведения менее прочных мелких фракций в отходы или отсевы в процессе грохочения. Этот способ не требует дополнительных капитальных вложений и применяется в тех случаях, когда с его помощью может быть достигнут ощутимый эффект улучшения однородности заполнителей по прочности. Указанный способ позволяет перерабатывать в кондиционный щебень горные породы, содержащие до 20 % слабых включений.

Избирательность дробления зависит от свойств горной породы, а также от степени измельчения материалов и конструкции дробилок. Наибольшей избирательной способностью отличаются дробилки ударного действия (молотковые, роторные). Щековые и конусные дробилки имеют значительно меньшую избирательность, так как большая часть их энергии затрачивается на разрушение крупных и более прочных кусков породы. Для повышения избирательности дробления применяют дезинтеграторы, барабанные дробилки и т. д. При использовании избирательного дробления необходимо учитывать, что в подрешетный продукт после грохочения вместе со слабыми породами в отходы попадает прочный материал. При этом выход готовой продукции снижается до 55— GO % общей массы породы, поступающей на дробление, что является существенным недостатком данного способа.

Обогащение в тяжелых средах проводят разделением тяжелых и более легких (менее прочных) зерен заполнителей в водоминеральных тяжелых суспензиях, плотность которых должна лежать в пределах плотности этих зерен. При погружении зерен заполнителя в суспензию тяжелые зерна опускаются на дно, а легкие всплывают на поверхность и удаляются в отходы. Процесс обогащения заполнителей в тяжелых средах включает: подготовку материалов к обогащению, приготовление суспеизии, разделение тяжелых и легких зерен заполнителей в сепараторах или гидроциклонах, промывку тяжелом и легкой фракции для удаления суспензии, ее регенерацию.

Суспензия готовится путем тонкого измельчения утяжелителя в шаровых мельницах и смешения его с водой. В качестве утяжелителя суспензий плотностью до 2,4 т/м3 используют магнетит (плотность 4,9—5,2 т/м3), плотностью 2,4—2,8 т/м3 — смесь магнетита с более тяжелым ферросилицием (плотность 6,3 т/м3), плотностью более 2,8 т/м3 — только ферросилиций. Для предупреждения расслоения суспензии в емкости для ее хранения (зумпфы) подают сжатый воздух (взмучивают ее) и иногда вводят ПАВ.

Плотность тяжелой среды назначается на основании

предварительного анализа обогащаемого материала. Разница плотностей разделяемых зерен заполнителей должна быть не менее 0,2—0,3 т/м3.

Подготовленные материалы и суспензию подают в барабанные ( 1.6) и конусные сепараторы или гидроциклоны для обогащения заполнителей. В сепараторах обогащение происходит под воздействием гравитационных сил в результате различных плотностей кусковых материалов, в циклонах — в основном центробежных сил. В барабанных сепараторах расход суспензии равен 0,6— 1 м3/т обогащаемого материала. В гидроциклонах отношение объема обогащаемого продукта крупностью до 20 мм к объему суспензии (подаваемой под давлением 0,1—0,2 МПа) составляет 1 : 5, а при более мелких фракциях 1 : 3. Производительность барабанных сепараторов достигает 250 т/ч, а гидроциклонов 500 т/ч.

После обогащения тяжелые и легкие фракции заполнителей поступают на грохоты для дренажа и отмывки частичек утяжелителя. Дренажную и промывочную воду направляют в зумпфы для суспензии, где ее регенерируют для повторного использования по замкнутому циклу. В процессе регенерации из разбавленной суспензии удаляют частицы породы и лишнее количество воды, добавляют утяжелитель, и суспензию доводят до требуемой плотности. Разделение утяжелителя и частиц породы проводят методом магнитной сепарации на специальных установках, после чего утяжелитель вновь поступает для приготовления суспензии.

 Обогащение заполнителей в тяжелых средах дает возможность помимо получения однородного по прочности продукта повышать качество заполнителей в связи с необходимостью тщательной его промывки и удаления глинистых и других нежелательных включений. Однако этот процесс требует достаточно сложного дополнительного оборудования для постоянной регенерации суспензии и контроля ее плотности.

Отсадка — разновидность обогащения заполнителей по прочности, основанная на различной плотности разделяемых зерен и скорости оседания их в воде. В отсадочных машинах в слое заполнителя создают многократно повторяющиеся восходящие и нисходящие потоки воды (пульсацию), в результате чего более легкие зерна заполнителей оказываются в верхней части слоя, а тяжелые в нижней.

Отсадочные машины разделяют на механические и пневматические (беспоршневые). В машинах первого вида пульсация воды вызывается движением поршня, диафрагмы, решета, второго — сжатым воздухом. Эффективность отсадки зависит от крупности обогащаемого материала, конструктивных особенностей агрегатов, частоты пульсации воды и изменения ее уровня, высоты слоя материала (постели), расхода воды и т.д. Производительность механических отсадочных машин 45—60 т/ч. Они рекомендуются для предприятий малой мощности. Наиболее распространены надежные пневматические машины с производительностью до 500 т/ч. Как правило, на отсадку подается классифицированный материал фракций 5—20, 5—40, 20—70, 13—125. Некоторые машины могут сами классифицировать на фракции поступающий материал.

Отсадка — менее точный, но более простой способ разделения материалов по прочности, чем обогащение в тяжелых средах. Экономически этот способ более выгоден, чем обогащение материалов в тяжелых средах, так как в одной отсадочной машине могут совмещаться несколько трудоемких операций: разделение зерен по прочности, классификация материалов по крупности и интенсивная промывка.

Механическая классификация, проводимая для обогащения нерудных материалов по прочности, основана на разной величине упругого отскока и сил трения при падении различных по прочности зерен заполнителя на наклонную твердую упругую поверхность (стальную плиту, барабан и т.д.). Отскок прочных зерен больше, а сила трения меньше, чем отскок и сила трения слабых. В результате при падении на наклонную поверхность куски заполнителя разной прочности отскакивают под разными углами и летят на разные расстояния, что дает возможность разделить их на прочную и слабую фракции. Эффективность разделения таких кусков зависит от угла и высоты их падения, разности упругих свойств и формы зерен, определяющих траекторию полета и дальность отскока. При классификации гравия, частицы которого имеют округлую форму, достигаются лучшие результаты, чем при классификации щебня. Для механической классификации применяют машины барабанного типа, в которых высоту и угол падения зерен заполнителя, а также окружную скорость вращения барабана подбирают с таким расчетом, чтобы прочные зерна отскакивали в одну, а слабые в другую сторону от барабана.

Грануляция — способ обогащения высокопрочного щебня. Он предусматривает использование специальных дробилок-грануляторов, работающих в отличие от щековых и конусных дробилок с постоянно переполненной рабочей камерой, что уменьшает количество частиц лещадной и игловатой формы.

Складирование и отгрузка нерудных материалов осуществляется на складах готовой продукции. Склады могут быть открытыми, закрытыми, штабельными, полубункерными, силосными, эстакадными, траншейными ит. д. (см. с. 156). Материалы на склад и со склада к местам погрузки транспортируют ленточными конвейерами. Возможны варианты подачи материалов, минуя склады для хранения, непосредственно в бункера отгрузки или загрузочные реверсивные конвейеры. Чаще всего используют открытые штабельные склады с расположенными под штабелями траншейными галереями. Отгрузку нерудных материалов производят в полувагоны, на открытые платформы, самоходные баржи, автосамосвалы и т.д.

Заводы нерудных материалов выпускают широкий ассортимент продукции. Однако наряду с ними существуют специализированные предприятия, выпускающие заполнители, например, для сборного железобетона. Узкая специализация упрощает технологию производства, повышает качество продукции и технико-экономические показатели предприятий. В зависимости от вида перерабатываемого сырья и получаемого конечного продукта заводы нерудных материалов делят на дробильно-сортиро- вочпые, гравийно-сортировочные, обогащения песка и заводы-установки для получения дробленого искусственного песка. При переработке пород на сортировочных заводах принята однопоточная технологическая схема мно-

гоступенчатого дробления ( 1.7). На заводах большой производительности предусматривается несколько параллельных однопоточных схем.

1. Дробильно-сортировочные заводы перерабатывают горные каменные породы в щебень. Используемое сырье для производства щебня отличается разнообразием свойств, в связи с чем его разделяют на три вида: а) твердые абразивные породы (граниты, базальты, песчаники и др.) с пределом прочности при сжатии 80— 400 МПа, незагрязненные или незначительно загрязненные; б) прочные однородные малоабразивные породы (известняки, доломиты и др.) с пределом прочности при сжатии до 100—250 МПа, незагрязненные или малоза- грязненные глинистыми и другими примесями; в) породы малоабразивные средней прочности с пределом прочности при сжатии 30—100 МПа, загрязненные глиной и содержащие слабые включения горных пород.

В зависимости от вида добываемого сырья используют три основные технологические схемы их переработки.

При первой сортировке подрешетного продукта предварительного грохочения удаляют в отходы карьерную мелочь размером 0—10 мм, которую в дальнейшем можно использовать для производства песка. Куски размером до 70 мм, минуя вторую, затем и третью стадию, подвергают сортировке на фракции 0—20 мм и 20— 70 мм. Дальнейшее разделение на более узкие фракции происходит на различных виброгрохотах и совмещается с одновременной промывкой. После обезвоживания материал передают на склад для хранения отдельно по фракциям. Промывочная вода попадает в гндроциклон, где происходит сгущение пульпы, и затем в классификатор для выделения песка. Твердые частицы размером 0—0,14 мм вместе с водой направляют в хвостохрапнли- ще (гидроотвал).

Хвостохранилища — искусственно созданные емкости в оврагах, балках, выработанных карьерах и т.д., огражденные плотиной или дамбой. Хвостохранилище состоит из двух частей: породной для складирования твердых отходов и пруда-отстойника для осветления воды.

Вторая технологическая схема, используемая для пород второго вида, отличается от первой тем, что для получения щебня кубической формы применяют дробилки ударного действия (роторные), при этом число стадий дробления сокращается до двух. Остальные операции (предварительное грохочение, сортировка, промывка, обезвоживание) осуществляются так же, как в первой схеме.

Третья технологическая схема, применяемая для пород третьего вида, отличается от предыдущих схем тем, что в ней при предварительном грохочении перед первой стадией дробления предусмотрено разделение материала на два потока: надрешетного продукта («чистый» поток) и подрешетного продукта («грязный» поток) с менее прочными кусками породы крупностью до 200 мм. «Чистый» поток поступает в роторную или щековую дробилку для первичного дробления, а «грязный» поток — вгли- ноотбойник. Для удаления глины и слабых включений мелкие фракции (0—40 мм) после глиноотбойника и последующего предварительного грохочения направляют в отвал. Аналогично поступают с «чистым» продуктом, удаляя после первой стадии дробления в отвал фракцию 0—20 мм. После вторичной стадии дробления в дробилках ударного действия мелкие фракции также отделяют на грохотах и направляют в отвал. Третья стадия дробления в обоих потоках осуществляется по замкнутому циклу в конусных дробилках. Дальнейшая технология переработки материалов подобна технологии переработки твердых абразивных пород.

II. Гравийно-сортировочные заводы в зависимости от вида сырья, количества крупных включений и загрязненности перерабатывают гравийно-песчаную смесь по двум технологическим схемам: с раздельным выпуском товарных фракций гравия и щебня или совместным выпуском товарных фракций щебеночно-гравийных смесей. Первая схема применяется для гравийно-песчаных пород, загрязненных легко- и среднепромываемой глиной ( 1.9). Сырье, поступающее с карьера, может содержать валуны размером до 700 мм. Предварительным грохочением гравийно-песчаная смесь разделяется на два потока: с размером зерен до 150 мм и более 150 мм. Поток, содержащий куски породы до 150 мм, вторично грохочением разделяется на три фракции: 0—20, 20—70, 70—150. Последняя фракция передается на вторичное дробление второго потока. Первые две фракции после

двух- или трехстадийной мойки и обезвоживания разделяются на фракции гравия (5—10, 10—20, 20—40, 40— 70) и направляются на склад. Выделенные предварительным грохочением валуны второго потока размером более 150 мм подвергают двух-трехстадийному дроблению на щековой и конусных дробилках.

Конусная дробилка работает в замкнутом цикле с возвратом материала на предварительное и контрольное грохочение. После промывки, сортировки и обезвоживания получают щебень фракций: 5—10 и 10—20 мм. Частицы первого и второго потоков размером 0—5 мм со сливом воды направляют в хвостохранилище.

При получении щебеночно-гравийных фракций по второй технологической схеме предусматривается разделение исходного сырья предварительным грохочением на гравий и валуны. В отличие от предыдущей схемы после дробления валунов полученный щебень объединяют с гравием и на последующих стадиях перерабатывают в одном потоке.

111. Заводы обогащения песка производят заполнители необходимого зернового состава и качества для растворных и бетонных смесей, строительных работ и других нужд. Технология обогащения песка предусматривает вначале разделение сырьевой массы на узкие фракции различной крупности, а затем смешение их в определенных пропорциях. При этом могут добавляться недостающие или удаляться избыточные фракции для получения требуемого гранулометрического состава смеси.

В процессе переработки песок подвергается многократной промывке для удаления глинистых, илистых и пылеватых частиц, а также других органических примесей (гумусовых кислот и т.д.). Недостающие фракции песка получают дроблением гравия с последующим его рассевом. Однако такой способ подготовки песка применяют относительно редко, необходимость его использования обосновывается отсутствием в сырье достаточного количества нужных фракций. Значительно чаще применяют частичное или полное удаление отдельных фракций.

Технологическая схема обогащения песка ( 1.10) предусматривает на первой стадии промывку поступающего с карьера сырья и выделение из него рядового гравия с размером частиц более 5 мм. Водопесчаная смесь с частицами песка размером 0—5 сгущается путем удаления части воды (методом осаждения твердых

частиц или обезвоживания на центробежных установках) и разделяется в многокамерном классификаторе на узкие фракции: 0,3—0,14; 0,6—0,3; 0,9—0,6; 1,2—0,9; 1,8—1,2; 5—1,8 мм. После классификации песок можно разделить на две и больше фракций. Фракции песка обезвоживают (иногда сушат) и направляют на склад готовой продукции. Частицы размером менее 0,14 мм (отходы) с водой сливают в хвостохранилище.

IV. Установки для получения дробленого искусственного песка, как правило, включают в состав дробильно- или гравийно-сортировочных заводов. Для получения песка используют гравий или щебень крупностью 5— 10 (20) мм. Материал измельчают мокрым способом в стержневых мельницах, роторных или молотковых дробилках, работающих по замкнутому циклу совместно с грохотом. Дальнейшая переработка измельченного продукта аналогична рассмотренной выше схеме.