Klasyfikacja mechaniczna

Jednym z najbardziej rozpowszechnionych sposobów na rozdział ziarn pod względem ich wielkości tj. klasyfikację granulometryczną jest klasyfikacja mechaniczna, popularnie zwana przesiewaniem. Celem tej klasyfikacji jest rozdział materiału sypkiego na pożądane klasy ziarnowe, czyli zbiory o określonych granicach wielkości ich rozmiarów [Wodziński, 2009]. Kryterium wyjściowym dla efektywnej realizacji procesu przesiewania jest doprowadzenie wszystkich ziarn nadawy do kontaktu z posiadającą otwory o określonym kształcie

i rozmiarach - zależnych od założonej granicy rozdziału - powierzchnią stałą sita. Otwory pozwalają na przejście do produktu dolnego ziarn mniejszych od ich wielkości i tym samym pozostanie na sicie ziarn większych. W procesach przesiewania surowców mineralnych, mających cechy operacji kluczowych, celem jest uzyskanie produktów podzielonych na handlowe klasy ziarnowe. W tym celu stosowane są przesiewacze nadrezonansowe o charakterystyce liniwej, kołowej lub kołowej „spłaszczonej” (eliptycznej) [Poćwiardowski i inni, 2012]. Dobór charakterystyki uzależniony jest od warunków technologicznych węzła przesiewania, a także od parametrów i właściwości nadawy. W procesie prowadzonym na sucho, gdzie granica rozdziału zawiera się w przedziale 2 – 200 mm, najczęściej stosowane są przesiewacze o charakterystyce kołowej. W odróżnieniu od przesiewaczy liniowych i eliptycznych, wymagają one znacznego nachylenia (10 - 30°), dzięki któremu realizowany jest transport materiału na sicie. Urządzenia działające zgodnie z dwiema pozostałymi charakterystykami, mogą pracować przy minimalnym lub zerowym nachyleniu, co w efekcie pozwala na znaczną redukcję wysokości zabudowy. Ponadto, w przypadku przesiewania na mokro stosując urządzenia pracujące z zerowym nachyleniem, znacznie ogranicza się ilość wody, która wraz z produktami górnymi może dostać się na ciągi tranportowe. Między

innymi z tego powodu, przesiewacze płaskie wyposażone w sita szczelinowe stosowane są na końcu ciągu technologicznego w celu odwadniania produktów docelowych.

W węzłach przesiewania wstępnego wykorzystywane są ruszty stałe, przesiewacze z rusztami obrotowymi oraz ciężkie przesiewacze z rusztami kaskadowymi czy sitami wykonanymi z grubych blach perforowanych (rys. 3.3). Głównym celem procesu wstępnego przesiewania jest oddzielenie frakcji grubych kierowanych do węzła kruszenia oraz jak dalece to możliwe - usunięcie zanieczyszczeń gliniasto-ilastych od ziarn surowca. Urządzenia wykorzystywane w węzłach wstępnej klasyfikacji cechują się wzmocnioną konstrukcją, pozwalającą na przyjęcie nadawy w dużej ilości i bardzo grubym uziarnieniu - pojedyńcze kęsy osiągają niejednokrotnie gabaryty rzędu 1 – 1,5 m.

a) typowy układ wstępnej klasyfikacji b) przesiewacz rolkowy

[HAVER NIAGARA] [Shah, 2018]

c) przesiewacz mimośrodowy z sitami b) przesiewacz rusztowy - grizzly z blach perforowanych [HAVER NIAGARA] [HR]

Bardzo drobno uziarnione materiały klasyfikuje się w przesiewaczach zataczających lub urządzeniach z bezpośrednim wzbudzeniem sit (rys. 3.4). W przypadku rozdziału na drobne klasy ziarnowe poniżej 1 mm, duży wpływ na przebieg procesu ma wilgotność nadawy, która po przekroczeniu wartości granicznej może wpływać na zaklejanie się oczek sita materiałem przesiewanym. Dlatego bardzo ważne jest zastosowanie układu pozwalającego na ich czyszczenie, czy to za pomocą sprężonego powietrza, okresową zmiany częstości drgań, zastosowanie sit warstwowych współdrgających lub wykorzystanie elementów sprężystych uderzających w sito [Wodziński, 1988].

a) b)

Rys. 3.4 Przesiewacz z bezpośrednim wzbudzaniem sit stosowany do klasyfikacji frakcji drobnych a) widok, b) przekrój [HAVER NIAGARA]

Do procesów produkcji kruszyw płukanych będących finalnym produktem handlowym, wykorzystuje się przesiewacze wyposażone w systemy zraszaczy, które mają za zadanie odpowiednie ukształtowanie strumienia wody i tym samym usunięcie z nadawy niepożądanych zanieczyszczeń. Punkt pracy układu zraszaczy wynosi zazwyczaj 2 – 3 barów oraz w granicach 0,5 – 1 m³/t nadawy i uzależniony jest od właściwości płukanego surowca jak i rodzaju rozmywanych wtrąceń.

Pomimo pozornie prostego przebiegu procesu przesiewania, w warunkach przemysłowych bywa ono problematyczne i uzależnione jest od trzech bazowych czynników:

- parametrów technicznych przesiewacza,

- właściwości fizyczno – mechanicznych przesiewanego surowca, - sposobu prowadzenia procesu przesiewania.

Powyższe, wpływając na siebie determinują skuteczność klasyfikacji i gdyby przesiewanie prowadzone było w sposób 100% skuteczny, w jego efekcie na sicie o oczkach wielkości D uzyskać można byłoby dwie klasy ziarnowe:

- klasę dolną, tj. zbiór ziarn o wielkości <D, które wskutek pracy sita przepadły przez jego otwory,

- klasę górną, tj. zbiór ziarn o wielkości >D, które nie przepadły przez otwory sita i w następstwie ruchów oscylacyjnych rzeszota przemieściły się z niego do wysypu danej frakcji.

Jednakże wskutek niedokładności procesu przesiewania, błędów projektowych i technologicznych popełnionych podczas planowania układów klasyfikacji mechanicznej, stwierdza się w klasie górnej pewną zawartość ziarn mniejszych od granicy rozdziału, tzw. podziarno. W klasie dolnej natomiast występują ziarna większe od granicy rozdziału, czyli nadziarno. Dopuszczalną ilość nadziarna i podziarna regulują stosowne normy, określające parametry surowca użytego do wytworzenia produktu końcowego [Gawenda, 2015].

Chcąc zapewnić najwyższą ostrość (dokładność) rozdziału, konieczne jest określenie odpowiedniej dla danego obciążenia sit powierzchni przesiewania [Malewski i Baszczyńska, 2013]. W tym celu należy zastosować wzór uwzględniający poniższe parametry procesu:

 V – ilość strugi materiału jaka przejdzie przez sito o określonym oczku (m3

/h/m²);  C – współczynnik zależny od ilości ziarn większych od oczka sita;

 H – wpółczynnik zależny od ilości ziarn mniejszych od połowy oczka sita;  E – współczynnik zależny od zakładanej sprawności przesiewania;

 W – współczynnik zależny od rodzaju przesiewania (na mokro/na sucho);

 B – współczynnik zależny od rodzaju sit i kształtu oczka (podłużne, kwadratowe, sita stalowe, PUR);  SC – wydajność jednostkowa (Mg/h/m2 ). (Mg/h/m²) (3.1) (3.2) 𝑆𝐶 = 𝑉 ∙ 𝐶 ∙ 𝐻 ∙ 𝐸 ∙ 𝑊 ∙ 𝐵 ∙ 𝐵𝐷 𝐹 =^𝐶𝐴_𝑆𝐶 (m2 )

F – obliczona powierzchnia przesiewania (m²);

CA – zakładana wydajność strugi materiału podawanej na sito (Mg/h).

Wartości dla poszczególnych części składowych powyższego wzoru znaleźć można w tabelach dostępnych u producentów przesiewaczy oraz sit – tutaj wykorzystano wzór z podręcznika HAVER NIAGARA oraz W.S. TYLER Canada.