Płukanie

Płukanie stosowane jest jako operacja pomocnicza, zwłaszcza w przypadku, gdy kruszywa naturalne żwirowe oraz skały zwięzłe przerabiane na kruszywa naturalne łamane zawierają znaczne ilości zanieczyszczeń gliniasto-ilastych. Zanieczyszczenia te muszą być usunięte w procesie produkcji, gdyż mają niekorzystny wpływ na jakość produktów a ponadto utrudniają procesy kruszenia i przesiewania. Najczęściej zanieczyszczenia ilaste usuwane są z przerabianych skał za pomocą procesów płukania. Problem stanowią również zanieczyszczenia występujące w kruszywach z recyklingu, które czasami mogą wymagać bardziej rozbudowanych metod oczyszczania. Płukanie kruszyw może być niekiedy realizowane jedynie na przesiewaczach zaopatrzonych w instalacje natryskowe, jednak zanieczyszczenia występujące w postaci grudek gliny są trudne do usunięcia w taki sposób. Dlatego stosuje się specjalistyczne urządzenia płuczące, umożliwiające skuteczne usunięcie niepożądanych grudek gliny i innych zanieczyszczeń.

W praktyce najszersze zastosowanie znalazły płuczki, w których oddzielanie zanieczyszczeń oparte jest na intensywnym mieszaniu (rozcieraniu i rozmywaniu) surowca w środowisku wodnym. Są to płuczki mieczowe i bębnowe. Efektywność procesu płukania zależy od wielu czynników, związanych z rodzajem płukanego surowca jak i rodzajem zastosowanego urządzenia.

Ze względu na budowę oraz charakter pracy, urządzenia do płukania można podzielić na:

- przesiewacze płuczące, - płuczki bębnowe wibracyjne, - płuczki bębnowe obrotowe, - płuczki mieczowe (korytowe), - płuczki (wysoko)ciśnieniowe.

Płukanie kruszyw na przesiewaczu odbywa się dzięki natryskowi wody z dysz zainstalowanych nad pokładem sitowym (rys. 3.14.). Możliwe jest też zastosowanie pokładu sitowego wykonującego ruch drgający pod powierzchnią lustra wody. Przesiewacze płuczące są stosowane do usuwania zanieczyszczeń łatwo rozmywanych i występujących w

niewielkich ilościach. Na skuteczność usuwania zanieczyszczeń w procesie przesiewania na mokro wpływa wiele czynników takich jak: ilość wody, ciśnienie wody, czas płukania, czas rozmakania zanieczyszczeń, właściwości fizyko-chemiczne zanieczyszczeń, uziarnienie płukanego materiału itp. Czynniki te wpływają również na wydajność przesiewania. Wydajność przesiewania na mokro dla drobnych klas ziarnowych (Dp w przedziale 1,5 ÷ 10 mm) jest ponad dwukrotnie większa od wydajności przesiewania na sucho. W przypadku znacznych ilości zanieczyszczeń gliniastych wymagane jest zastosowanie urządzeń płuczących, np. płuczek mieczowych, wibracyjnych, ciśnieniowych itp.

Rys. 3.14. Natrysk wody nad pokładem sitowym przesiewacza wibracyjnego

Zasada działania płuczek wibracyjnych polega na wysokoczęstotliwościowym wibracyjnym oddziaływaniu roboczych elementów płuczki na ziarna płukanego urobku. W wyniku tego oddziaływania, przy jednoczesnym działaniu wody, zachodzi proces ciągłej recyrkulacji urobku i wzajemnego ścierania się ziaren, co doprowadza do oddzielenia zanieczyszczeń od ziaren nadawy. Ze względu na możliwość grudkowania się zanieczyszczeń ilastych w płuczkach wibracyjnych oraz szybkie zużywanie się bębnów płuczących, nie znalazły one szerszego zastosowania.

W płuczkach bębnowych płukane kruszywo jest przesuwane w obracającym się bębnie i przemywane przez wodę przepływającą w kierunku przeciwnym do ruchu materiału. Bęben płuczki wyposażony jest w łopatki służące do lepszego mieszania materiału. Do płuczki kierowany jest materiał o uziarnieniu 0-200 mm. Zawartość grubo uziarnionych kęsów skalnych poprawia skuteczność płukania [Naziemiec, 2010].

Płuczki mieczowe mogą być wykonane jako jedno- lub dwu-wałowe (rys. 3.15).

a) b)

Rys. 3.15. Płuczka mieczowa a) dwu-wałowa b) płuczka mieczowo-ślimakowa dwu-wałowa

Charakteryzują się zwartą i stabilną konstrukcją, mniejszym ciężarem w stosunku do płuczek bębnowych, ochroną koryta przed ścieraniem, łatwą eksploatacją, a co najważniejsze dobrymi wynikami w rozmywaniu zanieczyszczeń. Ze względu na efektywność pracy, częściej spotykane są płuczki dwu-wałowe. Od góry płuczka zabezpieczona jest kratą w celu uniemożliwienia przedostania się ziaren ponadwymiarowych, co mogłoby spowodować zaklinowanie mieczy. W zależności od granulacji płukanego materiału płuczki mogą być wykonane z mieczami dla granulacji 0-80 mm lub jako kombinacja mieczy i części ślimaków, dla frakcji drobnych 0-10 (20) mm. Miecze na wałach umieszczone mogą być wzdłuż linii śrubowej, co umożliwia równomierne obciążenie wałów. W czasie obrotów mieczy następuje ocieranie ziaren zanieczyszczeń oraz transport materiału wzdłuż koryta płuczki. Przed końcem koryta znajduje się otwór, przez który następuje wysyp wypłukanego kruszywa. Wzdłuż koryta płuczki zainstalowane są natryski wodne spłukujące rozmytą glinę z powierzchni ziaren. Woda doprowadzona jest także od strony dna koryta płuczki. Koryto płuczki nachylone jest pod kątem 8-10 stopni. Poziom wody w korycie jest tak ustalony, aby nie przelewała się ona przez otwór wylotu kruszywa. Woda wraz z zanieczyszczeniami opuszcza płuczkę przez regulowane otwory przelewowe w tylnej ścianie koryta. Napęd obu wałów jest niezależny i może być realizowany bezpośrednio przez motoreduktory. W przypadku, gdy miecze na wałach rozmieszczone są po spirali synchronizacja obrotów obydwu wałów odbywa się przez wolnobieżną przekładnię zębatą. W zależności od wydajności (40-200 t/h) płuczki mieczowe posiadają napędy o mocy 15-150 kW, przy szerokości koryta 1,6-2,5 m i długości 4-11 m. Ilość wody zużywanej do rozmywania zanieczyszczeń w płuczkach mieczowych zależna jest od stopnia zanieczyszczenia materiału i

wynosi średnio 0,5-1,0 m3/Mg. W płuczce mieczowej można także prowadzić proces płukania przy bardzo niewielkiej ilości wody, rzędu 0,3 m3/Mg. Następuje wówczas intensywne ocieranie zanieczyszczeń, a usuwane są one dopiero na przesiewaczu z natryskiem wodnym. Płuczki mieczowe mogą być instalowane przed lub za przesiewaczami, na których następuje rozdział kruszywa na poszczególne klasy ziarnowe. Pierwszy sposób stosowany jest raczej dla kruszyw zawierających znaczną ilość trudno rozmywalnych zanieczyszczeń. Zastosowanie znajdują tutaj najczęściej płuczki dwu-wałowe o dużej wydajności. W drugim przypadku do płuczki kierowana jest wydzielona wcześniej klasa ziarnowa, z której usuwane są zawarte w niej zanieczyszczenia gliniaste. W instalacji płukania zainstalowanych jest wówczas kilka płuczek o mniejszej wydajności.

Wśród urządzeń oczyszczających wyróżnia się także płuczki mieczowe o specjalnej budowie, tzw. turbowasher oraz płuczki ciśnieniowe (wysokociśnieniowe). Turbowascher to płuczka o specjalnej konstrukcji wałów z mieczami i wysokiej dynamice mieszania płukanego materiału. Znajduje ona zastosowanie do kruszyw zawierających trudno rozmywane zanieczyszczenia gliniaste [Naziemiec i inni, 2010].

Na rys. 3.16 została zaprezentowana płuczka wysokociśnieniowa, która ma szczególne zastosowanie do oczyszczania piasku, żwiru i materiałów z recyklingu, a także kruszyw łamanych o uziarnieniu 0-120 mm. Wydajność urządzenia wynosi od 50-400 Mg/h a natężenie przepływu nadawy jest regulowane zależnie od stopnia jej zanieczyszczenia. Zużycie wody wynosi 0,12 ÷ 0,2 m3

/ tonę nadawy. Woda krąży w obiegu zamkniętym, a zapotrzebowanie energii wynosi 0,3 ÷ 0,5 kWh/Mg.

Centralnym elementem konstrukcji płuczki jest pionowy cylinder (łaźnia), do którego z boku wprowadzana jest nadawa (1). W łaźni (4) znajduje się wirnik (2) z dyszami (3), który wykonując ruch obrotowy rozdziela i rozmywa zanieczyszczony materiał strumieniami wody pod wysokim ciśnieniem (5 ÷ 20 MPa). Proces kontrolowany jest poprzez sterownik PLC. Regulowana odległość łoża materiału od wirnika z dyszami umożliwia optymalne dostrajanie się do nadawy, regulując równocześnie strumień siły tnącej która w założeniu ma być większa od sił adhezji zanieczyszczeń przywierających do ziarn surowca.

a) b)

Rys. 3.17. Strumień wysokociśnieniowy, a) Przekrój przez warstwę płukanych zanieczyszczeń, b) Rozkład i składowe strumienia wysokociśnieniowego [Zlatev, 2005]

Czujnik poziomu dostarcza precyzyjnych danych dla sterownika płuczki a regulowany przepływ materiału przez urządzenie gwarantuje stałą jakość produktu o wysokiej czystości. Wydostający się na dole materiał powinien być jeszcze skierowany na przesiewacz w celu końcowego oczyszczenia i odwodnienia. Powstający szlam przepływa przez zamontowane na dnie płuczki sito wykonane z tworzywa sztucznego i wydostaje się na zewnątrz . Urządzenie tego typu w stosunku do tradycyjnych płuczek odznacza się mniejszym zużyciem wody i energii, zmniejszoną ilością współpracujących maszyn (przesiewaczy i przenośników), mniejszą zabudową, elastycznością we współpracy z innymi maszynami i dostrajaniem się do zmian stopnia zanieczyszczeń nadawy.

Rys. 3.18. Schemat linii technologicznej z zastosowaniem płuczki wysokościśnieniowej [Zlatev, 2018]