КЛАСCИФИКАЦИЯ ПРОДУКТОВ.
Цель: Изучить закономерности классификации и основные параметры процесса классификации.
План:
1.
Закономерности падения минеральных зерен в воде и воздухе.
2.
Процесс классификации.
Ключевые слова: падение, минеральные зерна, плотность, физические свойства, масса, скорость падения в водной и воздушной средах, параметр Рейнольдса, классификация, турбулизация, равнопадаемость, КПД классификации
1. Характер падения тел в жидкости или газообразной среде определяется взаимодействием трех сил: силы тяжести, направленной вниз, подъемной (архимедовой) силы, направленной вверх, и силы сопротивления среды, направленной тоже вверх. Сила тяжести зависит от плотности и объема твердого тела, подъемная сила – от объема тела и плотности среды; сила сопротивления среды зависит от режима движения (турбулентного или ламинарного) и слагается из так называемого сопротивления сил инерции (динамического) и сопротивления сил трения (вязкости). Оба вида сопротивления среды движущемуся в ней телу действуют одновременно, но с неодинаковой силой. Преобладание динамического сопротивления наблюдается при турбулентном движении и характерно для больших размеров движущихся частиц (2 мм и выше) и больших скоростей движения. Преобладание вязкости сопротивления наблюдается при ламинарном движении (характерно для вяжущих частиц небольшого размера – 0,1 мм и ниже) и небольших скоростях движения, а так же при высоких значениях вязкости среды (см. рис.29). Для частиц промежуточной крупности (от 0,1 до 2 мм), характерен переходный режим, при котором наблюдается действие обоих видов сопротивления.
Рис.29. Характер обтекания жидкостью тел при ламинарном (а) и турбулентном (б) режимах
Параметр, характеризующий режим течения жидкости, называется параметром Рейнольдса (Re). При значениях Re1000 течение жидкости турбулентное, при Re1 – ламинарное и при Re=10001 режим течения жидкости промежуточный.
Начальный момент движения тела в среде характеризуется нулевым значением скорости его движения и максимальным значением ускорения. В дальнейшем по мере возрастания скорости падения тела, увеличивается сила сопротивления среды, ускорение уменьшается и за короткий промежуток времени эта сила достигает величины движущей силы. В этот момент падающее тело достигает своей предельной (максимальной) скорости. Скорость становится постоянной, ускорение равно нулю. Конечная или постоянная скорость обозначается v0.
На основании исследований установлены следующие закономерности падения минеральных частиц в среде:
1.
более крупные и плотные частицы имеют наиболее высокие скорости падения минеральных частиц в среде;
2.
с увеличением плотности и вязкости среды скорость падения в ней зерен снижается;
3.
форма и характер поверхности зерен значительно изменяют скорости падения;
4.
при одинаковой массе частиц наименьшее сопротивление испытывают шарообразные частицы, большее – угловатые, затем продолговатые и максимальное – пластинчатые;
5.
шероховатые частицы испытывают большее сопротивление, чем частицы с гладкой поверхностью;
6.
температура среды оказывается на изменении скорости падения частиц следующим образом. При значениях Re200 изменение температуры среды не влияет на скорость движения частиц; при значениях Re от 1,74 до 200 влияние температуры на изменение скорости движения ничтожно мало и при значениях Re1,74 температура среды является одним из основных факторов, влияющих на их скорость.
2. Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде. Разделение минеральных зерен различной крупности в этих аппаратах происходит в потоках соответственно жидкости или воздуха. Используется два основных способа разделения частиц: разделение в потоке, направление которого перпендикулярно или направлено под углом по отношению к действующим силам.
При первом способе разделения процесс классификации осуществляется в вертикальной струе воды или воздуха, при втором – в горизонтальной или наклонной струе. Когда классификация происходит в вертикальном потоке жидкости (воздуха), теоретически, все частицы, скорость падения которых больше скорости восходящего потока, должны опускаться и загружаться снизу, а частицы, скорость падения которых меньше скорости восходящего потока, должны выноситься вместе с потоком вверх и попадать верхний продукт. На практике такого четкого разделения обычно не наблюдается, так как этому препятствуют перемешивание частиц за счет турбулизации потока; отсутствие однородности в скоростях движения потоков (в центре они выше, чем у стенок); различия в форме и плотности разделяемых частиц. Поэтому разделение частиц осуществляется не строго по их размерам, а по их так называемой гидравлической крупности, вследствие чего при значительной разнице в форме и плотности частиц может наблюдаться их частичное гидравлическое обогащение.
Когда классификация зерен различной крупности происходит в горизонтальных потоках воды (воздуха), траектория движения частиц зависит от (vp), которая определяется сложением скорости вертикального перемещения (vb) их под действием силы тяжести и скорости горизонтального движения (vг) в направлении движения потока. Исходная пульпа подается слева, а слив удаляется справа. Глубина потока равна h, путь горизонтального прохождения потока l.
В отличие от грохочения, производящего разделение материала по крупности, гидравлическая классификация делит материалы на классы по равнопадаемости, т.е. каждый класс, полученный при гидравлической классификации, содержит зерна, имеющие одинаковую скорость падения в воде.
Гидравлическая классификация не является собственно обогатительным процессом и относится к подготовительным операциям.
В качестве подготовительной операции гидравлическая классификация применяется при подготовке материала перед гравитационным обогащением.
Гидравлическая классификация применяется для материала крупностью < 5...6 мм и производится в аппаратах, называемых гидравлическими классификаторами.
В результате гидравлической классификации смеси минеральных зерен различных диаметров и плотности получаются такие классы равнопадающих зерен, в которых зерна легкого минерала не имеют равных себе по величине зерен тяжелых минералов.
Процессы классификации нашли широкое применение на обогатительных фабриках. Верхний предел крупности материала, подвергаемого классификации, не превышает 5 – 6 мм для руд и 13 мм – для углей.
Эффективность процесса классификации оценивается извлечением определенного (граничного) класса крупности в слив или в пески (КПД классификации). В общем случае эффективность классификации возрастает при более низкой нагрузке и более разжиженных пульпах.
Выводы:
Классификация – процесс разделения смеси минеральных зерен на классы различной крупности по скоростям их осаждения в водной или воздушной средах. Классификация осуществляется в специальных аппаратах, называемых классификаторами, если разделение происходит в водной среде (гидроклассификация), и воздушными сепараторами, если разделение происходит в воздушной среде. Разделение минеральных зерен различной крупности в этих аппаратах происходит в потоках соответственно жидкости или воздуха.
Характер падения тел в жидкости или газообразной среде определяется взаимодействием трех сил: силы тяжести, направленной вниз, подъемной (архимедовой) силы, направленной вверх, и силы сопротивления среды, направленной тоже вверх. Сила тяжести зависит от плотности и объема твердого тела, подъемная сила – от объема тела и плотности среды; сила сопротивления среды зависит от режима движения (турбулентного или ламинарного)
Контрольные вопросы:
1.
Что определяет характер падения тел в жидкой или газообразной среде?
2.
Что называется параметром Рейнольдса?
3.
Каковы закономерности падения минеральных частиц в среде?
4.
Что называют классификацией?
5.
Какие способы разделения частиц Вы знаете?
6.
Какие аппараты применяются для разделения частиц на различные классы крупности?
Темы семинаров:
