2.1.4. Барабанные тяжелосредные сепараторы

Барабанные тяжелосредные сепараторы, применяемые для обогащения угля, подразделяются на два типа: барабанные сепараторы с неподвижным цилиндрическим кожухом и элеваторными колесами для удаления продуктов обогащения и вращающиеся барабанные сепараторы.

Барабанные сепараторы с неподвижным кожухом. Наибольшее распространение получили сепараторы «Нельсон-Девис» и «Линк-Бельт».

Сепаратор «Нельсон-Девис» (рис. 2.11) представляет собой цилиндрический кожух 1 диаметром 3 м и шириной 2,1 м. В кожухе заключен вращающийся барабан 2, разделенный на отсеки 4 лопастями 3 с отверстиями. Частота вращения барабана 2 об/мин.

Цилиндрический кожух наполовину заполнен суспензией, уровень которой достигает отверстия 5 для выпуска всплывшего угля. Уголь, подлежащий обогащению, поступает в приемник 6.

Принцип обогащения в барабанном сепараторе «Нельсон-Девис» показан на рис. 2.12. Барабан механическим путем осуществляет операции по разделению смеси тяжелых и легких частиц угля, которые легко можно производить вручную.

Сепаратор «Линк-Бельт» (рис. 2.13) состоит из ванны 1 в виде пирамидальной воронки, верхнего кожуха 2 призматической формы и элеваторного колеса 3 с сетчатым ободом 4, имеющего на внутренней поверхности подъемные лопасти 5. Магнетитовая суспензия подается в сепаратор в двух точках: основная часть суспензии подается вдоль оси барабана по желобу 6 вместе с обогащаемым углем и меньшая часть – в вершине 7 воронки.

Рис. 2.12. Принцип обогащения углей в барабанном сепараторе:

1 – захват угля рукой; 2 – погружение руки с углем в суспензию; 3 – всплывание угля при раскрытии погруженной руки в суспензии; 4 – потряхивание рукой для более полного отделения концентрата; 5, 6 и 7 – удаление из суспензии невсплывшего продукта

Всплывший уголь продвигается потоком суспензии вдоль оси барабана и вместе с потоком суспензии удаляется по желобу 8. Утонувшие отходы большей плотности, чем плотность суспензии, поднимаются лопастями элеваторного колеса и сбрасываются в приемный желоб, расположенный вдоль барабана над зеркалом суспензии.

Схема вращающегося барабанного тяжелосредного сепаратора приведена на рис. 2.14.

Барабанный тяжелосредный сепаратор с элеваторной разгрузкой представляет собой вращающийся барабан 1, на внутренней поверхности которого закреплены перфорированные лопасти 2 (рис. 2.14).

Исходное сырье подается внутрь барабана через отверстие в передней торцовой стенке по желобу 3, а суспензия – по трубопроводу 4. Барабан посредством реборд удерживается на четырех опорных роликах 5 и предохраняется от осевого смещения такими же роликами 6.

Привод барабана, состоящий из электродвигателя, клиноременной передачи, редуктора 8 и шестерни 9, установлен на раме 7. Непосредственно вращение ему передается через венцовую шестерню 10.

Всплывший продукт вместе с потоком суспензии самотеком через отверстие в задней торцовой стенке барабана выгружается в желоб 11. Потонувшая фракция поднимается лопастями 2 вверх, а затем под действием сил тяжести направляется в желоб 12 и далее – на отмывку суспензии. Поскольку лопасти перфорированы отверстиями, в желоб 12 попадает незначительная часть суспензии.

По сравнению с конусным сепаратором время обогащения в барабанном значительно меньше, поэтому эффективность разделения в нем несколько ниже.

Спиральные барабанные сепараторы (рис. 2.15), предназначенные для обогащения различных полезных ископаемых, изготавливаются трех типоразмеров: СБС-1,8, СБС-2,5 и СБС-3. Технологические параметры данных машин и предыдущих – аналогичны.

Рис. 2.15. Спиральный барабанный сепаратор типа СБС:

1 – барабан; 2, 3 – загрузочный желоб и стойка его крепления; 4 – опорный ролик; 5 – желоб всплывшего продукта; 6 – привод барабана; 7 – редуктор привода; 8 – рама; 9 – упорный ролик; 10 – желоб потонувшего продукта; 11 – стойка крепления желоба; 12 – лопастный элеватор; 13 – реборда качения; 14 – спиральная решетчатая лопасть

Конструктивно сепараторы типа СБС отличаются наличием решетчатых спиралей на внутренней поверхности барабана, при вращении которого они перемещают потонувшие фракции к его разгрузочному концу, где с помощью лопастного элеватора эти фракции поступают в желоб тяжелого продукта.

Технические характеристики некоторых барабанных сепараторов приведены в табл. А17.

2.1.5. Колесные тяжелосредные сепараторы

Сепараторы с выгрузкой осевшей фракции элеваторным колесом нашли наибольшее применение. При разделении крупного угля на два продукта применяются сепараторы с одной ванной, при разделении на три продукта – сепараторы с двумя ваннами, либо установленные последовательно два однованных сепаратора.

Наиболее широкое распространение получили сепараторы с наклонным колесом, с вертикальным колесом, с вертикальным колесом и удлиненной ванной.

Сепаратор колесный с наклонным элеваторным колесом типа СК (рис. 2.16) состоит из корпуса 1 с элеваторным колесом, ванны 8, гребкового устройства 9, днища ванны 6 и 7 с четырьмя лапами 4, окна 15 с патрубком для подачи суспензии, загрузочного желоба 13, питателя 16 для подвода суспензии, щелевого сита 14 и привода.

Корпус 1 является опорной конструкцией сепаратора, устанавливаемой на раму или фундамент с помощью лап 4. На верхнем основании цилиндрической поверхности корпуса крепится ванна 6 прямоугольной формы. К днищу ванны крепится опора для элеваторного колеса и червячный редуктор 5. Верхняя часть опоры имеет вид наклонного желоба, в который разгружается тяжелая фракция.

Элеваторное колесо состоит из шести перфорированных черпаков и составной ступицы, насаженной на вал 10. Вал вращается в подшипниках, установленных в опоре и редукторе. Привод элеваторного колеса состоит из электродвигателя, клиноременной передачи 3, вала, установленного на кронштейне 2, и червячного редуктора.

Гребковое устройство 9 состоит из вала 11 со звездочкой 12, двух крестовин и шести лопастей. Сварные крестовины имеют ступицы и спицы, к концам которых крепят щеки с закрепленными на них осями. Лопасти подвешены шарнирно на осях и состоят из прорезиненных ремней, концы которых связаны двумя швеллерами. Привод гребкового устройства состоит из электродвигателя, редуктора и цепной передачи.

Исходное питание подается в ванну 8 по загрузочному желобу 13. Одновременно под слой материала через питатель 16 поступает тяжелая суспензия. Частицы тяжелой фракции тонут и скатываются по наклонному днищу ванны в черпаки элеваторного колеса, которыми они выносятся выше уровня суспензии и обезвоживаются. Суспензия возвращается в ванну, а осевшая фракция высыпается на разгрузочный наклонный желоб и удаляется из сепаратора.

Частицы легкой фракции всплывают на поверхность суспензии и ее поток транспортирует концентрат к разгрузочному порогу. Лопастями гребкового устройства 9 легкая фракция выгружается через порог на щелевое сито 14, где происходит отделение суспензии.

Сепараторы типа СК – двухпродуктовые, способ стабилизации суспензии – комбинированный.

Преимущества сепараторов типа СК: малое измельчение тяжелой фракции при транспортировании элеваторным колесом, максимальный размер кусков в исходном 500 мм, высокие производительность и точность разделения Е_pm = 0,03-0,05.

Сепараторы типа СК предназначены для обогащения угля крупностью 13-300 мм.

Сепаратор колесный с вертикальным элеваторным колесом типа СКВ приведен на рис. 2.17.

Основные узлы сепаратора СКВ: корпус с рабочей ванной, элеваторное колесо, гребковое устройство, приводы вращения элеваторного колеса и гребкового устройства.

В корпусе сепаратора 1 смонтированы основные узлы и механизмы: элеваторное колесо 7 с приводом 3, гребковый механизм 4 с приводом, опорные катки 6 элеваторного колеса, желоб 5 для выгрузки легкого продукта. Корпус имеет четыре опорных кронштейна для установки сепаратора на раме или опорных балках.

Исходный продукт по загрузочному желобу 2 поступает в рабочую ванну сепаратора. Через нижний патрубок корпуса в ванну подается суспензия, которая разделяется на транспортный (горизонтальный) и восходящий (вертикальный) потоки. Хорошо отрегулированные подача и отвод суспензии обеспечивают ее обмен в ванне сепаратора и непрерывную циркуляцию. В зависимости от производительности сепаратора высота слоя суспензии, переливающейся через порог разгрузочного желоба, составляет 30–80 мм.

В ванне сепаратора исходный уголь разделяется в магнетитовой суспензии на всплывшую (легкий продукт) и потонувшую (тяжелый продукт) фракции. Передвижение всплывшей фракции вдоль ванны осуществляется транспортным потоком, а разгрузка – гребковым механизмом. Потонувшая фракция оседает на дно ванны и с помощью ковшей 9 элеваторного колеса при его вращении выгружается из сепаратора.

Элеваторное колесо беговой дорожкой опирается на катки, снабженные винтами 11 для регулировки положения колеса относительно корпуса сепаратора. Расположенные в ковшах решетки 12 под действием собственной массы поворачиваются на шарнирах 10, открывая разгрузочные 8 и загрузочные 13 окна. Для удобства компоновки на фабриках сепараторы СКВ выпускаются в правом и левом исполнениях.

Модификацией сепаратора СКВ32 является сепаратор СКВС32, предназначенный для обогащения сланца. Он имеет шесть вместо восьми ковшей элеваторного колеса, что позволяет обогащать сланец крупностью до 500 мм. Сепараторы СКВС32 выпускаются Луганским заводом угольного машиностроения им. Пархоменко по индивидуальным заказам.

С целью повышения надежности и долговечности сепараторов СКВ Гипромашуглеобогащением создана новая конструкция элеваторного колеса, в которой стационарная колосниковая решетка ковшей заменена каскадной, состоящей из перекрывающих друг друга пластин с щелями между ними, колосники откидной решетки выполнены из нержавеющей стали круглого профиля и имеют расширяющийся по ходу движения материала зазор. Усилено крепление откидных решеток, что исключает их отрыв; футеровка беговой дорожки колеса и листы, образующие внутреннюю часть ковша, изготовлены из нержавеющей стали; улучшено их крепление к беговой дорожке.

Промышленные испытания элеваторного колеса новой конструкции в течение длительного времени показали его высокую работоспособность и незначительный износ деталей. Ковши нового колеса примерно вдвое быстрей освобождаются от суспензии, чем серийные, в щелях откидной решетки заклинивается значительно меньше «трудных» зерен.

Создан также новый привод элеваторного колеса со звездочкой из износостойкого сплава с литыми необработанными зубьями. Этот привод, по данным испытаний, должен работать в два раза дольше серийного.

Произведена футеровка ванны листами из нержавеющей стали, что повысит срок ее службы примерно в пять раз по сравнению с футеровкой из углеродистой стали.

Изменена конструкция опорных катков элеваторного колеса. Увеличен диаметр вала катков, подшипники вынесены из зоны возможного попадания суспензии, взамен реборд применены съемные накладки из термообработанной стали. Катки повышенной надежности приняты заводом-изготовителем к производству, срок их службы превышает в 2–2,5 раза срок службы катков старой конструкции.

На основании исследовательских данных ИОТТ Гипромашуглеобогащением был разработан усовершенствованный промышленный сепаратор СКВП32. Луганским заводом угольного машиностроения им. Пархоменко изготовлены две модификации сепаратора – с удлиненной ванной, что обеспечивает повышенную производительность машины, и с короткой ванной, которая повторяет габариты ванны серийного сепаратора СКВ32.

Основные узлы сепаратора СКВП32 с длинной ванной (рис. 2.18): корпус с рабочей ванной, элеваторное колесо, загрузочно-распределительное устройство, гребковое устройство, приводы элеваторного колеса, загрузочно-распределительного и гребкового устройства.

Корпус 1 сепаратора для облегчения сборки и монтажа выполнен из отдельных частей – днища, двух боковых секций, загрузочного лотка и разгрузочного желоба. Цилиндрическая часть корпуса (ванны) имеет футеровку из нержавеющей стали. Для выпуска из ванны суспензии (после окончания работы) в нижней части корпуса предусмотрено выпускное устройство 7. В корпусе крепятся основные узлы и механизмы сепаратора: элеваторное колесо 6 для выгрузки потонувшего продукта с приводом 18; загрузочно-распределительное устройство, состоящее из загрузочного желоба 12 с течкой, патрубка 11 для подвода суспензии, жалюзийной решетки 10 для равномерного распределения транспортного потока суспензии, лопастного погружателя 9, кармана 8 для подачи восходящего потока суспензии; разгрузочный гребковый механизм 14 с лопастями 15, кожух 13 желоба для выгрузки всплывшего продукта, опорные катки 20 элеваторного колеса. Кроме того, на корпусе крепятся общий привод качаний жалюзийной решетки и вращения разгрузочного гребкового устройства.

Вертикальное элеваторное колесо опирается на катки и приводится во вращение от звездочек двух приводов, расположенных по обе стороны колеса, через втулки и цевки. Колесо оснащено съемными ковшами 4, 5. Загрузка ковшей потонувшим продуктом осуществляется через загрузочные окна 3, а выгрузка – через разгрузочные окна 19. Для этой цели ковши снабжены откидными лопастями 2, крепящимися к ковшам шарнирно. Лопасти представляют собой решетку, состоящую из колосников, приваренных к гребенке и соединенных стержнями. При вращении элеваторного колеса лопасти под действием силы тяжести поворачиваются, открывая загрузочные и разгрузочные окна ковшей.

Всплывший продукт разгрузочным гребковым механизмом со свободно подвешенными лопастями через порог 16 и сито 17 предварительно сброса суспензии со щелевидными решетками выгружается из сепаратора.

Сепаратор СКВП32 с короткой ванной отличается от сепаратора СКВП32 с длинной ванной отсутствием загрузочно-распределительного устройства, вместо которого установлен обычный загрузочный желоб.

В конструкции обеих модификаций сепаратора СКВП32 учтены все мероприятия, направленные на повышение надежности и долговечности серийных сепараторов СКВ (усиление и улучшение конструкции, применение материалов повышенного качества).

Трехпродуктовый сепаратор СТТ разработан Гипромашуглеобогащением.

Основные узлы сепаратора (рис. 2.19): корпус, элеваторные колеса, погружатель, перегружатель, гребковый механизм, приводы.

В сепараторе СТТ с двумя ваннами разделение угля производится по двум плотностям в одном потоке суспензии с единым циклом ее циркуляции.

Исходный уголь по загрузочному желобу поступает в ванну породного отделения сепаратора, где он с помощью роторного погружателя равномерно распределяется по ширине ванны и погружается в суспензию. Рабочая суспензия подается по патрубку в загрузочный желоб, создавая транспортный горизонтальный поток. В ванне породного отделения разделение осуществляется по высокой плотности, потонувший продукт (отходы) выгружается элеваторным колесом, а всплывший продукт (смесь концентрата с промпродуктом) транспортируется вдоль ванны и с помощью роторного перегружателя передается в ванну промпродуктового отделения. Перегородка между ваннами не допускает перетекания суспензии меньшей плотности из второй ванны в первую. Потонувший во второй ванне продукт (промпродукт) выгружается элеваторным колесом, а всплывший продукт (концентрат) потоком суспензии перемещается вдоль ванны и удаляется через сливной порог с помощью гребкового механизма.

Рис. 2.19. Сепаратор СТТ трехпродуктовый с вертикальными элеваторными колесами:

1 и 10 – ванны породного и промпродуктового отделений; 2 – погружатель; 3 – загрузочный желоб; 4 – смесительный желоб; 5 и 7 – элеваторные колеса с приводами; 6 – труба для подачи слива регенерационного сепаратора на разбавление суспензии в промпродуктовом отделении; 8 – гребковый механизм с приводом; 9 – желоб для выгрузки концентрата; 11 – отбойник для суспензии; 12 – роторный перегружатель; 13 – перегородка

В породное отделение сепаратора поступает суспензия, имеющая плотность, необходимую для выделения отходов (например, 1900 кг/м³). В промпродуктовое отделение, куда суспензия из первого отделения переходит вместе со всплывшим продуктом, подается слив регенерационных сепараторов для ее разбавления и доведения до плотности, необходимой при разделении на концентрат и промпродукт (например, 1450 кг/м³). Плотность суспензии в обоих отделениях контролируется и поддерживается автоматическими регуляторами.

Трехпродуктовый сепаратор заменяет два последовательно установленных двухпродуктовых сепаратора, благодаря чему упрощаются аппаратурные схемы тяжелосредных комплексов для обогащения коксующихся углей, которые необходимо разделять на три продукта.

За рубежом для обогащения углей в минеральных суспензиях с разделением их на два продукта применяются в основном колесные, барабанные и корытные сепараторы.

Технические характеристики отечественных и зарубежных тяжелосредных колесных сепараторов приведены в табл. А18.