Грохочение – процесс классификации частиц по их геометрическому размеру. Форма частиц и удельный вес материала, из которого они состоят, могут иметь определённое значение, но в гораздо большей степени разделение зависит от размера частиц.

Технический прогресс в конструктивных решениях современных грохотов, а также разработка износоустойчивых, незабивающихся сеток сделали применение тонкого грохочения в технологических схемах обогатительных фабрик экономически целесообразным. В общем случае, мы говорим о тонком рассеве в диапазоне от 10 мм до 38 мкм (400 меш). Тонкое грохочение, как правило, осуществляется с использованием высокочастотной, низкоамплитудной вибрации сетки по линейной (возвратно-поступательной) или эллиптической траекториям. Такие – сочетающие высокие производительность и эффективность разделения – типы грохотов являются предметом рассмотрения в данной статье.

Стационарные грохоты обычно дешевле за одно устройство. Однако они имеют значительно меньшую производительность, и поэтому для достижения приемлемой эффективности разделения требуется большее количество устройств, работающих параллельно, часто, в несколько стадий. При необходимости очень точного разделения с минимальными погрешностями используют грохоты с плоскокруговым движением решетки.

Тонкое грохочение применимо как к мокрым, так и сухим процессам разделения, но механизмы разделения при этом существенно отличаются. В мокром грохочении частицы подаются на грохот в пульпе – меньшие по размеру, чем размер ячейки сита, проходят сквозь него вместе с жидкостью, и процесс разделения заканчивается на относительно небольшой длине решетки. После того, как большая часть жидкости ушла, и до того, как будет добавлена дополнительная, обеспечивающая дальнейший отсев тонких частиц жидкость, грохот работает как обычный вибрационный конвейер. В большинстве случаев, требования к оборудованию могут быть определены, исходя из удельной производительности на ширину решетки. Например – т/час/м.

Сухое грохочение в большой степени статистический процесс – по мере продвижения к концу сита частицы многократно сталкиваются с поверхностью решетки, катясь или скользя по ней. Для прохождения сквозь ячейку частица должна быть расположена точно напротив отверстия, что определяется вероятностными законами. Грохоты сухого типа требуют определенной длины сита для обеспечения приемлемой эффективности разделения, и, т. о., важным конструктивным параметром становится площадь решетки. Требования к оборудованию могут быть определены на основе удельной производительности на площадь решетки. Например – т/час/м2.

Ситовая характеристика одного или более продуктов является важной характеристикой для грохота при ряде технологических процессов. Однако не менее важна для оценки работы грохота эффективность разделения. С практической точки зрения, эффективность грохочения аналогична понятию извлечения, тогда как ситовая характеристика продукта сходна с понятием класса.

Эффективность грохочения может пониматься как доля от части питания, правильно отсеянной грохотом. По заданному классу могут быть рассчитаны три показателя эффективности: питания, подрешетного и надрешетного. Надрешетная эффективность – это доля плюсового относительно размера разделения класса в питании, полученная в надрешетном. Аналогично, подрешетная эффективность – это доля минусового относительно размера разделения класса в питании, полученного в подрешетном. Общая эффективность – это общая доля частиц, правильно рассеянных относительно их количества в питании.

Для расчета эффективности по заданному размеру разделения необходимы следующие данные:
A – % плюсового класса в питании;
B – % минусового класса в питании (100 – A);
C – % плюсового класса в надрешетном;
D – % минусового класса в подрешетном.

Разделение по массе и значения эффективности рассчитываются следующим образом:

Например, при грохочении на классе разделения 140 меш для питания, содержащего 95,9% класса – 140 меш, после грохочения ситовой анализ надрешетного показывает содержание 58,4% класса –140 меш, тогда как для подрешетного – содержание того же класса составляет 98,7%. Таким образом, А = 4,1, B = 95,9, C = 41,6, D = 98,7. Используя вышеприведенные уравнения, получаем U = 93,1, O = 6,9, EU = 95,8, EO = 70,5, и E = 94,7. В этом примере, грохот правильно рассевает примерно 95% материала.

Существует мнение, что тонкое грохочение в большей степени искусство, чем наука (Matthews 1985). В отличие от грубого грохочения, несмотря на огромное количество экспериментальных данных, разработка точной математической модели и/или справочных таблиц для тонкого грохочения были до сегодняшнего дня невозможными. Точные требования к грохоту для тонкого рассева, параметры работы, эффективности и т. д. могут быть наилучшим образом определены в результате полномасштабных испытательных грохочений представительных образцов питания. Производители грохотов, как правило, наиболее профессиональны в предоставлении рекомендаций по предварительному подбору типа грохота, а также подготовлены для проведения полномасштабных испытаний.

Мокрое тонкое грохочение

Выбор и параметры использования соответствующего грохота для мокрого рассева зависят от цели технологического процесса. Например, технологически целесообразно максимизировать надрешетную эффективность (правильное удержание плюсового класса в надрешетном) в циклах измельчения с использованием грохотов. Весь грубый, нераскрытый материал должен быть отделен грохотом и направлен обратно на измельчение. Подрешетная эффективность также важна, но процесс допускает определенное количество тонких частиц в возвращаемом продукте.

Извлечение твердого на тонком мокром грохоте является другим примером, когда надрешетная эффективность играет критическую роль. Если спецификация продукта требует минимального содержания тонких классов, подрешетная эффективность будет более важна – грохот должен отсеять практически всю тонкую фракцию из питания. В процессах обезвоживания предпочтительной будет низкая подрешетная эффективность, поскольку целью процесса является извлечение и обезвоживание возможно большего количества частиц. В каждом из приведенных примеров используются разные типы грохотов с различными рабочими параметрами.

Рассмотрим факторы, влияющие на производительность процесса при мокром рассеве. Производительность тонкого мокрого грохочения определяется как оптимальный расход питания при достижении заданных свойств продуктов. Расход питания, обычно выраженный как расход по сухому твердому (т/час), является одним из наиболее важных параметров работы грохота. Зная производительность грохота, можно рассчитать общее необходимое количество машин для достижения требуемых параметров технологического процесса в целом.

Превышение оптимальной производительности приводит к увеличению неправильного рассева частиц, а также снижает срок службы сеток. Тем не менее, с учетом других факторов, оптимальная производительность может быть несколько превышена без значительного ухудшения эффективности. Лучшим способом определения оптимальной производительности являются полномасштабные испытания процесса грохочения представительного образца питания.
Содержание твердого в питании

Как указывалось выше, частицы, тоньше размера разделения, проводятся в подрешетное пространство посредством пульповой жидкости. Таким образом, существенное влияние на эффективность грохочения оказывает плотность питания – при уменьшении содержания твердого увеличивается эффективность по подрешетному продукту. С практической точки зрения, плотность питания при примерно 20-процентном содержании твердого является разумным компромиссом в незначительной зависимости от удельного веса твердого. Так, например, наибольшая эффективность рассева силикатного песка имеет место при 45-процентном содержании твердого в питании и удельном весе твердого в 2,6 т/м3. Для минерала с удельным весом в 5,0 питание, при обеспечении достаточной эффективности, должно содержать 55% твердого.

Для увеличения эффективности рассева по подрешетному (правильное помещение частиц меньше размера разделения) пульпа питания может содержать даже меньшее количество твердого (даже 10–15% по объему). Данные испытаний показывают, что более эффективно добавлять распульповывающую жидкость в подготовку питания, нежели непосредственно распылять ее в том же количестве на решетку в процессе грохочения. Напротив, поскольку для процессов обезвоживания целью является максимальная эффективность надрешетного, питание должно подаваться на грохот с максимальной плотностью.
Ситовая характеристика

Одним из важных факторов, влияющих как на производительность, так и на эффективность мокрого рассева, является ситовая характеристика питания. Поскольку частицы меньше размера разделения должны быть проведены в подрешетное пространство – производительность грохота обычно снижается при увеличении доли таких частиц в питании. Другим важным фактором является количество частиц, близких по размеру к классу разделения. Этот класс частиц определяется как класс, больший или меньший на 2 стандартных меш-размера, чем размер разделения. Близкоразмерный класс большего размера разделения затрудняет проведение частиц в подрешетное пространство и, в отдельных случаях, приводит к забиванию сеток. При большом количестве близкоразмерного класса еще одним важным фактором является правильный выбор материала и конструкции сетки.
Ячейка сита и живое сечение (соотношение эффективной суммарной площади отверстий к общей площади сетки)

В общем случае, чем больше размер ячейки, тем выше производительность грохота. Напротив, при уменьшении размера разделения уменьшается объем питания. Например, в результате полномасштабного испытательного грохочения было определено, что производительность грохота по ячейке в 250 мкм (60 меш) составляет 100 т/час. При уменьшении ячейки до 150 мкм снижение производительности может составить 20–40%. Производительность грохочения при постоянном размере ячейки также зависит от живого сечения сетки. Иногда, для увеличения срока службы сетки, целесообразно использовать таковые с меньшим живым сечением. Однако такое решение приведет к уменьшению производительности.