Сепарирование представляет собой максимальную очистку зерна от находящихся в его массе различных примесей, которые обладают другими геометрическими и аэродинамическими свойствами.

Этот процесс практически всегда довольно сложный, так как изначально в общей массе зерна может находиться от 15 до 20% сторонних частиц. Кроме того, при повышенной влажности и , отделение сторонних добавок становится еще сложнее.

1 Назначение устройства

С течением времени скорость уборки зерновых с полей только возрастает. Поэтому, для предварительной подготовки зерна к дальнейшей переработке хозяйственникам следует иметь сепаратор зерна с высокой производительностью и эффективностью обработки:

• минимум 100 тонн зерна в час;
• возможностью обработки всех зерновых культур;
• работа с сырьем имеющим высокую степень засоренности и влажности.

1.1 Этапы переработки

Для выполнения всех требований к конечному продукту, зерну необходимо пройти несколько этапов сепарирования, которые обеспечат качественный результат.

Первый — аэродинамический, при котором происходит отделение легких примесей с помощью воздушного потока. С него начинают, так как солома (стебли) зерновых и ости являются основной массой примесей — до 70% из всех присутствующих в массе зерна.

Кроме того, если этого не сделать при первой операции в сепарировании, в дальнейшем легкие примеси будут застревать в калибровочных отверстиях решеток и сит на следующих этапах работы. Очищать такие засорения очень сложно, и на это уходит много времени и сил.

Второй этап представляет собой отделение крупноразмерных примесей с помощью решет, которые имеют большие отверстия. Технологически очень важно, чтобы вся масса зерна прошла через них, иначе будут значительные потери. Это условие является одним из факторов, который очень сильно влияет на производительность сепаратора.

Третий — удаление мелких примесей. Для этого сепаратор зерновой имеет подсевные решета с небольшими отверстиями. При прохождении через такое устройство удаляется от 2 до 5% общей массы примесей. Так как слой зерна является достаточно плотным, то такое разделение занимает много времени, что сказывается на производительности машины. Эффективность удаления именно мелких примесей говорит о техническом превосходстве того или иного устройства.

Четвертый и окончательный этап — воздушная очистка зерна от легких примесей, которые остались после предыдущей операции. При этом извлекается максимальное количество легких примесей, в том числе и зерна, имеющие какой либо дефект, или нестандартную аэродинамическую форму. Для большей эффективности проведения этой операции в зерновых сепараторах должна присутствовать тонкая настройка воздушного потока.

1.2 Сепаратор «ЛУЧ» ЗСО

Зерновой сепаратор ЛУЧ, с барабанным типом механизма очистки, применяется на предприятиях переработки зерна для очистки доставленного с полей урожая от всех типов примесей (крупных, мелких и легких).

Эта зерноочистительная машина состоит из ситового и воздушного разделителей. Неочищенная зерновая масса, которая поступает в машину, проходя приемный патрубок, обдувается сильным воздушным потоком, который отделяет легкие примеси.

Пройдя воздушный обдув, зерно попадает в барабан с ситами, где от него отделяются крупные и мелкие фракции. После разделения, каждая фракция удаляется из машины через предназначенные для них патрубки.

При засорении сит их очистка производится при помощи подвижных блоков с катками и щетками.

Ситовый сепаратор (барабан с ситами) эффективно выполняет все операции по очистке зерновых:

• предварительной;
• первичной;
• вторичной (сортировочной, калибровочной).

Воздушный сепаратор (его еще называют аспиратором) для отделения легких фракций при помощи воздушного потока выпускается производителем в двух разновидностях:

• ВСН — имеет разомкнутый цикл движения воздуха;
• ВСЗ — цикл движения воздуха замкнут.

Производительность сепараторов ЛУЧ ЗСО достаточно высокая — от 25 до 300 тонн зерна в час, что позволяет применять его как на средних, так и на крупных предприятиях по первичной переработке убранного с полей зерна.

1.3 Зерновой сепаратор Луч в работе (видео)

1.4 Отличительные качества

Машина данного типа имеет ряд достоинств, которые должны устроить потенциального пользователя:

• при работе агрегата практически отсутствует шум и вибрация, которая может динамически повлиять на всю конструкцию;
• обладает высокой надежностью, обеспеченной простотой конструкции;
• основные детали и узлы, такие как подшипники, электрооборудование, приводы изготовлены европейскими производителями, имеющими высокую репутацию;
• воздушный сепаратор, в варианте замкнутого цикла прохождения воздушного потока, не нуждается в установке дополнительного оборудования (вентилятор, циклон, воздуховод) для очистки воздуха участвующего в процессе;
• при очистке исключена возможность разрушения зерна, что позволяет использовать такой тип сепаратора для подготовки семенного фонда;
• сита выполнены из обычных штампованных полотен, которые не требуют рамок для установки и закрепления, что позволяет проводить их замену без специальной подготовки;
• эффективно очищается даже сильно засоренное и очень влажное зерно;
• при очистке сит используются простые, надежные и эффективные устройства;
• имеется возможность изменить угол наклона барабана от 1 до 5 градусов.

2 Магнитные сепараторы

Магнитные сепараторы для зерна предназначены для удаления металлических фракций, которые не удалось убрать, используя обычные зерноочистительные машины.

Присутствие таких частиц в общей массе зерна может привести к возникновению искрения или нежелательному механическому воздействию при дальнейшей переработке.

Попадание металла в готовую пищевую продукцию строго регламентировано законодательством, так как это может причинить ущерб здоровью потребителей.

Весь процесс отделения металлических фракций от зерна заключается в свойстве притягивания отдельных предметов электромагнитным полем. Зерно таковыми свойствами не обладает, поэтому, попадая в зону притяжения, свободно продолжает свое движение, в то время как весь металл прилипает к магниту.

Эффективность работы такого устройства определяется по силе магнитного экрана и содержанию примесей данного типа до, и после проведения процедуры очистки.

2.1 Результат работы зернового сепаратора (видео)

2.2 Виды по устройству

Производителями выпускаются устройства, которые работают по одному и тому же принципу, но могут отличаться габаритными размерами. Предусмотрены варианты, как для мелких фермерских хозяйств, так и для крупных агропромышленных комплексов.

Основными типами являются:

• барабанный (цилиндрический) магнитный сепаратор, в котором магнитный элемент находится внутри барабана, а для выделенных металлических частиц имеется отдельный сборник-контейнер;
• пластинчатый магнитный сепаратор с магнитом на откидывающейся дверце в виде прямоугольных ребер;
• стержневой магнитный сепаратор, который выполнен в виде рамы с горизонтально расположенными магнитными трубками, полностью покрывающими зону прохождения зерна.

Электромагнитный сепаратор предназначен для очистки гладких семян проса, льна и трав от трудноотделимых семян сорных растений повилики, плевела, василька и др., с шероховатой поверхностью.

Принцип работы таких машин основан на способности шероховатых зерен удерживать на поверхности специальный магнитный порошок, в результате чего они притягиваются электромагнитом.

• люцерны
• клевера
• проса

гладкая поверхность, поэтому магнитным порошком не обволакиваются и ферромагнитные свойства не приобретают.

Магнитный порошок составляет из 80 % оксида железа и 20 % мела .

Устройство

Электромагнитная семяочистительная машина состоит из:

1. Засыпного бункера
2. Увлажнителя
3. Аппарата дозировки магнитного порошка
4. Смесительного устройства
5. Наклонного шнека
6. Лоткового транспортера
7. Электромагнитного барабана
8. Селенового выпрямителя тока
9. Электровентилятора
10. Пылеосаждающего циклона.

Главный рабочий орган - электромагнитный барабан, состоящий из вращающегося латунного цилиндра и неподвижной оси, на которой установлены две катушки возбуждения из алюминиевого провода и три стальных сектора электромагнита, отделенные один от другого кольцевыми промежутками.

При прохождении электрического тока через обмотки катушек между секторами возникает электромагнитное поле.

В латунном цилиндре против кольцевых промежутков имеется четыре кольцевых рифа, образующих в зоне действия магнитного поля два ручья.

1 – смесительные шнеки; 2 – корпус увлажнителя; 3 – засыпной бункер; 4 -аппарат дозировки магнитного порошка; 5 – наклонный шнек; 6 – лотковый транспортер; 7 – электромагнитный барабан; 8 – приемник; I – гладкие семена; II – шероховатые семена; III – магнитный порошок.

Принцип работы

Семена, подлежащие очистке, загружают в засыпной бункер, откуда через дозирующее отверстие поступают в корпус увлажнителя и затем в смесительные шнеки.

Увлажнение семян путем разбрызгивания струи воды на вращающемся диске применяют главным образом при очистке клевера, люцерны от подорожника и горчака с целью полного обволакивания семян сорняков порошком. В других случаях машина работает без увлажнения семян .

Магнитный порошок дозируется в аппарате, где установлены мешалка и спиральный дозировочный шнек, подающий порошок в верхний смесительный шнек.

Количество подаваемого порошка регулируют изменением частоты вращения дозировочного шнека. Порошок должен составлять 1-3 % от массы пропускаемых семян.

Семена смешиваются с порошком в верхнем и нижнем смесительных шнеках и наклонном шнеке. При этом шероховатые семена сорняков и щуплые зерна очищаемой культуры обволакиваются магнитным порошком.

Из наклонного шнека смесь поступает на лотковый транспортер, совершающий колебательное движение.

На транспортере, она делится на два потока и по лоткам поступает в ручьи электромагнитного барабана, где подвергается воздействию магнитного поля.

Гладкие семена скатываются сразу вниз через приемник – выход I, а шероховатые семена с приставшим к ним порошком сначала притягиваются цилиндром, а затем в нижней части, где действие магнитного поля прекращается, отрываются и попадают в выход II. Осыпавшийся порошок идет в выход III.

Для отсасывания магнитной пыли и транспортирования ее в циклон, устанавливаемый вне рабочего помещения, действует пылевой центробежный вентилятор.

Рабочие органы электромагнитного сепаратора и вентилятора приводятся в действие от двух электродвигателей.

Характеристики

• Производительность машины 180-250 кг/ч
• Масса 1100 кг.

Аппараты для обогащения сильномагнитных руд получили на­звание сепараторы со слабым магнитным полем, а аппараты для обогащения слабомагнитных руд – сепараторы с сильным магнит­ным полем.

В сепараторах для обогащения сильномагнитных руд приме­няются обычно открытые магнитные системы (рис. 1, а), а в се­параторах для слабомагнитных руд – замкнутые магнитные систе­мы (рис. 1, б). Первые, характеризуются расположением рабочей зоны разделения с одной стороны от полюсов, вторые – расположе­нием рабочей зоны между полюсами.

Рабочей зоной сепаратора называется участок магнитной сис­темы над или между полюсами, где происходит разделение частиц на магнитные и немагнитные, сопровождающееся притяжением магнитных частиц к полюсам, удерживанием их и транспортирова­нием к месту разгрузки.

Рис. 1. Схемы магнитных систем сепараторов:

а – сепаратор с открытой многополюсной системой: 1 – барабан; 2 – полюса; 3 – частица руды; ∆ – расстояние от поверхности полюса до частицы; S – шаг полюсов; d – размер частицы;

б – сепаратор с замкнутой магнитной систе­мой: 1 – валок: 2 – полюса; 3 – схематичное изображение магнитопровода. L - длина рабочей зоны; ℓ – высота рабочей зоны; ℓ à0.

Длина L рабочей зоны сепараторов (см. рис. 1) определяется расстоянием от начала участка, где начинается притяжение магнит­ных частиц, до участка, где кончается разгрузка немагнитных час­тиц. Высота рабочей зоны ℓ сепараторов (см. рис. 1) выбирается исходя из крупности обогащаемого материала и его магнитных свойств.

Сепараторы для обогащения слабомагнитных руд с замкнуты­ми магнитными системами имеют обычно рабочую зону малой дли­ны и высоты, что объясняется трудностью создания сильного поля в большом объеме. Последнее ограничивает крупность обогащаемых частиц (обычно менее 5 мм). Сепараторы с открытыми магнитными системами имеют обычно более высокую длину и высоту рабочей зоны, что не накладывает принципиальных ограничений на круп­ность разделяемого материала, которая достигает 100 мм.

Сепараторы с открытыми магнитными системами имеют ряд полюсов чередующейся полярности, края которых расположены по цилиндрической поверхности (см. рис. 1, а) или в плоскости.

Необходимость в чередовании полярности магнитов возникает при повышенном содержании мелких и тонких ферромагнитных зерен и стремлении получить чистую магнитную фракцию, бла­годаря магнитному перемешиванию сильномагнитных частиц.

Рис. 2. Схема сил, действующих на частицы в сепараторах.

а – сепаратор с верхней подачей материала (сухое обогащение):

1 – бара­бан; 2 – магнитная система; 3 – траектория движения частицы; 4 – шибер;

б – сепаратор с нижней подачей (мокрое обогащение):

1 – ванна; 2 – маг­нитная система; 3 – траектория движения частицы.

Более частая смена полярности полюсов в сепараторах ПБСЦ вызывает быстрое вращение прядей слипшихся зерен и укорачи­вает их, что, в конечном счете, увеличивает избирательность разделения (0,7 вместо 0,4) и позволяет при столь же высоком: извлечении получить несколько более чистые магнитные фракции.

Магнитные полюса разомкнутых систем обычно изготовляют из прессованного феррита бария, а верхнюю их часть – из ферритов стронция в виде магнитных клиньев-вкладышей между полюсами для выталкивания магнитного потока в рабочую зону и повышения напряженности поля в рабочем зазоре на 15%.

На характеристику поля многополюсных магнитных систем влияет напряженность магнитного поля на поверхности полюсов, шаг полюсов S , отношение ширины полюса b к ширине паза между полюсами а и форма полюсов или полюсных наконечников. Шагом полюсов многополюсной магнитной системы называется расстояние между центрами двух соседних разноименных полюсов.

По характеру перемещения исходного продукта через рабочую зону все сепараторы можно разделить на аппараты с верхней подачей и нижней. Разделение может осуществляться в воздушной и в водной средах.

Силы, действующие на частицы в сепараторах с верхней и ниж­ней подачей материала, изображены на рис. 2.

Все магнитные сепараторы состоят из следующих основных узлов: магнитной или электромагнитной системы; питателя для подачи материала в рабочую зону сепаратора; рабочего органа (барабана, диска, валка и др.) для извлечения магнитного продукта и удаления его из рабочей зоны, кожуха или ванны с отделениями для магнитного и немагнитного продуктов. Барабаны, ванны и некоторые другие детали магнитных сепараторов должны быть немагнитными и обладать достаточной механической прочностью и износостойкостью. Конструкции отдельных узлов и режим работы различных типов сепараторов характеризуются большим разнообразием.

В зависимости от назначения сепаратора и напряженности магнитного поля все магнитные сепараторы подразделяются на сепараторы со слабым и сильным магнитными полями (рис.5.4).

В сепараторах со слабым полем напряженностью от 70 до 120 кА/м и силой от 3∙10 5 до 6∙10 5 кА 2 /м 3 большое распространение получили магнитные системы из постоянных магнитов (рис.5.4 а ). Основным типом рабочего органа для извлечения и транспортирования магнитного продукта из зоны действия магнитной силы (из рабочей зоны) является барабан. Барабанные сепараторы являются основными при обогащении сильномагнитных железных руд. Другие типы магнитных сепараторов со слабым магнитным полем (шкивные, ленточные и др.) в промышленности практически не применяются.

Рис. 5.4. Общие виды (разрезы) некоторых типов сепараторов: а - сухой магнитный сепаратор 2ПБС-90/250: 1,5- нижняя и верхняя части корпуса соответственно; 2 - люк смотровой; 3 - делитель; 4,7 -соответственно нижний и верхний магнитные барабаны; б - кожух; 8 -щиток; 9 - крышка; 10-течка; 11 - очиститель;

б - магнитный барабанный сепаратор ПБСЦ-63/50: 1 - бункер; 2 -вибропитатель; 3 - барабан; 4 - магнитная система; 5 - разгрузочные бункера; 6 - рама;

в - мокрый магнитный сепаратор ПБМ-ПП-90/250: 1 - барабан; 2 - магнитная система; 3 - привод;

г -валковый магнитный сепаратор 4 ЭВМ-38/250: 1 - перепускной клапан; 2 - брызгала;3 - привод; 4 - питатель; 5 - магнитная система; 6 -сливные патрубки продуктов разделения; 7 - основание;

д - магнитогидростатический сепаратор: 1 - опора магнитной системы; 2-катушка электромагнита; 3 - кювета; 4 - магнитопровод; 5 - полюсные наконечники; 6 - магнитная пластина; 7-разгрузочное устройство

В сепараторах с сильным полем - валковых и дисковых - поле напряженностью от 800 до 1600 кА/м и силой от 3∙10 7 до 1210∙10 7 кА/м создается электромагнитными системами, в высокоградиентных сепараторах - полиградиентной средой. По сравнению с сепараторами со слабым магнитным полем, они характеризуются более сложной конструкцией, высокой стоимостью, более громоздки и менее производительны. Сепараторы используют при обогащении слабомагнитных железных и марганцевых руд, при обезжелезнении каолиновых, тальковых, графитовых и других неметаллических полезных ископаемых, для доводки и разделения концентратов, получаемых при обогащении руд и россыпей цветных и редких металлов.

Увеличение напряженности магнитного поля на всех типах сепараторов приводит к увеличению магнитной силы и наиболее полному извлечению магнитных зерен, в том числе и с более низкой магнитной восприимчивостью. Однако чрезмерное увеличение напряженности поля может привести к ухудшению качества концентрата за счет извлечения в него большого количества сростков магнитных минералов с немагнитными.

Недостаточная величина напряженности поля является причиной потерь магнитных минералов с хвостами магнитной сепарации. Получение максимально возможных технологических показателей достигается различной величиной напряженности магнитного поля сепараторов в основных, контрольных и перечистных операциях. Она должна увеличиваться в каждой последующей основной или контрольной операции, чтобы обеспечить получение бедных хвостов, и наоборот уменьшаться в каждой последующей операции перечистки концентрата, чтобы обеспечить необходимое его качество.

В зависимости от характера среды разделения минералов магнитные сепараторы делятся на сухие (рис.5.4 а,б) - для обогащения полезных ископаемых в воздушной среде - и на мокрые (рис.5.4 в,г,д) - для обогащения в водной среде.

Сухой магнитной сепарации подвергается материал крупностью от 3 до 50-100 мм. При обогащении более мелкого материала наблюдается сильное пылеобразование, резкое ухудшение условий труда и эффективности обогащения вследствие неселективного слипания тонких частиц. Поэтому сухая магнитная сепарация тонкозернистого сильномагнитного материала является исключением, обусловленным наличием особых обстоятельств (например, острым недостатком воды), а слабомагнитного - трудностью создания интенсивного поля в большом объеме при использовании замкнутых магнитных систем.

Мокрой магнитной сепарации подвергается материал мельче 3-6 мм, отрицательной особенностью которой является более высокое сопротивление водной среды (по сравнению с воздушной) продвижению как магнитных частиц по направлению действия магнитной силы F м, так и немагнитных в направлении действия механических сил. Особенно неблагоприятно это сказывается на разделение тонких частиц, в результате чего часть наиболее тонких частиц теряется с немагнитным продуктом.

При сухом обогащении с увеличением скорости врашения барабана вследствие возрастания частоты поля и центробежной силы наблюдается повышение качества магнитного продукта (концентрата). При мокром обогащении, наоборот, скорость вращения барабанов или валков должна быть ограничена, так как они, перемещаясь вместе с магнитными частицами, увлекают часть пульпы со взвешенными в ней тонкими немагнитными частицами, и с увеличением скорости их вращения загрязнение магнитного продукта возрастает.

Установлено, что при мокром магнитном обогащении магнетитовых руд на барабанных сепараторах в операциях выделения отвальных хвостов скорость вращения барабана должна составлять 1,2-1,4 м/с, а в операциях перечистки магнитного концентрата - 0,8-1,0 м/с.

Барабанные и валковые сепараторы могут быть с верхней и нижней подачей питания в рабочую зону. Дисковые сепараторы, предназначенные для и сухой магнитной сепарации, работают с нижней подачей исходного материала; высокоградиентные - для мокрой магнитной сепарации - с верхней подачей питания в рабочую зону.

Мокрые барабанные сепараторы в зависимости от направления движения питания, продуктов обогащения и вращения барабана бывают прямоточные, противоточные и полупротиеоточные.

Различные типы и исполнения сепараторов обозначают по ГОСТ 10512-78 следующим образом:

1-я буква: Э - электромагнитные; П - с постоянными магнитами;

2-я буква: Б - барабанные; Д - дисковые; В - валковые;

3-я буква: М - для мокрой сепарации; С - для сухой сепарации.

Последующие буквы: П - с противоточной ванной; ПП - с полупротивоточной ванной; ГЩ - с противоточной циркуляционной ванной; ППЦ - с полупротивоточной циркуляционной ванной; Ц - работающий в центробежном режиме (с высокой скоростью вращения барабана); В - с верхней подачей питания в рабочую зону.

Цифра перед буквами - число рабочих органов, цифры после букв - диаметр (в числителе) и длина (в знаменателе). Например: 4ПБС-63/200 - четырехбарабанный с постоянными магнитами для сухого обогащения, диаметр барабана 63 см и длина 200 см.

Максимально допустимая производительность сепараторов определяется их извлекающей, транспортирующей и пропускной способностями, зависящими от параметров рабочей зоны (длины, высоты), а также широты питания (длины барабана, валка). Например, увеличение длины рабочей зоны с увеличением диаметра барабана или валка приводит к улучшению извлекающей способности сепаратора и увеличению его производительности. Увеличение пропускной способности достигается увеличением длины барабана или валка и тем самым широты питания. Уменьшение высоты рабочей зоны приводит к возрастанию напряженности магнитного поля и увеличению извлекающей, но снижению пропускной способности сепаратора наоборот. Высота рабочей зоны определяется в процессе создания конструкции сепаратора и в установленных пределах может изменяться при его технологической наладке. В промышленных условиях производительность сепаратора определяется обычно опытным путем с учетом особенностей вещественного состава обогащаемого минерального сырья.