ПЛАВУЧИЙ ОБОГАТИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНОЙ СМЕСИ

Полезная модель относится конструкции плавучего сортировочно-классификационного комплекса и может быть использовано при освоении и разработке подводных месторождений нерудных строительных материалов: песка, песчано-гравийной смеси, гравия.
Известно комбинированное устройство - комплекс, установленный на барже для классификации и обогащения полезных ископаемых, добываемых на реках и водоемах см. описание изобретения «Комбинированное устройство для классификации и обогащения полезных ископаемых» к патенту РФ №2189862, МПК 7 В03В 5/00, опубл. 2002.09.27. Комплекс содержит землесос с патрубком для пульпы, классификатор в виде отстойно-обогатительных камер в трюме баржи. Режим классификации и обогащения начинается с момента подачи пульпы через приемный патрубок, заканчивается по мере заполнения отстояно-обогатительных камер ископаемыми материалами. Комплекс позволяет повысить степень промывки материалов, но баржа после заполнения отводиться на разгрузку известными способами и дальнейшую переработку обогащенных фракций ископаемых материалов производиться уже на берегу. Таким образом, плавучий комплекс не перерабатывает полностью поднятый со дна грунт до готовности к использованию. Необходимо транспортировать обогащенную песчано-гравийную смесь к берегу на окончательную переработку. При добыче песчано-гравийной смеси и ее переработке проводят сортировку и классификацию материала на гравий крупной фракции, более мелкий чистый гравий, обогащенную песчано-гравийную смесь, обогащенный песок, соответствующий ГОСТ 8736-93 для дальнейшего использования в строительстве, что описанный комплекс не позволяет сделать. Таким образом, грунт, поднятый со дна реки, водоема, в известном комплексе лишь обогащенный отстоем, классифицируемый всего на две фракции - 1) замутненную воду - слив и 2) все остальное, требует транспортировки к берегу для дальнейшей обработки. После окончательной переработки на берегу отдельные фракции строительного материала будут грузиться у берега на транспортные баржи и отправляться потребителю. Такой многоэтапный способ обработки пульпы с промежуточным транспортированием к берегу отстоявшейся фракции является крайне неэкономичным и непроизводительным. Отходы переработки пульпы остаются на берегу, заиливают и запесочивают берег, что является неэкологичным и требует дополнительные затрат на разработку отвалов.
Известен «Плавучий комплекс для переработки подводного грунта (его варианты)», см. описание изобретения к патенту №54820, МПК В03В 9/00, E02F 3/88, В63В 35/44, опубл. 27.07. 2006 г. Комплекс содержит последовательно связанные и установленные на барже землесос, гидроклассификатора, гидроциклон, спиральный классификатор, а также грохот, вход которого соединен с выходом гидроклассификатора или с выходом землесоса для четвертого варианта комплекса, дробилку, вход которой связан с выходом грохота или вообще отключен в зависимости от варианта исполнения комплекса. Гидроклассификатор, гидроциклон, спиральный классификатор, грохот, дробилка связаны между собой и с транспортными баржами и/или лотками, лебедками. Выход грохота для пульпы с песком без гравия связан с входом спирального классификатора или не связан, когда грохот не работает.
Комплекс начинает работать следующим образом: включается землесос и его насос начинает подавать на вход комплекса - гидроклассификатор пульпу, содержащую заборную воду, грунт из песка, камней, гравия, других твердых материалов, ила, глинистых частиц. Гидроклассификатор в водной среде производит разделение частиц, содержащих в пульпе, на классы по крупности, в результате чего на два его выхода поступает обогащенная песчано-гравийная смесь и песок с пульпой без гравия. Одновременно за счет сброса отработанной пульпы за борт общая мощность напора пульпы после гидроклассификатора уменьшается.
Песок с пульпой без гравия представляет собой промежуточный продукт, который поступает на дальнейшую переработку в гидроциклон или сразу спиральный классификатор при соизмеримости мощностей потока пульпы и спирального классификатора. Обогащенная песчано-гравийная смесь является одновременно и конечным продуктом - строительным материалом, и может идти на дальнейшую переработку для отделения крупных твердых материалов - гравия от остальной массы. Если необходима обогащенная песчано-гравийная смесь, она после гидроклассификатора поступает для погрузки на транспортную баржу через лоток, минуя грохот. Это возможно сделать, установив наклонный лоток на решетку отключенного грохота либо установив отдельный лоток, благодаря чему обогащенная песчано-гравийная смесь скатывается в транспортную баржу. Если необходим гравий, то обогащенная песчано-гравийная смесь с гидроклассификатора поступает на грохот, куда поступает и вода с помощью насоса. На грохоте с помощью колосников, решеток, сит или иных устройств в зависимости от конструкции грохота производится разделение ОПГС на крупный гравий фракции свыше 20 мм, чистый гравий фракции 5-20 мм и пульпу с песком без гравия. Чистый гравий фракции 5-20 мм является конечным продуктом, используемым в строительстве, поэтому поступает для погрузки на баржу. Крупный гравий также является конечным продуктом, и полуфабрикатом поступает для дальнейшей его переработки. Со второго выхода грохота пульпа с песком без гравия поступает на дальнейшую переработку на спиральный классификатор. Тем временем с гидроклассификатора песок с пульпой без гравия поступает на гидроциклон, который обезвоживает песок, отправляя отходы в виде отработанной пульпы - воды с илистыми, глинистыми частицами, частицами песка на сброс в акваторию добычи через трубу, вваренную в корпус судна. Обезвоженный песок поступает на дальнейшую переработку в спиральный классификатор, куда может поступать и пульпа с песком без гравия. Таким образом, при всех, описанных положительных характеристик плавучего комплекса, он имеет недостаток в том, что обладает незначительной производительностью по пульпе и для размещения всей массы оборудования необходимо судно в виде баржи площадью от 500 тонн и выше в зависимости от размещения различных обслуживающих рабочих площадок.
Описанный аналог является наиболее близким к заявленной полезной модели. Задачей полезной модели является создание малогабаритного плавучего комплекса с возможностью полной переработки песчано-гравийной смеси для получения готовых строительных материалов различных фракций непосредственно на плавательном средстве, с возможностью их погрузки после переработки с плавучего комплекса сразу на транспортные баржи для доставки потребителю, с выгрузкой отходов переработки в акваторию добычи. Предлагаемая модернизация существующего флота касается тех компаний, которые занимаются речными перевозками грузов, имеют в наличие сухогрузные, палубные баржи - площадки, проектов 342 и 342Б. Данная полезная модель непосредственно связана с модернизацией плавучей гравиеобогатительной установки «Прага-5» на сухогрузной барже - площадке грузоподъемностью 1000 т., проекта 342Б, которая предназначена для обогащения песчано-гравийной смеси в гидроклассификаторе с последующей погрузкой гравия и песка в транспортные суда.
Поставленная задача решается тем, что на барже-площадке дополнительно последовательно установлен блок гидроциклонов с гидрогрохотами. Блок гидроциклонов отличие от прототипа выполнен в виде установленных на этом плавучим обогатительном комплексе последовательно соединенных двух гидроциклонов, нижний выход которых связан с гидрогрохотами, а верхний выход первого гидроциклона связан с тангенциальным входом второго гидроциклона, верхний выход второго гидроциклона связан через затвор шиберный ножевой с тангенциальным входом конической части бункера-накопителя, верхний выход которого связан с сбросом оставшихся классов песка - 0,16 мм в слив. Выхода гидрогрохотов связаны с желобами для погрузки в баржи.
Известны гидроциклоны для разделения в водной среде (пульпе) частиц по крупности и их обезвоживанию (см., например, новый политехнический словарь. Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», Москва, 2000 г.); патент РФ №2173583 «Гидроциклон», МПК 7 В04С 5/085, опубл. 20.09.2001.);
патент РФ №76253 «Гидроциклон - Классификатор», МПК В04С 5/08, В04С 5/18, В04С 11/00, опубл. 20.09.2008.
Известны гидрогрохота, применяются для разделения смеси на гравий и песок при помощи перфорированного корпуса (решеток), (см. ЗАО «Цимлянский судомеханический завод»).
Однако широкое их использование неизвестно в составе единого сортировочно-классификационного комплекса на плавучем средстве: судне, барже и др., кроме указанного прототипа. Предложенный вариант конструкций комплекса предназначен в основном для переработки песчано-гравийной смеси и представляет компактную конструкцию, установленную на плавучем средстве. Комплекс позволяет полностью переработать поднятый со дна водоема грунт и получить песок и гравий различных фракций.
На фиг.1 изображена существующая схема плавучего обогатительного комплекса для переработки песчано-гравийной смеси.
Комплекс включает последовательно связанные и установленные на барже-площадке 1 рубку оператора 2, пульпопровод 3, пульпопровод 4, бункер-накопитель 5, бункер-распределитель 6, желоба 7, 8, трубопровод 9, гидравлические заслонки 10, 11, лоток передаточный 12, 13, трубопровод 14, затвор шиберный ножевой 15.
На фиг.2 показана предлагаемая схема плавучего обогатительного комплекса для переработки песчано-гравийной смеси. Комплекс включает последовательно связанные и установленные на барже-площадке 1, рубка оператора 2, пульпопровод 3, пульпопровод 4, бункер-накопитель 5, бункер-распределитель 6, желоба 7, 8, трубопровод 9, гидравлические заслонки 10, 11, лоток передаточный 12, 13, трубопровод 14, затвор шиберный ножевой 15, гидроциклоны 16, 17, гидрогрохоты 22, 23, наклонный лоток 24, трубопроводы 25, 26, магистральный водопровод 27, пульпопровод 28, задвижка шланговая 29, трубопровод 30, 31.
Устройство комплекса работает следующим образом.
Подготовка устройства к эксплуатации плавучего обогатительного комплекса для переработки песчано-гравийной смеси начинается в следующей последовательности:
В рубке оператора 2, находящейся на барже-площадке 1, устанавливают определенным путем значение объемного расхода воды, подаваемой на каждую вихревую камеру 18, 19 гидроциклонов 16, 17. Вода насосом из водоема подается по магистральному водопроводу 27 в вихревые камеры 18, 19 гидроциклонов 16, 17 снизу вверх. Одновременно по пульпопроводу 3 вода через затвор шиберный ножевой 15 подается по трубопроводу 28 на гидроциклоны 16, 17.
При герметичности всех трубопроводов и аппаратов установки, вода должна выходить лишь через оба выхода гидрогрохода 22, 23.
После проведения всех подготовительных мероприятий дают команду на подачу гидросмеси (пульпы), которая подается по пульпопроводу 3 через затвор шиберный ножевой 15 на трубопровод 28 в тангенциональный вход гидроциклона 16, где она приобретает вращательное движение. Пульпа перемешивается в потоке и за счет центробежных сил осуществляется отделение мелкой фракции песчано-гравийной смеси от крупной с одновременной мокрой оттиркой зерен от илистых включений и органических продуктов. Крупные зерна, имея большую инерционную массу и за счет большого давления по сечению конуса начинают прижиматься к стенкам конуса, где они теряют скорость и под действием сил тяжести оседают вниз со скоростью их гидравлической крупности. Внутри конуса образуется разряжение за счет разницы давлений в центре и по краям, где частицы, например 10-5 мм и меньше, как более легкие поднимаются вверх и выносятся по трубопроводу 30 ко второму гидроциклону 17, а частицы песчано-гравийной смеси крупнее 10 мм начинают оседать вниз в вихревую камеру 18. Одновременно через тангенциональный патрубок подачи оборотной воды вихревой камеры 18, начинает поступать вода, приобретая вращательное движение, подхватывает оседающие частицы, раскручивает их и выбрасывает наружу через патрубок, задвижку шланговую 29 и по трубопроводу 20 поступает на конический гидрогрохот 22 с диаметром перфорации сетки 20 мм, где происходит получение гравия 10-20 мм, который подается через сливной патрубок крупного продукта на наклонный лоток 24, оттуда сбрасывается на желоб 8, а песок вместе с илистыми частицами и основной частью воды поступает через сливной патрубок мелкого продукта в трубопровод 25, по которому происходит слив в акваторию добычи. Обогащенная пульпа с верхнего выхода гидроциклона 16 по трубопроводу 30 поступает в гидроциклон 17, где происходит такой же процесс, как в гидроциклоне 16, обогащенная пульпа поступает на гидрогрохот 23 с диаметром перфорации сетки 10 мм, где происходит получение гравия 5-10 мм, который подается через сливной патрубок на наклонный лоток 24, откуда сбрасывается в трубопровод 26 на желоб 8. Мелкий песок вместе с остатками воды поступает через сливной патрубок мелкого продукта в трубопровод 26, по которому происходит слив в акваторию добычи. Обогащенная пульпа песка без гравия фракции 0,16-5 мм и в виде мелких частиц песка с верхнего выхода гидроциклона 17 поступает через трубопровод 31 и затвор шиберный ножевой 15 на тангенциальный вход конической части бункера-накопителя 5, где она приобретает вращательное движение. Пульпа перемешивается в потоке и за счет центробежных сил осуществляется отделение мелкой песчаной смеси от крупной. Крупные зерна имея, имея большую инерционную массу и за счет большего давления по сечению конуса начинают прижиматься к стенкам конуса, где теряют скорость и под действием сил тяжести оседают вниз со скоростью их гидравлической крупности. Внутри конуса образуется разряжение за счет разнице давлений в центре и по краям, где частицы меньшие, как более легкие поднимаются вверх и ударяются о дисковую перегородку, которая расположена внутри верхней горизонтальной части бункера-накопителя 5 с небольшим зазором по периметру, чем обеспечивается дополнительный эффект - разделение частиц песка на крупные и мелкие. При ударе большие частицы приобретают ускорение и поддействием сил тяжести опускаются вниз, а мелкие частицы песка за счет потока, созданного разряжением, увлекаются через щели между внутренней дисковой перегородкой и корпусом бункера-накопителя 5 и по трубопроводу 14 сбрасываются в виде слива в акваторию добычи. Крупные частицы песка фракции 0,16-5 мм по трубопроводу 9 поступают в бункер-распределитель 6, который в конической части имеет две гидравлические заслонки 10, 11, через которые обогащенный песок фракции 0.16-5 мм подается на желоб 7 для дальнейшей погрузки на баржи.
Если нет необходимости фракционировать песчано-гравийные смеси, то на трубопроводах 28 и 31 перекрывают затворы шиберные ножевые 15 и песчано-гравийная смесь сразу подается по пульпопроводу 4 через затвор шиберный ножевой 15, установленный на этом пульпопроводе непосредственно на тангенциональный вход бункера-накопителя 5, где она приобретает вращательное движение. Пульпа перемешивается в потоке и за счет центробежных сил осуществляется отделение мелкой песчано-гравийной фракции от крупной. Крупные зерна имея, имея большую инерционную массу и за счет большего давления по сечению конуса начинают прижиматься к стенкам конуса, где теряют скорость и под действием сил тяжести оседают вниз со скоростью их гидравлической крупности. Внутри конуса образуется разряжение за счет разнице давлений в центре и по краям, где частицы меньшие, как более легкие поднимаются вверх и ударяются о дисковую перегородку, которая расположена в верхней горизонтальной части бункера-накопителя с небольшим зазором по периметру, чем обеспечивается дополнительный эффект разделение песчано-гравийной смеси. При ударе большие частицы приобретают ускорение и поддействием сил тяжести опускаются вниз, а мелкие частицы песка за счет потока, созданного разряжением, увлекаются через щели между внутренней дисковой перегородкой и корпусом бункера-накопителя 5 и по трубопроводу 14 сбрасываются в виде слива в акваторию добычи.
Таким образом, в результате размещения комплекса для переработки песчано-гравийной смеси на барже-площадке были исключены затраты на транспортировку промежуточных продуктов для их дальнейшей переработки, их транспортировки на берег, увеличился процент выхода строительных материалов, также комплекс позволяет повысить производительность гидроциклона по сливу твердой фазы, регулировать границу разделения твердой фазы гидросмеси в зависимости от концентрации исходной смеси, не изменяя геометрические параметры гидроциклона. За счет сбрасывания отходов не на берегу, а в акваторию добычи верхний слой грунта с илистыми и глинистыми частицами, попадающий в пульпу и являющийся ценным кормом для рыбы, также возвращается на дно. С экологической точки зрения это большой плюс предлагаемой модернизации существующего флота. За счет концентрации добывающих и перерабатывающих средств в районе разработки транспортные суда могут быть ориентированы на доставку песка и гравия к местам их потребления.