فرآوری سنگدانه

فرآوری[۱] محصول خام استخراج شده از معادن سنگ به سنگدانه قابل استفاده در بتن می‌تواند فرآیندی بسیار ساده یا وابسته به‌عوامل متعددی باشد. دلایل استفاده از تجهیزات و ماشین‌آلات فرآوری ویژه توسط بهره‌برادر در استخراج و آماده‌سازی توده معدنی با توجه به‌مواردی از جمله تغییرات توده معدنی، مهارت کاربران، تنوع ماشین‌آلات بین سازندگان مختلف و بسیاری از عوامل نامتعارف دیگر قابل آنالیز دقیق مهندسی نیست. اغلب اوقات ملاحظات اقتصادی، دست‌اندرکاران را به‌سوی استفاده از تجهیزات و ماشین‌آلات ساده‌تر سوق می‌دهد تا میزان سرمایه‌گذاری را کاهش دهند. امروزه برای فرآوری سنگدانه‌های بتن همه واحدهای مجزا به‌صورت پیش‌ساخته[۲] مطابق طرح از پیش تعیین‌شده در محل معدن سوار می‌شوند (شکل زیر). کارخانه‌های پیش‌ساخته قابل حمل جهت تولید شن به‌مدت طولانی در مواردی نظیر فرآوری سنگدانه‌های اساس راه مورد استفاده قرار می‌گرفتند.

کارخانه پیش‌ساخته فرآوری سنگدانه که دارای سرند گردان و طبقه‌بندی‌کننده حلزونی ماسه می‌باشد. بار ورودی (A) ابتدا به‌دستگاه شوینده (B) می‌رود. سرند گردان بیرونی (C) ماسه را جهت طبقه‌بندی‌کننده حلزونی(D) فراهم می‌کند. ماسه فرآوری‌شده در سیلو (E) ذخیره می‌شود. شن نخودی سرندشده درون سیلو ((F ریخته می‌شود. در سرندهای درشت‌دانه داخلی ((G سه‌اندازه همراه با دانه‌های بزرگ که درون سیلو (H) ذخیره می‌شوند، فراهم می‌گردد.   
کارخانه پیش‌ساخته فرآوری سنگدانه که دارای سرند گردان و طبقه‌بندی‌کننده حلزونی ماسه می‌باشد. بار ورودی (A) ابتدا به‌دستگاه شوینده (B) می‌رود. سرند گردان بیرونی (C) ماسه را جهت طبقه‌بندی‌کننده حلزونی(D) فراهم می‌کند. ماسه فرآوری‌شده در سیلو (E) ذخیره می‌شود. شن نخودی سرندشده درون سیلو ((F ریخته می‌شود. در سرندهای درشت‌دانه داخلی ((G سه‌اندازه همراه با دانه‌های بزرگ که درون سیلو (H) ذخیره می‌شوند، فراهم می‌گردد.

کارخانه‌های فرآوری سنگدانه بتن اغلب در محمل معدن طراحی می‌شوند. با روش‌های بسیار متنوعی قابل نصب هستند. اغلب اوقات فرآیندهای مجزا که در شکل بالا دیده می‌شوند با هم فاصله دارند یا حتی در ساختمان‌های جداگانه انجام می‌شوند.

روباره‌برداری[۳]

قبل از آغاز حفاری بایستی روباره که شامل پوشش گیاهی، درختان، خاک زراعتی، رس و غیره می‌باشد را تا رسیدن به‌مصالح مورد نظر برداشت. اصولا بین فن‌آوری سنگ بستر یا توده‌های دانه‌ای در دست بهره‌برداری تفاوتی وجود ندارد.

روباره‌برداری بایستی به‌گونه‌ای انجام گیرد که نیاز به جابه‌جایی مجدد مواد نباشد. بپل‌های مکانیکی یا بپل‌های کششی کابلدار[۴] اغلب جهت بارگیری کامیون‌ها مورد استفاده قرار بگیرند و کامیون‌ها مواد را درون بخش‌های استخراج‌شده گودال معدن روباز تخلیه می‌کنند. در توده‌های عمیق دارای روباره‌ کم، روباره‌برداری را می‌توان قبل از استخراج به‌صورت متناوب به کمک بولدوزرها انجام داد. توده‌های سطحی با روباره نسبتا بیشتر، روباره‌برداری حین استخراج ماده معدنی به‌صورت پیوسته انجام می‌پذیرد. در برخی موارد با استفاده از اسکریپرهای تک‌نفره پیشرو-پسرو دوموتوره چرخ لاستیکی با حجم بارگیریm3 18.5 یا بیشتر، می‌توان هزینه تمام‌شده استخراج را کاهش داد (شکل زیر). این ماشین‌های چندکاره قادرند مسیرهای حمل خودشان را نگهداری و در شرایط مناسب با سرعت زیادی حرکت کنند.

 تعیین عمق روباره‌برداری اقتصادی بایستی با توجه به‌اینکه در موارد نادری این عمق جهت دستابی به‌مواد دلخواه به بیش از m15 بالغ شده است، صورت پذیرد. بعضی کارگاه‌های تولید شن قادرند بخش فوقانی لایه‌های رسی را در تواید مصالح اساس راه مورد استفاده قرار داده و شن تمیز لایه‌های زیرین را به‌صورت سنگدانه ساخت بتن استخراج نمایند.

شکافنده‌های[۵] چرخ زنجبیری دارای تیغه‌های بولدوزری یا بدون تیغه گاها جهت خردکردن سنگ‌های سست یا زمین یخ بسته در عملیات روباره‌برداری استفاده می‌شوند.

عملیات روباره‌برداری شن با استفاده ارز اسکربپر دوموتوره باد ظرفیت جام m3 5/18 و ظرفیت توده  m323. فاصله حمل متوسط در این معدن در رفت‌و برگشت m900-m450 می‌باشد. حمل روزانه در دو شیفت کاری (16 ساعت) برابر  m32715 است.  
عملیات روباره‌برداری شن با استفاده ارز اسکربپر دوموتوره باد ظرفیت جام m3 18.5 و ظرفیت توده  m323. فاصله حمل متوسط در این معدن در رفت‌و برگشت m900-m450 می‌باشد. حمل روزانه در دو شیفت کاری (۱۶ ساعت) برابر  m32715 است.

                                                                                                                                                                                                                                             

آتشباری در معادن سنگ

در ابتدا بیشتر سنگ‌ها در معدن روباز به وسیله آتشباری[۶] مواد منفجره به قطعات کوچکتر خرد می‌شوند تا پس از آن در مراحل سنگ‌شکنی قابل استفاده گردند.

فاصله چال‌ها و نوع ماده منفجره باید با توجه به‌سختی سنگ معدن انتخاب گردد. این امر نیازمند هماهنگی و همکاری نزدیک بین تولیدکننده مواد منفجره و بهره‌بردار معدن می‌باشد. پیشرفت سریع تکنیک‌های حفاری و خصوصیات مواد منفجره مانع از تدوین ضوتبط و دستورالعمل‌های دقیق می‌گردد، لیکن توجه به نکات کلی زیر مناسب به نظر می‌رسد:

۱- انرژی انفجار تنها از انسباط سریع گازهای تحت فشار نشات می‌گیرد، لذا چنانچه در ابتدا خرج در انتهای چال قرار گیرد و انفجار به سمت لایه‌های فوقانی گسترش یابد، نتیجه بهتری حاصل می‌شود. همچنین استفاده از مواد منفجره قویتر در ته چال نیز نتیجه مشابهی را به‌همراه دارد.

۲- حفر چال‌هایی با قطر کمتر و فواصل نزدیکتر به‌فاصله معینی عقب‌تر از سینه‌کار یا لایه فوقانی موجب حصول بهترین نتیجه می‌گردد. همچنین می‌توان با حفر چال‌های در ردیف‌های غیرمتوالی (یک در میان) و انفجار با استفاده از چاشنی‌های تاخیری مواد را بیشتر خود نمود.

۳- در سنگ‌های سخت‌تر، چال‌ها بایستی در فواصل نزدیکتر حفر گردند.

۴- هرچه ارتفاع سینه‌کار[۷] بیشتر باشد می‌توان چال‌ها را با فاصله بیشتری حفر نمود. فواصل حدود m3 تا m9 متداول است.

۵- چال‌های انفجار را با روش‌های حفاری کابلی، ضربه‌ای، چرخشی و با روش حرارتی ایجاد می‌کنند. در حفر چال‌ میله کوبنده متناوبا بالا و پایین می‌رود و با ضربه زدن بر روی میله فولادی، حفاری انجام می‌گیرد. نوک میله فولادی از تیغه‌های تیز پوشیده شده است. بدیهی است استفاده از این روش فقط در چال‌های قائم امکان‌پذیر است. در حفاری ضربه‌ای از مته فولادی کربورگذاری شده است استفاده می‌شود و برای خارج‌کردن قطعات خردشده ته چال از هوای فشرده استفاده می‌شود. حفاری چرخشی معمولا در سنگ‌های سست استفاده می‌شود. چنانچه در حفاری ضربه‌ای و چرخشی دکل مناسبی به‌کارگرفته شود، می‌توان در زوایای ذلخواه درون سنگ حفاری نمود. انواع گوناگون دکل‌های حفاری موجودند که معمولا دارای چرخ زنجیری با بازوی هیدرولیکی بوده و جهت کنترل دقیق میله و سر مته حفاری مناسب می‌باشند. قطر چال‌های حفاری حدود mm100 تا mm200 می‌‍باشد. در حفاری با روش حرارتی از گرمای شدید ناشی از اختلاط نفت‌خام و اکسیژن جهت گداختن و خردکردن سنگ استفاده می‌شود. به‌منظور بهبود فرآیند خرد کردن و خارج نمودن خرده سنگ‌ها از چال، از بخار استفاده می‌شود.

۶- انواع مختلف مواد منفجره جهت انفجار سنگ‌ها در دسترس هستند. موارد کاربرد مواد منفجره بسته به مقاومت، میزان انفجار، طرز قرارگرفتن آنها درون چال و حساسیت مواد منفجره فرق می‌کند.

در مجموع عملیات آتشیاری برای مدیران استخراج، فرآیندی پیچیده و تخصصی است و تصمیم‌گیری بایستی با رعایت متغیرهای زیر صورت پذیرد:

۱۰- ارتفاع سینه‌کار

۲- سختی و یکنواختی سنگ

۳- شیب طبقات

۴- نحوه توزیع شکاف‌ها و درزهای طبقات

۵- شیب سکوهای معدن

۶- اندازه و عمق چال‌های حفاری

۷- فاصله و آرایش چال‌های حفاری

۸- تعداد چال‌هایی کخ در یک لحظه منجفر می‌شوند

۹- میزان خرج

۱۰- موقیعت خرج‌های درون چال‌ها

۱۱- نوع ماده منفجره مورد استفاده

۱۲- روش آتش کردن

۱۳- نحوه بارگیری سنگ

۱۴- ظرفیت بیل‌های بارگیری

۱۵- اندازه سنگ‌شکن‌ها

 

 

 

استخراج 

بیل‌های مکانیکی[۸]: سنگ‌های شکسته‌شده ناشی از آتشیاری سینه‌کار معدن معمولا به‌وسیله بیل‌های مکانیکی با جام به ظرفیت بینm30.75 تا m37.5 برداشته می‌شوند. بیل‌های مکانیکی الکتریکی با جام‌های ظرفیت بالا جایگاه مناسبی کسب کرده‌اند و جریان الکتریسته از طریق کابل‌های انعطاف‌پذیر فراهم می‌شود. طبق آمارهای موجود در بیل‌های مکانیکی جهت بارگیری هر تن سنگ تنها kWh0.22 برق مصرف می‌شود. جریان متناوب با ولتاژ بالا به بیل وارد شده و مبدل‌های ac/dc، موتورهای dc را برای فرآیندهای مجزا به‌کار می‌اندازند. پیشرفت عملیات بارگیری سنگ به کمک جام m31.8 با زاویه دوران ۹۰ در حدود h/m3145 تا h/m3200 گزارش شده است. با استفاده جام‌های بزرگتر میزان بارگیری به همین نسبت افزایش نمی‌یابد لیکن نیروی خیلی بیشتری دارند و در صورت لزوم به‌کار می‌روند.

رسوبات شن و ماسه با لایه‌های فوقانی نسبتا کم ضخامت معمولا با استفاده از بیل‌های مکانیکی استخراج می‌شوند. میزان بارگیری خیلی فراتر از آنچه در بالا برای سنگ قید شد، می‌باشد و با جام به ظرفیت m31.8 حتی می‌توان h/m3290 مواد شنی سست را بارگیری و حمل نمود. در سینه‌کارهای بلندتر به‌دلیل خطر ریزش و مدفون شدن، بیل مکانیکی عملا کاربردی ندارد. لذا در این از بیل‌های کششی کابلی استفاده می‌شود.

بیل‌های کششی کابلی: امروزه بیل‌های کششی کابلی (شکل زیر) با بازوهای بلندتر و جام‌های بارگیر بزرگتر موجودند و بازوهای به طول m26 و جام‌های m311 غیرمعمول نمی‌باشد. تعدادی از بهره‌برادران بارکردن مواد را از بالا و برخی دیگر بارکردن مواد را از پایین مناسب می‌دانند. بار کردن توده به سمت پایین برای فرآیند استخراج کاملا خشک می‌باشد که متصدی دستگاه به مخلوطی از مواد و توده دست‌نخورده با هر کدام از مواد مورد نظر دسترسی دارد. چنانچه بخشی از سینه‌کار زیر آب باشد، بارگیری مواد به سمت بالا اجباری است. در این روش احتمال فرو رفتن ماشین هنگام بالاکشیدن توده در اثر آب شستگی وجود دارد.

 

 

استخراج مواد خام به‌وسیله بیل کششی کابلدار متحرک با جام به ظرفیت m35/6 و بازویی به طول m50 اینوسیله به‌طور کامل با نیروی الکتریکی حاصل از تبدیل V4100 متناوب به V115 مستقیم کار می‌کند. ظرفیت حمل دستگاه 750 تن در ساعت و وزن کل آن 500 تن می‌باشد.
استخراج مواد خام به‌وسیله بیل کششی کابلدار متحرک با جام به ظرفیت m6.35 و بازویی به طول m50 اینوسیله به‌طور کامل با نیروی الکتریکی حاصل از تبدیل V4100 متناوب به V115 مستقیم کار می‌کند. ظرفیت حمل دستگاه ۷۵۰ تن در ساعت و وزن کل آن ۵۰۰ تن می‌باشد.

برد بیل‌های کششی را باستفاده از سیستم‌های کابل هوایی و با به کارگیری وزنه‌مهار می‌توان به‌میزان زیادی افزایش داد. در این روش جام قرقره‌ای خراشنده[۹] به‌وسیله کابل به تکیه‌گاه ثابتی در فاصله نسبتا دور متصل است و در سطوح پایین‌تر نسبت به ماشین کارمی‌کند. برای برداشتن هر لقمه، کابل محکم‌شده و جام در اثر نیروی وزن به فاصله معینی پایین راننده می‌شود. سپس کابل نگه‌دارنده سست شده و جام به سمت پایین توده می‌افتد. کابل بارگیری مجزا که مستقیما به جام متصل شده است، آن را به طرف ماشین می‌کشد تا بارگیری شود. در حفر چندین ترانشه عمیق یافتن وضعیت جدید وزن مهار ضروری است تا اینکه ماشین بتواند به‌صورت شعاعی حول وزنه‌مهار حرکت نماید. با استفاده از کابل دیگر با قرقره شیاردار در تراز وزنه‌مهار می‌توان مواد را به سمت بالا یا حتی در صورت نیاز به سمت وزنه، حفاری نمود. در روش کابل هوایی تنوع زیادی در نحوه بارگیری یا تشکیل توده‌های موجدار وجود دارد و فواصل قابل توجه قایم وافقی را می‌توان تحت پوشش قرار داد.

استخراج هیدرولیکی: عملیات لایروبی رسوبات زیرآبی اغلب به سادگی انجام‌پذیر است (شکل زیر). تجهیزات لایروبی بر روی یک شناور یا کشتی نصب شده و مواد برداشت‌شده اغلب جهت فرآوری به ساحل پمپاژ می‌شود یا در بعضی موارد شناور‌های مجاور که دارای تجهیزات فرآوری هستند، این عملیات را انجام می‌دهند. مکش توسط پمپ‌های گریز از مرکزی ایجاد می‌شود که لوله‌های آن در برابر سایش به وسیله آستر به طرز خاصی تقویت شده‌اند و معمولا به وسیله موتور‌های hp200 یا حتی خیلی بزرگتر کار می‌کنند.

استخراج مواد خام به وسیله لایروب‌های هیدرولیکی
استخراج مواد خام به وسیله لایروب‌های هیدرولیکی

لوله مکش که قطر آن بین mm700-200 متغیر است، به کمک قاب دارای آرایش A شکل به وسیله جرثقیل کابلی و بالابر تا کف رسوبات پایین برده می‌شود. اغلب در رسوبات ماسه‌ای نرم، ایجاد مکش به تنهایی برای بالا آوردن مواد کافی می‌باشد. لیکن در رسوبات سخت‌تر حاوری شن بایستی برای خارج کردن مواد از ابزار‌های مکانیکی استفاده نمود . این قبیل ابزار‌های مکانیکی شامل انواع مختلف خردکننده‌های چرخشی یا نردبان‌های زنجیری استخراج با ساختار ویژه می‌باشد که بر سر لوله نصب می‌شوند تا از گرفتگی لوله مکش به وسیله قطعات درشت جلوگیری نمایند. مقادیر فراوانی آب همزمان با مواد دانه‌ای پمپ می‌شود که مواد ریزدانه مورد نیاز بتن را می‌شوید. به منظور انجام عملیات حفاری خشک می‌توان بندهای خاکی را احداث و آب ساکن پشت آن را خارج نمود.

بیل‌های منقاری[۱۰] و جامدار روی شناور نیز جهت استخراج مصالح زیرآبی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

جابه‌جایی مصالح

فرآیند تولید و استخراج سنگدانه نوعا بت عملیات حجیمی‌همراه است  که نیازمند جابه‌جایی این مقادیر زیاد در فواصل نسبتا طولانی حتی داخل محوطه کارگاه می‌باشد. هر متر مکعب سنگدانه تقریبا ۲ تن (بیش از۲٫۷ تن در مورد سنگ بستر سنگین) وزن دارد و تلاش مدوامی‌برای یافتن روش‌‌های اقتصادی‌تر جابه‌جایی این تناژ بالا صورت می‌پذیرد. کارخانه‌ها از انواع مختلف ماشین‌آلات جهت جابه‌جایی مواد استفاده می‌کنند که شامل خطوط راه‌آهن، خطوط واگن برقی، کامیون‌ها، شناورها و نوار نقاله‌ها می‌باشد. دیگران تقریبا برای همه فرآیندها از نوار نقاله‌ها بهره می‌برند.

بیشتر بخوانید  سخت کننده سطح بتن

خطوط راه‌آهن: در عملیات معدنکاری و استخراج سنگ به‌ویژه هنگامی‌که مسیر حمل به‌کارخانه بیش از km1.6 باشد، از لوکوموتیوهای دیزلی-الکتریکی با انواع مختلف واگن‌ها استفاده می‌شود. هرچه فاصله محل استخراج از کارخانه بیشتر شود می‌توان ربل‌های اضافی نصب نمود. این روش علیرغم نصب ربل‌های اضافی و تعمیر و نگهداری آنها اقتصادی‌تر به‌نظر می‌رسد. با استفاده از انواع مختلف واگن‌های تخلیه‌شونده جانبی، تخلیه سریع بار در کارخانه امکان‌پذیر است. لیکن از واگن‌های تخلیه‌کننده تحتانی نیز استفاده می‌شود. ظرفیت واگن‌ها به ۵۰ تن می‌رسد و در خطوط ریلی کم‌عرض از واگن‌های خیلی کوچکتر نیز استفاده می‌شود.

 

 

 

 

 

 

 

تصویر ساده‌ای از لایروب نردبانی[11] دیده می‌شود. جلوی لایروب یا انتهای افشانک از کابل بالابر (1) و قلاب (2) آویزان است و نیروی پمپ گریز از مرکز لایروب[12] (3) مستقلا تامین می‌شود. زنجیر مشبک متحرک (5) از طریق قرقره (6)، چرخ‌دنده (7) و جعبه‌دنده (8) به‌وسیله موتور (4) حرکت می‌کند. بار وارد افشانک (11) می‌شود و از طریق اوله مکش (9) بالا آورده می‌شود. قطعات بزرگتر از افشانک (10) بالا آمده و از پشت آن بیرون انداخته می‌شوند.
تصویر ساده‌ای از لایروب نردبانی[۱۱] دیده می‌شود. جلوی لایروب یا انتهای افشانک از کابل بالابر (۱) و قلاب (۲) آویزان است و نیروی پمپ گریز از مرکز لایروب[۱۲] (۳) مستقلا تامین می‌شود. زنجیر مشبک متحرک (۵) از طریق قرقره (۶)، چرخ‌دنده (۷) و جعبه‌دنده (۸) به‌وسیله موتور (۴) حرکت می‌کند. بار وارد افشانک (۱۱) می‌شود و از طریق اوله مکش (۹) بالا آورده می‌شود. قطعات بزرگتر از افشانک (۱۰) بالا آمده و از پشت آن بیرون انداخته می‌شوند.

 

کامیون‌ها: اندازه و شکل جام کامیون‌ها بسیار متنوع است و ظرفیت آنها بدون یدک‌کش به ۸۵ تن بار غنی[۱۳] نیز می‌رسد. به‌لحاظ قدرت مانور کامیون‌های بدون یدک‌کش، استفاده از آنها جهت جابه‌جایی درون کارگاه رایج شده است. همچنین محدودیت‌های حمل و نقل بزرگراه‌های عمومی‌نیز وجود دارند و جابه‌جایی مواد تا حدی که مسیرهای حمل کارخانه را بتوان در شرایط خوب نگهداری کرد، اقتصادی‌ به‌نظر می‌رسد. بسیاری از بهره‌برادران بر شرایط مسیرهای حمل به لحاظ آسیب‌های وارده به چرخ‌های لاستیکی بزرگ کامیون‌ها تاکید فراوان می‌کنند. نگهداری بسیار خوب مسیرهای حمل موجب کاهش میزان خستگی راننده و هزینه‌های تعمیر و نگهداری نیز می‌شود. در بعضی کارخانه‌ها یک گریدر تیغه‌ای هموار کردن مدوام مسیرها و زدودن سنگ‌های پراکنده را برعهده دارد.

جام‌های تخلیه‌شونده جانبی گاهی اوقات به‌کار می‌روند لیکن استفاده از انواع تخلیه‌شونده انتهایی احتمالا به‌دلیل پایداری واقعی یا فرضی بیشتر آنها متداولتر است.

نوار نقاله‌ها: مصالح تقریبا همیشه توسط نوار نقاله‌ها حمل می‌شوند (شکل زیر). نوار نقاله‌ها می‌توانند به‌راحتی مصالح را به‌سمت بالا، پایین یا به‌صورت افقی حمل نمایند لیکن معمولا شیب آن نسبت به‌افق نباید از ۲۰ تجاوز کند. زوایای بیشتر موجب غلتیدن سنگ‌های بزرگ به‌پایین نوار نقاله‌ می‌شود.

حمل مواد خام استخراجی از معدن روباز سنگ به‌لحاظ وارد آمدن آسیب احتمالی به‌تسمه نوار نقاله‌ توصیه نمی‌شود مگر اینکه در ابتدا اندازه‌های بزرگ جدا شوند. بدین منظور بایستی سرند کردن و سنگ‌شکنی اولیه در نزدیکی محل استخراج انجام پذیرد.

نوار نقاله‌ها در موارد نظیر توده کردن مصالح، بارگیری واگن‌ها، سیلوها و کامیون‌ها و تشکیل توده‌های موجدار مورد استفاده قرار می‌گیرند. گاهی اوقات تسمه‌ها در مرکز نوار[۱۴] بارگیری شده و با معکوس کردن جهت حرکت تسمه، مواد در هریک از دئ انتهای نوار توده می‌شوند. نوارهای کوتاه (تاحدود m 18) بر روی چرخ سوار شده و به‌منظور بارگیری سریعا به‌نقاط مختلف کارگاه منتقل می‌شوند.

ابزاری برای توزین بار عبوری از نوار نقاله‌ در فاصله زمانی معین وجود دارد که از سیستم‌های توزین متداول به‌همراه جمع‌زن‌های ویژه استفاده می‌کنند و اخیرا روشی براساس اصول اندازه‌گیری هسته‌ای به‌کار می‌رود.

 

مقطع نوار نقاله‌
مقطع نوار نقاله‌

 

 

سنگ‌ شکنی

عملا تمامی‌ سنگ‌های استخراج‌شده روباره و اندازه‌های بزرگ در معدن بایستی به‌اندازه‌های قابل استفاده در بتن خرد شوند، چنین خرد کردنی به‌وسیسله انواع مختلفی از ماشین‌آلات سنگ‌شکنی سخته‌شده انجام می‌شود که انواع آن این‌گونه طبقه‌بندی می‌شوند: (۱) فکی، (۲) ژیرانوری یا مخروطی، (۳) استوانه‌ای-غلتکی (یک‌غلتکی، دوغلتکی یا سه‌غلتکی)، (۴) چکشی، (۵) ضربه‌ای. سه نوع از سنگ‌شکن‌ها به‌صورت ساده در شکل زیر نشان داده شده‌اند.

طرح ساده‌ای از (1) سنگ‌شکن فکی، (2) سنگ‌شکنی ژیرانوری یا مخروطی، و (3) سنگ‌شکن غلتکی (تن‌غلتکی 3-الف) ، (دوغلتکی 3-ب) و (سه‌غلتکی 3-پ).
طرح ساده‌ای از (۱) سنگ‌شکن فکی، (۲) سنگ‌شکنی ژیرانوری یا مخروطی، و (۳) سنگ‌شکن غلتکی (تن‌غلتکی ۳-الف) ، (دوغلتکی ۳-ب) و (سه‌غلتکی ۳-پ).

 

جهت انتخاب نوع سنگ‌شکن مناسب برای کاربرد معین بایستی به‌موارد زیر توجه نمود:

۱- طرح و اندازه سنگ‌شکن باید به‌گونه‌ای باشد که بزرگترین اندازه مواد ورودی را خرد نمایند.

۲- ظرفیت سنگ‌شکن باید چنان باشد که قادر به خردکردن حداکثر نرخ‌ بار ورودی باشد.

۳- وجود ذرات ریز در بار ورودی نباید باعث گیرکردن و کاهش سرعت سنگ‌شکن گردد.

۴- قطعاتی که قابلیت فرسایش دارند بایستی دارای روکش باشد که به آسانی قابل تعویض است.

۵- بایستی تمهیدانی جهت آهن یا سایر مواد غیرقابل خردشدن که گهگاهی داخل بار ورودی می‌شوند، اندیشید. به‌دلیل ورود چنین موادی نباید به‌ سنگ‌شکن آسیبی برسد ولی گاها افت سرعت (راندامان) و گیرکردن غیرقابل اجتناب است.

در طی دوران روی سنگ‌شکن‌ها، تلاش زیادی صرف شده است تا خصوصیات محصوا ارزیابی گردد یعنی تعیین شود که‌ایا سنگ‌ها نوعا به قطعات دراز و ریز یا قطعات مکعبی و بلوکی می‌کشنند. قطعات خردشده مکعبی یا بلوکی برای در بتن مناسب‌تر هستند. زیرا میزان تخلخل آنها کمتر بوده و ملات ماسه، سیمان و آب کمتری نیاز دارند. عموم متخصصین بر این عقیده‌اند که سنگ‌شکن‌هایی که برای شکستن سنگ از ضربه زدن استفاده می‌کنند مانند سنگ‌شکن‌های چکشی یا ضربه‌ای نسبت به سنگ‌شکن‌هایی که از فشار برای خردکردن بهره می‌برند نظیر فکی یا استوانه‌ای دوغلتکی، محصول مکعبی‌تری را فراهم می‌کنند. در عین حال، سنگ‌های ورقه‌ای نازک در امتداد لایه‌ها می‌شکنند و این امر به‌نوع سنگ‌شکن ارتباطی ندارد، لذا کارآیی سنگ‌شکن بایستی با توجه به خصوصیات سنگ معینی، ارزیابی ‌شود. سنگ‌شکن‌های ژیراتوری به‌نسبت مساوی از فشار و ضربه جهت خردکردن استفاده می‌کنند و شاید به همین دلیل در صنایع فرآوری سنگدانه‌ها بسیار رایج می‌باشد.

سنگ‌شکن‌های فکی به صورت گسترده‌ای در خردکردن اولیه قطعات سنگ بستر به‌کار می‌روند که‌این امر ناشی از بازشدگی زیاد فک آنها تا میزان mm2150mm´۱۶۵۰ می‌باشد. پوشش‌های مخصوص فک فولادی قابل تعویض بوده و به صورت منحنی، صاف یا موجدار به‌کار می‌روند و با استفاده از انواع سنگ شکن‌های مختلف، می‌توان انواع حرکت‌های فک را ایجاد نمود. در سنگ‌شکن فکی معمولی، فک خارج از مرکز نصب شده است که جابه‌جایی ورودی فوقانی نسبت به‌ جابه‌جایی اندک خروجی انتهایی، خیلی بزرگتر است. کلیه سنگ‌شکن‌های فکی از چرخ لنگر بزرگی استفاده می‌کنند تا انرژی برای ضربات بعدی ذخیره شود. اتقاد بر این است که اگر خردکردن بیش از حد بار ورودی در یک مرحله سنگ‌شکنی مد نظر نباشد، سنگ‌شکن‌های فکی ریزدانه کمتری نسبت به سایر انواع سنگ‌شکن‌ها تولید می‌کنند.

سنگ‌شکن‌های ژیراتوری شامل یک میله قائم هستند که مخروط یا کلاهک را حمل می‌کند. مخروط نمی‌چرخد لیکن حرکت چرخشی خارج از محور به وسیله انتهای میله وارد می‌شود. لذا بیشترین جابه‌جایی کخروط در خروجی تحتانی و کمترین جابه‌جایی در قسمت فوقانی می‎باشد. کخروط درون کاسه مخروطی شکل می‌چرخد و لذا فاصله بین مخروط و کاسه همیشه گوه‌ای شکل است. این روش خردکردن تا حدودی شبیه عمل سنگ‌شکن فکی است. این تفاوت که انحنای مخروط و کاسه، تنش‌های برشی و خمشی به سنگ وارد می‌کند. سنگ در بین دو بازشدگی نیم‌دایره‌ای شکل در بالای سنگ‌شکن قرار دارد، لیکن به‌دلیل استقرار میله و قاب‌های نگهدارنده، حداکثر اندازه سنگ(در بزگترین مدلی که تاکنون ساخته شده است) به mm1800 محدود می‌شود.

سنگ‌شکن استوانه‌ای (غلتکی) که انواع مختلف آن موجود است به سه دسته تک‌غلتکی، دوغلتکی و سه‌غلتکی تقسیم می‌گردد. سنگ‌شکن تک‌غلتکی دارای استوانه است که غلتک سخت‌کوب نیز نامیده می‌شود. این سنگ‌شکن‌ها گهگاهی به‌عنوان سنگ‌شکن اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از سنگ‌شکن‌های غلتکی در فرآوری سنگدانه بتن چندان متداول نمی‌باشد لیکن جهت شکستن و خرد کردن سنگدانه به‌اندازه‌های ریز در یک بار سنگ‌شکنی مفید هستند. امکان استفاده از این سنگ‌شکن به‌منظور فرآوری سنگ مورد نیاز مصارف کشاورزی یا تولید سیمان پرتلند وجود دارد.

خرد کردن سنگدانه مورد نیاز بتن همواره به‌صورت مرحله‌ای انجام می‌شود یعنی پس از سنگ‌شکنی اولیه، دانه‌های کوچکتر دارای اندازه مطلوب جداشده و دانه‌های بزرگنر مجددا توسط سنگ‌شکن ثانویه خرد می‌شوند. کاهش اندازه دانه‌ها در سنگ‌شکن ‌غلتکی معمولا از حدود ۱:۴ جهت تولید حداقل ریزدانه‌ها، تجاوز نمی‌کند.

سرند کردن[۱۵]  

همان‌طور که در قسمت قبل ذکر شد، سنگدانه‌های مورد استفاده در بتن بایستی دارای اندازه دانه‌های مناسب باشند و این امر نیازمند سرند کردن محصول جهت دستیابی به‌اندازه‌های مورد نیاز می‌باشد.

به استثنای جدا کردن ماسه از مواد اولیه توده‌شده، در فرآیند تولید سنگدانه واژه سرند کردن منحصرا به تهیه درشت‌دانه‌ها یعنی دانه‌های بزرگتز از الک نمره ۱۰ (mm2) اطلاق می‌گردد. جداسازی ذرات درشت سنگدانه به‌وسیله انواع گوناگون سرندها که دارای چشمه‌های مربعی، گرد، لوزی شکل یا مستطیلی هستند انجام می‌پذیرد. مصالح به‌اندازه ماسه تقریبا به‌طور کامل توسط ابزارهای طبقه‌بندی‌کننده هیدرولیکی فراهم می‌شوند زیرا جداسازی این مواد بدین روش ساده است. دانه‌بندی مواد ریزدانه با استفاده از سرندها به کارهای آزمایشگاهی محدود می‌شود.

نکات عمومی‌زیر جهت عملیات سرند کردن قابل ذکر هستند:

۱- بایستی به هر ذره عبوری از سرند که به‌اندازه کافی کوچک است، فرصت عبور داده شود. به‌ذرات با شکل نامنظم بایستی فرصت‌های متعددی برای عبور از سرند در جهت کمترین بعدشان داده شود.

۲- چنانچه سرند شدیدا لرزانده شود یا شیب آن خیلی زیاد باشد (خصوصا اگر بار سرند نیز کم باشد)، ذرات به‌جای عبور از سرند روی آن بالا و پایین می‌پرند در حالی‌که غلطیدن ذرات مورد نظر است.

۳- اگر بار سرند بیش از حد باشد و به‌اندازه کافی نیز لرزانده نشود، سرند کور خواهد شد یعنی چشمه‌های آن با ذراتی که‌اندکی بزرگتر از آنند که عبور کنند، مسدود می‌گردند.

۴- سرند کردن دانه‌های شن کروی ساده‌تر از سنگ یا روباره شکسته تیزگوشه می‌باشد.

۵- نرخ سرند کردن (برجسب تن در ساعت) مصالح حاوی دانه‌هایی با اندازه‌های کاملا کتفاوت بیشتر است. سرند کردنمصالحی که ۹۰ درصد آن عبور می‌کند، بسیار آسان‌تر از سرند کردن مصالحی با چنلن دانه‌بندی پیوسته‌ای است که تنها ۱۰ درصد ذرات بگذرند.

۶- مصالح مرطوب خصوصا شن ریز راحت‌تر از مصالح خشک سرند می‌شوند. لیکن در صنایع تولید روباره و سنگ شکسته اغلب اوقات سرند کردن به‌روش خشک صورت می‌پذیرد.

گریزلی[۱۶] ( سرند میله‌ای): مواد خام استخراج‌شده از معدن سنگ روباز معمولا به‌ سرند گریزلی وارد می‌شوند. این سرند از میله‌های موازی تشکیل شده و فاصله بین آنها به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که بزرگترین اندازهه سنگی که مستقیما خوراک کارخانه فرآوری را تامین می‌کند، عبور دهد. بخش مانده روی سرند توسط سنگ‌شکن‌ تا اندازه مورد نظر خرد می‌شود. بسته به خواص بار ورودی، میله‌های سرند ثابت یا لرزان هستند. چنانچه خواص بار ورودی به آسانی و بدون گیر کردن یا آویزان ماندن بین میله‌ها عبور کند، نیازی به لرزاندن نمی‌باشد. گریزلی‌های شیبدار ارزان همانند تغذیه کننده‌های مکانیکی موجود در بازار عمل کرده و مصالح را به صورت یکنواخت پایین می‌آورند و روی تسمه، سنگ‌شکن یا سرند پخش می‌کنند.

برخی گریزلی‌های معدن شن، درجا ساخته می‌شوند و تنها شامل قیفی هستند که شبکه افقی از ریل‌های راه‌آهن روی آن قرار می‌گیرد تا از عبور دانه‌های بزرگ یا کلوخه‌ها جلوگیری نماید (شکل زیر). در صورت نیاز کلوخه‌ها با پتک خرد می‌شوند و چنانچه مقدار قلوه‌سنگ‌های درشت کم باشد، می‌توان آنها را دور ریخت.

متصدیان تولید شن و ماسه گاهی اوقات مواد خام را به وسیله کامیون‌ یا بیل مکانیکی مستقیما روی گریزلی ثابت می‌ریزند که مصالح به تدریج بالا آمده و توده موجداری تشکیل می‌شود. نوار نقاله‌ها، کامیون‌ها و… مصالح را از پایین شیبدار زیر گریزلی حمل می‌کنند. بایستی دقت شود که سرند گریزلی ملنع از مسدود شدن دریچه تخلیه سیلو گردد.

سرندهای گردان: سرندهای چرخشی یا گردان شامل استوانه‌های سیمی‌یا صفحه سوراخدار با انتهای باز هستند که حول محوری با شیب اندک می‌چرخند. مصالح درون انتهای فوقانی استوانه ریخته می‌شود و اگر دانه‌ها به‌اندازه کافی کوچک باشند، حین غلطیدن به سمت پایین (در اثر چرخیدن سرند)، از بین چشمه‌های سرند عبور می‌کنند. دانه‌های درشتی که از سرند عبور نکنند از انتهای استوانه درون ناوه‌ای[۱۷] می‌ریزند و پس از خرد شدن، مجددا سرند می‌شوند. به‌عنوان مثال با قرار دادن سه سرند استوانه‌ای به صورت هم مرکز که به‌ترتیب ریزتر می‌شوند، می‌توان چهار اندازه مختلف از مصالح را تهیه نمود که عبارتنداز: اندازه‌های درشت‌تر از سرند داخلی، مصالح مانده روی دو سرند دیگر و مصالح عبوری از سرند خارجی. سرند کردن مصالح خشک که با سایش آنها همراه است موجب تولید گرد وغبار می‌گردد که آبپاشی برای رفع این مشکل توصیه می‌شود. در بعضی دستگاه‌های دیگر که بار ورودی حاوی دانه‌هایی با پوشش رس چسبنده می‌باشد، مقادیر بیشتری آب توسط افشانک‌ها[۱۸] درون سرند داخلی پاشیده می‌شود و عملیات شست‌و شوی دانه‌ها همزمان با سرند کردن آنها صورت می‌پذیرد. سرندهای گردان را می‌توان در نقاط مختلف چرخه تولید مصالح در کارخانه مورد استفاده قرار داد. به‌عنولن نمونه، گاهی اوقات در عملیات تولید شن وماسه بالافاصله پس از حذف ماسه توسط سرندهای لرزان یا در عملیات معدن‌کاری بلافاصله پیش از سنگ‌شکن اولیه به‌منظئر جداسازی ذرات درشتی که از گریزلی عبور کرده‌اند، به‌کار می‌رود. شکل ۲-۱۱ نمایانگر جداسازی اولیه ریزدانه و درشت‌دانه با سرند گردان می‌باشد.

بیشتر بخوانید  مشخصات سنگدانه های بتن

سرندهای تخت[۱۹] : سرندهای ارزان تخت به‌نحو گسترده‌ای چه به‌صورت منفرد یا روی هم چیده شده تا سه سرند جهت تولید مصالح به‌انداز‌های نزدیک بهم، مورد استفاده قرار می‌گیرند. سازندگان مختلف سرندها را به‌وسیله وزنه‌های گردان خارج از محور یا نامتعادل می‌لرزانند. می‌توان وزنه‌ها را طوری قرار داد که حتی وقتی سرند شیب ندارد، مصالح از یک سو به سوی دیگر به‌سمت جلو حرکت کنند. اکثر سرندها شیب اندکی دارند (معمولا حدود ۲۰) که موجب حرکت مصالح تحت وزن‌شان می‌گردد. در موارد خاص برای تولید مصالح ریزدانه از سرندهایی با شیب  ۴۵ نیز استفاده شده است. به‌منظور جذب نوسانات سرندها، آنها را روی فنرهای فولادی یا بالشتک‌های هوا نصب می‌کنند. سرندهایی با مساحت گوناگون وجود دارند که ابعاد آنها تا عرض حدود m1.8 و طول m6 متغیر است. سرند می‌توان سیمی، میله‌ای یا صفحه سوراخدار باشد. در اغلب سرندهای سیمی‌سخت‌کننده‌های پشتیبان مانع از فرو رفتن سرندها می‌شوند. همچنین استفاده از صفحه سوراخدار با چشمه‌های mm50 جهت نگهداری سرندهای سیمی‌ظریفتر توصیه می‌شود.

محاسبه ظرفیت سرند تخت (تن در ساعت) بسته به مجهولاتی است ارزیابی آنها مشکل است. برخی سازندگان پیشنهاد می‌کنند ظرفیت سرند براساس ظرفیت پایه (تن در ساعت) برای هر متر مربع سرند که به آن ضریب تصحیح اعمال می‌شود محاسبه شود. مقدار ضریب تصحیح برابر حاصل‌ضرب چهار ضریب زیر می‌باشد:

۱- تعداد سرندهای روی سرند مورد نظر.

۲- درصد بار ورودی کوچکتر از نصف چشمه‌های سرند.

۳- آبپاشی مستقیم روی سرند یا عدم انجام آن.

۴- درصد دانه‌های بزرگ مانده روی سرند.

مقادیر این چهار ضریب براساس اصول زیر تعیین می‌گردند:

۱- بازدهی سرندهای زیرین اندکی کمتر از سرند فوقانی است.

۲- هنگامی‌که درصد دانه‌های کوچکتر از نصف چشمه‌های سرند از ۱۰% به ۶۰% افزایش می‌یابد، ظرفیت سرند با ضریب ۳ افزایش پیدا می‌کند.

۳- آبپاشی روی سرندها ظرفیت سرند کردن را افزایش می‌دهد. مثلا ظرفیت سرند با چشمه‌هایmm 5 حدود سه برابر سرند با چشمه‌های mm25 افزایش پیدا می‌کند.

۴- ظرفیت سرند در حالتی که مانده روی سرند ۹۰% باشد، در مقایسه با وقتی‌که ۲۰% است نصف می‌شود.

شست و شو و تولید ماسه

اکثرا تولید سنگدانه با مصرف مقادیر زیادی آب همراه است. هدف استفاده از آب می‌تواند یک یا چند مورد از موارد زیر باشد:

۱- زدودن اندود چسبنده نامطلوب نظیر رس، سیلت یا گرد سنگ.

۲- لغزنده کردن سنگ‎‌ها جهت تسریع فرآیند سرند کردن.

۳- کاهش گرد و غبار ناشی از سرند کردن به روش خشک یا سنگ‌شکنی یا جابه‌جایی مصالح.

۴- دانه‌بندی یا طبقه‌بندی آبی ماسه.

 بعضی عملیات سنگ‌شکنی و سرند کردن روباره یا سنگ خیلی سخت نظیر کوارتز، جدای از آبپاشی اندک جهت کنترل گرد و غبار، کاملا خشک صورت می‌پذیرد. در چنین مواردی اغلب مواد ترکننده ویژه‌ای جهت افزایش کارآیی به آب افزوده می‌شود. استفاده از مقدار اندکی آب تصفیه‌شده برای جلوگیری از گلوله یا کاوخه شدن مصالح به‌ویژه هنگامی‌که ماسخ شکسته با عملیات سنگ‌شکنی به وسیله آسیای غلتکی یا تغاری[۲۰] خرد می‌شود، مطلوب به نظر می‌رسد.

شست‌وشوی سنگدانه‌ها به دو روش خیس کردن آنها به صورت کامل با آب تحت به وسیله میله‌های افشاننده با افشانک‌هایی که بالای سرند تخت یا درون سرندهای گردان آویزان می‌شوند و یا غرقاب کردن کامل و سایش شدید به وسیله شوینده‌های الواری[۲۱] یا ساینده‌های آبی[۲۲] انجام می‌شود. روش شست و شو با توجه به چسبندگی پوششی که باید زدوده شود و دیگر مشخصات سنگدانه‌ها تعیین می‌شود. به علاوه در بسیاری از فرآیندهای تولید شن وماسه از هر دو روش بهره گرفته می‌شود، مثلا تنها برای شست وشوی درشت دانه‌ها از میله‌های افشاننده طی سرند کردن اولیه و سپس شست وشو با شوینده‌های الواری استفاده می‌گردد.

شوینده‌های الواری و ساینده‌های آبی: هنگامی‌که‌اندود رسی چسبیده به سنگدانه طوری است که نیازی به عملیات شست وشوی کامل توسط شوینده‌های الواری وجود ندارد، از ساینده‌های آبی استفاده می‌شود. این ساینده‌ها شامل مخازن استوانه‌ای هستند که رو محوری افقی یا با شیب کم می‌گردند و سنگدانه همراه با مقدار زیادی آب از یک طرف درون آن ریخته می‌‌شود. بالابرنده‌هایی که درون مخزن استوانه‌ای نصب شده‌اند سنگدانه را بالابرده و در هر دور درون آب فرو می‌ریزند و مصالح را به شدت بهم می‌زنند. ذرات ریز معلق به وسیله آب شسته می‌شوند. دستگاه‌های مرکب سرندکن -شوینده که سنگدانه را در حالت تر سرند می‌کنند شامل سرند داخلی استوانه‌ای شکل هم مرکز با پوشش محکم خارجی هستند که همزمان با شست وشو عمل جداسازی سنگدانه‌های ریز و درشت را انجام می‌دهند. در شوینده‌ها پره‌هایی جلوی جریان آب عبوری قرار دارند که موجب شست وشوی کاملتر نسبت به حالتی می‌گردند که تنها از سرند کردن گردان مرطوب استفاده می‌شود.

نام شوینده‌های الواری از عملیاتی قدیمی‌که در آن مخلوط آب و سنگدانه همراه با الوارهای چوبی جهت شست وشوی بهتر درون استوانه گردان ریخته می‌شد، سرچشمه می‌گیرد. قلوه‌سنگ‌های بزرگ بادوام نیز به همین منظور می‌شدند که دستگاهی مشابه آسیای گلوله‌ای[۲۳] بوده است. امروزه شوینده‌های الواری که بسیار شبیه آسیاهای میله‌ای[۲۴] هستند، شامل محفظه‌اندکی مایل می‌باشند که سنگدانه همراه با مقدار زیادی آب از دهانه تحتانی درون آن وارد می‌شوند. پیچ‌ها[۲۵] یا محورهای چرخنده با همان شیب، تیغه‎‌های فولادی سخت را حرکت می‌دهند که‌این عمل مصالح را شدیدا بهم می‌زند و جهت تخلیه به سمت دهانه فوقانی می‌راند. اندودهای چسبنده به کلی از روی سطح سنگدانه زدوده شده و عمل سایش برای از هم پاشیدن قطعات نرم‌تر نظیر ماسه سنگ‌های نرم، خاک سرخ و شیل نرم کافی است. رس معلق و گردسنگ حاصل از سایش همراه آب به بیرون دفع می‌شوند. شکل زیر شوینده‌ الواری نوع تیغه‌ای را نشان می‌دهد.

مانند بسیاری از ماشین آلات دیگر فرآوری سنگدانه، تصمیم‌گیری در مورد استفاده ساینده آبی و شوینده‌ الواری یا هر دو تا حد زیادی وابسته به مشخصات توده می‌باشد.

شوینده‌ الواری دومیله‌ای که برای جداکردن اندود چسبنده و خرده کردن ذرات نرم استفاده می‌شود.
شوینده‌ الواری دومیله‌ای که برای جداکردن اندود چسبنده و خرده کردن ذرات نرم استفاده می‌شود.

متصدیان امر گاهی اوقات چندین دوره آزمایشی را جهت تعیین تجهیزاتی که به بهترین نحو نیازهای آنها را برآورده سازد عملیات را بهینه نماید، سپری می‌کنند. اگر خواص توده به گونه‌ای باشد که با این عملیات کاملا شسته شود و مواد زیان‌آور به درصد اندک قابل قبولی کاهش یابد، متصدیان امر حقیقتا خوش‌شانس بوده‌اند و نیازی به استفاده از تجهیزات فرآوری پیچیده و گران نظیر جیگ‌ها[۲۶] یا جداسازیی به کمک مایعات سنگین[۲۷] نیست.

طبقه بندی هیدرولیکی ماسه: ملزومات دانه‌بندی ماسه مورد استفاده در بتن در قسمت ۲-۲۵ بیان شد. در اکثر مواقع جهت تهیه ماسه‌ای با این دانه‌بندی که ذرات ریزتر از الک نمره ۲۰۰ آن در محدوده مجاز باشد، به طبقه‌بندی هیدروایکی ماسه نیاز است. بسیاری از تولیدکنندگان ماسه، بخش ریزتر ماسه شسته را برای ساخت ملات و اندودف ذخیره می‌کنند.

دستگاه‌های طبقه‌بندی هیدروایکی براساس این اصل مهم کار می‌کنند که ذرات درشت‌تر نسبت به ذرات ریزتر در محلول معلق آب، زودتر سقوط می‌کنند. با این فرض غیرحقیقی که ذرات کروی شکل در محیط لزج آزادانه سقوط می‌کنند طبق قانون استوک، سرعت سقوط با مجذور شعاع ذرات متناسب است. دستگاه‌های طبقه‌بندی ماسه تقریبا این شرایط ایده‌آل را به کمک انواع دستگاه‌ها با جریان افقی و بالا رونده نظیر حلزونی‌ها، کششی‌ها[۲۸]، شن‌کش‌ها[۲۹]، چرخند‌ه‌ها[۳۰] و سیکلون‌ها فراهم می‌کنند.

چنانچه ذرات ماسه معلق در آب در یک انتهای مخزن یا کانال افقی طویل باشند و آب از انتهای دیگر سرریز کند، حین حرکت آرام آب به سمت انتها (سرریز)، ذرات ریزتری رسوب خوتهند کرد. اگر کانال طولانی‌تر شود یا سرعت جریان آب کاهش یابد به لحاظ افزایش زمان تعلیق، حتی ذرات نیز در انتهای نسیر رسوب می‌کنند. با فرض عدم آشفتگی جریان، همین اصول در دستگاه‌های طبقه‌بندی‌کننده با جریان بالا رونده که‌اندازه‌های ریزتر ذرات به ارتفاع‌های بالاتر حوضچه می‌روند، صادق است.

دستگاه‌های موجود در بازار از اصول فوق به روش‌های مختلفی استفاده می‌کنند. در شکل فرآیند ساده‌ای که طبقه‌بندی‌کننده حلزولی در ابتدا جهت خشک کردن ماسه قبل از ریختن درون سیلوی تحویل استفاده می‌شود، مشهود است. دبی آبی که از سرریز انتهای تحتانی طبقه‌بندی‌کننده حلزونی می‌ریزد، میزان ریزدانه‌های مانده را کنترل می‌کند. چرخش آرام حلزونی، ماسه را از داخل حوضچه بالا آورده و خشک می‌کند. کنترل این عملیات به ظاهرساده برای تهیه ریزدانه‌های مورد نیاز، ضروری است. برخی تولیدکنندگان که ریزدانه توده معدنی آنها در حال اتمام است یا مقدار زیادی آب نظیر آنچه از لایروبی حاصل می‌شود، برای طبقه‌بندی ماسه استفاده می‌کنند، تمایل به کاهش ریزدانه دارند و لذا ممکن است در تامین ۱۰ تا ۳۰ درصد  ذرات عبوری از الک نمره ۵۰ (ناحیه مجاز) با مشکل مواجه شوند.

شن‌شکن‌ها اصولا همان هدف حلزونی‌ها را دنبال می‌کنند لیکن رشته رنجیری همراه با تیغه‌های متصل به آن جایگزین حلزونی شده که ماسه را به سمت بالای بدنه شیبدار مخزن هدایت می‌کند.

شکل زیر نمایانگر نحوه استفاده از دستگاه مرکب حلزونی و شوینده الواری است که ریشه‌ها و پوشش گیاهی چسبیده به ذرات شن را جدا می‌کند. اگر اندازه‌این مواد برای مسدود کردن سرندها مناسب باشد، مشکل بزرگی به‌وجود می‌آید. بعضی افراد سیکلون‌های ویژه‌ای را به منظور مشابه مورد استفاده قرار داده‌اند که اصول آن بعدا توضیح داده می‌شود.

طبقه‌بندی‌کننده‌های تجاری ماسه از اصول کانال‌های طویل افقی که در بالا ذکر شد، استفاده می‌کنند با این تفاوت که ۹ عدد سیلو در کف کانال، ماسه‌های با اندازه مختلف که در طول مخزن رسوب می‌کنند را خارج می‌کند (شکل زیر). پس با مخلوط کردن این اندازه‌ها، دانه‌بندی‌های مختلف ماسه قابل اصول می‌باشد. مخلوط کردن با اختلاط زیرآبی و باز گرداندن مجدد مصالح به طبقه‌بندی‌کننده حلزونی یا شن‌کش صورت می‌پذیرد. چنانچه ریزدانه به روشی مشابه درشت‌دانه مخلوط شود، اندازه‌های مختلف به خوبی مخلوط نمی‌شوند.

دستگاه دیگری که در فرآیند تولید مایه بتن به‌کار می‌رود، سیلکون است. از این دستگاه هنگامی‌که به لحاظ حجم زیاد آب حاصل از لایرویی احتمال شسته شدن و از دست رفتن ریزدانه‌ها وجوددارد، استفاده می‌شود. شکل زیر اصول کار سیکلون را نشان می‌دهد. حرکت چرخشی اعمالی به بار ورودی سبب حرکت ذرات درشت‌تر به سمت جداره بیرونی مخروط می‌گردد. با تنظیم سه دبی جریان مربوط به لجن پمپ شده به داخل سیکلون، مواد بسیار ریزشده از قسمت فوقانی و نهایتا مقداری ریزدانه که در پایین بازیافت می‌شود، می‌توان ریزدانه‌‌های بازیافت شده را مجددا درون ماسه مخلوط کرد. گزارش شده که ذرات ریزتر از الک نمره ۵ به نحو مناسبی با سیکلون mm250 و دبی لجن ورودی lit/sec1200، به‌میزان ton/h 10خشک و بازیافت شده‌اند.

بیشتر بخوانید  تعاریف و اصطلاحات در سنگدانه های بتن

شوینده و آب‌زه‌ای حلزونی که پوشش گیاهی را از شن جدا می‌کند.
شوینده و آب‌زه‌ای حلزونی که پوشش گیاهی را از شن جدا می‌کند.

مخزن سرند آبی طبقه‌بندی‌کننده ماسه. ماسه با اندازه مختلف در هفت نقطه جمع گردیده و مقادیر مناسبی از هر یک درون ناوه‌های تحتانی مخلوط می‌شوند. صفحات تنظیم‌کننده کنترل از راه دور امکان کنترل دریچه‌های تخلیه جهت تهیه مخروطی یکنواخت علیرغم تغییرات بار ورودی را فراهم می‌سازد.
مخزن سرند آبی طبقه‌بندی‌کننده ماسه. ماسه با اندازه مختلف در هفت نقطه جمع گردیده و مقادیر مناسبی از هر یک درون ناوه‌های تحتانی مخلوط می‌شوند. صفحات تنظیم‌کننده کنترل از راه دور امکان کنترل دریچه‌های تخلیه جهت تهیه مخروطی یکنواخت علیرغم تغییرات بار ورودی را فراهم می‌سازد.

جداکننده سیکلون. اغلب برای بازیابی ریزدانه‌ها از مقدار زیادی آب حاصل از لایروبی استفاده می‌شود. نیروی گریز از مرکز ذرات بزرگ را به سمت جداره بیرونی می‌راند.
جداکننده سیکلون. اغلب برای بازیابی ریزدانه‌ها از مقدار زیادی آب حاصل از لایروبی استفاده می‌شود. نیروی گریز از مرکز ذرات بزرگ را به سمت جداره بیرونی می‌راند.

طبقه‌بندی خشک ماسه: در مناطق بسیار خشک که با کمبود آب مواجهند، دانه‌بندی خشک مواد ریز یا استفاده از جداکننده‌های هوایی[۳۱] صورت می‌پذیرد. ماسه تهیه‌شده از شکستن سنگ و ماسه روباره‌ای نیز گاهی اوقات به‌صورت خشک دانه‌بندی می‌شوند. برخی جداکننده‌های هوایی شبیه سیلکون که قبلا تشریح شد کار می‌کنند با این تفاوت که هوا به‌عنوان واسه جایگزین آب می‌شود. این جداکننده‌ها اغلب به‌منظور زدودن مواد بسیار ریز ناشی از حمل ونقل یا گرد ناشی از شکستن مورد استفاده قرار می‌گیرند و مشابه طبقه‌بندی‌کننده‌های سیلکونی در فرآیند تولید سیمان پرتلند کار می‌کنند (این مطلب را ببینید). در دستگاه‌ دیگری، ماسه به‌وسیله پروانه گریز از مرکز به‌صورت افقی به خارح پرتاب می‌شود و در معرض جریان شدید هوای رو به پایین قرار می‌گیرد. نیروی گریز از مرکز ذرات درشت را دورتر پرتاب می‌کند و لذا باتوجه با توجه به‌اندازه ذرات، صفحات تقسیم‌کننده زیرین، ماسه منحرف‌شده را جمع می‌کنند و عمل جداسازی بدین ترتیب انجام می‌شود. از این لحاظ که به استثنای الک کردن آزمایشگاهی، در سایر وسایل دانه‌بندی جداسازی دقیقی انجام ‌نمی‌شود (یا حقیقتا ضرورتی نداره)، لذا مخلوط کردن پس از آن جهت جبران نقایص دانه‌بندی الزامی‌است.

 

پرعیارسازی[۳۲] سنگدانه

کاهش روزافزون منابع موجود سنگدانه، محدودیت‌های منطقه‌ای که از توسعه منابع مطلوب جدید جلوگیری می‌کند و سخت‌گیری برخی سازمان‌ها در مورد خصوصیات مورد نیاز سنگدانه نیاز به توسعه و نصب تجهیزات ویژه جهت بالا بردن کیفیت سنگدانه ذخایر موجود یا بهبود منابع کشف‌شده که دارای سنگدانه با کیفیت پایین هستند را ایجاب می‌کند. استفاده از بعضی ماشین آلات و تجهیزات پرعیارسازی به‌جز در شرایط خیلی خاص مفید و مؤثر نبوده است و بدین لحاظ روش‌های جدیدی دائما پیشنهاد و آزمایش می‌شوند. در سطور زیر تنها به‌آن روش‌های پرعیارسازی موفقیت‌آمیزی پرداخته می‌شود که تعداد قابل ملاحظه‌ای تاسیسات تجاری جهت انجام آنها در بازار ایالات متحده موجود است.

روش‌های پرعیارسازی موجود دو اصل اساسی را برای حذف مواد مضر به‌کار می‌بندند: (۱) جداسازی ثقلی و (۲) ضربه با سایش مکانیکی جهت خرد کردن قطعات نرمتر. جیگ‌ها و دستگاه‌های جداسازی به‌کمک مایعات سنگین، مواد مناسب را براساس چگالی از مواد نامطلوب جدا می‌کنند. قطعات نامناسب به وسیله آسیاهای قفسه‌ای، آسیاهای غلتکی با آسترهای لاستیکی و گاهی مواقع شوینده‌های الواری با ضربه یا سایش خرد می‌شوند. در هر مورد روش پرعیارسازی باتوجه به خواص توده تعیین می‌گردد. بدیهی است چنانچه اکثر ذرات نامطلوب نرم باشند، روش‌ پرعیارسازی ضربه‌ای کافی خواهد بود. اگر ذرات زیان‌آور سخت ونرم هستند یا اینکه غالبا نظیر چرت سخت هستند اما چگالی آنها نسبتا پایین باشند، می‌توان از جیگ یا جداساز به‌کمک مایعات سنگین که گرانتر است، بهره گرفت.

آسیای قفسه‌ای: سنگدانه وسط قفسه ریخته می‌شود و در اثر نیروی وزن از کف محفظه پایین می‌ریزد. آسیاهای شبکه‌ای دارای دو یا سه قفسه هم‌مرکز که در جهت مخالف هم می‌چرخند، موجود هستند و لذا قادرند محصول را بیشتر خرد کنند.

آسیاهای قفسه‌ای که با سرعت زیادی کار می‌کنند، جهت خرد کردن مورد استفاده قرار می‌گیرند و در این حال محصول بسیار مکعبی‌تری تولید می‌کنند. به هر حال بعضی متصدیان سرعت دوران را کم می‌کنند تا میزان خرد کردن را کاهش دهند، لیکن هنوز ضربه کافی جهت خرد کردن ذرات وجود دارد. به منظور کاهش ابعاد سنگ نرم با قفسه به قطر m0.9، سرعت دوران rpm600  بوده است. در بعضی تاسیسات، محصول آسیایی قفسه‌ای برای جداسازی قطعات خرد شده به شوینده‌ الواری وارد می‌شود. به هر حال سنگ شکسته که ابعاد آن تا حد گرد وغبار کاهش یافته بایستی با دستگاه‌های مناسب از محصول زدوده شود.

نظیر کلیه روش‌های پرعیارسازی نمی‌توان بر ضرورت مطالعه دقیق قبلی در مورد کارآیی آسیای قفسه‌ای در بهبود محصول توده پیش از نصب تاسیسات، تاکید فراوان کرد. یکی از بهترین روش‌های ممکن این است که یک یا دو کامیون بار را به نزدیک‌ترین تاسیسات دارای آسیاب قفسه‌ای حمل و مقادیر معینی از آن را به منظور تعیین مزیت‌های فرآیند در مقیاس عملیاتی واقعی بررسی نمود.

پرعیارسازی به‌وسیله جیگ: پرعیارسازی جیگ از اصول« ته‌نشینی تاخیری» بهره می‌گیرد که وقتی ذرات با چگالی مختلف در آب و در معرض نوسانات سریع عمودی قرار می‌گیرند، به نشست در لایه‌های افقی تمایل دارند. ذرات سنگین‌تر سریع‌تر از دانه‌های سبک ( با چگالی کم) ته‌نشین می‌شوند. اگر جربان آب جهت‌دار دائما در محلول معلق تحت نوسان درون مخزن با کف شیب‌دار برقرار باشد، ذرات سنگین‌ به سمت کف خروجی در انتهای مخزن حرکت کرده و ذرات سبک وزن همراه با آب از روی مانع سرریز می‌کنند. ارتفاع این مانع جهت بهینه نمودن فرآیند پرعیارسازی تنظیم می‌شود.

در شکل زیر تصویری از یک نوع جیگ دیده می‌شود. در این غربال نوسانات به وسیله وزنه خارج از مرکز مکانیکی ایجاد می‌شوند و بخش تحتانی (صندوقه) با پوسته لاستیکی به مخزن شیب‌دار متصل می‌گردد. کف مخزن از صفحه فولادی سورا‌خداری تشکیل شده که سوراخ‌هایش به وسیله مجموعه‌ای از گلوله‌های فولادی مسدود می‌شود. گلوله‌ها به‌منظور جلوگیری از سقوط دانه‌ها به داخل صندوقه استفاده می‌شوند و با این وجود انتقال نوسانات آب را به مخزن ممکن می‌سازند. در برخی جیگ‌ها نیروی مکانیکی به وسیله هوای مرتعش تامین می‌گردد.

 

 

 

 

 

 

جیگ مکانیکی که به منظور پرعیارسازی شیل سبک‌دانه نامطلوب و سایر ناخالصی‌ها به طریق شناورسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جریان آب به کمک دریچه‌های متعدد تنظیم می‌شود تا فرآیند بهینه گردد. همچنین سرعت و میزان نوسان حرکت جیگ قابل تنظیم می‌باشد.
جیگ مکانیکی که به منظور پرعیارسازی شیل سبک‌دانه نامطلوب و سایر ناخالصی‌ها به طریق شناورسازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جریان آب به کمک دریچه‌های متعدد تنظیم می‌شود تا فرآیند بهینه گردد. همچنین سرعت و میزان نوسان حرکت جیگ قابل تنظیم می‌باشد.

 تنظیم دی جریان آب، سرعت و وسعت عملیات غربال کردن، نرخ بار ورودی به جیگ و سررسز آب ضروری می‌باشد و به منظور حصول فرآیند بهینه بایستی با انجام آزمایش‌هایی تعادل دقیقی بین این موارد برقرار گردد. نرخ یکنواخت بار ورودی به جیگ بایستی متضمن حفظ لرزش کامل کف باشد. ایجاد امواج روی آب با افت کارآیی همراه است. درباره تاثیر شکا و اندازه ذرات در کارآیی جیگ لرزه‌ای نظر واحدی وجود ندارد لیکن هم درشت‌دانه‌ها و هم ریزدانه‌ها با این فرآیندغربال شده‌اند.

پرعیارسازی با جیگ در مورد شن‌ها که فاصله قابل ملاحظه‌ای در چگالی دانه‌های مناسب و نامناسب وجود دارد، مؤثرترن روش است و برای نمونه ذرات چوب با چگالی اندک و شیل یا چرت با چگالی کمتر از ۲٫۳، از دانه‌های شن با چگالی بیش از ۲٫۶ جدا می‌شوند. غربال کردن لرزه‌ای موجب جداسازی وزنی کاملا دقیقی نمی‌شود و بعضی دانه‌های سنگین همراه با سبک‌دانه‌ها سرریز می‌شوند و به همین ترتیب دانه‌های سبک محبوس شده و به داخل محصول خروجی راه می‌یابند.

جداسازی به کمک مایعات سنگین: جداسازی به کمک مایعات سنگین علیرغم هزینه اولیه بالای آن ( تقریبا پنچ برابر جیگ با ظرفیت مشابه) در مواردی که پرعیارسازی و جداسازی دقیق چگالی مشخص مورد نظر است، توسط اکثر تولیدکنندگان به‌کار می‌رود. در این فرآیند، سنگدانه درون مخلوط معلق آب و ذرات ریز شده مگنتیت و فروسیلیکون وارد می‌شود. سنگدانه‌های با چگالی کمتر از مایع شناور می‌شوند و ذراتی که چگالی آنها از محیط محلول بیشتر است، ته‌نشین می‌گردند. هنگامی‌که چگالی مایع بین ۲ و ۳ مورد نظر است، نسبت مگنتیت به فروسیلیکون و رقیق سازی آب مخلوط، با دقتی برابر ۰٫۰۲ قابل تنظیم است. چگالی‌هایی که در عمل برای جداسازی شن به‌کار می‌رود، معمولا در حدود ۲٫۴ تا ۲٫۶ می‌باشد.

نمودار عملیاتی متداول در کارخانه جداسازی به کمک مایعات سنگین در شکل زیر مشهود است. جداسازی مواد رسوبی و شناور درون مخزن جداسازی انجام می‌شود. این مخزن تشت ثابت، استوانه گردان، پیش حلزونی یا مخروطی می‌باشد. در مخزن نوع تشتی، مصالح ته‌نشین شده به‌وسیله پره‌ای با حرکات رفت و برگشتی از کف مخزن به سمت بالا جارو می‌شوند و مصالح شناور همراه با مایع که دائما در حال گردش است، سرریز می‌شود. نوع استوانه‌ای مانند مخلوط‌کن ثابت بتن می‌باشد و بالابرهایی داخل استوانه قرار دارند که مصالح ته‌نشین شده را هنگام چرخش استوانه از کف بالا آورده و روی ناوه‌ای که به بیرون استوانه منتهی می‌شود، می‌ریزند. مصالح شناور همراه با مایع که دائما در حال چرخش است، از لبه استوانه سرریز می‌شود. نوع مارپیچی-حلزونی نظیر خشک‌کن مارپیچی قسمت ۲-۳۶ کار می‌کند، لیکن مایع سنگین جایگزین آب می‌گردد. مصالح شناور سرریز می‌شوند و شن ته‌نشین شده به کمک مارپیچ حلزونی از شیب بالا می‌آید. در نوع مخروطی از حوضچه عمیقی استفاده می‌شود تا جداسازی محصول ته‌نشین شده را که به‌وسیله هوا از راس پایینی مخروط به مرکز آورده شده، انجام دهد. محاسنی برای هر کدام از چهار نوع وسیله جداسازی عنوان می‌شود لیکن کلیه آنها به صورت موفقیت‌آمیزی جهت پرعیارسازی شن یا ذرات ماسه درشت استفاده شده‌اند.

 

 

 

 

تصویر شماتیک کارخانه پرعیارسازی جداساز به کمک مایعات سنگین.
تصویر شماتیک کارخانه پرعیارسازی جداساز به کمک مایعات سنگین.

 

 

 

دیگر وسایلی که در شکل بالا دیده می‌شوند، به بازیابی مایع سنگین نسبتا و بازگرداندن آن برای استفاده مجدد مربوط است. هم ذرات شناور و هم ذرات ته‌نشین شده هنگام خروج از دستگاه جداسازی با مواد چسبنده سیاه پوشیده شده‌اند. برخی مواد مایع یکباره زهکشی می‌شوند و برای استفاده مجدد بازگردانده می‌شوند. مواد چسبنده مایع که به وسیله آبفشان‌ها شسته می‌شود به طریقه مغناطیسی بازیافت شده و توسط حلزونی خشک‌کننده آب‌زدایی می‌گردد و سپس به منظور جلوگیری از بهم‌فشردگی آنها نامغناطیس می‌شوند. هم مگنتیت و هم فروسیلیکون دارای مغناطیسی هستند و کارخانه با فرآیند مناسب علیرغم ریزی آنها کمتری مقدار این مواد را در آب شست‌وشو از دست می‌دهد. اتلافات مواد مایع بالغ بر ۳ تا ۴ سنت در هر تن محصول گزارش شده است. برآورده هزینه کل پرعیارسازی به کمک مایعات سنگین بین ۳۵ تا ۵۰ سنت در هر تن محصول می‌باشد.

فرآیند جداسازی به کمک مایعات سنگین سنگدانه‌های مضر را مستقیما جدا نمی‌کند لیکن مصالح را به خئبی براساس چگالی آنها به دو گروه با چگالی بیشتر از چگالی مایع و کمتر از چگالی مایع تقسیم می‌کند. اگر چگالی ذرات زیان‌آور کمتر از چگالی مایع باشد، به راحتی دفع می‌شوند. به هر حال ناچارا قسمتی از سنگدانه‌های مناسب نیز چگالی کمتری دارند در این فرآیند ز جداسازی هدر می‌روند. به همین ترنیب مصالحی با چگالی بیشتر نظیر لیمونیت جدا نخواهد شد. لذا وجود اینکه‌این روش قادر به انجام جداسازی وزنی دقیقی است لیکن موفقیت آن به خواص توده و نوع ذراتی که برای تهیه محصول مناسب باید دفع شوند، بسشتگی دارد. کارخانه‌های جداسازی به کمک مایعات سنگین موجود، ۲۰ درصد بار ورودی را دفع می‌کنند. بد نیست بدانیم که طبق مشخصات موجود، حدود نیمی‌از مصالح دفع شده، مناسب می‌باشد.

دفع مواد زاید مشکل عمده برخی تاسیسات فرآوری است، زیرا این مواد بایستی  به صورت کامل از نواحی شهری خارج گردند. لذا معمولا می‌توان این مواد را به عنوان شن راه‌سازی، مصالح متخلخل خاکریز اطراف زهکش‌ها و کاربردهای مشابه عرضه و به فروش رساند.

[۱] Processing

[۲] Package

[۳] Stripping

[۴] Dragline

[۵] Ripper

[۶] Blasting

[۷] Face

[۸] Power shovel

[۹] Scraper bucket

[۱۰] Clamshell

[۱۱] Ladder dredge

[۱۲]Centrifugal dredge pump

[۱۳] Payload

[۱۴] Flight

[۱۵] Screening

[۱۶] Grizzly

[۱۷] Chute

[۱۸] Nozzle

[۱۹] Deck screen

[۲۰] Pan-mill

[۲۱]Log washer

[۲۲] Scrubber

[۲۳] Ball mill

[۲۴] Pugmill

[۲۵] Screw

[۲۶] Jig

[۲۷] Heavy-media sepatation

[۲۸] Drag

[۲۹] Rake

[۳۰] Wheel

[۳۱] Air separator

[۳۲] Beneficiation

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Share via
Copy link
Powered by Social Snap