2.2 非金属矿物的筛分设备
2.2.1 筛分设备
筛分一般适用于较粗物料的分级。在筛分过程中，大于筛孔尺寸的物料颗粒被留在筛面上，这部分物料称为筛上料；小于筛孔尺寸的物料颗粒通过筛孔筛出，这部分物料称为筛下料。筛分之前的物料称为筛分物料。
为了将固体颗粒混合物分离成若干粒度级别，需使用一系列不同大小筛孔的筛面，当筛面数目为n时，可以分出n+1个级别的产品。各种不同孔径的筛面组合在一起称为筛序。通常有下列几种筛分顺序，如图2-1所示。
图2-1 筛分顺序
（1）由粗到细的筛序 如图2-1（a）所示，这种筛序的优点是：可以将筛面由粗到细重叠布置，因而节省厂房面积；粗物料不接触细筛网；较难筛的细颗粒很快通过上层粗筛筛面，不易堵塞，有利于提高筛分质量。其缺点是：维修不方便。
（2）由细到粗的筛序 如图2-1（b）所示，与上述相反，由于粗颗粒接触细网筛，使细网筛不仅易磨损，还易被较大颗粒堵塞，降低筛分效率。但容易布置，维修也比较方便。
（3）混合筛序 如图2-1（c）所示，这种筛序是上述两种筛序的组合，具有两者优点。
2.2.1.1 筛分机械的分类
筛分机械的类型很多，按筛分方式，可分为干式筛和湿式筛。按筛面的运动特性，可将其分为如下四大类：振动筛（包括旋摆运动筛、直线运动筛和圆运动振动筛）、摇动筛（包括旋动筛和直线摇动筛）、回旋筛（包括圆筒筛、圆锥筛、角柱筛和角锥筛）、固定筛（包括固定弧形筛、固定格筛和固定棒条筛）。筛分设备的种类很多，在非金属矿加工中常用的筛分机械主要有固定筛、自定中心振动筛、平面摇动筛、平面旋回筛、筒形筛、高方筛等，见表2-1。
表2-1 常用筛分机械
2.2.1.2 筛面
筛面是筛分机械的主要工作部件，正确选择筛面对于提高筛分质量具有重要意义。筛分机械所使用的筛面一般按被筛分物料的粒度和筛分作业的工艺要求采用棒条筛面、板状筛面、编织筛面、波浪形筛面和非金属筛面等。
筛栅由相互平行的按一定间隔排列的钢质棒条组成，如图2-2所示为筛栅及其断面形状。这种筛面通常用在固定筛式重型振动筛上，又分为固定格筛和固定条筛两种。固定格筛一般水平安装在粗料筛上部。固定条筛的筛面与水平面呈一定角度倾斜安装，倾角应大于物料的休止角，以使其能够沿筛面自动下滑或滚动，一般为30°～60°。条筛的孔尺寸为要求筛下粒度的1.1～1.2倍，一般筛孔寸不小于50mm。条筛的长度L根据宽度B确定，一般L=2B，宽度B取决于给料口尺寸，应大于最大给料粒度的2.5倍。
图2-2 筛栅及其断面形状
条筛结构简单，无运动部件，不需要动力。但筛孔易堵塞，需要的高差大，筛分效率一般为50％～60％。
板状筛面通常在厚度为5～12mm的钢板上冲制成方形、长方形或圆形孔而制成。筛孔可以是平行排列［图2-3（a）、（c）］，也可以呈三角形排列［图2-3（b）、（d）］。为了保证足够的强度及耐磨损，孔壁之间的最小距离s不小于某一定值。在相同的筛孔尺寸和壁厚情况下，筛孔呈三角形排列的筛面的有效面积较大。长方形筛孔的筛面与方形或圆形筛孔的筛面相比较，其优点是：开孔率大，生产能力大，可减轻筛孔堵塞的现象。但长方形筛孔的筛面只能在筛分物料粒度要求不太严格的情况下使用。
图2-3 冲孔筛板
板状筛面的优点是：比较牢固，刚度大，使用寿命长。其缺点是：开孔率较小，为40％～60％，一般用于中等粒度的物料的筛分，筛孔尺寸通常为12～50mm。为使细颗粒顺利地通过筛孔，冲孔筛板的筛孔一般上小下大，向物料通过筛孔时运动方向有一定的倾斜度。
编织筛面是用钢丝编织而成。筛孔的形状为方形或长方形，开孔率可达95％左右。编织筛面的优点是：开孔率高，重量轻，制造方便。缺点是：使用寿命较短。为了提高其使用寿命，钢丝材料可采用弹簧钢或不锈钢。编织筛面适用于中细物料的筛分。
筛孔大小可用筛目数M表示，也可用1cm2面积上所具有的筛孔数表示，则有：
（2-1）
式中，K为1cm2面积上的筛孔数；M为筛目数。
2.2.1.3 回旋筛
回旋筛由筛网或筛板制成的回旋筒体、支架和传动装置等组成。按筒形筛面的形状有圆筒筛、圆锥筛、多角筒筛（一般为六角形）和多角锥筛四种，如图2-4所示。
图2-4 筒筛形式
如图2-5所示是六角锥形滚筒筛的构造示意图。物料在回旋筒内由于摩擦作用而被提升至一定高度，由于重力作用沿筛面向下滑动，随之又被提升，因此，物料在筒内的运动轨迹呈螺旋形。在不断地下滑翻滚转动过程中，细颗粒通过筛孔落入筛下，大于筛孔尺寸的筛上料则自筛筒的大端排除。
图2-5 六角锥形滚筒筛的构造示意图
1—筛筒；2—底座；3—轴承；4—筛罩；5—加料斗；6—孔盖；7—吸尘管接口；8—减速机；9—电动机；10—弹性联轴器；11—浮动盘联轴器
多角筒筛与圆筒筛相比，筛分效率要高一些，原因是物料在筛面上有一定的翻倒现象，会产生轻微的抖动。圆柱形筒筛比锥形筒筛容易制作，但为了使筒内物料能够沿轴向移动，必须倾斜安装，使其与水平面成4°～10°的倾角，这给安装带来一定的困难。
回旋筛的优点是：工作平稳，冲击和振动小，易于密封收尘，维修方便。主要缺点是：筛面利用率低，工作面仅为整个筛面的1/8～1/6。与同等产量的其他筛分机械相比，它的体型较大，筛孔易堵塞，筛分效率低。通常筒体的倾角为5°～11°，料层厚度为2.5～5cm。若倾角过大或料层过厚，会使筛分效率降低，另外，过大的倾角还会导致轴承推力增大。
2.2.1.4 摇动筛
结构和工作原理如下：摇动筛工作时，物料颗粒主要是做平行于筛面的运动。为了实现物料与筛面的相对滑动，一般用曲柄连杆机构传动。如图2-6所示是单筛框摇动筛的原理，它只有一个筛框，筛框上可设一层或两层筛网。图2-6中（a）～（c）分别采用滚轮支撑、吊杆悬挂和弹性支撑。
图2-6 单筛框摇动筛的原理
电动机通过皮带轮传动（图2-6中未画出）使偏心轴旋转，然后用连杆带动筛框做定向往复运动，筛框的运动方向应垂直于支杆式吊杆中心线。物料由筛面左端加入，细颗粒物料通过筛孔落至筛下，筛上物由筛面右端排出。筛面的安装角度视物料性质不同而异，一般为10°～20°。
2.2.1.5 振动筛
振动筛是目前各工业中应用最广泛的一种筛机。它与摇动筛最主要的区别在于，振动筛的屋面震动方向与筛面成一定角度，如图2-7所示，而摇动筛的运动方向基本上平行于筛面。振动筛工作时，物料在筛面上主要是作相对滑动。振动筛的运动特性有助于筛面上的物料分层，减少塞孔堵塞现象，强化筛分过程。这类筛机有如下优点：筛体以小振幅（振幅一般为0.5～5mm）、高频率（振动频率为600～3000次/min）作强烈振动，消除物料堵塞现象，使筛机具有较高的筛分效率和处理能力。动力消耗小，构造简单，维修简单。适用范围广，不仅用于细筛，也用于中、粗筛分，还用于脱水和脱泥等分离作业。
图2-7 振动筛和摇动筛运动的区别
α—安装角，即筛面与水平面的夹角；β—振动方向角，即筛面与震动方向的夹角
振动筛因其结构和筛框运动轨迹不同，大致分为以下类型（表2-2）。
表2-2 振动筛主要类型
（1）单轴惯性振动筛 单轴惯性振动筛分为纯振动筛（或偏心振动筛）［图2-8（a）］和自定中心振动筛，后者又分为轴承偏心式［图2-8（c）］和皮带偏心式［图2-8（d）］两种。
图2-8 单轴惯性振动筛工作原理
1—电动机；2，3—皮带轮；4—筛网；5—悬吊弹簧；6—筛箱；7—飞轮；8—偏心重块；9—主轴；10—轴承座
单轴惯性振动筛的筛框支承方式有弹簧悬吊式和用板弹簧或螺旋弹簧式支承，筛网有单层和双层之分。单轴惯性振动筛振动频率一般为800～1600次/min，振幅的大小取决于不平衡重块产生的惯性离心力的大小、弹簧的刚度和位置，一般振幅（双振幅）为4～8mm，这种筛子最合适的倾角为10°～25°
单轴惯性振动筛的工作原理如图2-9所示。由于激振器的偏心做回转运动，它所产生的离心惯性力（称激振力）传递给筛箱，激起筛箱的振动，筛上物料受筛面运动的作用力而连续地做抛掷运动，即物料被抛起前进一段距离后再落至筛面上，这样实现了物料颗粒垂直于筛面，从而提高了筛分效率和处理能力。单轴惯性振动筛适合于筛分中、细物料，其给料粒度一般不超过100mm。
图2-9 单轴惯性振动筛的工作原理
（2）双轴惯性振动筛 如图2-10（a）所示为定向振动的双轴惯性振动筛，它是一种直线振动筛。筛箱的振动是由双轴激振器来实现的。激振器两个主轴分别装有相同重量和偏心中距的重块，两轴之间用一对速比为1的齿轮链接并由一台电动机驱动［图2-10（b）］，因两轴回转方向相反，转速相等，故两偏心重块产生的离心惯性力在Y方向互相抵消，在X方向合成，从而实现筛箱作直线振动。
图2-10 双轴惯性振动筛
（3）电磁振动筛 电磁振动筛是由筛框、激振器和减振装置三部分组成的。它又分为筛网直接振动和筛框振动两种形式，后者应用较多。这类筛机的筛框作直线振动，其运动特性与双轴惯性振动筛相似。如图2-11所示为电磁振动筛的结构，如图2-12所示是其工作原理。
图2-11 电磁振动筛的结构
1—筛箱；2—辅助重物；3—悬吊弹簧
图2-12 电磁振动筛的工作原理
1—筛框；2—辅助重物；3—悬吊弹簧；4—激振器衔铁；5—电磁铁；6—弹簧；7—连接叉
电磁振动筛的工作原理如下：筛框1和它上面的激振器衔铁4及连接叉7组成前振动质量m1，电磁铁5和辅助重物2组成后振动质量m2，两个振动质量之间用弹性元件连接，整个系统和悬吊弹簧3悬挂在固定的支架结构上，激振器通入交流电时，激振器衔铁4和电磁铁5的铁芯由于电磁力和弹簧力作用进行交替的相互吸引和排斥，使前、后振动质量m1和m2产生振动。由于激振器与筛面安装成一定角度，所以筛框与筛面成β角方向振动。筛框的直线振动使物料在筛面上跳动得以被筛分。
电磁振动筛结构简单，无运动部件，体积小，耗电少，振动频率高达3000次/min，振幅一般为2～4mm。