ما هو الغربال الهزاز؟ وما هي مميزاته واستخداماته؟

في كل محطة تكسير وغربلة آلة وظيفتها الوحيدة هي الفرز: الغربال الهزاز. فالكسارات تقلّص حجم الصخور، لكن الغربال هو الذي يحوّل تيارًا مختلطًا من الحبيبات إلى منتجات مصنّفة الحجم قابلة للبيع، وإعداداته هي التي تحدد كم من هذا التيار يصل إلى حيث ينبغي.

تبدو الآلة نفسها بسيطة، صندوق يهتز تعلوه أسطح شبكية، غير أن الفيزياء الكامنة خلفها تكافئ من يفهمها. فزاوية الميل ونوع الحركة والشوط ووسائط الغربلة يغيّر كل منها ما يمرّ وما لا يمرّ، ولهذا تظهر الآلة الأساسية ذاتها بأشكال شديدة التنوع في المحاجر والمناجم وساحات إعادة التدوير.

ما هو الغربال الهزاز؟

الغربال الهزاز آلة تفصل المواد الحبيبية إلى أحجام مختلفة عن طريق هزّها فوق سطح شبكي واحد أو أكثر. فالحبيبات الأصغر من فتحات الشبكة تسقط عبرها بوصفها موادّ تحت المقاس، بينما تسير الحبيبات الأكبر على السطح وتُفرَّغ على حدة بوصفها موادّ فوق المقاس.

الغربلة هي النظير المكمّل للتكسير. فالكسارة تغيّر حجم الحبيبات، أما الغربال فلا يغيّر شيئًا، بل يصنّف ما يصل إليه فحسب. وفي المحطة النموذجية يتناوب الاثنان: تُكسَّر المواد، ثم تُغربَل إلى فئات حجمية، وكل ما بقي أكبر من اللازم يعود إلى الكسارة في دائرة مغلقة.

وتستطيع آلة واحدة إنتاج عدة منتجات في آن واحد. فكل سطح يحمل فتحة شبكة مختلفة، مرتّبةً من الأخشن في الأعلى إلى الأنعم في الأسفل، بحيث يغادر تيارُ تغذية واحد الغربالَ على هيئة ثلاثة أو أربعة أو خمسة منتجات مصنّفة الحجم بحسب عدد الأسطح.

كيف يعمل الغربال الهزاز؟

يعمل الغربال الهزاز بتحويل الدوران إلى اهتزاز محكوم. فأثقال لا مركزية مركّبة على عمود دوّار، أو زوج من المحركات الاهتزازية متعاكسة الدوران، تولّد قوة طرد مركزي تقذف جسم الغربال وما عليه من مواد في نمط متكرر، آلاف القذفات الصغيرة في الدقيقة.

وتؤدي كل قذفة أمرين. فهي تدفع المواد إلى الأمام على السطح نحو طرف التفريغ، وتفكّك فرشة المواد حتى تتمكن الحبيبات من إعادة ترتيب نفسها. وتسمى إعادة الترتيب هذه التطبّق: إذ تغوص الحبيبات الأنعم إلى قاع الفرشة، وتصعد الأخشن إلى أعلاها.

والتطبّق هو ما يجعل الغربلة فعّالة. فما إن تصل الحبيبات الناعمة إلى سطح الغربلة حتى تمنحها كل قذفة فرصة جديدة لملاقاة فتحة والمرور عبرها. أما الحبيبات الخشنة فتمتطي أعلى الفرشة وتواصل التقدم لتغادر السطح بوصفها موادّ فوق المقاس. والغربال الذي يهتز دون أن يُحدث تطبّقًا لا يفعل أكثر من نقل الصخور.

ويكتمل التصميم بالعزل. فالجسم المهتز يرتكز على نوابض حلزونية أو قواعد مطاطية، بحيث لا تصل حركة صندوق الغربال العنيفة أبدًا إلى الهيكل الحامل أو المنشآت الفولاذية للمحطة تحته.

ما هي المميزات الأساسية للغربال الهزاز؟

المميزات المحدِّدة للغربال الهزاز هي أبعاد أسطحه وعددها، ومنظومة الإدارة التي تولّد الاهتزاز، ومعاملات الحركة القابلة للضبط، ونظام العزل بالنوابض أو المطاط. وهذه العناصر مجتمعةً تحدد السعة ونطاق الفصل والدقة التي يمكن أن تبلغها الآلة.

في هذه الفئة من الآلات يتراوح عرض جسم الغربال عادةً بين 1.2 و2.4 متر وطوله بين 4 و7 أمتار، وهو ما يعطي نحو 5 إلى 17 m² من مساحة الغربلة لكل سطح. وتعالج الوحدات الثابتة عادةً ما بين 70 و340 طنًّا في الساعة تقريبًا، بينما تمدّ محطات الغربلة المتنقلة هذه الفئة إلى نحو 600 t/h في حدّها الأعلى.

وقدرة الإدارة متواضعة قياسًا إلى الحمولات المعالَجة. فالآلات ذات الإدارة الواحدة تعمل عادةً بمحركات تتراوح قدرتها بين 7.5 و22 kW تقريبًا، فيما تستخدم الأجسام الأكبر إدارة مزدوجة. وتمتد مقاسات الفصل من نحو 1 إلى 130 mm على الأسطح التقليدية، وتشيع كتل تغذية يصل حجمها الأقصى إلى نحو 300 mm في تكوينات الفرز الأولي.

ومعاملات التشغيل قابلة للضبط عن قصد. فزاوية الميل وسرعة الدوران والشوط يمكن مواءمة كل منها مع المادة المعالَجة، ولهذا يخدم طراز الغربال الواحد الحجر الجيري في عام والخرسانة المعاد تدويرها في العام التالي: تُعاد معايرة الآلة ولا تُستبدل.

ما هي أنواع الغرابيل الهزازة؟

تُصنَّف الغرابيل الهزازة بحسب زاوية أسطحها ونوع حركتها والمهمة التي بُنيت من أجلها. والأنواع الرئيسية هي:

• الغرابيل المائلة (ذات الحركة الدائرية): النوع العام الأكثر شيوعًا، يعمل بزاوية 15 إلى 30 درجة وبقذف دائري.
• الغرابيل الأفقية: أسطح مستوية أو شبه مستوية بزاوية 0 إلى 5 درجات تستخدم حركة خطية أو إهليلجية، وتُختار للدقة وقلة الارتفاع المطلوب للتركيب.
• الغرابيل الموزية (متعددة الميول): سطح منحنٍ يبدأ شديد الانحدار، حتى نحو 45 درجة، ثم ينبسط باتجاه التفريغ لتحقيق إنتاجية عالية.
• غرابيل نزع الماء: غرابيل ذات حركة خطية تصرّف الماء من المواد الناعمة بدلًا من تصنيفها حسب الحجم.
• الغرابيل عالية التردد: آلات للفصل الناعم تطبّق الاهتزاز مباشرة على وسائط الغربلة.
• الغرابيل القضبانية (غريزلي): أسطح من قضبان ثقيلة تُجري فرزًا أوليًّا للتغذية الخشنة قبل الكسارة الأولية.

أما الغرابيل الأسطوانية الدوارة (الترومل) والغرابيل ذات الأسطوانات فتؤدي عمل فرز مشابهًا لكنها لا تنتمي إلى هذه العائلة، لأنها تُدير المواد أو تدحرجها بدلًا من هزّ سطح غربلة.

الغرابيل الهزازة المائلة

الغربال المائل هو حصان الشغل في إنتاج الركام. يميل سطحه بزاوية 15 إلى 30 درجة، ويمنح عمودٌ لا مركزي واحد الجسمَ قذفًا دائريًّا بشوط نموذجي من 8 إلى 12 mm عند نحو 700 إلى 1,000 rpm، وتتكفل الجاذبية بجزء من عمل النقل. والتصميم بسيط ميكانيكيًّا ومتسامح مع تنوع التغذية وسهل الصيانة، وهو ما يفسّر اتساع انتشاره.

الغرابيل الهزازة الأفقية

تعمل الغرابيل الأفقية بزاوية 0 إلى 5 درجات وتعتمد كليًّا في تحريك المواد على حركتها الخطية أو الإهليلجية، بأشواط تتراوح عادةً بين 14 و20 mm. وتبقى الحبيبات على السطح مدة أطول مما تبقاه على الغربال المائل، وهو ما يحسّن دقة الفصل، كما يناسب الشكلُ المنبسط المحطاتِ التي يكون ارتفاع التركيب فيها محدودًا، وفي مقدمتها المعدات المتنقلة.

الغرابيل الموزية (متعددة الميول)

ينحني الغربال الموزي عبر عدة مقاطع متدرجة الميل، شديدة الانحدار قرب طرف التغذية وشبه مستوية عند التفريغ. فالبداية المنحدرة ترقّق فرشة المواد بسرعة حتى تمرّ المواد الناعمة مبكرًا، بينما يمنح الطرف الأكثر انبساطًا الحبيباتِ القريبة من مقاس الفصل الوقتَ الذي تحتاجه. والنتيجة إنتاجية أعلى بوضوح من مساحة السطح نفسها، ولهذا تفضّل دوائر التعدين عالية الحمولة هذا الشكل.

غرابيل نزع الماء

يزيل غربال نزع الماء الماءَ بدلًا من التصنيف حسب الحجم. تولّد محركات متعاكسة الدوران حركة خطية بنحو 5 إلى 6 G وبسرعة 1,000 إلى 1,500 rpm، ويرتفع السطح قليلًا باتجاه التفريغ، فيما يحجز حاجزٌ عند المخرج فرشة عميقة من المواد تعمل بوصفها مرشِّحًا لنفسها. ويغادر الرمل المغسول غربال نزع الماء عادةً جافًّا بما يكفي لنقله وتكديسه وبيعه مباشرة.

الغرابيل عالية التردد

تفصل الغرابيل عالية التردد المواد الناعمة التي تتعامل معها الأسطح التقليدية بصعوبة. فبدلًا من هزّ الجسم كله، يُطبَّق الاهتزاز، الذي يقع عادةً في نطاق 3,600 إلى 5,000 rpm، مباشرة على وسائط الغربلة، فيبقي الفتحات الدقيقة مفتوحة ومنتجة عند مقاسات فصل تنزل حتى نحو 100 ميكرون.

الغرابيل القضبانية (غريزلي)

يحرس الغربال القضباني الكسارةَ الأولية. فسطحه مجموعة من القضبان المتوازية المقاومة للتآكل بفتحات من 50 إلى 300 mm بدلًا من الشبكة، وقد بُني ليستقبل الصخور المفجَّرة من الشاحنة مباشرة. وتسقط المواد الناعمة والمتوسطة عبره متجاوزةً الكسارة، فلا تشتغل الآلة إلا على الصخور التي تحتاج فعلًا إلى تكسير.

ما الفرق بين الحركة الدائرية والخطية والإهليلجية؟

يصف نوع الحركة المسار الذي يرسمه جسم الغربال في كل دورة اهتزاز: دائرة أو خط مستقيم أو قطع ناقص. فالحركة الدائرية مصدرها عمود لا مركزي واحد، والحركة الخطية تأتي من عمودين مزدوجين أو من محركات متعاكسة الدوران تتلاشى قواها إلا على محور واحد، أما الحركة الإهليلجية فتجمع بين السلوكين.

ولكل مسار زاوية سطح تناسبه. فالحركة الدائرية تحتاج إلى سطح مائل، لأن القذف وحده لا ينقل المواد بكفاءة على المستوي. أما الحركة الخطية فتدفع المواد إلى الأمام بنفسها، وهذا ما يتيح للغرابيل الأفقية وغرابيل نزع الماء العمل بميل ضئيل أو من دون ميل.

وتقع الحركة الإهليلجية بين الاثنتين، إذ تقرن القذف القوي للدائرة بقدرة الخط على النقل. وهي على الغرابيل الأفقية تُبقي المواد متحركة مع الحفاظ على الدقة الناتجة عن بقاء أطول على السطح. وعمليًّا يتحدد نوع الحركة بتصميم منظومة الإدارة في الآلة، ولذلك يُختار عند تحديد مواصفات الغربال ولا يُعدَّل لاحقًا.

ما هي وسائط الغربلة وممّ تُصنع؟

وسائط الغربلة هي السطح القابل للاستبدال الذي تلامسه المواد فعلًا: الشبكة أو الألواح أو الصفائح التي تحمل الفتحات. والخيارات الرئيسية هي الشبك السلكي المنسوج وألواح البولي يوريثان والألواح المطاطية والصفائح الفولاذية المثقّبة، ويؤثر هذا الاختيار في عمر التآكل والمساحة المفتوحة والضوضاء أكثر من أي مكوّن آخر.

يوفّر الشبك السلكي المنسوج أكبر مساحة مفتوحة عند مقاس فتحة معيّن، ما يجعله خيار الدقة والإنتاجية للمواد الجافة متوسطة الحكّ. وتقاوم ألواح البولي يوريثان الاحتكاك وتناسب الغربلة الرطبة، حيث يفوق عمرها عمر السلك بأضعاف كثيرة. ويمتص المطاط صدمات التغذية الخشنة الحادة ويعمل بهدوء ملحوظ. أما الصفائح المثقّبة فتتولى مهام الفرز الأولي الثقيلة التي يتحطم فيها أي شيء أخف.

ولأن الوسائط تُركَّب في ألواح قياسية أو مقاطع مشدودة، يستطيع الغربال أن يغيّر شخصيته من دون تغيير الآلة. فالسطح نفسه الذي يحمل صفائح الفرز الأولي في موسم يمكن أن يحمل بولي يوريثان ناعمًا في الموسم التالي، تبعًا لتشكيلة منتجات المحطة.

كم عدد الأسطح التي يمكن أن يضمّها الغربال الهزاز؟

تحمل الغرابيل الهزازة عادةً من 2 إلى 4 أسطح، وكل سطح يضيف منتجًا واحدًا: فعدد الفئات الحجمية الناتجة يساوي عدد الأسطح زائد واحد. الآلة ذات السطحين تصنع ثلاثة منتجات، وذات الأسطح الثلاثة أربعة، وذات الأسطح الأربعة خمسة.

ويتبع ترتيب الأسطح قاعدة واحدة: الفتحة الأخشن في الأعلى والأنعم في الأسفل. فالسطح العلوي يحمي الشباك الأنعم تحته من الكتل الثقيلة ويتلقى معظم التآكل، ولهذا يكون عادةً أول سطح يُستبدل.

وزيادة الأسطح ليست أفضل تلقائيًّا. فكل سطح يضاف يزيد عمق الآلة ويعقّد الوصول إلى الوسائط ويقسّم مساحة الغربلة نفسها على مزيد من عمليات الفصل، ولذلك تحدد المحطات عدد الأسطح انطلاقًا من عدد المنتجات التي تبيعها فعلًا لا مما يستطيع الهيكل حمله.

أين تُستخدم الغرابيل الهزازة؟

تُستخدم الغرابيل الهزازة حيثما وجب فرز المواد الحبيبية حسب الحجم: في التعدين ومعالجة الخامات، وإنتاج الركام والرمل، ومحطات التكسير والغربلة، وإعادة تدوير مخلفات البناء والهدم، ومناولة الفحم والمعادن الصناعية. وتخدم الطرازات الأخف الصناعات الكيميائية والغذائية أيضًا.

في إنتاج الركام يحدد الغربال قائمة المنتجات. فمواصفات الخرسانة والأسفلت تشترط تدرجات حبيبية دقيقة، وكل فئة يبيعها المحجر، من الرمل الناعم إلى حصى السكك الحديدية، تخرج عبر سطح غربلة مهيّأ لمقاسها.

وتعتمد دوائر التعدين على الغرابيل مرتين: فالغرابيل القضبانية وغرابيل الفرز الأولي تحمي الكسارة الأولية في مقدمة المحطة، بينما تقسّم الغرابيل الموزية والأفقية التيار المكسَّر وتغلق الدائرة بإعادة المواد فوق المقاس لدورة أخرى. ثم تجفف غرابيل نزع الماء المنتجات الناعمة المغسولة تمهيدًا لنقلها.

وأصبحت إعادة التدوير أسرع التطبيقات تغيّرًا. فالخرسانة والطوب والأسفلت المكسّرة تصل مختلطة وغير منتظمة، وتفصل الغربلةُ الفئات القابلة لإعادة الاستخدام عن الشوائب. وفيزياء التطبّق نفسها التي تفرز الصخور البكر في المحجر تفرز مخلفات الهدم في ساحة داخل المدينة، وهذا مقياس عادل لمدى ما بلغته الآلة من عالمية.