Che cos'è un vaglio vibrante? Quali sono le sue caratteristiche e gli usi?

In ogni impianto di frantumazione e vagliatura c'è una macchina il cui unico compito è separare: il vaglio vibrante. I frantoi riducono la roccia, ma è il vaglio a trasformare un flusso misto di particelle in prodotti calibrati e vendibili, e sono le sue regolazioni a decidere quanta parte di quel flusso finisce dove dovrebbe.

La macchina in sé sembra semplice, un cassone che vibra con piani a rete, eppure la fisica che la governa merita di essere capita. Inclinazione, tipo di moto, corsa e rete di vagliatura cambiano ciascuno ciò che passa e ciò che non passa, ed è per questo che la stessa macchina di base compare in tante forme diverse tra cave, miniere e piazzali di riciclaggio.

Che cos'è un vaglio vibrante?

Un vaglio vibrante è una macchina che separa il materiale granulare in diverse classi granulometriche facendolo vibrare su uno o più piani a rete. Le particelle più piccole delle aperture della rete cadono attraverso come sottovaglio, mentre quelle più grandi avanzano lungo la superficie e vengono scaricate a parte come sopravaglio.

La vagliatura è la controparte della frantumazione. Un frantoio cambia la dimensione delle particelle; un vaglio non cambia nulla, si limita a classificare ciò che arriva. In un impianto tipico i due si alternano: il materiale viene frantumato, vagliato in frazioni, e ciò che è ancora troppo grande torna al frantoio in un circuito chiuso.

Una sola macchina può produrre più prodotti contemporaneamente. Ogni piano monta una rete con un'apertura diversa, dal più grossolano in alto al più fine in basso, così un unico flusso di alimentazione lascia il vaglio come tre, quattro o cinque prodotti calibrati distinti, a seconda del numero di piani.

Come funziona un vaglio vibrante?

Un vaglio vibrante funziona convertendo la rotazione in una vibrazione controllata. Masse eccentriche su un albero rotante, oppure una coppia di motovibratori controrotanti, generano una forza centrifuga che imprime al corpo del vaglio e al materiale che vi si trova sopra un movimento ripetuto, migliaia di piccoli lanci al minuto.

Ogni lancio fa due cose. Sposta il materiale in avanti lungo il piano verso il lato di scarico e smuove il letto, permettendo alle particelle di riorganizzarsi. Questa riorganizzazione si chiama stratificazione: le particelle più fini scendono verso il fondo del letto, quelle più grossolane risalgono verso la parte alta.

La stratificazione è ciò che rende efficiente la vagliatura. Una volta che le particelle fini raggiungono la superficie del piano, ogni lancio offre loro un'altra occasione di incontrare un'apertura e passare. Le particelle grossolane viaggiano sulla parte alta del letto, continuano ad avanzare e lasciano il piano come sopravaglio. Un vaglio che vibra senza stratificare sta solo trasportando roccia.

L'isolamento completa il progetto. Il corpo vibrante poggia su molle elicoidali o supporti in gomma, così il movimento violento del cassone non raggiunge mai la struttura di sostegno né la carpenteria dell'impianto sottostante.

Quali sono le caratteristiche principali di un vaglio vibrante?

Le caratteristiche che definiscono un vaglio vibrante sono le dimensioni dei piani, il loro numero, l'azionamento che genera la vibrazione, i parametri di moto regolabili e il sistema di isolamento a molle o in gomma. Insieme determinano la capacità, il campo di separazione e la precisione che la macchina può raggiungere.

In questa classe di macchine i corpi vaglianti misurano tipicamente da 1,2 a 2,4 metri di larghezza e da 4 a 7 metri di lunghezza, il che offre all'incirca 5-17 m² di superficie di vagliatura per piano. Le unità fisse trattano di norma circa 70-340 tonnellate all'ora, mentre gli impianti di vagliatura mobili estendono la classe fino a circa 600 t/h nella fascia alta.

La potenza di azionamento è modesta rispetto al tonnellaggio trattato. Le macchine a singolo azionamento montano di solito motori da circa 7,5 a 22 kW, mentre i corpi più grandi ricorrono al doppio azionamento. Le dimensioni di separazione coprono all'incirca 1-130 mm sui piani convenzionali, e pezzature massime in alimentazione intorno ai 300 mm sono comuni nelle configurazioni di sgrossatura.

I parametri di lavoro sono volutamente regolabili. Inclinazione, velocità di rotazione e corsa possono essere tarate una per una sul materiale, ed è per questo che lo stesso modello di vaglio lavora il calcare un anno e il calcestruzzo riciclato l'anno successivo: la macchina viene ricalibrata, non sostituita.

Quali sono i tipi di vaglio vibrante?

I vagli vibranti si classificano in base all'inclinazione del piano, al tipo di moto e al compito per cui sono costruiti. I tipi principali sono:

• Vagli inclinati (a moto circolare): il tipo per impieghi generali più diffuso, che lavora tra 15 e 30 gradi con un lancio circolare.
• Vagli orizzontali: piani piatti o quasi piatti tra 0 e 5 gradi con moto lineare o ellittico, scelti per la precisione e il ridotto ingombro in altezza.
• Vagli a banana (multipendenza): un piano curvo che parte ripido, fino a circa 45 gradi, e si appiattisce verso lo scarico per una portata elevata.
• Vagli drenanti: vagli a moto lineare che drenano l'acqua dal materiale fine invece di calibrarlo.
• Vagli ad alta frequenza: macchine per separazioni fini che applicano la vibrazione direttamente alla rete di vagliatura.
• Vagli sgrossatori a barre: pesanti piani a barre che sgrossano l'alimentazione grossolana a monte del frantoio primario.

I vagli a tamburo rotanti e i vagli a rulli svolgono un lavoro di selezione simile ma non appartengono a questa famiglia, perché fanno ruotare o rotolare il materiale invece di far vibrare un piano.

Vagli vibranti inclinati

Il vaglio inclinato è il cavallo di battaglia della produzione di aggregati. Il piano è inclinato tra 15 e 30 gradi, un singolo albero eccentrico imprime al corpo un lancio circolare con una corsa tipica di 8-12 mm a circa 700-1.000 rpm, e la gravità svolge parte del lavoro di trasporto. Il progetto è meccanicamente semplice, tollera alimentazioni variabili ed è di facile manutenzione, il che spiega quanto sia diffuso.

Vagli vibranti orizzontali

I vagli orizzontali lavorano tra 0 e 5 gradi e si affidano interamente al loro moto lineare o ellittico, con corse tipicamente comprese tra 14 e 20 mm, per spostare il materiale. Le particelle restano sul piano più a lungo che su un vaglio inclinato, il che migliora la precisione di separazione, e il profilo piatto si adatta agli impianti dove l'altezza di installazione è limitata, primi fra tutti i mezzi mobili.

Vagli a banana (multipendenza)

Un vaglio a banana si sviluppa su più segmenti di pendenza, ripido vicino al lato di alimentazione e quasi piatto allo scarico. La partenza ripida assottiglia rapidamente il letto, così il materiale fine passa subito, mentre il tratto finale più piatto concede alle particelle di dimensione prossima all'apertura il tempo di cui hanno bisogno. Il risultato è una portata nettamente superiore a parità di superficie di piano, ed è per questo che i circuiti minerari ad alto tonnellaggio prediligono questa geometria.

Vagli drenanti

Un vaglio drenante rimuove l'acqua invece di classificare per dimensione. Motori controrotanti generano un moto lineare a circa 5-6 G e 1.000-1.500 rpm, il piano sale leggermente verso lo scarico e una paratoia trattiene un letto profondo di materiale che fa esso stesso da filtro. La sabbia lavata lascia in genere un vaglio drenante abbastanza asciutta da poter essere trasportata su nastro, messa a cumulo e venduta direttamente.

Vagli ad alta frequenza

I vagli ad alta frequenza separano il materiale fine che i piani convenzionali gestiscono male. Invece di far vibrare l'intero corpo, la vibrazione, tipicamente nell'intervallo tra 3.600 e 5.000 rpm, viene applicata direttamente alla rete di vagliatura, mantenendo aperte e produttive le aperture fini in separazioni che scendono fino verso i 100 micron.

Vagli sgrossatori a barre

Il vaglio sgrossatore a barre fa da guardiano al frantoio primario. Il suo piano è una serie di barre parallele resistenti all'usura con aperture da 50 a 300 mm al posto della rete, costruito per ricevere la roccia abbattuta con esplosivo direttamente dal camion. I fini e le pezzature intermedie cadono attraverso e scavalcano il frantoio, così la macchina lavora solo sulla roccia che ha davvero bisogno di essere frantumata.

Qual è la differenza tra moto circolare, lineare ed ellittico?

Il tipo di moto descrive la traiettoria che il corpo del vaglio percorre a ogni ciclo di vibrazione: un cerchio, una linea retta o un'ellisse. Il moto circolare nasce da un singolo albero eccentrico, il moto lineare da alberi gemelli o motori controrotanti le cui forze si annullano tranne che lungo un asse, e il moto ellittico combina i due comportamenti.

Ogni traiettoria si adatta a una diversa inclinazione del piano. Il moto circolare richiede un piano inclinato, perché il lancio da solo non trasporta il materiale in modo efficiente in orizzontale. Il moto lineare spinge il materiale in avanti da sé, ed è ciò che permette ai vagli orizzontali e drenanti di lavorare con poca o nessuna pendenza.

Il moto ellittico sta a metà strada, unendo il lancio energico del cerchio alla capacità di trasporto della linea. Sui vagli orizzontali mantiene il materiale in movimento preservando la precisione che deriva da una permanenza più lunga sul piano. In pratica il tipo di moto è fissato dal progetto dell'azionamento, quindi si sceglie quando il vaglio viene specificato e non si regola in seguito.

Che cos'è la rete di vagliatura e di che cosa è fatta?

La rete di vagliatura è la superficie sostituibile che il materiale tocca davvero: la maglia, i pannelli o le piastre che portano le aperture. Le opzioni principali sono la rete metallica tessuta, i pannelli in poliuretano, i pannelli in gomma e la lamiera forata, e la scelta incide sulla durata all'usura, sull'area aperta e sul rumore più di qualsiasi altro componente.

La rete metallica tessuta offre la maggiore area aperta a parità di apertura, il che la rende la scelta di precisione e portata per materiali asciutti e moderatamente abrasivi. I pannelli in poliuretano resistono all'abrasione e si adattano alla vagliatura a umido, dove durano molte volte più della rete metallica. La gomma assorbe gli urti delle alimentazioni grossolane e spigolose e lavora in modo sensibilmente più silenzioso. La lamiera forata regge la sgrossatura pesante, dove qualsiasi soluzione più leggera verrebbe distrutta.

Poiché la rete di vagliatura si monta in pannelli standard o in sezioni tensionate, un vaglio può cambiare personalità senza cambiare macchina. Lo stesso piano che porta la lamiera da sgrossatura in questa stagione può portare il poliuretano fine in quella successiva, seguendo la gamma di prodotti dell'impianto.

Quanti piani può avere un vaglio vibrante?

I vagli vibranti montano tipicamente da 2 a 4 piani, e ogni piano aggiunge un prodotto: un vaglio con n piani separa l'alimentazione in n+1 frazioni calibrate. Una macchina a due piani produce tre prodotti, una a tre piani quattro, una a quattro piani cinque.

L'ordine dei piani segue una sola regola: apertura più grossolana in alto, più fine in basso. Il piano superiore protegge le reti più fini sottostanti dalle pezzature pesanti e assorbe la maggior parte dell'usura, ed è anche per questo che di solito è la prima superficie a essere sostituita.

Più piani non significa automaticamente meglio. Ogni piano aggiunto rende la macchina più alta, complica l'accesso alle reti e ripartisce la stessa superficie di vagliatura su più separazioni, così gli impianti stabiliscono il numero di piani in base ai prodotti che vendono davvero, non in base a ciò che il telaio potrebbe portare.

Dove si usano i vagli vibranti?

I vagli vibranti si usano ovunque il materiale granulare debba essere selezionato per dimensione: attività minerarie e trattamento dei minerali, produzione di aggregati e sabbia, impianti di frantumazione e vagliatura, riciclaggio dei rifiuti da costruzione e demolizione, movimentazione del carbone e minerali industriali. Le varianti più leggere servono anche l'industria chimica e alimentare.

Nella produzione di aggregati il vaglio definisce il listino dei prodotti. Le specifiche di calcestruzzo e asfalto impongono curve granulometriche strette, e ogni frazione che una cava vende, dalla sabbia fine al pietrisco ferroviario, esce da un piano di vagliatura dimensionato per essa.

I circuiti minerari si appoggiano ai vagli due volte: gli sgrossatori a barre e i vagli di sgrossatura proteggono il frantoio primario in testa all'impianto, mentre i vagli a banana e quelli orizzontali dividono il flusso frantumato e chiudono il circuito, rimandando il sopravaglio a un altro passaggio. I vagli drenanti asciugano poi i prodotti fini lavati per il trasporto.

Il riciclaggio è diventato l'applicazione che cambia più in fretta. Calcestruzzo, mattoni e asfalto frantumati arrivano misti e irregolari, e la vagliatura separa le frazioni riutilizzabili dalle impurità. La stessa fisica della stratificazione che seleziona la roccia vergine in cava seleziona i rifiuti da demolizione in un piazzale urbano, il che dà la misura di quanto universale sia diventata questa macchina.