Мельницы

На обогатительных фабриках применяются ша­ровые и рудно-галечные мельницы с разгрузочной решеткой, шаровые мельницы с центральной разгрузкой, стержневые мельницы с централь­ной разгрузкой, рудные мельницы для мокрого самоизмельчения типа «Каскад» и рудные мельницы для сухого самоизмельчения типа «Аэрофол». Мельницы характеризуются внутренним диаметром D барабана и его рабочей длиной L.

Барабанная мельница (рис. 3. 12, а) представляет собой обычно цилиндрический (иногда конический или цилиндроконический) барабан 1 с торцевыми крышками 2, 3 и пустотелы­ми цапфами 4, 5, опирающимися на подшипники б, 7. Исходный материал загружается через одну цапфу, а измельченный про­дукт разгружается через другую. Движение материала вдоль оси барабана происходит за счет перепада уровней загрузки и разгрузки и напора в результате непрерывной загрузки ис­ходного материала: при мокром измельчении материал тран­спортируется водой, а при сухом - воздушным потоком.

При вращении барабана измельчающая среда (стальные шары, стержни, куски руды или рудная галя) и измельчаемая руда благодаря трению поднимаются на некоторую высоту и затем сползают, скатываются или падают вниз. Измельчение происходит за счет удара падающей измельчающей среды, раздавливания и трения между частицами и перекатывающи­мися слоями содержимого мельницы. Вклад удара, трения и раздавливания в работу измельчения зависит от режима ра­боты мельницы, определяемого частотой вращения ее бара­бана, по отношению к критической n _кр, когда для частицы или дробящего тела, например шара, в наивысшей точке А (рис. 4.12, б) достигается равновесие двух основных действую­щих сил — центробежной силы F и силы тяжести Р — и они уже не могут оторваться от поверхности вращающегося барабана.

Рис. 4.12. Схема барабанной вращающейся мельницы (а) и движения в ней мелющих тел при каскадном (б), водопадном (в) и смешанном (г) режимах измельчения

Для этих условий:

мин^-1

где D — внутренний диаметр барабана мельницы.

В промышленных условиях мельницы работают при час­тоте вращения барабана, равной 50 — 88 % критической, в кас­кадном, водопадном или смешанных режимах измельчения в зависимости от характера измельчаемого сырья, его исходной и необходимой конечной крупности.

Каскадный (перекатный) режим (рис. 4.12, б) наблюдается при небольшой частоте вращения бара­бана, составляющей 50 — 60 % критической. Мелющие тела, например шары, поднимаясь на некоторую высоту, затем ска­тываются «каскадом» или сползают вниз, измельчая материал главным образом раздавливанием и истиранием. Режим используется с целью: получения однородного по крупности продукта измельчения перед его, например, гравитационным обо­гащением; предотвращения ударных воздействий мелющих тел на материал и тем самым переизмельчения хрупких мате­риалов или некрепких пород; разупрочнения сростков и улуч­шения степени их раскрытия при доизмельчении концентра­тов и промпродуктов обогащения. Разупрочнение сростков обусловлено множеством относительно слабых ударов, произ­водимых мелющими телами при их каскадном перемещении относительно друг друга. Уменьшение диаметра шаров до 25-40 мм, но увеличение их количества, приводящее к уменьшению энергии ударов, но к увеличению их числа, повышает эффек­тивность разупрочнения и раскрытия сростков при уменьше­нии энергозатрат на 25-30 % без снижения удельной произ­водительности мельницы по готовому классу крупности. По­ложительным явлением при каскадном режиме измельчения является также внутримельничная классификация, благодаря которой в нижней части барабана концентрируются и подвер­гаются измельчению лишь наиболее крупные и тяжелые сро­стки; более тонкие частицы, находясь в пульпе выше зоны, заполненной мелющими телами, не измельчаются и выносят­ся из мельницы потоком. Для обеспечения этой классифика­ции измельчение проводится на относительно разбавленных пульпах (44 - 50% твердого), что необходимо также и для обе­спечения достаточной интенсивности измельчения при пере­катывании мелющих тел, так как слишком густая пульпа чрез­мерно смягчала бы их воздействие на измельчаемые зерна.

Водопадный (катарактный) режим (рис. 4.12, в) осуществ­ляется при частоте вращения барабана 75-88 % критической, обеспечивающей переход всех или большинства слоев мелю­щих тел с круговой на параболическую траекторию. Измель­чение материала при этом происходит главным образом за счет удара падающих тел и лишь незначительно за счет раз­давливания и истирания. Эффективность измельчения возрас­тает с увеличением плотности пульпы до 65-80 % твердого за счет уменьшения гасящего действия жидкой фазы на силу удара мелющего тела. Однако слишком большая плотность пульпы приводит к переизмельчению материала и может стать причиной забивки мельницы. Водопадный режим является наиболее оптимальным при измельчении крупнодробле­ных и трудноизмельчаемых материалов и широко использу­ется в настоящее время в промышленной практике.

Смешанный режим (рис. 4.12, г) является промежуточным между каскадным и водопадным режимами измельчения и наблюдается при частоте вращения барабана 60-75 % кри­тической. При этом внешние слои мелющих тел падают на внутренние слои материала, скатывающегося по склону вниз.

Оптимальная частота вращения барабана при всех режи­мах измельчения зависит от степени или коэффициента на­полнения его мелющими телами, которые изменяются от 30 до 50%. Чем больше их значение, тем меньше оптимальная частота вращения барабана.

Технологическая и экономическая эффективность работы барабанных вращающихся мельниц зависит не только от ре­жима измельчения, плотности пульпы и степени заполнения барабана мелющими телами. Существенное влияние на нее оказывают также характеристика измельчающей среды, про­филь и качество футеровки барабана, исходная и конечная крупность измельчаемого материала, его измельчаемость, кон­структивные особенности мельницы.

В качестве измельчающей среды наиболее часто исполь­зуются стальные шары, стержни, куски руды или рудная галя. Максимальный размер мелющих тел, загружаемых в мельни­цу, в 13-33 раза больше максимального куска измельчаемого материала. Для измельчения крупных и твердых материалов применяются более крупные, а для измельчения мелких и мяг­ких материалов -более мелкие мелющие тела. К примеру, раз­мер загружаемых стальных шаров изменяется от 100-125 до 25-30 мм. С целью повышения эффективности воздействия мелющих тел на измельчение материала, раскрытие сростков и снижение энергозатрат:

• производят рационирование гранулометрического состава измельчающей среды догрузкой мелющих тел (например, шаров) разного размера с учетом гранулометрической характеристики измельчаемого материала;

• применяют барабаны цилиндроконической и конической формы, способствующие рациональному распределению мелющих тел и измельчаемого материала по их крупности вдоль барабана: там, где диаметр и окружная скорость бара­бана больше, т. е. в начале барабана, сосредотачиваются бо­лее крупные мелющие тела и куски руды; последующее уменьшение диаметра барабана в направлении движения ма­териала сопровождается уменьшением крупности материала и мелющих тел;

• используют стальные тела нешарообразной формы, в том числе цильпебс, представляющий собой тела в виде цилин­дриков или усеченных конусов, шары из материалов различ­ной прочности или с изменяющейся твердостью по их радиусу.

Для защиты барабана мельницы от износа внутренняя по­верхность его футеруется (через каждые 6-15 мес.) плитами из марганцовистой, хромистой стали или резины. Их профиль (рис. 4.13) существенно влияет на характер движения измель­чающей среды.

Рис. 3. 13. Профили ступенчатой брусчатой (а), каскадной (б), волнистой (в), гладкой (г), резиновой (д) и магнитной (е) футеровок

При ступенчатой, каскадной и волнистой футеровках (рис. 4.13, а — в)мелющие тела поднимаются выше и сила удара их больше, чем при гладкой (рис. 4.13, г) и резино­вой (рис. 4.13, д), используемых обычно для измельчения бо­лее мелких или более мягких материалов. При этом примене­ние резиновых футеровок является более эффективным, по сравнению с металлическими, так как позволяет увеличить срок их службы, уменьшить трудозатраты при перефутеровках барабана, а также энергозатраты и шум при работе мель­ницы. В последнее время начали применять магнитную футе­ровку, состоящую из керамических постоянных магнитов завулканизированных в резину (рис. 4.13, е). Магниты одной стороной прижимают футеровку к барабану, а другой — притягивают магнитный материал (измельчаемую магнетитовую руду, стальные мелющие тела), образуя постоянно восстанав­ливаемый защитный слой.

Технические характеристики барабанных мельниц преставлены в табл.3.16-3.19.

Таблица 3.16

Основные параметры вращающихся барабанных мельниц

Таблица 3.17

Основные параметры стержневых мельниц (МСЦ) для мокрого измельчения

Таблица 3.18

Основные параметры шаровых мельниц (МШР) для мокрого измельчения

Таблица 3.19

Основные параметры шаровых мельниц (МШЦ) для мокрого измельчения

Основными параметрами, характеризующими механический режим работы барабанной мельницы, являются: относительная частота враще­ния барабана ψ (%), относительное заполнение измельчающей средой барабана мельницы φ (%). В зависимости от частоты вращения барабана мельницы различают следующие режимы движения измельчающих тел: каскадный, водопадный, смешанный. Каскадный режим осуществляется при малой частоте вращения барабана посредством перекатывания из­мельчающих тел без их полета. При водопадном режиме измельчающая среда поднимается по круговым траекториям на большую высоту и па­дает водопадом по параболическим траекториям, нанося удары по руде, находящейся на круговых траекториях. Смешанный режим характери­зуется постепенным переходом от чисто каскадного к чисто водопадно­му режиму.

Сверхкритический режим наступает при частоте вращения бараба­на выше критической, при которой начинает центрифугироватьизмель­чающая среда и при которой работа измельчения равна нулю.

Критическая частота вращения барабана мельницы определяется по формуле [3, 4]

(3.36)

где R - внутренний радиус барабана мельницы, м.

Наиболее высокие показатели измельчения достигаются при сле­дующих значениях φ и ψ:

В качестве измельчающей среды применяют шары и стержни из различных марок стали диаметром 15-25 мм. Расход шаров при различ­ной крупности измельчаемого продукта составляет 0, 5-1, 5 кг/т, расход стержней 0, 5-1, 0 кг/т.

В последнее время наблюдается повышенный интерес к проблеме самоизмельчения в барабанных мельницах. Для многих типов руд самоизмельчение дает лучшее раскрытие рудных минералов, повышает качественно-количественные показатели, снижает расход стали (шаров, стержней) и затраты на обогащение руды.

Самоизмельчение применяется для измельчения материалов круп­ностью от 250-500 мм до 0, 3 мм. Сущность процесса рудного самоизмельчения заключается в том, что куски руды крупнее 75 мм (дробящие тела) измельчают в мельнице более мелкие зерна руды и сами измель­чаются. Рудные мельницы типа «Каскад» и «Аэрофол» имеют большой диаметр (до 11-17 м) и сравнительно малую длину - отклонение D/L ≥ 3. Мельницы типа «Каскад» применяют для мокрого рудного самоизмельчения железных, золотосодержащих руд вместо конусных дробилок для среднего и мелкого дробления, стержневых и шаровых мельниц для доизмельчения продукта. Мельницы типа «Аэрофол» применяют для су­хого рудного измельчения на фабриках, обогащающих железные, золо­тосодержащие, урановые и полиметаллические руды, а также для про­изводства цемента. В некоторых случаях в мельницы самоизмельчения загружают 8-10 % шаров диаметром 100-150 мм. Преимущества мель­ниц самоизмельчения: заменяют две-три стадии дробления и одну-две стадии измельчения, обеспечивая получение готового продукта, при этом значительно упрощается технологическая схема фабрики.