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

Тип и размер мельниц	Внутр. диаметр барабана, мм	Длина барабана, мм	Рабочий объем барабана, м3	Частота вращения барабана, мин-1	Максим, размер загружаемых кусков, мм	Масса мельницы т	Мощность электро-двигателя, кВт
Мельницы мокрого (ММС) и сухого (МСС) самоизмельчения
ММС- 1500×400			0,6			10,5
ММС-2100×500			1,4	18-28		18,7
ММС-5000×1800				13,5-18,4		167,2
ММС-7000×2300						382,5
ММС-7000×бООО
ММС-9000×ЗООО				11,5		722,5
ММС-9000×3500	9000 ___,			11,5
ММС- 10000×5000				10,2			2×4000
ММС-5700×1850				13-18		179,3
Галечные и рудно-галечные мельницы
МГР-4000×7500				17,4	.
МШГР-4500×6000				16,5	-
МГР-5500×7500				13,6	_
МГР-6000×12500				13,2	-

Таблица 3.17

Основные параметры стержневых мельниц (МСЦ) для мокрого измельчения

Тип и размер мельниц	Толщина футеровки, мм	Внутр. диаметр барабана, мм	Длина барабана, мм	Рабочий объем барабана, м	Частота вращения в % от критич.	Масса стержн. загрузки (максим.)т	Масса мельницы, т	Мощность электро­двигателя, кВт
МСЦ-900×1800				0,9	66,8		5,2
МСЦ- 1200×2400				2,2	66,0		13,5
МСЦ- 1500×3000				4,4	67,2
МСЦ-2 100×2200				6,5	61,6
МСЦ-2 100×3000				8,8	64,9
МСЦ-2700×3600					58,4
МСЦ-3200×4500	ПО				58,9
МСЦ-3600×5500					59,6
МСЦ-4000×5500					59,7
МСЦ-4500×6000					60,8

Таблица 3.18

Основные параметры шаровых мельниц (МШР) для мокрого измельчения

Тип и размер мельниц	Толщина футеровки мм	Внутр. диаметр барабана, мм	Длина барабана мм	Рабочий объем барабана, м3	Частота вращения в % от критич.	Масса шаров, загрузки (макс.), т	Масса мельницы, т	Мощность электро­двигателя, кВт
МШР-900×100				0,5	83,7	1,0	5,3
МШР-1200×1300				1,2	85,6	2,4	10,5
МШР-1500×1600				2,3	82,9	4,8	16,5
МШР-2100×1500				4,4	80,3	9,1	35,5
МШР-2 100×2200				6,5	80,3	13,4	40,5
МШР-2 100×3000				8,8	80,3	18,3	45,5
МШР-2700×2100					78,9	21,5
МШР-2700×2700					78,9
МШР-2700×3600					78,9
МШР-3200×З10О					81,0
МШР -3200×3800					81,0		-
МШР-3200×4500					81,0
МШР-3600×4000	ПО				78,7
МШР-3600×5000	ПО				78,7
МШР-4000×5000					79,9
МШР-4500×5000					80,4
МШР-4500×6000					80,4		-
МШР-5000×6500					74,0		-	-
МШР-6000×8000					75,0		-	-

Таблица 3.19

Основные параметры шаровых мельниц (МШЦ) для мокрого измельчения

Тип, размер мельниц	Толщина фу­теров-ки, мм	Внутр. диаметр барабана, мм	Длина барабана, мм	Рабочий объем барабана, м3	Частота вращения в % от критич.	Масса шаров, загрузки (макс.), т	Масса мельницы, т	Мощность электро­двигателя, кВт
МШЦ-900×1800				0,9	83,7	1,7	5,2
МШЦ-200×2400				2,2	85,6	4,2
МШЦ-1500×3000				4,4	82,9	8,4
МШЦ-2100×2200				6,5	80,3	12,5
МШЦ- 2100×3000				8,8	80,3	17,1	46,5
МШЦ-2700×3600					78,9
МШЦ-3200×3100					81,0
МШЦ-3200×4500					81,0
МШЦ-3600×5500					78,7
МШЦ-4000×5500					79,9
МШЦ-4500×5500	12С				80,4
МШЦ-4500×6000	12С				80,4
МШЦ-4500×8000	12С				80,4
МШЦ-5000×10500					78,7			—
МШЦ-5500×6500	12С				74,0
МШЦ-5500х10500					74,0
МШЦ-6000×8000					75,0		-
МШЦ-8500×8500					75,0		-	-

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:

Мельницы	Шаровые	Стержневые	«Каскад»	«Аэрофол»
φ	40-50	35-40	38-42	35-42
ψ	75-80	65-70	70-75	85-85

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.