Конспект лекций дисциплина Обогащение руд цветных металлов

7.2 Конструктивные особенности мельниц (шаровые, стержневые, самоизмельчения)

Барабанная мельница (рис. 7.1, рис.7.2) представляет собой цилиндрический барабан (1) с торцевыми крышками (2,3) и пустотелыми цапфами (4,5), опирающиеся на подшипники (6,7). Вращение барабана мельницы производится от электродвигателя посредством малой шестерни, насаженной на приводном валу и зубчатого венца (8), закрепленного на барабане.

Рис. 7.1 Шаровая мельница с центральной разгрузкой

Рис. 7.2 Шаровая мельница с разгрузкой через решетку

Барабан мельницы изготавливают сварным или клепанным из листовой стали, а торцевые крышки отливают из чугуна или стали. Они соединяются между собой болтами.

Электродвигатель присоединяется к приводному валу через редуктор или в мельницах больших размеров (тихоходных) через муфту.
Барабан и торцевые крышки для предотвращения износа футеруются броневыми плитами из марганцевой стали толщиной от 50 до 150 мм, а внутренняя часть пустотелых цапф съемными воротниками.
Для разгрузки изношенных шаров, введения футеровки внутрь мельницы служат люки.
Для измельчения руды в мельницу загружают стальные или чугунные шары разной крупности (от 40 до 150 мм).
Например: Крупность руды 24-60 мм 3 – 13 мм
D_ш шаров: 125 мм 40% -
105 мм 30% 30%
90 мм 20% 40%
75 мм 10% 20%
65 мм - 10%
Пересортировка шаров проводится не реже одного раза в 2-3 месяца. D_ш шаров связан следующей зависимостью с крупностью руды:

В производственных условиях мельница загружается шарами и рудой до 40-45% своего объема. Во время вращения барабана мельницы шары перекатываясь, скользя и падая, измельчают зерна руды.

В зависимости от способа разгрузки измельченного продукта различают мельницы с центральной (свободной) разгрузкой (рисунок 9.1) и с принудительной разгрузкой (с разгрузкой через решетку) (рисунок 9.2).

Мельница сливного типа (МШЦ). Особенности мельницы:

- разгрузка пульпы осуществляется непосредственно через разгрузочную цапфу горловина, которой большего диаметра, чем разгрузочное отверстие;
- высокий уровень пульпы в барабане;
- малая разница уровня пульпы h в загрузочном и разгрузочном концах барабана, вследствие чего перемещение материала идет медленно, и мельница выдает тонкий продукт (рис. 7.3);
- разгрузочная горловина имеет спираль для возврата в мельницу случайно попавших шаров.

Рис. 7.3 Мельница МШЦ

Рабочий объем – от 1 до 63 м³. Частота вращения – от 4,2 до 17,4 об/мин.

Масса мельницы с редуктором – от 8 до 205 т; с шарами – от 10 до 450 т.
Мельница с разгрузкой через решетку (МШР). Диаметр мельницы – от 900 до 4000 мм. Длина мельницы - от 1800 до 5500 мм.
Шаровая мельница с разгрузкой через решетку отличается от мельницы сливного типа тем, что у нее диаметр больше длины и измельченный продукт разгружается принудительно (рис.7.4).

Рис. 7.4 Мельница МШР

Со стороны разгрузочного конца мельница имеет решетку с отверстиями для разгрузки измельченного продукта. Крупные куски руды и шары задерживаются в мельнице. Измельченная же руда разгружается через решетку или диафрагму в промежуточную камеру. К наружной стороне решетки между ней и торцевой крышкой мельницы укреплены радиально расположенные ребра, на которые пульпа попадает через отверстия диафрагмы. При вращении мельницы ребра выполняют роль лифтеров, которые поднимают измельченный материал с водой (пульпу) вверх и сбрасывают его на конус расположенный вершиной к разгрузочной цапфе мельницы. Пульпа стекает по образующей конуса и попадает в полую цапфу, через которую и выгружается из мельницы.

Разгрузка мельницы через решетку создает большую разность давлений загружаемого и разгружаемого материала, что способствует более быстрому продвижению пульпы в мельнице.
Поэтому мельницы с разгрузкой через решетку:
- более производительные по сравнению с мельницами с центральной разгрузкой;
- выдают более равномерный по крупности продукт с небольшим количеством шламов (благодаря тому, что разгрузочное отверстие расположено значительно ниже уровня загрузки, в мельнице не накапливается материал, и зерна не подвергаются переизмельчению, что наблюдается в мельнице с центральной разгрузкой);
- в мельницу можно загружать руду крупностью до 30-35 мм и регулировать степень измельчения. Однако снижение крупности руды загружаемой в мельницу повышает производительность мельницы (с 20 до 5 мм на 20-25%);
- диафрагмой (решеткой) можно регулировать уровень пульпы, а значит и ее производительность. Для увеличения скорости прохождения пульпы через мельницу необходимо закрыть ряд отверстий решетки расположенные ближе к горизонтальной оси мельницы, т.е. ближе к разгрузочной цапфе.
Чтобы уменьшить производительность можно поднять уровень пульпы, до оси мельницы закрыв все отверстия решетки. И мельница будет работать как мельница с центральной разгрузкой.
Вместе с тем мельницы с разгрузкой через решетку имеют ряд недостатков:
- наличие диафрагмы усложняет конструкцию и обслуживание мельницы;
- удорожает ее стоимость;
- отверстия решетки забиваются щепой.
Мельницы с решеткой обычно применяются в I стадии измельчения для получения продукта более 0,15 мм.
Отечественной промышленностью выпускаются мельницы с объемом барабана от 0,45 до 71 м3.

Стержневые мельницы по своему устройству аналогичны шаровым цилиндрическим с центральной разгрузкой. Длина их в 1,5-2 раза больше диаметра. Измельчающей средой являются стержни. Диаметр стержней колеблется от 40 до 100 мм, а длина на 25-50 мм меньше внутренней длины мельницы. Мельница наполняется стержнями на 100-200 мм ниже оси мельницы, т.е. стержни занимают 35-45% внутреннего объема мельницы. Объемная масса стержней 6-7 т/м³.

При измельчении руды в стержневой мельнице контакт между стержнями осуществляется по всей длине стержня, а не в отдельных точках, как при измельчении шарами.
При свободном падении стержня сила удара в каждой точке получается меньше, чем удар шара, т.к. этот удар воспринимается большей площадью. Поэтому стержневые мельницы дают боле грубый и равномерный по крупности измельченный продукт, чем шаровые.
Применяются:
- для измельчения как твердых, так и мягких пород в I стадии измельчения и выдают продукт крупностью до 0,2 мм, или перед шаровыми мельницами выдавая продукт 1-2 мм или для гравитационного обогащения.
Измельчение происходит (так же, как в шаровых) в присутствии воды – 25-60 % от массы руды.
Конструктивные отличия стержневых мельниц:
- большая длина L = (15-2) ∙ D;
- большой диаметр разгрузочной горловины (1200 мм);
- достигается большая скорость прохождения материала, а значит, увеличивается производительность;
- нет необходимости устройства люка в корпусе;
- торцевые крышки имеют меньшую конусность.
Другие особенности:
- скорость вращения 60-80% от критической;
- большая масса стержней на единицу объема материала (6-7 т/ м³) делает производительность выше, чем у шаровой;
- меньший износ футеровки и стержней и более низкая стоимость.
Применение рассмотренных конструкций мельниц связано с высокими капитальными и эксплуатационными затратами. В связи с этим последнее время наблюдается повышенный интерес к проблеме самоизмельчения (бесшарового измельчения).
В последнее время в практике все больше применяется бесшаровое измельчение, где в качестве мелющих тел используется сама руда крупностью 350-0 мм (до 600-0 мм) (в этом случае речь идет о самоизмельчении). Если в качестве дробящей среды используется класс -300 +150 мм выделенный из крупно дробленой руды, то речь идет о рудногалечном измельчении.
Самоизмельчение может быть сухим и мокрым. Для сухого самоизмельчения применяются мельница типа «Аэрофол», которая представляет собой короткий барабан, диаметром намного больше длины и составляет 5-11 м. На внутренней поверхности барабана укрепляются рельсы или балки, которыми руда при вращении барабана поднимается вверх. Падая вниз куски -600 +350 мм ударяясь о рельсы, дробятся сами и дробят мелкие куски находящиеся внизу (рис.7.5).
Измельченный материал всасывается и направляется в систему классификатора.

Рис. 7.5 Мельница «Аэрофол»

1 – барабан; 2 – лифтеры;
3 – торцевые крышки; 4 – балки.

Для мокрого самоизмельчения применяется мельница «Каскад» диаметром 5-11 м и получается готовый продукт содержащий 60% класса -0,074 мм. Исходное питание может быть принято 600 мм. Отношение D : L = 3 : 1.

Применяются для железных, золотосодержащих и других руд.
Преимущества мельниц самоизмельчения:
- при самоизмельчении отпадает необходимость в среднем, мелком дроблении. Иногда даже в крупном и в грубом измельчении в стержневых мельницах;
- резко снижаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы на операции дробления и измельчения;
- улучшаются условия измельчения, скрытие идет по слабым плоскостям спайности). Руда не переизмельчается, меньше образуется шламов;
- благодаря более благоприятным условиям измельчения (снижение шламов) улучшаются технологические результаты.
Отрицательные особенности процесса:
- в мельнице накапливается избыточное количество кусков «критической» крупности, когда они малы по весу и размеру чтобы служить измельчающими телами и слишком крупные чтобы быть измельченными другими кусками;
- повышенный расход электроэнергии и футеровки;
- меньшая удельная производительность;
- пригодны не для всех руд. При изменении физических свойств руды наблюдается значительное колебание в производительности.
Одним из специальных методов измельчения является способ измельчения по методу Снайдера (взрывной метод).
Принцип измельчения заключается в следующем:
В камеру, куда подается руда нагнетается пар или газ под большим давлением (60 кг/см²), который проникает в поры руды и заполняет их, а затем с большой скоростью подается в вакуумную камеру, где давление снижается в 20 раз (до 0,6 кг/см²) в течение 5 секунд. В результате пар из межзернового пространства начинает вырываться, вызывая расщепление сырья.
В этом случае сокращается расход энергии на тонкое дробление, осуществляется избирательное раскрытие руд по плоскостям спаянности минералов, что является важным технологическим преимуществом.

7.3 Скоростные режимы мельниц

Критический режим

При очень большой скорости вращения барабана мельницы шары под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности барабана и вращаются вместе с ним (рис. 7.6).

Рис. 7.6 Критический режим вращения

В этом случае шары первого слоя работают как футеровка и не производят дробления руды. Такая скорость называется критической. Определяется по формуле:

где n – частота вращения мельницы (число оборотов мельницы в мин.);

D – диаметр барабана мельницы, м
Для того, чтобы шары первого слоя производили дробление, необходимо, чтобы скорость вращения барабана мельницы была меньше критической. Наивыгоднейшая скорость шаровой мельницы 75-88% n_кр. или:

При водопадном режиме нагрузка поднимается по круговым траекториям на большую высоту и падает водопадом по параболическим траекториям, нанося удар по руде находящейся на круговых траекториях (рис. 7.7). Измельчение руды происходит главным образом ударом измельчающей среды и частично истиранием. Водопадный режим широко применяется при I стадии шарового измельчения (первичное самоизмельчение).

Рис. 7.7 Водопадный режим вращения

При небольшой скорости вращения мельницы шары будут скатываться вниз, не поднимаясь вверх. При этом они одновременно будут вращаться вокруг своей оси, между шарами и внутренней поверхностью мельницы будет происходить истирание руды (рис. 7.8).

Каскадный режим применяется в стержневых мельницах и в шаровых, стержневых мельницах II стадии.

Рис. 7.8 Каскадный режим вращения