Разновидности схем дробления полезных ископаемых

Виды дробилок.

Щековые дробилки, как основные аппараты, применяемые для дробления крупных и твердых кусков руды.

Принцип работы конусных дробилок.

Конусные дробилки – универсальные машины дробления.

Валковые дробилки, преимущества и недостатки.

Дробилки ударного действия.

Домашнее задание:

Изучить материал лекции. Подготовить описание работы и установок дробилок, приведенных в лекции.

ПРОЦЕССЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ. ТИПЫ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ МЕЛЬНИЦ.

Цель: Изучить основы процессов измельчения, разобрать типы и принцип работы мельниц.

План:

1.
Назначение операций измельчения.

2.
Типы и работа мельниц.

Ключевые слова: измельчение, качество, крупное, среднее, мелкое или тонкое измельчение, мельница, барабанные мельницы, шаровая мельница, МШР, МШЦ, мельницы сухого самоизмельчения, мельница «Каскад», планетарная мельница, вибрационная мельница.

1. Процесс измельчения полезных ископаемых на обогатительных фабриках в зависимости от требуемой крупности измельченного продукта осуществляется в одну, две или несколько стадий в открытом или замкнутом циклах.

Открытым циклом измельчения называется процесс измельчения, при котором продукт, выдаваемый мельницей, является готовым. Замкнутымциклом называется процесс измельчения, при котором продукт, выдаваемый мельницей, подвергается классификации с получением продукта требуемой крупности и крупного продукта (песков), возвращаемого на доизмельчение в ту же мельницу. Мельницы обычно работают в замкнутом цикле с классификаторами. По крупности измельчения условно различают крупное (50 – 60% класса – 0,074 мм), среднее (60 – 85% класса – 0,074 мм) и тонкое (более 85% класса – 0,074 мм) измельчение.

Для крупного измельчения используют одностадиальные схемы (рис. 20, а), которые просты в регулировании и обслуживании и легко автоматизируются, требуют меньших капитальных затрат. Разновидностями одностадийных схем являются схемы с предварительной и проверочной классификациями питания мельницы и слива классификатора и т.д.

Двухстадиальные схемы измельчений (рис. 20, б, в) могут быть в I стадии с открытым и замкнутым циклами измельчения. Такие схемы более сложны и дорогостоящи, но позволяют получать тонкоизмельченный продукт с содержанием класса – 0,074 мм до 80 – 85%. Разновидности двухстадиальных схем бывают те же, что и одностадиальных. Трехстадиальные схемы и схемы с большим числом стадий измельчения используют при тонковкрапленных рудах большой производительности (например, при обогащении магнетитовых железных руд).

Применение замкнутого цикла измельчения обеспечивает наиболее эффективную работу мельниц и позволяет получать более равномерный по крупности измельченный продукт с минимальным содержанием тонких частиц, по сравнению с открытым циклом. Установлено, что эффективность работы мельниц существенно зависит от циркулирующей нагрузки (возвращаемая на доизмельчение масса материала). Циркулирующая нагрузка С выражается в долях единицы или процентах.

Исходная руда Исходная руд

а) б)

Вода Вода

Измельчение Измельчение

Классификация Классификация

Пески Измельчение

Измельченный

Продукт Измельченный Пески

Продукт

Исходная руда

в)

Вода

Измельчение

Классификация I

Пески

Классификация II

Измельчение

Измельченный продукт Пески

рис. 20. Схемы измельчения:

а – одностадиальная в замкнутом цикле с классификатором;

б – двухстадиальная в замкнутом цикле в I стадии и замкнутом – во II.

в – двухстадиальная в замкнутом цикле в I и II стадиях.

Наиболее интенсивно производительность мельницы возрастает при циркулирующей нагрузке, равной 50 – 200%. При дальнейшем ее повышении до 500% производительность увеличивается незначительно. Циркулирующая нагрузка, практически устанавливаемая на обогатительных фабриках, обычно составляет 150 – 300%, реже – 500%.

Циркулирующую нагрузку можно определять по данным ситового анализа продуктов измельчения и классификации. Для замкнутого цикла (см. рис. 20, а):

где С– циркулирующая нагрузка в относительных единицах; - содержание расчетного класса (как правило, - 0,074 мм) соответственно в питании, сливе и песках классификатора.

2. Измельчение полезных производят в аппаратах, называемых мельницами. Мельницы подразделяют на механические (с мелющими телами) и аэродинамические – (без мелющих тел). В качестве мелющих тел применяют металлические стержни и шары, рудную «галю» и крупные куски самой руды (самоизмельчение).

По конструкции различают мельницы: барабанные, роликовые, чашевые(или бегунные) и дисковые.Барабанные мельницы, в свою очередь, классифицируются на мельницы с вращающимся барабаном, вибрационные и центробежные. На обогатительных фабриках применяют вращающиеся барабанные мельницы. Измельчение полезных ископаемых, как правило, производится с водой (мокрое измельчение). Оно более производительно, происходит без пылеобразования и позволяет осуществлять самотечное транспортирование измельченных продуктов.

Барабанная мельница представляет собой пустотелый барабан, закрытый торцовыми крышками и заполненный на 40 – 45% объема барабана измельчающими телами. В центре торцовых крышек имеются полые цапфы (трубы), через одну из которых исходный материал загружается в мельницу, а через другую – непрерывно выгружается измельченный продукт. Цапфы опираются на подшипники, и барабан мельницы вращается вокруг горизонтальной оси. Во время вращения барабана измельчающие тела под действием сил трения и центробежной силы прижимаются к его внутренней поверхности, поднимаются на определенную высоту, с которой затем они падают или перекатываются вниз. Измельчение материала происходит под действием измельчающих тел при движении его вдоль барабана. Продольное перемещение материала внутри барабана происходит вследствие перепада уровней загрузки и за счет непрерывной подачи исходного материала. Поэтому со стороны разгрузки цапфа имеет больший диаметр, чем со стороны загрузки.

Рис. 21. Схема устройства и принцип действия

вращающейся барабанной мельницы:

1 - 1 и 3 - загрузочная и разгрузочная крышки с пустотелыми цапфами; 2 - барабан; 4 - измельчающие тела

Применять шары мельче 40 мм не рекомендуется, так как они заполняют собой пространство между крупными шарами (до 120 мм), принимают на себя удары с их стороны, снижая тем самым эффективность измельчения. Шары, потерявшие форму шара, а также как и шары мельче 40 мм, должны удаляться из мельницы при пересортировке шаров.

Для грубого измельчения применяют ребристые футеровки, а для тонкого - гладкие или волнистые. Резиновую футеровку используют в шаровых мельницах для тонкого измельчения. Резиновая футеровка заметно снижает эксплуатационные расходы - ее масса на 80 % меньше, срок службы в 2-3 раза больше. Кроме того, снижается уровень шума при работе мельниц. Для загрузки мельниц применяют барабанные, улитковые и комбинированные питатели.

Барабанный питатель представляет собой цилиндроконическую камеру, открытую с обеих сторон и снабженную внутренней спиральной перегородкой для загрузки измельчаемого материала в мельницу через загрузочную цапфу. Питатель крепится болтами к загрузочной цапфе барабана мельницы. Барабанные питатели применяют для загрузки материала крупностью до 70 мм на уровне оси мельницы.

Улитковый питатель представляет собой спиральной формы черпак с круглым отверстием в боковой стенке по оси вращения для выпуска зачерпываемого материала в мельницу.

Питатель болтами крепится к цапфе так, чтобы отверстия цапфы и питателя совпадали. На конце черпака питателя крепится сменный козырёк из марганцовистой стали. Улитковые питатели изготовляются одно-двух и трехчерпаковыми. Они позволяют загрузить измельчаемый материал с более низкого уровня, что даёт возможность устанавливать мельницы в замкнутом цикле с классифицирующими аппаратами.

Комбинированный питатель (рис.22.) применяется для загрузки мельницы одновременно кусковым материалом и песками классификатора. Большое преимущество комбинированного питателя заключается в том, что крупнокусковой материал попадает мельницу, минуя загрузочную коробку для черпака улитки.

Рис. 22. Комбинированный питатель

1 - корпус; 2 - черпак; 3 - козырек черпака; 4 - крышка

Шаровая мельница с центральной загрузкой (МШЦ) имеет конструкцию, аналогичную вышеописанной. Разгрузка пульпы из мельницы происходит свободным сливом через отверстие в загрузочной цапфе.

В практику самоизмельчения руд на обогатительных фабриках все шире внедряется процесс самоизмельчения. Он так же используется в тех случаях, когда в измельченном материале нежелательно присутствие железа, образующегося за счет истирания шаров и стержней. Различают следующие виды самоизмельчения:

- рудное, когда крупность руды колеблется в пределах 350 – 0 мм (или 600 – 0 мм) поступает в мельницу самоизмельчения, где крупные куски руды, измельчаясь сами, измельчают более мелкие куски;

- рудногалечное, когда мелкая руда измельчается в мельницах телами в виде рудной гали (крупностью 80 – 30 мм), отбираемыми или после II стадии дробления руды, или при рудном самоизмельчении;

- аэродинамическое, когда руда, движущаяся с повышенной скоростью (100 м/с и более) в потоках газа, самоизмельчается за счет соударения частиц измельчаемого материала.

Мельницы с центральной разгрузкой используются для шарового и стержневого измельчения. Удаление измельченного материала в этих мельницах происходит свободным сливом через пустотелую разгрузочную цапфу, имеющую несколько больший диаметр, чем разгрузочная цапфа. Горловина разгрузочной цапфы снабжена обратной спиралью, возвращающей в рабочее пространство мельницы шары, случайно попавшие в полость цапфы. В этих мельницах поддерживается высокий уровень пульпы, что приводит к переизмельчению части материала (рис. 23)

Рис. 23. Шаровая мельница с центральной разгрузкой МШЦ: I - питатель; 2 - коренные подшипники; 3, 6 -торцевые крышки; 4 - люк; 5 - зубчатый венец; 7 - разгрузочная воронка; 8 - стальные футеровочные плиты; 9 - барабан; 10 - загрузочная воронка

Движение пульпы вдоль оси мельницы происходит за счет разницы уровней отверстий в загрузочной и разгрузочной цапф

Заполнение барабана пульпой определяется диаметром отверстия в разгрузочной цапфе.

Шаровые мельницы с центральной разгрузкой (МШЦ) применяются во второй стадии измельчения в замкнутом цикле с классифицирующим аппаратом.

Шаровая мельница с разгрузкой через решетку МШР (рис.24.) состоит из цилиндрического барабана, к которому с помощью болтов крепятся торцовые крышки, отлитые вместе с загрузочной и разгрузочной полыми цапфами, помещенными в подшипники и опирающимися на железобетонные опоры. В барабан загружают чугунные или стальные шары диаметром от 30 до 120 мм. Зависимость диаметра шара от крупности руды выражается уравнением

d₀ = 28,

где: d₀– диаметр шара, мм; d – размер среднего куска руды в питании мельницы, мм.

Для предохранения от износа барабан и крышки мельницы внутри футеруют отдельными плитами. Плиты имеют толщину от 50 мм для малых и до 150 мм для больших мельниц и изготовляются из марганцовистой или хромовой стали, чугуна или резины и крепятся болтами непосредственно к барабану. На барабане имеются один или два смотровых люка, закрытых во время работы крышками. Барабан мельницы изготовляют сварным или клепаным из толстой листовой стали. В разгрузочном конце барабана установлена решетка с отверстиями, через которые проходит измельченный материал. В пространстве между решеткой и торцовой крышкой имеются ребра, делящие эту зону на секторные камеры (лифтеры), открытые в цапфу. При вращении барабана они поднимают пульпу до уровня цапфы и выгружают измельченный материал из нее.

Линия разгрузки пульпы

Рис. 2.4. Схема шаровой мельницы с решеткой

Удаление измельченного материала из рабочего объёма мельницы происходит через щелевидные или круглые отверстия в торцевой решётке в камеру элеваторного пульпоподъёмника, установленного между торцевой решёткой (диафрагмой) и торцевой разгрузочной крышкой.

При вращении барабана измельченный материал, прошедший через решётку в пульпоприёмнике, радиальными лопастями (лифтёрами) поднимается выше оси мельницы и самотёком сливается через полую разгрузочную цапфу.

Принудительное удаление измельченного продукта из барабана мельницы позволяет поддерживать в ней низкий уровень пульпы, что существенно повышает эффективность ударного воздействия измельчающих тел на частицы руды и способствует более быстрому продвижению крупнозернистой пульпы вдоль оси барабана. Эти мельницы называются мельницами с низким уровнем пульпы.

Уровень пульпы в МШР можно регулировать, перекрывая часть отверстий диафрагмы. Мельницы с разгрузкой через решётку выпускаются с рабочим объёмом от 0,5 м⁵.

Самоизмельчение имеет определенные преимущества, которые сводятся к следующему: при рудном самоизмельчении можно измельчить руду крупностью 350 – 0 мм, т.е. после I стадии дробления, исключив при этом среднее и мелкое дробление; достигается экономия в расходе на измельчающие тела (стержни, шары и т.д.); уменьшается переизмельчение руды, и в некоторых случаях улучшаются технологические показатели последующего обогащения.

К недостаткам самоизмельчения относятся повышенный расход электроэнергии и футеровки мельниц и меньшая, чем у стержневых и шаровых мельниц, удельная их производительность. Процесс самоизмельчения бывает пригоден для всех руд.

С экономической точки зрения процесс рудного самоизмельчения очень дорогой сам по себе, так как, во-первых, высока стоимость оборудования, во-вторых, велик расход электроэнергии из-за необходимости в установке двигателей большой мощности. Но вся в целом схема рудоподготовки с учётом отсутствия второй и третьей стадии дробления дешевле обычной схемы на 5...6 %.

Наиболее подходят для самоизмельчения хрупкие руды зернистого сложения.

Основная технологическая особенность рудного самоизмельчения - накапливание в мельнице кусков критического размера (от 25 до 75 мм), которые слишком малы, чтобы дробить другие куски, и слишком велики и прочны, чтобы быть раздробленными крупными кусками. Для борьбы с накапливанием критических кусков в мельнице рудного самоизмельчения принимают специальные меры: добавляют небольшое количество стальных шаров, додрабливают материал в дробилках.

Самоизмельчение проводится сухим способом в мельницах «Аэрофол» и мокрым - в мельницах «Каскад».

Мельница «Аэрофол» для сухого измельчения (рис. 25.) представляет собой короткий барабан большого диаметра (5,5...11 м)

Рис. 25. Мельница "Аэрофол" для сухого самоизмельчения

1 - конвейер; 2 - приемная воронка; 3 - торцевые крышки;

4 - балки-ребра; 5 - барабан; 6 - кольца;. 7 - воздушный классификатор

На внутренней поверхности вдоль образующей барабана на некотором расстоянии друг от друга укрепляются балки-ребра, которые при вращении барабана поднимают куски материала. Падая вниз, куски разбиваются, ударяясь о ребра, одновременно они дробят ударом находящийся внизу материал. На торцевых крышках барабана укреплены кольца треугольного сечения. Назначение этих колец -направлять куски материала в середину барабана. Мельница работает в замкнутом цикле с воздушным классификатором. Крупные куски в сухих мельницах практически не продвигаются вдоль барабана, поэтому его длина делается небольшой (1/3 Д).

Сухое самоизмельчение целесообразно только при последующем сухом процессе обогащения, так как его энергоемкость намного выше, чем энергоёмкость мокрого самоизмельчения.

Мельницы мокрого самоизмельчения. Общий вид мельницы «Каскад» показан на рис. 26.

Рис. 26. Мельница для мокрого самоизмельчения: 1 - откатная загрузочная воронка; 2 - подшипник;

3 - корпус мельницы; 4 - зубчатый венец привода; 5 - электродвигатель; 6 - спираль подачи пульпы

Барабан изготовлен из двух половин, соединенных горизонтальными фланцами. В барабане предусмотрен люк для выгрузки материала при ремонте. К торцевым крышкам конической формы прикреплены литые полые цапфы, внутри которых вставлены втулки. Загрузочная втулка имеет спираль для ускорения подачи материала в мельницу. Футеровочные плиты барабана имеют скосы для сопряжения с ребрами (лифтёрами), предназначенными для крепления плит к барабану и подъёма руды.

Разгрузочная решётка состоит из отдельных секторов. За решёткой имеются радиальные перегородки-лифтёры. К разгрузочной цапфе прикреплена съёмная бутара, служащая для классификации пульпы, выходящей из мельницы. Зубчатый венец привода смонтирован на разгрузочный цапфе, с ним сопряжены через шестерни один или два вала, приводимых от одного или двух электродвигателей.

Торцевые крышки барабана мельницы диаметром > 8 м по условиям прочности должны иметь коническую форму с радиальными усиливающими ребрами. Футеровочные плиты изготовлены из твердого никелевого чугуна со сменными прижимными полосами-ребрами из хромомолибденовой стали. Расстояние между ребрами в

цилиндрической части барабана - 450 мм. Ребра на футеровке в мельницах самоизмельчения играют важную роль - при изношенных ребрах мельницы не могут работать из-за скольжения материала.

Мельницы самоизмельчения хорошо работают только при низком уровне разгрузки, при высоком уровне пульпы в мельнице падающие дробящие куски теряют силу удара в большей степени, чем шары, имеющие большую плотность.

Для разгрузки из мельницы рудной гали и изношенных шаров в решётке предусматривают «окна» размером 75x75 или 100x100 мм.

Планетарные барабанные мельницы (рис.27) представляют собой несколько барабанов, смонтированных на водила 2. Каждый барабан свободно вращается в подшипниках водила и жестко соединен с приводной шестерней 5, которая кинематически связана с неподвижной шестерней 4. При вращении вала 6 и водила 2 барабаны 3 вращаются вокруг своей общей оси, а за счет зацепления шестерни 5 с шестерней 4 происходит вращение каждого барабана 3 вокруг своей оси. Мельницы планетарного типа отличаются избирательностью измельчения разнопрочных материалов при их самоизмельчении.

Рис.27. Планетарная мельница периодического действия 1 - станина; 7 - люк. Остальные обозначения см. в тексте

Вибрационные барабанные мельницы применяются для сверхтонкого измельчения цемента, керамического и другого сырья. Корпус мельницы опирается на пружины и совершает колебательные движения от дебалансного вибратора, при этом барабан мельницы не совершает вращательного движения (рис. 28).

Рис. 28. Схема вибрационной мельницы с внутренним инерционным вибратором

При вращении вибратора возбуждаются круговые колебания в плоскости, перпендикулярной к оси вибратора, что вызывает колебания измельчающих тел и разрыхление измельчающей среды в камере. А так же это вызывает интенсивное взаимное перемещение измельчающих тел. При этом возникает вращательное движение измельчающей среды (барабан на 80 % объёма загружен шарами), обратное направлению вращение вибратора, В результате материал, находящийся в мельнице, измельчается.

В питании вибрационных мельниц не должно быть кусков >6 мм.

Выводы:

Процесс измельчения полезных ископаемых на обогатительных фабриках в зависимости от требуемой крупности измельченного продукта осуществляется в одну, две или несколько стадий в открытом или замкнутом циклах.

Наиболее интенсивно производительность мельницы возрастает при циркулирующей нагрузке, равной 50 – 200%. При дальнейшем ее повышении до 500% производительность увеличивается незначительно. Циркулирующая нагрузка, практически устанавливаемая на обогатительных фабриках, обычно составляет 150 – 300%, реже – 500%.

Измельчение полезных производят в аппаратах, называемых мельницами. Мельницы подразделяют на механические (с мелющими телами) и аэродинамические – (без мелющих тел). В качестве мелющих тел применяют металлические стержни и шары, рудную «галю» и крупные куски самой руды (самоизмельчение).

По конструкции различают мельницы: барабанные, роликовые, чашевые (или бегунные) и дисковые. Барабанные мельницы, в свою очередь, классифицируются на мельницы с вращающимся барабаном, вибрационные и центробежные.

Контрольные вопросы:

1.
Что такое измельчение?

2.
Для чего необходим процесс измельчения?

3.
Какие схемы измельчения Вы знаете?

4.
Чем открытые схемы измельчения отличаются от замкнутых?

5.
Какова зависимость между составом руды и схемой измельчения?

6.
Какие трудности возможно испытать при обогащении, если материал переизмельчить, и почему?

7.
Какие по конструкции мельницы Вы знаете?

8.
Опишите строение и принцип работы барабанной мельницы.

9.
Опишите принцип работы шаровой мельницы.

10.
Мельницы самоизмельчения.

11.
Каковы отличия мельниц самоизмельчения друг от друга и от других видов измельчения, например шаровой или барабанной?

Домашнее задание: