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: