КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КИМБЕРЛИТОВ
С.А.Симанкин, заместитель генерального директора
В.В.Нем, заместитель генерального директора по производству.
За время, прошедшее после публикации, к нам поступило немало писем с вопросами различного характера. Поэтому в настоящей статье отражается два основных аспекта: во-первых, повышенная надежность конструкции нашей мельницы самоизмельчения по сравнению с традиционными и, во-вторых, высокая эффективность внутренних элементов (футеровка и решетка) мельницы, определяющих, главным образом, технологические показатели при самоизмельчении кимберлитов.
В настоящее время две мельницы с размерами барабана D(L=4.0(1.4 м отгружены на месторождение «Бамское» (рис. 1). Надеемся, что через год будет возможно опубликовать технико-эксплуатационные данные по их работе.
В табл. 1 приведены расчетные данные по долговечности основных узлов консольных мельниц, технологические показатели которых эквивалентны мельницам традиционного типа D(L=5.0(2.3, 7.0(2.3, 9.0(3.0. Однако следует оговориться, что в консольных мельницах соотношение диаметра к длине составляет от 5 до 9, тогда как в традиционных – от 2.5 до 3. Повышенное соотношение диаметра к длине обеспечивает ускоренный вывод готового продукта из зоны измельчения, что благоприятно сказывается на эффективности помола в целом и обеспечивает снижение энергозатрат в частности. Кроме того, если рассматривать консольные мельницы применительно к измельчению алмазосодержащего сырья, то такое соотношение является параметром, способствующим сохранности алмазов.
Для подобного типа мельниц разработаны и испытаны новые внутренние элементы – футеровка каблучкового типа и разгрузочная решетка. Поскольку по каблучковой футеровке была подробная публикация в журнале «Обогащение руд» №№1–2 за 1999 г., в данной статье сделаем о ней лишь упоминание. Что касается разгрузочной решетки, то у нас имеется новый исследовательский материал, показывающий, что ее роль в процессе измельчения является весьма важной, а в случае измельчения кимберлитов – определяющей.
КАБЛУЧКОВАЯ ФУТЕРОВКА
Каблучковая футеровка (рис. 2) была разработана специально для алмазосодержащих руд с целью повышения сохранности алмазов. Испытания показали, что с ее помощью можно увеличить производительность и снизить энергозатраты.
Проведенные полупромышленные испытания на рудах месторождения им. М.В.Ломоносова (Архангельская обл.), якутских и южноафриканских кимберлитах с использованием мельниц с размерами барабана D(L=1.8(0.7 и 2.3(0.7 показали прирост производительности на 30–80% и снижение энергозатрат на 32–45%. При этом была зафиксирована полная сохранность алмазов-индикаторов.
В апреле-мае 1999 г. была сделана попытка провести сравнительные промышленные испытания каблучковой футеровки на фабрике №8 Айхальского ГОКа, которая идеально отвечает условиям испытаний подобного рода, т.к. имеет две мельницы D(L=7.0(2.3 м. При проведении испытаний одна из них была оснащена резиновой каблучковой футеровкой, другая – резиновой стандартной. Из-за конструктивных ошибок не удалось провести длительные сравнительные испытания, т.к. каблучковая футеровка, судя по динамике изменения показателя производительности, полноценно отработала не более суток. Если сразу после запуска и в течение 3-х смен производительность мельницы с каблучковой футеровкой была стабильно выше стандартной на 30–35%, то через сутки она сравнялась, что и побудило остановить мельницу для осмотра, в результате которого выяснилось, что более 80% каблуков (кроме мелких) были срезаны по закладному армирующему диску. Для завершения испытаний было принято решение о поставке плит с крупными каблуками, выполненными из металла. Такая поставка фирмой ТТД была выполнена в марте 2000 года. К сожалению, по производственным причинам на фабрике №8 время испытаний несколько раз переносилось. В последних планах предприятия испытания намечено провести в четвертом квартале 2001 года.
Однако уже сегодня с позиции тех знаний, которые были получены нами в процессе десятилетних испытаний, можно сделать два важных вывода:
1. Применение каблучковой футеровки в мельницах мокрого самоизмельчения обеспечивает повышенную сохранность алмазов.
2. Металлическое исполнение футеровки (имеется в виду только каблучковой) не снижает сохранность алмазов, увеличивает производительность мельницы, снижает энергозатраты и, кроме того, обеспечивает долговременную работу мельницы без остановки на перефутеровку.
НОВАЯ РАЗГРУЗОЧНАЯ РЕШЕТКА МЕЛЬНИЦЫ САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ДЛЯ ВЫВОДА КРУПНЫХ АЛМАЗОВ
В патентной и специальной литературе вопросу влияния параметров разгрузочной решетки на показатели самоизмельчения уделено мало внимания, тогда как, на наш взгляд, ее роль весьма существенна, особенно при переработке кимберлитов. Нижеприведенные факты являются убедительной иллюстрацией к этому:
- Одному из авторов пришлось анализировать работу мельницы самоизмельчения D(L=3.66(1.9 корпорации De Beers. Конструкция решетки была смонтирована в ней так, что при размерах ячейки 60(60 мм в разгрузке мельницы практически отсутствовал крупный (+10 мм) класс при его наличии в мельнице в количестве до 40%.
- Варьирование расположением и количеством разгрузочных решеток с различными размерами ячеек позволяет получить совершенно отличающиеся друг от друга гранулометрические характеристики (данные испытаний мельниц №1, 3, 6 на фабрике №12, 1980 г.).
- При определенных геометрических параметрах ячеек производительность мало зависит от площади «живого сечения», но при этом значительно меняется ситовой состав разгрузки мельницы (данные исследований на фабрике №7 института Якутнипроалмаз и данные испытаний мельниц на фабрике №12).
- Среднее время пребывания алмазов в мельнице на фабрике №3 составило 40 мин. (данные испытания радиоактивных алмазов-индикаторов).
- Интенсивный вывод материала через периферический разгрузочный пояс с увеличенными размерами ячеек (до 50 мм) показал значительное снижение сохранности алмазов вопреки ожидаемому повышению.
Эти обстоятельства послужили основой к постановке специальных исследований, посвященных работе разгрузочной решетки в первую очередь применительно к кимберлитам.
Главной задачей в период исследований было оценить влияние основных параметров решетки (конфигурация и размеры отверстий, их расположение по торцу, конструкция лифтеров) и технологических факторов (содержание мелкого класса в мельнице) на ее пропускную способность в целом и алмазов в частности.
На рис. 3 показан фрагмент разгрузочного торца с различными отверстиями, причем конусность отверстий b и d приближена к реальной, применяемой в настоящее время в мельницах самоизмельчения.
Из-за недостатка журнальной площади приводим лишь основные выводы, тем более что подробный отчет об этих исследованиях есть в каждом подразделении АК «АЛРОСА».
- Наименьшей пропускной способностью обладают круглые отверстия (сектор А) как для класса –2+1, так и для класса –4+2 (исследуемые классы крупности).
- Пропускная способность коротких (а, с, рис. 3) отверстий независимо от конфигурации (круглое или щелевое) в 5–8 раз выше, чем длинных конических (b, d).
- С увеличением крупности анализируемых классов c –2+1 до 4+2 мм максимальные значения пропускной способности сдвигаются соответственно от периферии (отверстия 10,11, 12) к центру (отверстия 5, 6, 7).
- Для радиально-щелевых отверстий (сектор D) предыдущая (п.3) закономерность отсутствует независимо от анализируемой крупности. Максимальное значение находится на стыке двух поясов (отверстия 5, 6, 7, 8), а из анализа абсолютных цифр такое расположение щелей наиболее выгодно.
- Для наклонных (45°) щелей, чей наклон выполнен в сторону вращения барабана мельницы, пропускная способность в 3–4 раза выше, чем для противоположно наклонных.
- Пропускная способность отверстий, находящихся за лифтером по ходу движения (теневая зона), имеет пропускную способность в 5–6 раз ниже, чем тех, которые находятся до лифтера.
- Из анализируемых в экспериментах 50 шт. имитаторов-алмазов (корунд плотностью 3.5 т/м3 и крупностью –4.5+2 мм) максимальное значение выхода принадлежит радиально-щелевым отверстиям (74%), причем выход через внутренний пояс (№1) составил 24%; близко к этим значениям относятся продольно-щелевые (сектор В) – общий выход составил 68%, из них 18% через внутренний пояс; затем наклонно-щелевые (сектор С), имеющие соответствующие значения 50 и 12%; и, наконец, круглые – 20 и 8%.
На рис. 4 показан фрагмент решетки мельницы, перерабатывающей алмазосодержащее сырье при направлении вращения барабана мельницы против часовой стрелки.
Как видно, решетка в основном обеспечена наклонными щелями с шириной 25 мм и отдельными вставками с круглыми отверстиями диаметром 50 мм. Проведенный анализ с учетом вышеизложенных результатов показывает, что наклонные щели, примыкающие к лифтеру по ходу вращения (против часовой стрелки), должны бы обеспечить достаточно активную разгрузку готового продукта. Однако в силу того, что они находятся в «тени» лифтера, их эффективность резко занижена. Вторая часть наклонных щелей также имеет низкую эффективность разгрузки, т.к. их наклон выполнен в противоположную необходимой сторону. Что касается круглых отверстий, то их пропускная способность в отличие от остальных и так самая низкая, а с учетом толщины элемента решетки (порядка 110 мм), вероятность разгрузки алмаза крупностью 45–50 мм будет близка к нулю. В довершение к сказанному заметим, что каждый решетчатый элемент закрыт высокими лифтерами, предохраняющими решетчатую поверхность от крупных кусков, но значительно снижающими пропускную способность.
Как показали исследования, на выход имитаторов-алмазов в значительной степени влияет содержание мелкого класса в мельнице (рис. 5).
При его содержании на уровне 10% около 97% имитаторов разгружается через периферический пояс (уровни 9, 10, 11, 12) и только 3% – через уровень 6 (внутренний пояс). Увеличение содержания мелкого класса всего лишь до 30% способствовало выходу имитаторов через внутренний пояс уже на 35%, а при увеличении этого класса до 60% выход через внутренний пояс составил 65%, соответственно при содержании 80–73%. Причем в последних двух случаях через уровни 11 и 12 не вышло ни одного имитатора.
Эти данные убедительно говорят о том, что:
- нельзя работать при разгрузке только через периферический пояс, поскольку содержание мелкого класса в мельнице чаще всего больше 30%, а значит от 30 до 60% алмазов стремятся выйти через внутренний разгрузочный пояс;
- нежелательно иметь в мельнице мало мелкого класса, т.к. в этот момент алмазы уходят на другую, близкую к периферии траекторию и попадают на «пяту» мельничной загрузки, где подвергаются ударам кинетически активных кусков руды.
Когда мелкого класса будет достаточно (30–50%), алмазы не смогут попасть на периферию, а будут крутиться внутри мельницы на короткой траектории, среди кинетически пассивных кусков, подвергаясь лишь абразивным воздействиям и при этом имея возможность выйти из мельницы.
На основании изложенного совершенно очевидна конструкция решетки, которая должна отвечать следующим требованиям:
- отверстия решетки должны быть щелевыми и располагаться вдоль радиуса;
- толщина плиты решетки в районе щели не должна быть больше ширины щели, а длина щели не должна быть меньше 3-х размеров ширины;
- ширина щелей должна составлять 1.05–1.1 максимального куска в разгрузке. Например, для разгрузки алмазов крупностью 50 мм ширина щели должна быть не менее 52 мм. При этом количество отверстий на разных уровнях должно быть различным: периферические уровни 11, 12 (рис.3) должны иметь минимум отверстий, тогда как уровни 1–8 максимум;
- вся поверхность решеток должна быть оснащена каблуками, причем наиболее изнашиваемая часть (уровни 5–9) крупными каблуками, которые позволяют защитить поверхность от крупных кусков и в то же время дать возможность мелкому материалу свободно скользить вдоль просеивающей поверхности, находя свою щель;
- величина площади «живого сечения» не должна быть критериальной, однако при этом необходимо иметь в виду, что конфигурация и размеры щелей должны отвечать вышеперечисленным условиям. Например, мельница Лебединского ГОКа с размерами D(L=7.0(2.3 м, оснащенная тонкостенной решеткой с площадью «живого сечения» около 1.0 м2, имеет ту же производительность, что и мельница с площадью «живого сечения» 3.0 м2, но с толстостенной решеткой;
- прочностные характеристики решетки обеспечиваются замкнутобалочной конструкцией внутренней поверхности, обращенной в сторону разгрузочной цапфы, и каблучковой конструкцией наружной поверхности, обращенной к загрузочной цапфе.