Технологии измельчения с перемешиванием рабочей среды

Ю.А. Смирнов, инженер по технологии тонкого измельчения ЗАО «Метсо Минералз СНГ»

В области переработки и добычи металлосодержащих и неметаллических горных пород в настоящее время наблюдается острая потребность в рациональном и энергоэффективном решении для циклов рудного измельчения и доизмельчения. По мере разработки месторождений, представленных тесно прорастающими минералами, все большее значение приобретает возможность эффективного и более тонкого помола для обеспечения требуемых характеристик крупности и извлечения полезного компонента, а также увеличения рентабельности предприятия.

Для решения таких задач и разработки эффективного оборудования для мокрого измельчения были созданы новые технологии, более рациональные по сравнению с традиционными шаровыми мельницами. Одним из инновационных решений является оборудование с перемешиванием мелющей среды, которое при правильном использовании потребляет меньший объем энергии.

056 3       056 4

Общий вид мельниц VertiMill и SMD (Stirred Media Detritor)

Измельчающее оборудование с перемешиванием мелющей среды, представленное на данный момент на рынке, можно разделить на две категории: гравитационные и флюидизирующие мельницы. В гравитационных мельницах с перемешиванием мелющей среды мелющие тела приводятся в движение вращающимся шнеком, создающим условия для измельчения материала. Напротив, принцип действия флюидизирующих мельниц основан на вращательном движении и флюидизации смеси пульпы и мелющей среды.

Конструкция гравитационных мельниц, таких как Metso VertiMill, включает вертикальный вал и перемешивающий шнек, предназначенные для малоинтенсивного перемешивания мелющей среды. Гравитационные мельницы обычно используют мелющую среду в виде металлических шаров диаметром 12–40 мм: небольшая скорость вращения шнека эффективно преобразует передаваемую энергию в механизм измельчения истиранием и абразивным износом благодаря движению мелющих тел. Мелющая среда располагается внутри вертикальной мелющей камеры под собственным весом, обеспечивая большую площадь измельчающей поверхности. К тому же гравитационные мельницы могут интегрироваться в самые разнообразные циклы, но в большинстве случаев мельница устанавливается в замкнутом цикле с внешним классификатором, например грохотами или гидроциклонами (рис. 1).Рис. 1 Типичная конфигурация замкнутого цикла VertiMill

Рис. 1 Типичная конфигурация замкнутого цикла VertiMill

В флюидизирующих мельницах с перемешиванием рабочей среды флюидизация смеси пульпы и мелющей среды происходит благодаря высокоскоростному вращению конструкционных элементов.

Обычно в этих мельницах используется керамическая мелющая среда, кремниевый песок и другие инертные материалы, диаметром частиц 1–5 мм. При необходимости возможна компоновка с группой мельниц, работающих либо параллельно, либо последовательно в зависимости от особенностей технологического процесса. Один из наиболее распространенных вариантов компоновки мельницы SMD (Stirred Media Detritor) – работа в открытом цикле с предварительной классификацией поступающего материала. В большинстве случаев такой цикл обеспечивает наибольшую эффективность, так как измельчающее оборудование получает только крупные фракции с большим содержанием твердой фазы, чем в исходном питании. Если процесс требует подготовки поверхности частиц питания (например, оттирку флотореагентов с поверхности минералов) и измельчения всего объема входящего материала, мельница может использоваться в открытом цикле с прямым питанием при условии приемлемой доли содержания твердых частиц.

При выборе мельницы с перемешиванием рабочей среды и проектировании схемы технологического процесса важно учесть все аспекты предлагаемых решений. Путем правильной оценки всех факторов, например: технических условий процесса, объема технического обслуживания, расходов на приобретение, монтаж и ввод в эксплуатацию – возможно создание решения с минимальными общими затратами и соответствием технологическим требованиям.

Одной из наиболее важных переменных для оценки рабочих показателей и объема техобслуживания является срок службы внутренних изнашиваемых элементов. Этот параметр не только определяет большую часть расходов на запасные части и обслуживание, но и выступает ключевым индикатором общей эксплуатационной готовности оборудования. Флюидизирующие мельницы обладают большой энергоемкостью по сравнению с гравитационными. Тем не менее, удельное энергопотребление может значительно варьироваться даже среди флюидизирующих мельниц. Это зависит от конструкции перемешивающего механизма, окружной скорости, особенностей среды и пульпы, а также общей конструкции корпуса. Важно учесть, что энергоемкость и удельное энергопотребление не связаны напрямую с эффективностью помола.

На первой стадии проектирования любого процесса измельчения необходимо определить производственные требования, предъявляемые к конкретному объекту. Различные технологии измельчения и рабочие условия обусловливают многообразие физических, химических и поверхностных свойств конечного продукта, и, в итоге, различие характеристик крупности и степени извлечения. Крайне важно составить детальные требования к свойствам конечного продукта: не только определить требуемый класс крупности Р80, но в зависимости от процесса, внимание необходимо обратить на ряд факторов, таких как определение максимальной крупности продукта (P98), количество получаемой мелочи (P10).Рис. 2 Схема двухэтапного цикла с применением мельниц VertiMill и SMD (Stirred Media Detritor)

Рис. 2 Схема двухэтапного цикла с применением мельниц VertiMill и SMD (Stirred Media Detritor)

В случае ультратонкого помола с более высоким коэффициентом измельчения необходимо тщательно рассмотреть вариант с двухэтапным рабочим циклом. Часто такая компоновка включает замкнутый цикл с мельницей VertiMill и открытый цикл с флюидизирующими мельницами, например, SMD (рис. 2). Этот вариант имеет явные преимущества по сравнению с простым одноэтапным циклом за счет возможности значительного снижения удельного энергопотребления. Гравитационная мельница способна работать с более крупными фракциями по сравнению с флюидизирующей мельницей и эффективно измельчать материал до такой крупности, которая бы позволила флюидизирующей мельнице функционировать наиболее эффективно с приемлемыми для нее фракциями. Кроме того, такая компоновка позволяет выполнять двухэтапную классификацию продукта. Гравитационная мельница функционирует в замкнутом цикле с гидроциклонами, что позволяет измельчать продукт до требуемой промежуточной крупности. Затем продукт подается в гидроциклоны предварительной классификации с последующей отправкой на доизмельчение в флюидизирующие мельницы. Таким образом, продукт гравитационной мельницы, имеющий конечную требуемую крупность, не попадает в флюидизирующую мельницу. Такая предварительная классификация также позволяет увеличить содержание твердой фазы в питании флюидизирующих мельниц до оптимального уровня без необходимости добавления дорогостоящих сгустителей.

Невозможно сказать, что какая-либо одна технология может применяться во всех производственных условиях тонкого измельчения и способна полностью удовлетворить специфические требования всех предприятий. Разделение мельниц с перемешиванием рабочей среды на две категории, гравитационные и флюидизирующие, поможет лучше понять их особенности и эксплуатационные ограничения. Несмотря на основную схожесть конструкции, предусматривающей вал и привод перемешивающего механизма, заключенные в неподвижный корпус, данные мельницы имеют в корне различные функциональные характеристики. В целях определения наиболее подходящей для каждого случая технологии необходимо проведение тщательного анализа и испытаний.

Ключевые слова: энергоэффективность рудного измельчения, доизмельчение

Журнал "Горная Промышленность" №6 (118) 2014, стр.56