Мельницы Outotec HIGmill™ для тонкого измельчения

Харри Лехто, Илкка Ройтто, Outotec Oy (Финляндия) Андрес Паз, Outotec Pty Ltd. (Австралия) Маттиас Остхолм, Outotec (Швеция)

За последние 10 лет в обогатительных процессах горной промышленности все чаще стала применяться технология тонкого измельчения. В основном это связано с поступлением в переработку руд с более мелкими вкраплениями ценных компонентов, что требует тонкого измельчения для их высвобождения. В апреле 2012 г. компания Outotec представила новую технологию тонкого измельчения для обогатительных предприятий – мельницы Outotec HIGmill.

Технология HIGmill хорошо зарекомендовала себя за последние 30 лет при тонком и сверхтонком измельчении известняка и других промышленных минералов. Были поставлены более 250 мельниц данного типа, 10 из которых имели единичную установленную мощность 5000 кВт. Продолжительные пилотные испытания и инженерно-проектные работы позволили адаптировать технологию HIGmill для обогатительной промышленности.

Типовыми сферами применения мельниц Outotec HIGmill являются доизмельчение концентратов, третья стадия измельчения руд, а также тонкое измельчение материалов перед гидрометаллургическими процессами. Сферы применения этих мельниц могут быть классифицированы как тонкое (питание F80<200 мкм и продукт P80<40 мкм) и ультратонкое (F80<70 мкм и P80<20 мкм) измельчение.

056 1

Конструкция мельницы

Outotec HIGmill представляет собой бисерную мельницу с перемешиванием (рис. 1), которое достигается за счёт вращения центрального вала с установленными на нем измельчающими дисками.

Процесс работы бисерной мельницы

Питание подается в мельницу вместе с мелющими телами через загрузочное отверстие в нижней части. Мелющие тела (бисер) обычно представляют собой керамику размером 1–6 мм, с плотностью около 4 г/см3, кроме того допускается применение стального бисера. Измельчение происходит за счет истирания при контакте материала и измельчающей среды при интенсивном перемешивании с помощью дисков мельницы.056 2

Пульпа движется наверх, проходя через отверстия по вращающихся дисках и свободное пространство между дисками и контрдисками (рис. 2). В зависимости от сферы применения на валу может устанавливаться до 30 дисков. При вращении дисков одновременно с процессом измельчения происходит классификация измельченного материала. Крупные частицы дольше остаются на периферии, в зоне наиболее интенсивного измельчения, в то время как мелкие поднимаются вверх по более короткому пути и не переизмельчаются. В результате, измельченный продукт характеризуется достаточно узким диапазоном распределения частиц по крупности, что исключает необходимость во внешней классификации материала.

За счет гравитации сохраняется компактность среды, обеспечивается высокоинтенсивный контакт между материалом и мелющими телами и эффективная, равномерная передача энергии по всему объему. Частицы материала находятся в постоянном контакте с измельчающей средой, что существенно повышает эффективность измельчения.

Конфигурация дисков и геометрия всей камеры были оптимизированы для обеспечения наилучшего распределения энергии, внутренней циркуляции и классификации. Исследования показали, что мельницы Outotec HIGmill позволяют измельчать материал при более низком удельном расходе энергии по сравнению с шаровыми мельницами, а также с другими бисерными мельницами.

Измельченный продукт разгружается при атмосферном давлении в верхней части мельницы через гидроклассификатор, который служит для предотвращения потерь бисера.

Важно, что разделение пульпы и бисера происходит только под воздействием центробежной силы без использования каких-либо сит, что исключает проблемы с блокировкой отверстий сит материалом. Мельница работает при атмосферном давлении и это значительно упрощает конструкцию вала и увеличивает интервалы между остановками на плановый ремонт, поскольку вал не имеет сложной системы уплотнений, имеющих контакт с пульпой.

Технологические преимущества мельниц Outotec HIGmill

На данный момент Outotec HIGmill являются самыми крупными промышленными бисерными мельницами, с единичной установленной мощностью до 5000 кВт. Мельницы Outotec HIGmill имеют различный диаметр барабана, а их высота может изменяться с целью оптимизации загрузки и подводимой мощности. Объем камеры варьируется в диапазоне от 400 до 27500 л, мощность привода – от 132 до 5000 кВт.

 Гибкость в эксплуатации

Все мельницы имеют возможность применения привода с регулируемой скоростью вращения. Основным параметром оперативного управления подводимой мощностью является скорость вращения вала. Такой простой принцип позволяет в короткий срок адаптировать работу мельницы к колебаниям технологических параметров.056 3

 Простота технологической схемы

Благодаря вертикальной конструкции мельницы и эффекту внутренней классификации продукта измельчения, отпадает необходимость в организации последующей внешней его классификации. Для контроля плотности пульпы питания, а также вывода готового класса, на входе в цикл измельчения используется отсекающий гидроциклон (предварительная классификация).

 Высокая энергоэффективность

Энергоэффективность мельницы обеспечивается вертикальной её компоновкой и конструкцией дисков, что позволяет достигать высокого удельного электропотребления при сравнительно низкой окружной скорости. Окружная скорость может достигать 15 м/сек, удельное электропотребление – до 300–400 кВт/м3.

 Компактность конструкции и простота техобслуживания

Вертикальная компоновка мельницы и возможность достигать больших значений удельного расхода энергии позволяют проектировать компактное оборудование, занимающее мало места в помещении фабрики. Пространство с боков и под мельницей остается свободным, что упрощает техническое обслуживание.

Корпус мельницы и вал с дисками были специально спроектированы с целью упрощения замены изнашивающихся элементов. Для замены измельчающих дисков, вертикальный корпус разбирается на две половины вдоль вертикального фланца, после чего половины корпуса разводятся в стороны по специальным направляющим, открывая доступ к внутренним частям мельницы. Диски могут меняться по отдельности в зависимости от износа или все сразу. Для сокращения простоя могут быть использованы два центральных вала – один с новыми дисками, смонтированными заранее, устанавливается в мельницу, а второй с изношенными дисками отправляется в ремонтную зону для переборки.

 Проведение испытаний и их результаты

Закономерности процессов измельчения в мельницах HIGmill были изучены в ходе продолжительных пилотных испытаний на мельницах HIG 5 (7,5 кВт) и HIG 25 (30 кВт). Существует две основные процедуры испытаний – непрерывная и полунепрерывная. В основном, это зависит от размеров имеющихся проб. Цель испытаний – получение зависимости (рис. 4) удельной энергии измельчения (кВтч/т) от крупности частиц продукта (P80 и/или P50, мкм).056 6

Рис. 4 График зависимости удельной энергии измельчения от крупности частиц продукта

В ходе испытаний варьировались следующие параметры: плотность пульпы (45–70% тв. вес.), производительность/время пребывания (1–5 мин), окружная скорость (1,5–9 м/сек), конструкция внутренних деталей мельницы, коэффициент заполнения мелющими телами (50–70% об.), размеры (1,2–6 мм) распределение мелющих тел, материал мелющих тел (керамика, сталь). Удельная энергия измельчения изменялась в диапазоне 5–100 кВт·ч/т.

В ходе испытаний строились зависимости крупности продукта от удельного расхода энергии при различных технологических параметрах. Основные результаты испытаний представлены в виде графиков на рис. 5.

a)056 7

б)

056 8

в)056 9

г)056 10

Рис. 5 Влияние различных технологических параметров мельницы на зависимость крупности продукта от удельного расхода энергии:
a) влияние производительности/времени пребывания; б) влияние материала измельчающей среды; в) влияние степени заполнения
измельчающей средой; г) влияние режима испытаний – непрерывный/полунепрерывный

В результате проведения опытов удалось сделать важный вывод о том, что крупность помола определяется исключительно удельным расходом энергии. Другими словами, при любых сочетаниях технологических параметров (производительность, время пребывания, степень заполнения, измельчающая среда), но при равенстве удельного расхода энергии, крупность помола частиц будет одинаковой. Эта особенность мельниц HIGmill открывает широкие возможности для управления процессом измельчения. Мельницы оборудуются приводом с изменяемой скоростью вращения вала, что позволяет обеспечить оптимальные условия измельчения при изменении свойств питания, плотности пульпы или производительности. Крупность продукта может регулироваться автоматически изменением скорости вращения вала. Это очень важное свойство конструкции дает оператору возможность подбирать оптимальную крупность помола концентрата, обеспечивающую максимальное извлечение на последующей стадии флотации или сепарации.

Принципы управления измельчением

Свойства материала, поступающего на доизмельчение, могут существенно варьироваться как из-за колебаний содержания металлов в исходной руде, так и из-за эффективности и производительности предшествующих процессов.

В соответствии с основными результатами, изложенными ранее, можно представить новую концепцию оперативного контроля размеров продукта доизмельчения Outotec HIGmill.056 11

Рис. 6 Зависимость удельной мощности от окружной скорости в мельнице Outotec HIGmill 25

Благодаря тому, что мельница HIGmill оборудована приводом с переменной скоростью вращения вала, имеется возможность контролировать удельный расход энергии на измельчение в широком диапазоне. Зависимость удельной энергии от окружной скорости (рис. 6) носит экспоненциальный характер – если скорость вала удваивается, то удельная мощность увеличивается в 3 раза. Это позволяет быстро отрегулировать удельный расход энергии для компенсации колебаний характеристик питания мельницы или изменения задания по крупности продукта.

Управление измельчением, реализованное в экспертной системе управления технологическим процессом Outotec ACT, может осуществляться либо на принципах упреждающего регулирования, либо как регулирование с обратной связью (см. рис. 3).

Принцип упреждающего регулирования основан на измерении расхода и плотности питания, подаваемого в отсекающий гидроциклон. На основе полученной информации регулируется скорость вращения вала мельницы для достижения заданной удельной энергии на измельчение. Этот принцип обеспечивает поддержание необходимого значения удельной энергии в любой момент времени, даже в условиях колебаний расхода питания.

Принцип регулирования с обратной связью основан на измерении гранулометрического состава продукта при помощи потокового гранулометра Outotec PSI. Если размеры конечного продукта выходят за установленные значения, являются более крупными или более тонкими, система управления верхнего уровня устанавливает новое значение для удельной энергии и производится корректировка скорости вращения вала мельницы.

В мельницу непрерывно вместе с пульпой добавляются мелющие тела. В случае постоянного и значительного изменения производительности, а также изменения заданного гранулометрического состава продукта, загрузка мелющих тел увеличивается или уменьшается до нового оптимального уровня, а дальше управление процессом опять ведется при помощи регулировки окружной скорости.

Заключение

Мельница с перемешиванием Outotec HIGmill для обогатительных предприятий разработана на базе промышленно внедренной технологии. Продолжительные пилотные испытания позволили разработать методику выбора промышленных установок и принципы управления технологическим процессом. Мельница проста и надежна в эксплуатации, а также обладает исключительной эффективностью использования энергии в широком диапазоне технологических параметров. Управление удельной энергией и крупностью помола может осуществляться простым изменением скорости вращения вала мельницы. Конструкция мельницы обеспечивает классификацию материала по крупности внутри рабочей зоны, таким образом, отпадает необходимость в применении внешних классификаторов, а также снижается риск переизмельчения материала. Outotec HIGmill обладает большей энергоэффективностью, чем классические шаровые мельницы, а также другие бисерные мельницы. Применение измельчающей среды малого размера позволяет обеспечить постоянный контакт с частицами измельчаемого материала и достичь высокой эффективности использования энергии в процессе тонкого измельчения (Р80 от 10 до 40 мкм).

Ключевые слова: Мельницы, Outotec HIGmill, тонкого измельчения

Журнал "Горная Промышленность" №5 (110) 2013, стр.56