Раздел 5. Оборудование для измельчения материалов
Тема 5.1. Дробильное оборудование
Лекция 31. Конструкции мельниц
Процесс измельчения
Измельчение является заключительной стадией в цикле подготовки руды перед обогащением, связанной с уменьшением крупности ее кусков, и производится в мельницах
В результате измельчения должен быть получен продукт, пригодный по крупности для последующего обогащения и содержащий полезные минералы в виде частиц, максимально освобожденных от пустой породы. Крупность частиц измельченного продукта обычно не превышает 1 мм и менее.
Предел крупности измельчения определяется размером вкрапленности рудных и нерудных минералов, методом обогащения, которые устанавливаются опытным путем для каждого полезного ископаемого при исследовании руд на обогатимость.
Машины, с помощью которых осуществляется измельчение, называются мельницами.
Все мельницы разделены на две основные разновидности: аэродинамические или струйные (без мелющих тел) и механические (с мелющими телами). Последние могут быть барабанные, роликовые, дисковые.
На обогатительных фабриках применяются почти исключительно барабанные мельницы. В зависимости от мелющих тел они бывают:
- шаровые;
- стержневые;
- рудногалечные;
- самоизмельчения
В зависимости от формы барабана: - цилиндрические; - конические.
Принцип работы их практически одинаков.
Конструктивные особенности мельниц (шаровые, стержневые,
самоизмельчения)
Барабанная мельница (рис. 1, рис.2) представляет собой цилиндрический барабан (1) с торцевыми крышками (2,3) и пустотелыми цапфами (4,5), опирающиеся на подшипники (6,7). Вращение барабана мельницы производится от электродвигателя посредством малой шестерни, насаженной на приводном валу и зубчатого венца (8), закрепленного на барабане.
Барабан мельницы изготавливают сварным или клепанным из листовой стали, а торцевые крышки отливают из чугуна или стали. Они соединяются ме-жду собой болтами.
Электродвигатель присоединяется к приводному валу через редуктор или в мельницах больших размеров (тихоходных) через муфту.
Барабан и торцевые крышки для предотвращения износа футеруются бро-невыми плитами из марганцевой стали толщиной от 50 до 150 мм, а внутренняя часть пустотелых цапф съемными воротниками. 
В производственных условиях мельница загружается шарами и рудой до 40-45% своего объема. Во время вращения барабана мельницы шары перекатываясь, скользя и падая, измельчают зерна руды.
Рисунок 1 - Шаровая мельница с центральной разгрузкой
Рисунок 2 - Шаровая мельница с центральной разгрузкой
В в зависимости от способа разгрузки измельченного продукта различают мельницы с центральной (свободной) разгрузкой (рисунок 6.1) и с принудительной разгрузкой (с разгрузкой через решетку) (рисунок 6.2).
Мельница сливного типа (МШЦ). Особенности мельницы:
- разгрузка пульпы осуществляется непосредственно через разгрузочную цапфу горловина, которой большего диаметра, чем разгрузочное отверстие;
- высокий уровень пульпы в барабане;
- малая разница уровня пульпы h в загрузочном и разгрузочном концах барабана, вследствие чего перемещение материала идет медленно, и мельница выдает тонкий продукт (рис. 3);
- разгрузочная горловина имеет спираль для возврата в мельницу случайно попавших шаров.
Рисунок 3 - Мельница МШЦ
Рабочий объем – от 1 до 63 м3. Частота вращения – от 4,2 до 17,4 об/мин.
Масса мельницы с редуктором – от 8 до 205 т; с шарами – от 10 до 450 т.
Мельница с разгрузкой через решетку (МШР). Диаметр мельницы – от 900 до 4000 мм. Длина мельницы - от 1800 до 5500 мм.
Шаровая мельница с разгрузкой через решетку отличается от мельницы сливного типа тем, что у нее диаметр больше длины и измельченный продукт разгружается принудительно (рис.4).
Рисунок 4 - Мельница МШР
Со стороны разгрузочного конца мельница имеет решетку с отверстиями для разгрузки измельченного продукта. Крупные куски руды и шары задерживаются в мельнице. Измельченная же руда разгружается через решетку или диафрагму в промежуточную камеру. К наружной стороне решетки между ней и торцевой крышкой мельницы укреплены радиально расположенные ребра, на которые пульпа попадает через отверстия диафрагмы. При вращении мельницы ребра выполняют роль лифтеров, которые поднимают измельченный материал с водой (пульпу) вверх и сбрасывают его на конус расположенный вершиной к разгрузочной цапфе мельницы. Пульпа стекает по образующей конуса и попадает в полую цапфу, через которую и выгружается из мельницы.
Разгрузка мельницы через решетку создает большую разность давлений загружаемого и разгружаемого материала, что способствует более быстрому продвижению пульпы в мельнице.
Поэтому мельницы с разгрузкой через решетку:
- более производительные по сравнению с мельницами с центральной разгрузкой;
- выдают более равномерный по крупности продукт с небольшим количеством шламов (благодаря тому, что разгрузочное отверстие расположено значительно ниже уровня загрузки, в мельнице не накапливается материал, и зерна не подвергаются переизмельчению, что наблюдается в мельнице с центральной разгрузкой);
- в мельницу можно загружать руду крупностью до 30-35 мм и регулировать степень измельчения. Однако снижение крупности руды загружаемой в мельницу повышает производительность мельницы (с 20 до 5 мм на 20-25%);
- диафрагмой (решеткой) можно регулировать уровень пульпы, а значит и
ее производительность. Для увеличения скорости прохождения пульпы через мельницу необходимо закрыть ряд отверстий решетки расположенные ближе к горизонтальной оси мельницы, т.е. ближе к разгрузочной цапфе.
Чтобы уменьшить производительность можно поднять уровень пульпы, до оси мельницы закрыв все отверстия решетки. И мельница будет работать как мельница с центральной разгрузкой.
Вместе с тем мельницы с разгрузкой через решетку имеют ряд недостатков:
- наличие диафрагмы усложняет конструкцию и обслуживание мельницы;
- удорожает ее стоимость;
- отверстия решетки забиваются щепой.
Мельницы с решеткой обычно применяются в I стадии измельчения для получения продукта более 0,15 мм.
Отечественной промышленностью выпускаются мельницы с объемом барабана от 0,45 до 71 м3.
Стержневые мельницы по своему устройству аналогичны шаровым цилиндрическим с центральной разгрузкой. Длина их в 1,5-2 раза больше диаметра. Измельчающей средой являются стержни. Диаметр стержней колеблется от 40 до 100 мм, а длина на 25-50 мм меньше внутренней длины мельницы. Мельница наполняется стержнями на 100-200 мм ниже оси мельницы, т.е. стержни занимают 35-45% внутреннего объема мельницы. Объемная масса стержней 6-7 т/м3.
При измельчении руды в стержневой мельнице контакт между стержнями осуществляется по всей длине стержня, а не в отдельных точках, как при из-мельчении шарами.
При свободном падении стержня сила удара в каждой точке получается меньше, чем удар шара, т.к. этот удар воспринимается большей площадью. Поэтому стержневые мельницы дают боле грубый и равномерный по крупности измельченный продукт, чем шаровые.
Применяются:
- для измельчения как твердых, так и мягких пород в I стадии измельчения и выдают продукт крупностью до 0,2 мм, или перед шаровыми мельницами выдавая продукт 1-2 мм или для гравитационного обогащения.
Измельчение происходит (так же, как в шаровых) в присутствии воды – 25-60 % от массы руды.
Конструктивные отличия стержневых мельниц:
- большая длина L = (15-2) ∙ D;
- большой диаметр разгрузочной горловины (1200 мм);
- достигается большая скорость прохождения материала, а значит, увеличи-вается производительность;
- нет необходимости устройства люка в корпусе;
- торцевые крышки имеют меньшую конусность.
Другие особенности:
- скорость вращения 60-80% от критической;
- большая масса стержней на единицу объема материала (6-7 т/ м3) делает производительность выше, чем у шаровой;
- меньший износ футеровки и стержней и более низкая стоимость.
Применение рассмотренных конструкций мельниц связано с высокими капитальными и эксплуатационными затратами. В связи с этим последнее время наблюдается повышенный интерес к проблеме самоизмельчения (бесшарового измельчения).
В последнее время в практике все больше применяется бесшаровое из-мельчение, где в качестве мелющих тел используется сама руда крупностью 350-0 мм (до 600-0 мм) (в этом случае речь идет о самоизмельчении). Если в качестве дробящей среды используется класс -300 +150 мм выделенный из крупно дробленой руды, то речь идет о рудногалечном измельчении.
Самоизмельчение может быть сухим и мокрым. Для сухого самоизмельчения применяются мельница типа «Аэрофол», которая представляет собой короткий барабан, диаметром намного больше длины и составляет 5-11 м. На внутренней поверхности барабана укрепляются рельсы или балки, которыми руда при вращении барабана поднимается вверх. Падая вниз куски -600 +350 мм ударяясь о рельсы, дробятся сами и дробят мелкие куски находящиеся внизу(рис.6.5).
Измельченный материал всасывается и направляется в систему классификатора.
Рисунок 5 - Мельница «Аэрофол»: 1– барабан; 2 – лифтеры; 3– торцевые крышки; 4 – балки.
Для мокрого самоизмельчения применяется мельница «Каскад» диаметром 5-11 м и получается готовый продукт содержащий 60% класса -0,074 мм. Исходное питание может быть принято 600 мм. Отношение D: L = 3: 1. Применяются для железных, золотосодержащих и других руд.
Преимущества мельниц самоизмельчения:
- при самоизмельчении отпадает необходимость в среднем, мелком дроблении. Иногда даже в крупном и в грубом измельчении в стержневых мельницах;
- резко снижаются капитальные затраты и эксплуатационные расходы на операции дробления и измельчения;
- улучшаются условия измельчения, скрытие идет по слабым плоскостям спайности). Руда не переизмельчается, меньше образуется шламов;
- благодаря более благоприятным условиям измельчения (снижение шламов) улучшаются технологические результаты.
Отрицательные особенности процесса:
- в мельнице накапливается избыточное количество кусков «критической» крупности, когда они малы по весу и размеру чтобы служить измельчающими телами и слишком крупные чтобы быть измельченными другими кусками;
- повышенный расход электроэнергии и футеровки;
- меньшая удельная производительность;
- пригодны не для всех руд. При изменении физических свойств руды наблюдается значительное колебание в производительности.
Одним из специальных методов измельчения является способ измельчения по методу Снайдера (взрывной метод).
Принцип измельчения заключается в следующем:
В камеру, куда подается руда нагнетается пар или газ под большим давлением (60 кг/см2), который проникает в поры руды и заполняет их, а затем с большой скоростью подается в вакуумную камеру, где давление снижается в 20 раз (до 0,6 кг/см2) в течение 5 секунд. В результате пар из межзернового пространства начинает вырываться, вызывая расщепление сырья.
В этом случае сокращается расход энергии на тонкое дробление, осуществляется избирательное раскрытие руд по плоскостям спаянности минералов, что является важным технологическим преимуществом.