Технические науки /1. Металлургия

магистрант Матаев О.Б., доктор PhD Әділқанова М.Ә.,

к.т.н. Кокаева Г.А.

Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, Казахский агротехнический университет им. С.Сейфуллина

Оптимизация измельчения твердых тонковкрапленных руд

На современном этапе развития горной промышленности непосредственно после добычи полезного ископаемого следует рудоподготовка, то есть комплекс всех технологических процессов после вскрытия месторождений до раскрытия минералов при измельчении в обогатительном переделе, обеспечивающих получение из горной массы кондиционной руды для обогащения или товарной руды. На обогатительных фабриках различного назначения в процессе рудоподготовки перед обогатительными процессами, по различным оценкам, затрачивается от 5% до 20% всей электроэнергии.

Измельчение полезных ископаемых – это один из наиболее важных процессов в обогащении и перерабатывающей промышленности. В процессах дробления и измельчения энергия разрушения зависит от трех причин: свойств исходного материала – его прочности, крепости, наличия крупных и мелких трещин, абразивности; крупности исходных частиц до дробления и заданной крупности конечных частиц после дробления; способа разрушения частиц [1].

В общих капитальных и эксплуатационных затратах горнорудных предприятий на долю процессов измельчения приходится 50-70% [2].

Оценивая состояние и перспективы мирового энергосбережения, возобновляемые источники которого, по прогнозу HASA (Мировой институт прикладного системного анализа), близки к нечерпанию [2], можно с достаточной уверенностью утверждать, что вовлечение в переработку бедного тонковкрапленного минерального сырья будет сопровождаться развитием ресурсоэкономичных процессов рудоподготовки.

Одним из наиболее перспективных направлений в рудоподготовке обогатительного передела является полусамоизмельчение (самоизмельчение) минерального рудного сырья, которое является более экономичной и природоохранной технологией по сравнению со стандартной шаровой в барабанных мельницах.

Использование мельниц полусамоизмельчения в мировой практике получило широкое распространение более 30 лет назад, а в последние 10 лет схемы, предусматривающие применение этого оборудования, заняли прочное положение на фабриках всего мира. Истощение мировых запасов богатых руд и связанное с этим снижение содержания ценного компонента в них приводит к увеличению объемов перерабатываемой горной массы и предопределяет необходимость в наращивании производительности дробильно-измельчительного оборудования. При этом жесткие условия работы оборудования в цикле измельчения создают некоторые проблемы. В то время как современная обогатительная фабрика со стандартным оборудованием может работать 95% календарного времени и выше, время полезного использования мельниц само- и полусамоизмельчения не превышало 90%, так как обслуживание этого типа мельниц связано со значительными временными затратами, и, прежде всего, с работами по замене футеровки, и ограниченные возможности редуктора при установке мельниц большого размера.

Полусамоизмельчение осуществляется c подгрузкой 3-12% от объёма барабана мельницы крупными стальными шарами c целью компенсации недостатка крупных кусков руды в исходном питании и для предотвращения образования в мельнице фракций «критической крупности», т.e. слишком крупных, чтобы быть раздробленными крупными кусками руды, и слишком мелких, чтобы выполнять функции измельчающих тел. Полусамоизмельчение совмещает в себе операции среднего мелкого дробления и измельчения, обеспечивая, упрощение схемы рудоподготовки, снижение капитальных затрат, повышение производительности труда, сокращение расхода стальных измельчающих тел, улучшение селективности раскрытия и в большинстве случаев повышение извлечения полезных компонентов.

Мельницы полусамоизмельчения обычно применяются для измельчения исходной руды или продукта дробилки первой стадии. Крупность питания мельницы ограничивается только размером кусков руды, которые могут быть безопасно загружены в мельницу. Мокрое измельчение ведется в пульпе с содержанием твердого 60-80%. Мельницы могут выполнять работу по измельчению, равную работе двух или трех стадий дробления и сортировки, стержневой мельницы, и полностью работу шаровой мельницы. Все указанное выше дает экономию в капитальных затратах и меньшие затраты на техобслуживание схемы мельницы полусамоизмельчения, и объясняет популярность данного типа измельчения на современных горно-обогатительных предприятиях. В некоторых рудных телах из-за содержащихся влаги и глины, дробление и сортировка считаются сложными, или невыполнимыми. В таких случаях сокращение числа переделов с использованием мельниц полусамоизмельчения представляется наиболее предпочтительным.

Установка безредукторного привода (кольцевые) двигатели на барабанных мельницах полусамоизмельчения изменили их сепаративные характеристики (SAG), и ликвидировали в значительной степени их недостатки при обслуживании. Выбор безредукторного привода мельницы полусамоизмельчения (SAG) заключается в следующих преимуществах по сравнению с редукторными мельницами полусамоизмельчения: способность привода изменять частоту вращения; отсутствие ограниченной проектной мощности; очень высокий КПД привода; небольшой объем технического обслуживания; небольшая площадь для установки привода.

Хорошо зарекомендовавшая себя технология безредукторных приводов позволила устранить ограничения размера AG/SAG мельниц, вызванные ограничениями редуктора. Опыт, накопленный в процессе установки и эксплуатации таких мельниц, позволяет компании Metso Minerals (США) с уверенностью предлагать мельницы, мощностью до 35000 л.с. и более [3].

Первая мельница полусамоизмельчения диаметром барабана 12.2 м и длиной – 6,71 м с приводом мощностью 26800 л.с. / 20 тыс. кВт, изготовленная Metso Minerals и установленная в Австралии, подтвердила и даже превзошла прогнозы по мощности и эффективности измельчения.

Интересное конструктивное решение предлагает ООО «Техника и Технология Дезинтеграции» (г.Санкт-Петербург), выпускающее консольные мельницы само- и полусамоизмельчения диаметром до 7,0 м, позволяющие значительно снизить нагрузки на фундаменты и занимаемую производственную площадь.

В начале изготовления крупногабаритных мельниц в них использовалась футеровка, конструкция которой была просто перенесена с малых мельниц. На первых мельницах самоизмельчения большого диаметра представлялось возможным использование относительно прочной износостойкой футеровки без риска их повреждения в результате ударных воздействий. Когда для процесса полусамоизмельчения стали добавлять стальные шары диаметром 100 мм и 125 мм, повреждение футеровки стало реальной опасностью. Улучшенное качество стальных сплавов позволяет мельничным футеровкам выдерживать удары шаров на мельницах большого диаметра. Акустические датчики системы контроля уровня загрузки, поставляемые вместе с футеровкой, предупреждают оператора мельницы о возможном повреждении футеровки в результате низкого уровня загрузки.

Современное компьютерное моделирование процессов, протекающих внутри барабана мельницы, позволяет компании Metso Minerals оптимизировать конструкцию футеровки для достижения требуемой производительности мельницы, расхода электроэнергии, а также максимально возможного межремонтного периода эксплуатации оборудования.

Размол посредством полусамоизмельчения (SAG) – это уменьшение крупности материала в барабанной мельнице за счет использовании материала руды плюс дополнительной дробящей среды. Наиболее часто используемая дополнительная среда – стальные шары, диаметром 100-125 мм.

Отличительной чертой мельниц полусамоизмельчения (SAG) является: высокая производительность при измельчении руд высокой твердости; малая чувствительность к гранулометрическому составу исходной руды; безальтернативность при переработке влажных и глинистых руд; получение продуктов измельчения, соответствующих природной зернистости перерабатываемых руд [4]. При выборе разновидности схем полусамоизмельчения необходимо учитывать физико-химические свойства, гранулометрический состав и крупность исходной руды, а так же тип мельниц используемых для додрабливания измельченного материала мельниц полусамоизмельчения (SAG).

В практике обогатительных фабрик США, Канады, Швеции, Испании, Чили, Перу и Австралии используются мельницы полусамоизмельчения двух типов: каскадный тип США и европейский тип. Мельницы различаются длиной и диаметром барабана, а так же конструкцией загрузочного и разгрузочного устройств.

В зарубежной практике рудоподготовки мельницы полусамоизмельчения (SAG) работают по двум типам схем: одностадиальная схема измельчения в мельницах полусамоизмельчения; двухстадиальная схема с измельчением в первой стадии в мельнице полусамоизмельчения с додрабливанием и классификацией разгрузки первой стадии в шаровой мельнице в паре с гидроциклоном (в мельнице Vertimill в паре с гидроциклоном).

По мнению ряда авторов процесса самоизмельчения может быть успешно применен для большинства руд с низкой и высокой плотностью. Кроме того, бесшаровое измельчение для большинства руд, и в особенности для комплексных и тонковкрапленных, содействует повышению результатов их флотационного обогащения [5]. Кроме этого процессы самоизмельчения и полусамоизмельчения обеспечивают экономию затрат на стальных шарах, футеровке, дроблении материала, что становится очевидным при рассмотрении диаграмм распределения затрат измельчении твердого минерального сырья в мельницах различного типа.

Полупромышленные испытания процесса самоизмельчения полиметаллической руды Риддер-Сокольного месторождения высокой твердости и повышенным содержанием мягких вмещающих пород (серициты и хлориды) в первой стадии измельчения проводились на опытной обогатительной фабрике ТОО «Казцинктех» АО «Казцинк». Самоизмельчение испытуемой руды проводились в мельницах типа «Каскад» в первой стадии измельчения с последующим возвратом крупных фракций (надрешетный продукт грохота) обратно в мельницу. Подрешетный продукт грохота классифицировался и додрабливался в шаровой мельнице второй стадии до конечной крупности (63% класса -0,074 мм), необходимой для флотации [6]. В ходе промышленных испытаний сравнивались два варианта рудоподготовки твердой полиметаллической руды – вариант трехстадиального дробления на базе щековой и конусных дробилок с двухстадиальным шаровым измельчение и самоизмельчения в первой стадии в мельнице «Каскад» в замкнутом цикле и второй стадии измельчения в шаровой мельнице. Вариант рудоподготовки тонковкрапленной твердой руды Риддер-Сокольного месторождения по технологии самоизмельчения в мельнице «Каскад» показал преимущество по сравнению со стандартной технологией.

Технологические и экономические преимущества процессов самоизмельчения и полусамоизмельчения делают их весьма перспективными для целого ряда горно-обогатительных объектов, особенно в тех случаях, когда применение стандартных способов рудоподготовки затруднено вследствие специфических особенностей сырья (повышенного содержания глины, избыточной влажности, наличия в сырье льда и снега). Также процесс полусамоизмельчения заменяют две-три стадии дробления и одну-две стадии измельчения, обеспечивая получения готового продукта (от 50 до 75% класса -0,074 мм), при этом значительно упрощается технологическая схема фабрики; резко снижается расход стали (шаров); для многих руд наблюдается снижение переизмельчения рудных и нерудных минералов, вследствие сокращения металлических дробящих тел продукт полусамоизмельчения имеет меньшее содержание тонкодисперсного железа, что весьма важно при последующем обогащении; обеспечивается более высокая степень раскрытия рудных минералов по сравнению с шаровым измельчением и повышением качества концентрата; повышается производительность труда на фабриках.

Таким образом, практика показала, что при полусамоизмельчении достигается лучшее раскрытие полезных минералов при меньшей степени измельчения руды и меньшем ее ошламовании. Это приводит к уменьшению расходов на измельчение, к повышению технологических показателей при обогащении руды и к снижению расхода реагентов при ее флотации или гидрометаллургической обработке.

Литература:

1. Баранов В.Ф. Обзор технологических схем руподготовки // Обогащение руд. 1997. №2. 5-9 с.

2. Совершенствование и перспективы развития самоизмельчения рудного сырья/ Б.Н. Ласкорин [и др.] // Обогащение руд цветных металлов. Вып.3.– М.: Цветметинформация, 1985. – 40 с.

3. SAG 2001 Mining University of B.C.S. Morell & W. Walry. JKMRC, Ises Road Indoo roopilly, Оld 4068, Australia INFLVENCE OF FEED SIZE ON AG/SAG MILL PERFOR MANCE

4. Арсентьев В.А. Современное состояние и перспективы развития процессов дробления и измельчения минерального сырья/ Арсентьев В.А., Баранов В.Ф., Вайсберг Л.А.//: Горный журнал, 2007. № 2.-10-14 с.

5. Boliden invests 5.2 billion Swedish kroner at Aitik, 2006 – 10-13 10:41 ET – News Release

6. Разработка технологии самоизмельчения руды Риддер-Сокольного месторождения на мельнице «Каскад»: Отчет // ТОО «Казцинктех»; рук. Быков Р.А.-Усть-Каменогорск, 2004 – 94 с.