Закрытое акционерное общество «Урал-Омега»
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49
+7 (499) 704-48-08
+7 (3519) 22-00-49

Современные процессы и оборудование рудоподготовки и вскрытия тонкодисперсных минеральных комплексов

Газалеева Г.И., Червяков С.А.  ООО «Уралмаш-Инжиниринг» , г. Екатеринбург ; Воробьев В.В.  НАН Республики Беларусь, НПО "Центр", г. Минск; Артамонов А.В.  ЗАО "Урал-Омега",  г. Магнитогорск; Колодежная Е.В. ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет", г. Магнитогорск

В двадцать первом веке как никогда ранее усугубились тенденции снижения содержания полезных компонентов в исходном горном сырье. В связи с этим обогатительный передел на горных предприятиях приобрел отличную от традиционной структуру. В первую очередь этот процесс коснулся отделения рудоподготовки.

Если ранее процесс рудоподготовки включал только операции дробления, грохочения, измельчения и классификации, то в связи с ухудшением качества исходного сырья все чаще в структуре технологических схем стали появляться операции предварительного обогащения крупнокусковых продуктов с выведением хвостов в голове технологического процесса. Изменились также требования к крупности продуктов, поступающих в отделения измельчения и обогащения и степени дробления дробильных машин.

В последнее время для увеличения извлечения полезных компонентов из сложных труднообогатимых руд и техногенного сырья встала острая необходимость создания процессов и аппаратов тонкого измельчения с вскрытием дисперсных минеральных комплексов. С этой целью используются мельницы типа «Isamill» и «Vertimill», струйные, центробежные и бисерные мельницы. Конечная номинальная крупность продукта после дезинтеграции в этих аппаратах достигает 0,1 – 0,2 мкм.

Теоретические основы рудоподготовки разрабатывали соратники и ученики Игоря Николаевича Плаксина, в том числе такие ученые как В.А. Олевский, С.Е.Андреев, В.В. Зверевич, В.А. Перов, А.Н. Колмогоров, К.А. Разумов, П. Риттингер, Ф. Бонд, П.А. Ребиндер, А.К. Рундквист, В.И. Ревнивцев, И.И. Блехман, Л.Ф. Биленко.

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.

Представления о разрушении как о процессе, состоящем из образования и последующего роста трещины, появились вследствие того, что измеряемый предел прочности (10 – 1000 МПа) существенно отличается от теоретических значений, рассчитанных по силе межатомных связей и составляющий 10 – 100 ГПа. А. Гриффитс предположил, что разница между теоретической и фактической прочностью пород является следствием наличия в них микротрещин, в которых происходит сильная концентрация внутренних напряжений. Напряжение, при котором происходит разрушение, действительно равно теоретической прочности, но возникает в некоторых малых точках еще тогда, когда среднее напряжение невелико.

Таким образом, энергетически оптимальное дробление возможно при выполнении по отдельности или вместе следующих условий:

  • наличие объемного слоя материала;
  • присутствие напряжений на сдвиг, изгиб, кручение и желательно растяжение;
  • многократного воздействия  на куски малых импульсов энергии.

В последнее время при дезинтеграции стали использовать принципиально новые виды разрушений, основанные на этих принципах. К ним можно отнести  разрушение материала «в слое» и  виброинерционное дробление.

Разрушение материала в конусных дробилках, работающих при переполнении камеры дробления («под завалом»), относится к процессу  разрушения «в слое». Если традиционные способы разрушения частиц основаны на случайном одноосном приложении усилия к куску, то в новых способах предусмотрено многоосное действие нагрузок.

При разрушении материала «в слое» куски могут взаимодействовать друг с другом в трехмерном пространстве, где прочные куски разрушают дефектные, а вновь образованная мелочь заполняет пространство между ними и под действием внешнего усилия также участвует в процессе разрушения более крупных кусков.

Удельный расход энергии при дроблении «в слое» будет соответствовать следующему выражению:

 

формула-1.gif
Безымянный.png

Рисунок 2. Зависимость удельного расхода электроэнергии от крупности материала для традиционного способа разрушения и дробления «в слое» гранитов Среднего Урала

На рис. 2 дан фрагмент диаграммы Т.Р. Хукки для гранитов. Аналогичные исследования проведены для аппатитов, железных и медных руд. Зависимости показывают необходимость дополнительных энергозатрат для дробления «в слое» в конусных дробилках по сравнению с традиционным.

В ООО «Уралмаш-Инжиниринг» разработаны специальные оптимизированные профили для различных камер дробления. На рис. 3 изображены стандартный профиль камеры дробления и опримально нагруженный для работы «в слое».

Рассмотренный процесс дробления реализован в конусных дробилках «Nordberg» типа GР, НР  фирмы Metso Minerals и в традиционных конусных эксцентриковых дробилках при их работе «под завалом» (ОАО «Уралмашзавод») и дробилках Hydracon компании Sandvik.  Дробление «в слое» позволяет увеличить степень дробления материала по сравнению с традиционным в 1,5 - 2 раза и получать куски изометрической формы.

Измельчающие валки высокого давления (ИВВД), также используются для разрушения материала «в слое». Для ИВВД характерно значительное разрушение материала и наличие большого числа микротрещин, по которым материал в дальнейшем  дробится с минимальными усилиями.

рисунок-2.gif


Рисунок 3. Стандартные и оптимизированные профили камеры дробления конусной дробилки

На рис. 4 а и б представлены сравнительные микроснимки кварцитов после их дробления в щековой дробилке, рис. 7 а, и в ИВВД – рис. 7 б. В последнем случае количество и структура микротрещин напрямую зависит от удельного давления валков, а следовательно, от расхода электроэнергии.

рис-в-табл1.gif рис-в-табл2.gif
Рисунок 4 а. Кварцит после дробления
в щековой дробилке. Масштаб 1:200
Рисунок 4 б. Кварцит после дробления
в ИВВД. Масштаб 1:400

Виброинерционный метод разрушения руд и материалов заключается в образовании зародышевых трещин на поверхности раздела фаз. Результаты технологических исследований, проведенных на модели конусной инерционной дробилки КИД-300, иллюстрирующей виброинерционный метод разрушения, (НПК Механобр-Техника), сведены в табл. 1.

Таблица 1
Результаты исследований дробления медной руды Джесказганского месторождения в дробилке КИД-300

S*, кг*м

Крупность исходного продукта, мм

Крупность дробленого продукта, мм

Производитель
ность,Q, т/ч

Потребляемая мощность,N, кВт

Степень дробления

Удельная
энергоемкость,
кВтч/т

Dср. взв

Dср

dср.взв

dср

iср.взв

iср

0

19,5

11,7

8,8

2,1

0,81

0,29

0,851

4,5

9,3

14,4

30,3

0,18

0,14

 

 

 

1,7

0,75

0,27

0,828

4,5

11,5

15,6

32,6

0,17

0,28

 

 

 

1,6

0,73

0,27

0,864

4,6

12,2

16

32,6

0,17

0,39

 

 

 

1,5

0,69

0,26

0,864

4,9

13,0

16,9

33,8

0,17

0,5

 

 

 

1,6

0,71

0,28

0,984

5,4

12,2

16,5

31,4

0,18

0,58

 

 

 

1,5

0,7

0,28

0,984

5,5

13,0

16,7

31,4

0,18

* S - статический момент дебаланса на корпусе.

Наиболее перспективным оборудованием для селективной дезинтеграции являются ударные дробилки и мельницы. Одной из самых оптимальных конструкций для ударного дробления являются центробежные дробилки ДЦ и  измельчительные комплексы КИ  производства ЗАО «Урал-Омега» и НПО «Центр» и др.

Силовое взаимодействие куска материала и рабочего органа дробилки ДЦ обусловлено торможением куска материала на инструменте, при этом в куске возникают различные по величине силы инерции, приложенные в центрах зерен и направленные к поверхности камеры дробления. Схема нагружения с учетом распределенного характера сил инерции представлена на рисунке 6.

рис-в-табл3.gif рис-в-табл4.gif
а б

 

Рисунок 6 - Схема нагружения куска шлака (а) и зерен различной формы (б) в камере центробежно-ударной дробилки

Особенно результативным оказывается ударное центробежное дробление для различных видов шлаков и золотосодержащих продуктов. Улучшение качества концентратов происходит в 1,25-1,66 раза. В лаборатории ЗАО «Урал-Омега» получены результаты дробления и измельчения большого количества разнообразных шлаков. На рис. 7 представлена диаграмма изменения  содержания полезного компонента в различных видах шлаков при использовании ударного центробежного дробления.

рисунок-3.gif


Рисунок 7 - Результаты внедрения аппаратов центробежно-ударного дробления при переработке различных шлаков

В последнее время появились аппараты, которые могут измельчать тонкодисперсные минеральные комплексы до крупности 0,1 – 0,2 мкм с тем, чтобы в последующем извлекать ранее неизвлекаемые частицы, например методом цианирования и гидрометаллургии. К таким аппаратам в первую очередь относятся мельницы IsaMill, Vertimill и центробежные КИ. IsaMill при крупности среды 1 мм имеет на кубометр в 730 раз больше среды, чем вертикальная мельница, загруженная шарами 12 мм, что и объясняет ее высокую эффективность. Гранулометрические характеристики питания и продуктов при тонком измельчении представлены на рисунке 8.

рисунок-4.gif

Рисунок 8 – Гранулометрическая характеристика при измельчении продукта в мельнице Isamill. 1 –  исходный продукт -  хвосты золотоизвлекающей фабрики ; 2- питание - медные хвосты; 3 – продукт переработки медных хвостов на опытной мельнице IsaMill.

по заявке 6Е-125561909
558,32 у.е. к доплате
Скачать статью () в PDF