CC BY
207
УДК 622.17
Субботин Михаил Юрьевич Mikhail Subbotin
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ДРОБИЛЬНО-РАЗМОЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ANALYSES OF MODERN STATE AND PROSPECTS OF CRUSHING AND GRINDING EQUIPMENT DEVELOP-MENT
Приведён анализ основных направлений развития рудоподготовки и перспективы их дальнейшего развития, обзор передовых конструкций дробильноразмольного оборудования, схем рудоподготовки, а также анализ их эффективности и перспективности. Обоснована проблема использования криогенных факторов для повышения эффективности рудо-подготовки
Ключевые слова: рудоподготовка, измельчение, дезинтеграция, схемы измельчения, интенсификация измельчения, криогенные факторы, размольное оборудование
The article reveals an analysis of the main directions of ore preparation development and prospects for its further development. A review of advanced structures, crushing and grinding equipment, ore preparation circuits, analysis of its performance and pros-pects, problems of cryogenic factors to improve ore dressing efficiency are shown
Key words: ore preparation, grinding, disintegration, patterns of grinding, intensification of grinding, cryogenic factors, milling equipment
Основными подготовительными операциями при обогащении полезных ископаемых являются дробление и измельчение. По оценкам ряда экспертов, на процессы рудоподготовки приходится не менее 10 % мировых энергозатрат. При добыче и обогащении полезных ископаемых эксплуатационные расходы в технологический передел рудоподготовки составляют до 80 % общих затрат на проведение горных работ, транспортирование руды и ее обогащение [2].
Анализируя эти расходы, а также учитывая огромный парк эксплуатируемых мельниц, можно сделать вывод, что на современном этапе развития горноперерабатывающей отрасли, в условиях увеличения объема переработки, обогащения все более бедных руд, постоянного роста цен на энергоносители снижение энергозатрат является одной из наиболее актуальных задач.
Известно, что руды различной глубины залегания, испытывая воздействие колебаний температуры различного периода и частоты, имеют различную степень разупрочнения. Поскольку количество микротрещин в руде прямо пропорционально частоте и амплитуде колебаний температуры [4], возможна интенсификация процесса дезинтеграции руд путём:
— искусственных температурных колебаний в диапазоне отрицательных значений или циклических колебаний от положительных значений к отрицательным (для предварительного разупрочнения);
— использования отрицательных температур непосредственно перед или во время дезинтеграции руд (повышения хрупкости материала).
Несомненно, интенсивность разрушения руд может быть существенно повыше-
на с помощью этих воздействий при использовании известных технологий дробления, серийных приборов и оборудования, анализ которых приведен далее.
В настоящее время выделяются три основных направления решения задачи энергосбережения в процессах рудоподготовки:
1) применение циклично-поточной технологии (ЦПТ) в сочетании со взрывной подготовкой горных пород к выемке при открытой отработке месторождений с целью снижения затрат на горнотранспортные работы и уменьшение крупности исходной руды. В данной технологии имеет место приближение первичной операции дробления к обьекту горнодобывающего производства (карьер);
2) применение полусамоизмельчения (ПСИ) руд в сочетании с предварительным дроблением части питания мельниц самоиз-мельчения (СИ) или додрабливанием материала критической крупности; в перечне обогатительных фабрик, построенных за последние 15...20 лет, нет предприятий, применяющих стандартную технологию рудоподготовки; однако существуют противоречивые мнения о целесообразности данного направления развития рудоподготовки;
3) интенсификация дробления и измельчения на действующих предприятиях путем внедрения мельниц и дробилок новых конструкций.
В начале 80-х гг. компания Duval (США) установила в карьере Sierrita систему ЦПТ с передвижной дробильно-перегрузочной установкой на базе дробилки с конусом диаметром 1525 мм, значительно сократив тем самым число внутрикарьер-ных самосвалов и снизив затраты в горнотранспортном цехе. С того времени первичное дробление прочно «обосновалось» в карьере и редко — на его борту.
По данным зарубежной практики, применение дробильных комплексов и конвейерного транспорта в карьере по сравнению с вариантом доставки руды 160-тонными самосвалами или железнодорожным транспортом экономичнее в 6...10 раз. При
этом создаются благоприятные условия для более эффективной отработки карьеров и снижения их загазованности[8].
Дробильные агрегаты с комплектом дополнительного оборудования изготавливают в блочно-модульном и в передвижном исполнении. Это дает возможность перевозить или передвигать их на нижележащие горизонты по мере отработки месторождения. В настоящее время практически нет ограничений на типоразмер дробилок в составе внутрикарьерных дробильно-перегрузочных [3].
Пре имущества полусамоизмельчения (ПСИ), известные еще с 70-х гг. прошлого века, обеспечили ему предпочтительное применение в ряде проектов фабрик, введенных в эксплуатацию в границах бывшего СССР и стран СЭВ.
Доминирование рудного ПСИ подтверждается анализом проектов новых обогатительных фабрик США, Канады, Чили, Индонезии, Австралии, введенных в эксплуатацию в 80-90-х гг. и в начале XXI в. Самая большая мельница полного самоизмельчения фирмы Metso Minerals установлена в 2006 г. на предприятии Olympic Dam (Австралия). Диаметр мельницы 12,8 м. Более того, фирма Krupp Polysius заявляет о принципиальной возможности создания «голиафов» диаметром 22 м с опорой мельниц на барабан противовес в конструкции с опорой на цапфы (рис. 1).
Интенсивному увеличению размеров мельниц, используемых в процессе ПСИ, способствует обеспечиваемое при использовании агрегатов максимальной единичной мощности упрощение технологических схем и состава сооружений фабрик, сокращение количества единиц оборудования, затрат на строительно-монтажные работы, сроков строительства, численности обслуживающего и ремонтного персонала, выбросов пыли[3]. Однако существуют мнения, ставящие под сомнение целесообразность увеличения габаритов мельниц СИ и ПСИ (см. далее).
Рис. 1. Принципиальные конструктивные схемы мельниц полусамоизмельчения
с опорой на цапфы (а) и барабан (б)
Процесс ПСИ весьма чувствителен к изменению свойств и гранулометрического состава поступающей руды и более энергоемок (на 15...20 %, а иногда и более) по отношению к расходу электроэнергии при стадиальном дроблении и измельчении. На ряде действующих предприятий, применяющих рудное ПСИ, в связи с увеличением глубины карьеров возрастает твердость руды и, соответственно, снижается производительность передела рудоподготовки. Известные способы интенсификации процесса СИ — додрабливание материала критической крупности и загрузка крупных шаров не смогли в полной мере противодействовать ухудшению измельчаемости сырья: количество материала критической крупности, выходящего из мельницы таково, что додрабливающая дробилка не справляется с нагрузкой. Для решения указанной проблемы применен новый технологический прием — предварительное дробление части крупнодробленой руды (10.50 %) с целью снижения крупности исходного питания мельниц. Применение такой операции на золотоизвлекательной фабрике ОеИа (Танзания) позволило повысить производительность узла рудоподготовки на 25.30 %. Подведя итог практике работы многих фабрик, перерабатывающих прочные руды, видим, что мельницы ПСИ и СИ буквально «обвешены» дробилками для преддробления питания мельниц и додрабливания критической фракции. Таким образом, преиму-
щества этой «короткой» схемы нивелируются ее усложнением [5].
Кроме того, имевшие место аварии кольцевых приводов, применяемых на крупных мельницах СИ и ПСИ, ставят под вопрос целесообразность дальнейшего увеличения их габаритов.
Несомненный практический интерес представляет принцип дробления в валках высокого давления (ВВД), способный обеспечить тонкое питание мельниц и реализующий, таким образом, известный принцип переноса работы дезинтеграции на процесс дробления, эффективность которого в разы выше измельчения.
Появление ВВД на рынке реанимировало стадиальную схему дробления и дало ей новую жизнь в проектах современных фабрик. Продукты дробления в ВВД, как известно, характеризуются не только пониженной крупностью, но и большим содержанием мелких классов и повышенной трещиноватостью, что в совокупности позволяет сократить объем шаровых мельниц при последующем измельчении на 30. 50 % и в ряде случаев обеспечить лучшее раскрытие минералов.
Перечень рудных обогатительных фабрик, успешно применяющих ВВД, насчитывает уже десяток предприятий. Если считалось невыгодным и технически трудноосуществимым на базе 3-стадиального дробления в конусных дробилках, достижение крупности питания шаровых мель-
ниц 10.0 мм, то при использовании ИВВД крупность 3.4 мм реальна. Согласно последним представлениям, питанием ВВД должен служить продукт замкнутого цикла среднего дробления, что радикально утяжеляет технические решения рудоподготовки и увеличивает капитальные затраты [6].
МБВ последовательно реализует процессы раздавливания, истирания и сепарацию (при «сухом» способе). Преимущества новых мельниц для потребителя: компактность, высокое качество продукции, управляемый процесс измельчения ( есть возможность регулировать количество проходов материала между валком и барабаном), высокий (около 70 %) выход годного продукта после первого прохода материала через мельницу, пониженный на 25.40 % удельный расход электроэнергии, высокая ремонтопригодность, отсутствие мелющих тел, увеличение стойкости футеровки барабана в 1,5.2 раза, возможность работы в «мокром» и «сухом» режимах [9].
В последние годы в промышленности строительных материалов для производства щебня все шире используются дробилки центробежно-ударного действия зарубежного и отечественного производства. Щебень, производимый с помощью этих дробилок, по сравнению со щебнем, традиционно получаемым на конусных дробилках, отличается более изометричной ( кубовидной)
Одной из последних разработок в рассматриваемой области является созданная учеными Харьковского государственного технического университета строительства и архитектуры (ХГТУСА) мельница барабанно-валкового типа (рис. 2).
формой зерен, более высокой насыпной плотностью и прочностью на сжатие, меньшей усадкой при сжатии.
В горнорудной промышленности в процессах рудоподготовки центробежно-ударные дробилки еще не получили широкого применения, но перспективы их использования достаточно велики. Основным сдерживающим фактором в использовании таких дробилок являлась невысокая надежностью при реализации высокоскоростных режимов вращения ротора. В фирме ЗАО «Новые технологии» большинство проблем удалось решить с использованием вместо подшипниковых систем воздушной опоры, при этом окружные скорости ротора удалось поднять до 100 м / с. Серия оборудования, реализованная с применением данных новаций, получила название «Титан». Дробилки «Титан» способны производить всухую мелкое дробление до 5.2 мм. В комплексе с воздушными классификаторами возможно измельчение руды до крупности, достаточной для выполнения последующих операций обогащения.
Рис. 2. Мельница барабанно-валкового типа (МБВ)
Весьма перспективными дробилками являются конусные инерционные дробилки «НПК Механобр-техника», имеющие следующие существенные преимущества по сравнению с дробилками типа «Саймоне»:
— оригинальную форму камеры дробления, обеспечивающую работу дробилки под завалом без установки специальных дозирующих питателей;
— повышенную в 1,5.2 раза степень дробления по сравнению с известными конусными дробилками (готовый продукт может иметь крупность 3.6 мм);
— отсутствием массивных фундаментов благодаря мягкой виброизоляции;
— заклинивание камеры дробления не-дробимым телом, не приводящим к перегрузке деталей привода.
В настоящее время в процессах сверхтонкого измельчения находят применение вибрационные мельницы с одним или несколькими барабанами. Главное преимущество вибромельниц — участие всей измельчающей среды в процессе измельчения, благодаря чему их удельная производительность в 1,5.3 раза выше удельной производительности шаровых мельниц. Вибрационные мельницы имеют меньшие металлоемкость, объем и большую эффективность измельчения[1].
Высок интерес и к разработке планетарных и планетарно-дифференциальных мельниц.
Известно об испытании в ЮАР (г. Йоханнесбург) периодической планетарной мельницы с производительностью, близкой к производительности шаровой мельницы 2440х4830 мм, о планетарной мельнице производственного объединения «ЯкутНИ-Ипромалмаз» с производительностью до 40 т / ч, а также о разработках планетарных мельниц непрерывного действия.
В процессах переработки некоторых видов сырья используют струйные мельницы, в которых измельчение осуществляется взаимным соударением или ударам об отбойную плиту потоков частиц, движущихся со значительной скоростью. Для достижения относительно большой производительности применяют противоточные мельницы [1].
В числе прочих исследований разработаны специальные устройства от забивания разгрузочных решёток и двойные решетки с этими устройствами. Имеются также решетки со взаимно-перпендикулярным расположением щелей в сопредельных рядах и с круглыми отверстиями в периферийной зоне. Проведены исследования по использованию близкого к квадрату профиля внутренней поверхности традиционного барабана, что снижает расход удельной энергии на 15 % и уменьшает расход шаров. Заметно возрастает срок службы, благодаря использованию металлических магнитных футеровок[7, 9].
Таким образом, анализ существующих технологий, приборов и оборудования показал:
— на современном уровне развития науки и техники не прослеживается разработок дробильно-размольного оборудования, использующего или учитывающего в своей конструкции криогенные факторы;
— не существует технологий, учитывающих возможность использования природной энергии для разрушения горной массы, т.е. сезонных колебаний температуры, криогенного выветривания;
— повышение эффективности рудопо-дготовки возможно и целесообразно путем совершенствования существующих технических средств и технологий на основе разработки технологий разупрочения руд с использованием криогенных факторов.
Литература
1. Аккерман Ю.Э., Букаты Г.Б., Кщевальтер Б.В. Справочник по обогащению руд / Под ред. О.С. Богданова, В.А. Олевского и др. — М.: Недра, 1983. — 367 с.
2. Субботин Ю.В., Овешников Ю.М., Авдеев П. Б. Процессы открытых горных работ. — Чита: ЧитГУ, 2009. — 333 с.
3. Арсентьев В.А., Баранов В.Ф., Вайсберг. Л.А. Современное состояние и перспективы развития процессов дробления и измельчения минерального сырья // Горный журнал. — 2007. — №
2. - С. 10-14.
4. Teck Cominco. Amec. Petaquilla Project-Volume II. 2006 Cost Update. December, 2006.
5. Чижик Е.Ф., Чижик Е.Е., Мельников О.К., Дырда В.И. Современное состояние практики измельчения в барабанных мельницах с резиновой футеровкой [Электронный ресурс ]. — Режим доступа: www.minproc.ru/thes/2001/volume1/182thes.doc.
6. Борзов А.И., Детков С.П. Обоснование установки пресс-валков высокого давления в схеме измельчения нефелиновой руды на АГК [Электронный ресурс]. — Режим доступа: volkov-ab. narod.ru/sketch2007.pdf.
7. [http://4kib.org/?p=104].
8. [http://ru.wikipedia.org].
9. [http://4kib.org/].
Коротко об авторе___________________________________________________Briefly about the author
Субботин М.Ю., магистрант, Читинский государственный университет (ЧитГУ) [email protected]
Научные интересы: горные науки, обогащение полезных ископаемых, рудоподготовка, поиск новых способов интенсификации процессов измельчения, криология
M. Subbotin, second year graduate student of Chita State University
Scientific interests: mining science, mineral
processing, ore pretreatment, search for new ways of intensifying the processes of grinding, cryology
