CC BY
106
УДК 669.71:502.3 Ястребов Константин Леонидович,
д. т. н., профессор кафедры «Мировая экономика», Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 8-908-6-476-118, e-mail: jarosvet@istu.irk.ru Дружинина Татьяна Яковлевна,
к. т. н., доцент кафедры сопротивления материалов, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 89500664707, e-mail: dr@istu.edu Ершов Владимир Александрович,
к. т. н., доцент кафедры АПП, Иркутский национальный исследовательский технический университет,
тел. 89025122701, e-mail: v.ershov@mail.ru
ПАРАМЕТРЫ МЕХАНИЧЕСКОГО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА РАБОТЫ МЕЛЬНИЦ, МЕТОДЫ И АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ
K. L. Yastrebov, T. Y. Druzhinina, V. A Ershov
THE MECHANICAL AND TECHNOLOGICAL PARAMETERS OF THE MODE OF OPERATION OF THE MILLS, METHODS AND INSTRUMENTATION RESEARCH
Аннотация. В статье представлены результаты изучения механики рудной загрузки барабанных мельниц. Полученные данные позволяют оценить влияние степени заполнения ф и относительной частоты вращения у барабана мельницы. При испытании мельницы МБ 50x18 определено, что по мере увеличения степени заполнения барабана рудой скорость его вращения необходимо было уменьшать для обеспечения максимума полезно потребляемой приводом мощности. По результатам их исследований рекомендовалась величина относительной частоты вращения барабана и коэффициента заполнения. Приводятся результаты полупромышленных испытаний на опытных установках, включающих мельницу рудного самоизмельчения диаметром 2,1 м. При исследовании влияния коэффициента заполнения на результаты работы мельниц рудного самоизмельчения выяснено, что изменение величины этого параметра вызывает перераспределение разрушающих сил, а это влияет на производительность, эффективность работы оборудования и качество готового продукта. При выполнении исследований в лабораторных условиях величина коэффициента заполнения изменялась в пределах от 0 до 80 % от объёма мельницы.
Ключевые слова: параметры, механический и технологический режимы работы мельниц, аппаратное оформление исследований, методы, месторождение, минералы, минералогия, руда, флотация, концентрат, хвосты концентратов, выщелачивание, извлечение, режимы, теоретические исследования, экспериментальные работы, гипотезы.
Abstract. The article presents the results of studying the mechanics of the ore loading of rattlers. The obtained data allow to estimate the influence of the filling degree and the relative frequencies of the mill barrel rotation. When testing the MB 50x18 mill, we determined that while increasing the degree of the barrel filling with ore, the rotation speed had to be reduced to ensure maximum useful power consumed by the drive power. According to the results of the research, the barrel rotation relative frequency and the fill factor values were recommended. The pilot test on pilot plants including an autogenous ore grinding mill 2.1 in diameter results are given. When studying the fill factor influence on the autogeneous ore grinding mills action results, it appeared that its changing causes destructive forces redistribution, which affects the equipment's productivity and effectiveness and the final product's quality. In the laboratory research, the fill factor value varied from 0 to 80 % of the mill volume.
Keywords: parametrs, mechanical and technological modes of operation of the mills, instrumentation research, methods, field, minerals, Mineralogy, ore, flotation, concentrate, tailings concentrates leaching, extraction, modes, theoretical research, experimental work, hypotheses.
Введение
К параметрам механического режима работы мельниц рудного самоизмельчения относят частоту п или относительную частоту у вращения барабана мельницы, коэффициент заполнения ф барабана мельницы рудой и в определённой степени максимальную крупность перерабатываемого сырья Вр [1].
Под параметрами технологического режима работы мельниц рудного самоизмельчения понимают те, с помощью изменения которых осуществляется технологическая настройка процесса, обеспечивающая задаваемые или близкие к ним показатели: водный режим, физико-механические свойства перерабатываемого сырья, определяющие измельчающую способность мельниц, гранулометрический состав исходного питания, граничную крупность самоизмельчения, производительность Q или удельную производительность обо-
рудования и полезно потребляемую мощность
Nпол.
Результаты изучения механики рудной загрузки барабанных мельниц
Полученные данные позволяют оценить влияние степени заполнения ф и относительной частоты вращения у барабана мельницы. В связи с этим В. П. Яшин и А. В. Бортников [2] рекомендуют оценивать влияние ф и у на величину полезно потребляемой мельницей мощности. Взаимосвязь затрат полезно потребляемой энергии ЫПол и произведённой работы дробления-измельчения предполагается оценивать уравнением [1, 3-4]
^ПОЛ = QW
rio ^ г 10 ^
v dp
0,5
J
D05 v dp
J
где Ж - индекс Бонда (табл. 1); и Бр - крупность соответственно измельчённого и исходного продуктов, ориентировочно примем, что полезно
затраченная мельницей мощность Ытл прямо пропорциональна производительности ( оборудования.
Считается, что одним из путей повышения эффективности работы мельницы рудного самоизмельчения является понижение уровня пульпы в барабане мельницы и увеличение скорости прохождения материала через барабан.
При испытании мельницы МБ 50x18 определено, что по мере увеличения степени заполнения барабана рудой скорость его вращения необходимо было уменьшать для обеспечения максимума полезно потребляемой приводом мощности. При 38 % < ф < 40 % величина оптимальной частоты вращения составила 15 об/мин; при 20 % < ф < 32 % - около 16 об/мин; при 18 % < ф < 20 % -около 17 об/мин.
Т а б л и ц а 1 Величина «индекса работы» (индекса Бонда) Щ
Характерной особенностью оказалось наличие «размытого» максимума зависимостей ( = Д(ф) и 2 = ДМ), что предопределяет возможность плавного перехода мельницы в перегрузочный режим. Отмечается, что максимальное значение (о,28 отвечает значению ф = 35-37 %, а (0,074 соответству-
ет ф = 30-32 %. В работе [5] отмечается, что расчёты приводят к некоторой переоценке влияния у по сравнению с фактическими данными. Совокупное влияние ф и у при самоизмельчении железной руды в мельнице диаметром 7 м, работающей в открытом цикле, исследовалось Николаенко, Мор-гулисом, Ниценко [5, 9] и сотрудниками Днепропетровского горного института [2, 6]. По результатам их исследований рекомендовалась величина относительной частоты вращения барабана у = 0,8 и коэффициента заполнения ф = 0,4-0,5.
Экспериментально в достаточно большом диапазоне изменения параметров изучено влияние изменения величины коэффициента заполнения ф на результаты работы мельницы [2, 3, 5, 7].
Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных мельницах = 0,5x0,17 м;
= 0,9x0,3 м и полупромышленной мельнице
= 2,1x0,5 м с проверкой в промышленных условиях при внедрении мельницы мокрого рудного самоизмельчения = 7,0x2,3 м (ММС 70x23) на золотоизвлекательных фабриках. Для решения основных вопросов рудоподготовки изготовлены лабораторные мельницы указанных размеров для периодической работы (порционное самоизмельчение). Для изучения процесса непрерывного рудного самоизмельчения изготовлена модель мельницы со сменными барабанами таких же размеров. Первым по времени и получившим наибольшее распространение в мировой практике наладочных и исследовательских работ следует считать метод стационарных режимов. Эта методика разработана в 1928 году Розиным и Раммлером и с тех пор пользуется достаточной популярностью. Сущность данного метода заключается в определении величины предельной производительности путём последовательных приближений к максимуму [6, 8]. После приближения к максимальному значению производительности рекомендуется поддерживать её в течение 4-5 часов. Метод стационарных режимов применим при исследовании измельчения горных пород в барабанных мельницах порционного помола с целью определения диапазона оптимальных значений режимных и конструктивных параметров. При изучении работы мельниц непрерывной загрузки предельная производительность по методике стационарных режимов не достигается. Имеет место некоторое приближение к этой величине. Нельзя раздельно и оторванно проводить исследования методом порционной загрузки и непрерывного помола. Эти методы должны дополнять друг друга.
для руд и горных пород
Наименование Плотность «Индекс работы»
Рт, кг/м3 Вт ч мкм0 5/т
Базальт 2910 19,0
Боксит 2200 9,8
Гематит 3530 14,3
Глина 2510 7,0
Гранит 2660 16,8
Известняк 2660 14,0
Кварц 2650 15,0
Кварцит 2680 10,6
Магнетит 3880 11,0
Марганцевая 3530 13,5
руда
Медная руда 3020 14,1
Молибденовая 2700 13,6
руда
Песчаник 2650 28,9
Полевой шпат 2590 11,9
Свинцово- 3360 11,9
цинковая руда
Сланец 2630 17,5
Стекло 2580 13,6
Титановая руда 4010 13,6
Уголь 1400 14,3
Фосфориты 2740 11,0
Цинковая руда 2740 11,3
В 1954 году ВНИИМТ предложил метод определения максимальной производительности шаровых мельниц в условиях нестационарных перегрузочных режимов (метод перегрузки). В этом случае максимальная производительность определяется путём перегрузки мельницы только в момент перехода через максимум её производительности. Возможность такого подхода к решению задачи измельчения горного сырья размольным оборудованием в момент достижения оптимальной степени заполнения барабана мельницы достаточно удовлетворительна. При отклонении степени заполнения барабана рудным материалом в ту или иную сторону от оптимального значения независимо от условий перегрузки производительность мельницы снижается. Основным является определение скорости выхода измельчённого продукта. Длительность опыта в перегрузочном режиме определяется скоростью подачи исходного материала в мельницу, принятой степенью перегрузки и может изменяться экспериментатором. Высказывается мнение, что метод разгонных характеристик, предложенный сотрудником ЦКТИ Ромадиным [1, 2, 6, 10] для определения оптимальных параметров работы барабанных мельниц, представляет собой методику испытания мельниц в условиях нестационарных перегрузочных режимов. Такое представление ошибочно, так как разгонные характеристики, получаемые по методу ЦКТИ, позволяют находить не величину предельной производительности мельниц, а только соответствующее ей гидравлическое сопротивление.
Несмотря на различие в приёмах определения производительности мельниц, разработано два основных метода определения этой величины при испытании мельниц: метод стационарных режимов и метод перегрузки. Оба эти метода действительны при ранее известных оптимальных величинах режимных параметров, которые рекомендуется определять по методу порционного измельчения. Указанные методы следует использовать последовательно, тогда они друг друга дополняют, позволяя получить максимум информации. При разработке методик исследований учтены положительные стороны вышеуказанных и опробирован-ных методов. При этом исходное сырьё следует предварительно подготовить. Вся проба горной породы дробится до крупности мельче 100 мм, расситовывается по узким классам крупности, которые хранятся в отдельной таре. Расклассифицированный материал служит основным сырьём для шихтовки навесок, отвечающих поставленным требованиям по гранулометрическому составу и граничным крупностям. При заданных режимах
работы оборудования проводилось измельчение навесок по методу порционного помола, после чего весь материал выгружался из мельницы, подвергался рассеву на узкие классы крупности, определялась ситовая характеристика измельчённого продукта и удельная производительность по расчётным классам крупности:
ч,=60 е
(Р, ~а,-) 100tW.
где 2 - масса измельчаемой навески, кг; - объём мельницы, м3; ^ - время измельчения, мин; рг- и а! - содержание расчётного класса крупности соответственно в измельчённом и исходном продуктах, %.
Опыты повторяются с изменениями согласно поставленной задаче. От измельчённых продуктов отквартовываются пробы для анализов.
Во втором этапе исследований мельницу настраивают на работу по методу непрерывной загрузки. При этом пущенную в работу мельницу постепенно вводят в расчётный режим. После стабилизации режима, которая длится 1-1,5 часа, обеспечивают работу мельницы в заданном режиме не менее 3 часов. Производят опробование продуктов помола для выполнения последующих анализов. Опыты повторяют с изменением технологии согласно поставленным задачам. Удельная производительность определяется по той же формуле, только 2 - масса руды, переработанная за ^ мин всего опыта. В конце каждого опыта из мельницы выгружается оставшийся рудный материал для определения ситовой характеристики измельчающей среды, описания состояния рудных обломков и выполнения требуемых анализов. При выполнении экспериментальной части исследований определяется затрата энергии на измельчение руды. Для этого определяют затраты энергии при холостой работе оборудования и общие энергозатраты.
На основе априорной информации выбирается экспериментальная область, направления и задачи исследований, при решении которых разрабатываются математические модели изучаемых процессов, принимаются решения и формулируются выводы. Решения предыдущих задач подтверждены разработанными критериями, хотя в ряде случаев и взаимосвязанными между собой, но имеющими различный функциональный вид, который зависит от времени и параметров управления. Процессы рудоподготовки и обогащения горного сырья по природе своей относятся к вероятностным с характерной стоха-стичностью, и обратная связь является един-
ственным действительно эффективным механизмом управления, особенно при выполнении исследований. Этой обратной связью в данном случае является экспериментирование, результаты которого могут уточнить, подтвердить или опровергнуть теоретические концепции исследуемых процессов. Процессы рудоподготовки и обогащения минерального сырья адекватно описываются только моделями со статистически распределёнными параметрами, что было выполнено при решении предыдущих задач. При экспериментальном обосновании теоретических решений использованы технологические критерии, позволяющие исследовать физико -механические зависимости процессов и оптимизировать циклы переработки минеральной массы.
Полупромышленные испытания проводят на опытных установках, включающих мельницу рудного самоизмельчения диаметром 2,1 м. При этом исходную руду рекомендуется разделить методом грохочения минимум на две фракции +50 мм и -50 мм и подавать в мельницу раздельно, чтобы избежать естественной сегрегации материала в бункере установки. Для вывода продукта расчетной крупности из питания материал -50+0 мм перед подачей в мельницу подвергается грохочению по ёг-му расчётному классу крупности. Класс -й+0 мм в обход мельницы объединяют с расчётным классом измельчённого продукта. Для замыкания цикла первой стадии измельчения чаще используют грохот, надрешетный продукт которого возвращают в мельницу. Подрешетный продукт грохота насосом или самотёком направляется на последующие операции переработки.
В литературе отмечается, что при увеличении скорости подачи руды в мельницу самоизмельчения крупность и тонина измельчённого продукта практически не меняется. В то же время увеличивается уровень измельчающей среды в барабане и повышается её удельная производительность по готовому классу крупности. Также считается более целесообразным первичное измельчение осуществлять с помощью крупного, грубозернистого продукта при максимальной пропускной способности мельницы для обеспечения снижения расхода электроэнергии и шламообразо-вания. Со многим в этих утверждениях согласиться трудно. Изменение заполнения барабана мельницы обязательно влечёт за собой изменение гранулометрии измельчённого продукта и, следовательно, производительности оборудования. А более крупный измельчённый продукт быстрее можно получить изменением крупности максимальных кусков руды в исходном питании. Снижение ко-
личества мелко натёртого аппаратного железа, являющегося в пульпе восстановителем, не может иметь решающего значения для обогащения, поскольку даже при стержневом измельчении, дающем грубый помол, расход стержней относительно невелик по сравнению с содержанием в руде окислов и гидроокислов железа.
Методы опробования и обработки продуктов рудоподготовки аналогичны опробованию и обработке проб в лабораторных условиях. Все продукты опробуются методом пересечения всей струи потока, а в количественном отношении здесь пробы всегда больше по объёму. Пробы подвергаются необходимым анализам в зависимости от поставленных задач.
Исследования и испытания процесса рудного самоизмельчения в промышленных условиях являются последней стадией исследований, при которых осуществляется окончательная проверка и уточнение результатов. Промышленные испытания предшествуют непосредственному внедрению данного процесса и оборудования на горнообогатительном предприятии. Особое затруднение может оказать опробование разгрузки промышленной мельницы. Для опробования этого продукта рекомендуется изготовить устройство в виде спиралевидного пробника, аналогичное улитковому питателю шаровой мельницы, которое болтами крепится к фланцу разгрузочной цапфы. Число отсечек частных проб равно числу оборотов барабана в минуту. Пробник подобной конструкции не влиял на процесс рудоподготовки и был успешно использован при испытаниях и внедрении мельниц ММС-70-23.
При исследовании влияния коэффициента заполнения на результаты работы мельниц рудного самоизмельчения выяснено, что изменение величины этого параметра вызывает перераспределение разрушающих сил, а это влияет на производительность, эффективность работы оборудования и качество готового продукта. При выполнении исследований в лабораторных условиях величина коэффициента заполнения изменялась в пределах от 0 до 80 % от объёма мельницы. На первом этапе исследований величина относительной частоты вращения барабана мельницы была равна 75 % от критической частоты. Во втором этапе для выяснения взаимосвязи и взаимозависимости коэффициента заполнения и относительной частоты вращения барабана при условии достижения максимальной удельной производительности опыты повторялись при изменении относительной частоты вращения барабана в диапазоне от 10 до 120 % от критической частоты.
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
Согласно рекомендациям зарубежных и отечественных учёных, во всех моделях мельниц рудного самоизмельчения установлена ребристая футеровка, а плотность пульпы соответствовала 77-80 % твёрдого по массе. Согласно требованиям теории и методики физического моделирования максимальная крупность питания была меньше 0,1 от диаметра мельниц [8-10]. Для предотвращения влияния изменения гранулометрической характеристики питания на процесс самоизмельчения руды грансостав питания принят отвечающим закону прямой, то есть с относительным равенством содержания узких классов. Для предотвращения влияния на процесс рудоподготовки фракций готового продукта зёрна руды, по крупности равные измельчённому материалу, отситовывались от исходного питания. Расчётная крупность измельчённого продукта принималась минус 0,004 от диаметра мельницы.
Определено, что с увеличением коэффициента заполнения до определённой величины наблюдается нелинейный рост удельной производительности по всем классам крупности измельчённого продукта. Измельчённый продукт при увеличении заполнения до 17-20 % объёма мельницы характеризуется повышенным содержанием тонких классов. Это указывает на то, что главной силой разрушения в данном случае является сила износа трением и что режим работы рудной загрузки соответствует каскадному. С дальнейшим увеличением заполнения работа рудной загрузки переходит в смешанный режим. Повышается роль сил удара, которые совместно с силами трения совершают наибольшую работу разрушения горной массы. При коэффициенте заполнения ф = 35 % (для не комкующихся, без наличия глины и рудных материалов) от объёма мельницы возросшая роль ударных сил совместно с силами трения обеспечивает достижение максимальной величины удельной производительности оборудования по расчётным классам крупности (рис. 1). Дальнейшее увеличение коэффициента заполнения выше 45 % от объёма мельницы понижает степень свободы движения рудных обломков и зёрен, снижает роль ударных сил и их интенсивность при разрушении горных пород. Вновь возрастает доля участия сил трения, но рост последней не может компенсировать ослабление ударных воздействий. Производительность мельницы и выход готового продукта помола снижается, хотя при этом прирост тонких классов в измельчённом продукте растёт [1, 4]. При коэффициенте заполнения ф = 35 % от объёма мельницы наблюдается максимальная эффективность самоизмельчения горных
пород и степень дезинтеграции глинистых материалов. При этом же значении коэффициента заполнения для случая переработки глинистых руд достигается максимальная степень дезинтеграции глинистых материалов. Выбор иных значений коэффициента может быть сделан при необходимости выполнения особых требований к качеству готового продукта измельчения или последующей технологии переработки полезного ископаемого, например при необходимости повысить роль силы трения путём ввода в процесс рудоподготовки элемента обдирки (ф = 45-50 %) или, наоборот, увеличить роль силы удара и перевести работу мельницы в режим грубого дробления (ф < 30 %) при одновременном увеличении частоты вращения барабана мельницы. Данный процесс может быть с успехом применён в строительном и дорожном деле для приготовления окатанных зёрен щебня, гравия и гальки. Наилучшее же сочетание сил удара и износа под действием сил трения наблюдается при наивыгоднейшей величине относительной частоты вращения барабана при коэффициенте заполнения ф = 35 % от объёма барабана мельницы. Но на практике наблюдаются случаи, когда мельницы рудного самоизмельчения вынуждены работать при более высоких, чем 35 %, коэффициентах заполнения барабана рудой. Так, в случае переработки «слабых» типов кимберлита, рыхлых песчаников, альбитовых гранитов, сильноглинистых руд и других пород [3, 6-7] необходимо максимально повысить роль истирающих усилий при величине заполнения, равной 45-50 %. Это относится к случаям резкого влияния физико-механических свойств перерабатываемого сырья на выбор режима работы оборудования.
Частота вращения барабана мельницы (рис. 1, 2) определяет совместно с величиной заполнения кинематический режим работы загрузки, механизм разрушения горной породы, производительность оборудования и качество готового продукта рудоподготовки. При относительной частоте вращения барабана мельницы до у = 30-40 % от критической частоты практически при всех величинах заполнения рудная загрузка работает в каскадном режиме. Основной разрушающей силой является сила трения. В результате выход готового продукта минимален при большом содержании тонких фракций. При оптимальном значении заполнения все рудные измельчающие тела быстро окатываются, принимая сферическую форму. С увеличением относительной частоты вращения до у = 75 % от критической частоты всё в большей степени вступают в работу силы удара. При ф = 35 % объёма барабана и у = 75 % от критиче-
Машиностроение и машиноведение
скои частоты вращения силы удара и трения совершают максимально возможную совместную работу разрушения горных пород. Максимально повышается выход измельчённого продукта расчётного класса крупности и увеличивается производительность мельницы.
Кварц
с о
Л
А-
игл л
т 1 1 5
Ж _ г :
к у
\
1 V 2
/ 5
Флюоритовая руда
Золотосодержащая руда
Учитывая, что при загрузке барабана рудоИ частота его вращения может несколько снизиться, вполне объяснимым можно считать установку этого параметра 80 % от критической частоты [1, 10]. Плотность пульпы в мельнице и разгрузке или водный режим работы оборудования является одним из основных параметров данного процесса рудоподготовки, существенно влияющих на эффективность рудного самоизмельчения.
Вода при самоизмельчении руд выполняет не только роль транспортирующей среды для вывода измельчённых зёрен из зон разрушения. Степень разжижения загрузки обусловливает скорость измельчения, влияя на перерабатываемый материал как понизитель прочности. Изменение плотности пульпы оказывает влияние на гранулометрический состав готового продукта самоизмельчения [4, 7].
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Коэффициент заполнения, <ро % Рис. 1. Влияние величины коэффициента заполнения на удельную производительность модели мельницы Б*Ь = 0,5^0,17 м по классам: 1 - 1 мм, 2 - 0,5 мм, 3 - 0,2 мм, 4 - 0,1 мм, 5 - 0,074 мм
При этом большая часть загрузки работает в каскадно-водопадном смешанном режиме. Дальнейшее повышение частоты вращения вплоть до критической заставляет все большие слои центрифугировать за счёт возрастающего воздействия центробежной силы и усиления сцепления рудных обломков с футеровкой мельницы. Слои рудных обломков, не участвующих в центрифугировании, либо проскальзывают слой относительно слоя, либо совершают во время полёта рикошетирующие удары по футеровке или обломкам руды рассматриваемого слоя, не совершая требуемой работы [7, 9]. При сверхкритических частотах вращения барабана мельницы за счёт относительного проскальзывания слоёв загрузки при начальной стадии центрифугирования может производиться эффективная работа тонкого измельчения горных пород. Но при этом поверхность футеровки должна напоминать поверхность напильника и не иметь лифтёров. Оптимальной величиной относительной частоты вращения барабана мельницы является у = 75 % от критической. При снижении этой величины результаты работы ухудшаются.
Рис. 2. Удельная производительность модели мельницы рудного самоизмельчения Б*Ь = 0,5x0,17 м в зависимости от величины относительной частоты вращения барабана по классам: 1 - 1 мм, 2 - 0,5 мм, 3 - 0,2 мм, 4 - 0,1 мм, 5 - 0,074 мм
Фирма «Болиден» отмечает существенное влияние водного режима на производительность мельниц рудного самоизмельчения. По данным этой фирмы,
ргфС1П26
О =
(
10Ж
1 1
л
V 4
в
р У
где Q - производительность мельницы; рт - плотность перерабатываемой руды; С - постоянная, зависящая от формы футеровки и плотности пульпы в мельнице; ф - коэффициент заполнения; Ь и В - длина и диаметр барабана мельницы; Ж - ин-
ИРКУТСКИМ государственный университет путей сообщения
декс Бонда, равный работе, которую необходимо затратить в данных условиях на измельчение 1 т руды до 80 % минус 0,1 мм, кВтч/ кор. т (короткая тонна равна 907 кг).
Большое влияние водного режима отмечают и отечественные исследователи [9]. Для случая самоизмельчения руды Ново-Криворожского карьера в мельнице МБ 70-23 предложена следующая зависимость производительности 074 по классу минус 0,074 мм (т/ч) и эффективности образования этого класса Е74 (т/кВтч) от расхода воды Же (м3/ч) в цикле самоизмельчения [1] (рис. 2-3): 074 = 44,5 + 0,985(Же - 30) - 1,06- 10"2(Же - 30)2, Е74 = 0,039 + 4- Ю'4 (Жв -30) - 5,15- №6 (Жв - 30)2.
продукт, выведенный из мельницы водой как транспортирующей средой. Величина первого параметра является причиной, обеспечивающей значение второго параметра. Сильно разбавленные пульпы приводят к преждевременному выносу недоизмельчённых зёрен из зоны разрушения.
Отмечается, что в сравнении с шаровым измельчением для рудного самоизмельчения рекомендуемые плотности пульпы значительно ниже: для случая переработки кварцево-глинистых руд следует обеспечивать содержание твёрдого в разгрузке мельницы 50-55 %, а при шаровом измельчении этот показатель равен 65-67 % твёрдого (рис. 4).
50 60 70 80 90 100 50 60 70
Содержание твердого в пульпе, %
Рис. 3. Влияние изменения водного режим на удельную производительность модели мельницы рудного самоизмельчения БхЬ = 0,5x0,17 м по классам: 1 - 1 мм, 2 - 0,5 мм, 3 - 0,2 мм, 4 - 0,1 мм, 5 - 0,074 мм
Следует чётко различать два казалось бы однородных показателя: плотность пульпы в мельнице и плотность пульпы в разгрузке мельницы. При определении величины первого показателя при рудном самоизмельчении в состав твёрдого входит весь измельчаемый материал загрузки. При определении величины второго параметра в состав твёрдого входит измельчённый рудный
50 60 70 80 90 100
Содержание твердого в мельнице Т, %
Рис. 4. Зависимость оптимальной величины коэффициента заполнения от содержания твёрдого в мельнице при условии максимума величины удельной производительности мельницы: фопт = 0,52 + 0,3091иГ
Т а б л и ц а 2
Сравнение результатов расчёта и экспериментально
полученных значений содержания твёрдого от коэффициентов заполнения барабана мельницы
Содержание фопт фопт
твёрдого Т, доли эксперимен- расчётный
единицы тальный
0,500 0,30 0,305
0,667 0,40 0,395
0,800 0,45 0,451
1,000 0,52 0,520
Этот процесс усиливается колебаниями жидкой фазы, а также уменьшением вероятности соударений и контакта рудных обломков и сопротивлением воды, вызывающим ослабление ударных воздействий. С повышением содержания твёрдого в мельнице до 77-80 % наблюдается рост производства продукта расчётной крупности. Из-
Машиностроение и машиноведение
лишне плотные пульпы приводят к снижению эффективности измельчения, агрегации мелких зёрен и слипанию измельчаемого продукта в «пакеты». При этом ухудшается транспортировка измельчённого материала, замедляется разгрузка из-за залипания отверстий разгрузочных решеток, меж-лифтёрных пространств и пульпоподъёмников разгрузочного узла. Повышенная вязкость плотных пульп ослабляет силу ударного воздействия рудных тел на измельчаемый материал [8].
При измельчении рудных материалов в мельнице самоизмельчения степень разжижения пульпы играет следующую роль:
- ускоряет продвижение измельчаемого материала и регулирует объём заполнения мельницы рудой;
- обусловливает измельчаемую способность рудного материала;
- влияет на механизм перераспределения разрушающих сил.
В случае измельчения гидрофильных материалов вода способствует этому процессу. Для того чтобы вода оказала своё действие в качестве понизителя прочности, достаточно лишь смачивания поверхности рудных обломков. При этом вода, проникая в трещины и микротрещины обломка, действует на него аналогично клину, повышая вероятность роста и увеличения трещины. В этом направлении существенную помощь может оказать подача в процессе искусственно активированной воды с помощью дезинтеграторов-активаторов [9]. Текучесть пульпы и её способность разгружаться является вторым ограничивающим разбавленность пульпы условием. Наивыгоднейшей плотностью пульпы в мельнице при самоизмельчении гидрофильных веществ будет такая, при которой разжижённость пульпы не позволяет зёрнам руды слипаться, а в случае измельчения неглинистых пород при одинаковых заполнениях и относительной частоте вращения мельницы наивыгоднейшая плотность пульпы постоянна для всех пород и не зависит от физико-механических свойств руд. При этом содержание твёрдого в пульпе рекомендуется подсчитывать по объёму, а не по массе, так как в противном случае величина изучаемого параметра будет зависеть и от плотности перерабатываемого материала.
Если в мельнице количество жидкой фазы достаточно для постоянного смачивания всех кусков руды и для обеспечения неслипаемости составляющих рудную загрузку, то для транспортирования измельчённых частиц из зон разрушения в разгрузку необходимо иное соотношение твёр-
дого и жидкого. Так, если 0 - производительность мельницы, объём твёрдого в мельнице
ТТ7 0 г пВ2 К = - = ф£-
Рг
4
где В и Ь - диаметр и длина рабочего пространства барабана мельницы; ф - коэффициент заполнения барабана мельницы; рт - плотность перерабатываемой руды; Тм - содержание твёрдого в загрузке мельницы, доли единицы; Жз - объём загрузки; ЖТ - объём твёрдого; Жв - объём воды; Жип - объём измельченного продукта в твёрдой и сухой массе; Жг - ЖЗ = Жт.п. - объём воды в мельнице;
Кг=0, Жв =(1 - г
Рг
Рг
Содержание твёрдого в сливе мельницы выразится соотношением
Г _ - К
_ пР2 ¿фрг- 40 (Кг - К ) + Кв ~ пВ2Ьфрт - 40Гм
где Тм - содержание твёрдого в мельнице. Содержание твёрдого в разгрузке всегда ниже, чем в мельнице. Пример результатов экспериментального изучения влияния содержания твёрдого в мельнице на результаты её работы приведены на рис. 3 и 4. Характер этой зависимости одинаков для всех моделей мельниц, использованных при данных исследованиях.
В технической литературе [4, 8] отмечается, что для большинства руд оптимальным содержанием твёрдого в разгрузке мельницы является 6780 % по массе. Но наблюдаются случаи, когда мельницы рудного самоизмельчения вынуждены работать на разбавленных пульпах. Это допускается с некоторым ущербом для производительности при переработке руд, ценные минералы которых весьма хрупки, и когда ставятся к исполнению особые условия и требования последующей технологии переработки сырья. В этих случаях плотность пульпы разгрузки может быть снижена до 50 % твёрдого по массе [1]. При переработке руд с повышенным содержанием готового продукта по крупности и глины оправдывает себя способ отмывки из мелкой фракции исходного сырья этих продуктов на плоских или барабанных грохотах. Отмытую от мелкой фракции руду подают совместно с крупнокусковой фракцией на самоизмельчение. Данный метод важен и тем, что предотвращает слипание руды и зависание её в бункерах, дополнительно этим увеличивают пропускную способность узла рудоподготовки и
предотвращают влияние отмытого продукта на процесс самоизмельчения остальной части руды.
При выполнении экспериментальных работ диапазон изменения водного режима включал изменение содержания твёрдого от 50 до 100 % (то есть до сухого самоизмельчения) по массе с фиксацией плотности разгрузки и изучением качественно-количественной стороны измельчения полезных ископаемых. При исследованиях рекомендуется оперировать не содержанием твёрдого по массе в пульпе
T = -
Мт
MT + Мж
x100 =
100
1 + -Ж
Мт
а содержанием твёрдого в пульпе по объёму (Мт / Рт)
T =
(Мт / Рт ) + (Мж /
Уж)
100 100
1 + (мжрг / Мтрж) 1 + (МЖуг / мтуж)'
где Мт - масса твёрдой фазы в пульпе; Мж - масса жидкой фазы в пульпе; рт - плотность твёрдой фазы; рж - плотность жидкой фазы. Анализ экспериментальных данных показал, что абсцисса максимума функции д, = _/($, Т) при различных значениях коэффициента заполнения находится в определённой зависимости. Оптимальный коэффициент заполнения барабана мельницы при условии максимума производительности по расчётному классу крупности зависит от содержания твёрдого в мельнице. Эта зависимость отвечает уравнению фопт = 0,52 + 0,3091пТ (рис. 4). Здесь же приведено сравнение экспериментально полученных и расчётных величин фопт.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
го самоизмельчения для дезинтеграции глины и песков металлоносных россыпей // Вестн. ИрГТУ.
2014. № 10 (93). С. 189-195.
2. Карлина А.И. Изучение и совершенствование математических моделей гравитационного обогащения полезных ископаемых // Вестн. ИрГТУ. 2014. № 11 (94). С. 211-216.
3. Савченко А.А., Каимов Е.В., Карлина А.И. Влияние структуры внешних воздействий на динамические свойства механических колебательных систем // Кулагикжиг чтения : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. Чита, 2011. С. 203-205.
4. Карлина А.И. Исследование работы гидроэлеваторов и безнапорного самотечного транспорта // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2014. №4. С. 62-69.
5. Карлина А.И. Совершенствование математических моделей гравитационного обогащения полезных ископаемых из результатов опыта отечественных и зарубежных исследований // Вестн. ИрГТУ. 2015. № 1 (96). С. 118-124.
6. Ёлшин В.В., Колодин А.А., Овсюков А.Е. Изменение концентрации золота в цианистых растворах // Вестн. ИрГТУ. 2010. № 5. С. 187-194.
7. Карлина А.И. Изучение механизма процесса гравитационного обогащения и совершенствование математических моделей процессов // Вестн. ИрГТУ.
2015. № 2. С. 168-173.
8. Ястребов К.Л. Развитие теории, технологии и совершенствование конструкции оборудования рудного самоизмельчения и гравитационного обогащения полезных ископаемых : дисс. ... докт. техн. наук. Иркутск, 2002 г.
9. Ёлшин В.В., Колодин А.А., Овсюков А.Е. Внедрение автоматизированной системы управления циклом десорбции золота из активных углей на Кочкар-ской ЗИФ // Вестн. ИрГТУ. 2011. № 5. С. 115-120.
10. Колодин А.А., Ёлшин В.В. Исследование процесса адсорбции кислорода сульфидными минералами минералами измельченной руды // Вестн. ИрГТУ. 2013. № 12. С. 205-210.
1. Карлина А.И. Применение процесса мокрого рудно-
