CC BY
145
УДК 622.7
СОВРЕМЕННЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
А.В.Аксенов1, А.А.Васильев2, А.Е.Сенченко3
1,2Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
3Научно-исследовательский и проектный институт технологии обогащения минерального сырья, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Рассмотрены современные методы переработки минерального сырья с применением мельниц ультратонкого
помола.
Ил. 1.
Ключевые слова: ультратонкий помол; бисерная мельница; измельчение руды.
CURRENT DEVELOPMENTS IN SUPERFINE GRINDING OF MINERALS A.V.Aksenov, A.A.Vasiljev, A.E.Senchenko
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
Scientific research and Design Institute of mineral concentration technology 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The authors consider modern methods of mineral processing with the application of ultra-fine grinding mills. 1 figure.
Key words: ultra-fine grinding; bead mill; ore grinding.
В связи с постепенным истощением существующих запасов богатого легкообогатимого минерального сырья, в котором ценные компоненты находятся в лег-коизвлекаемой форме, возникает необходимость вовлечения в металлургическую переработку новых месторождений с более упорными типами сырья, в которых извлекаемые компоненты тонко вкраплены в пустую породу. К данному виду сырья можно отнести различные упорные золотосодержащие, полиметаллические сульфидные и окисленные руды и концентраты, техногенные отвалы, а также некоторые продукты металлургии. Для эффективной переработки таких продуктов требуется разрушение плотной структуры вмещающих пород с целью высвобождения или вскрытия ценного компонента, легкоизвлекаемого при последующей переработке общепринятыми методами обогащения или металлургии.
Тонкая вкрапленность извлекаемого компонента (порядка одного микрометра) зачастую не позволяет произвести его вскрытие при стандартном измельчении в шаровых мельницах, что требует применения новых современных методов ультратонкого измельчения.
Область применения ультратонкого измельчения в горноперерабатывающей промышленности довольно широка. Применение его на стадии гравитационного и флотационного обогащения позволяет повысить качество концентратов и извлечение металлов. В ме-
таллургических процессах ультратонкое измельчение может использоваться непосредственно перед стадией агитационного выщелачивания. При таком исполнении достигается существенный прирост извлечения металлов и значительное сокращение продолжительности выщелачивания за счет практически полного вскрытия ценных компонентов и увеличения площади свободной поверхности растворяемого компонента.
Следует отметить, что при механическом разрушении структуры минералов наблюдается сильная механохимическая активация материала (изменение его химических и физических свойств). Данное явление может оказывать двоякое воздействие на эффективность последующих операций переработки. С одной стороны минеральное сырье после сверхтонкого помола легче поддается разложению, с другой - происходит увеличение сорбционной активности материала, его ошламования и химической депрессии извлекаемого компонента. В связи с этим применение ультратонкого измельчения может потребовать применения дополнительных операций перед той или иной стадией обогащения или металлургии. Наиболее благоприятным является применение ультратонкого измельчения с последующей окислительной технологией, что позволяет значительно снизить основные параметры процесса (температуру, давление, продолжительность). Это приводит к сокращению капитальных и эксплуатационных затрат на стадии разло-
1Аксенов Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент, тел.: (3952)405675+129, e-mail: [email protected]
Aksenov Alexander Vladimirovich, a candidate of technical sciences, an associate professor, tel.: (3952) 405675+129, e-mail: [email protected]
2Васильев Андрей Анатольевич, аспирант, тел. (3952)405675+124, e-mail: [email protected] Vasiljev Andrey Anatoljevich, a postgraduate student, tel. (3952) 405675+124, e-mail: [email protected]
3Сенченко Аркадий Евгеньевич, директор Центра научных исследований и технологий.
Senchenko Arkady Evgenjevich, a director of the Center of scientific researches and technologies._
жения. В перспективе данное сочетание процессов может заменить многие высокозатратные пирометал-лургические технологии получения цветных металлов, такие как обжиг и плавка.
Долгое время сдерживающим фактором развития технологий сверхтонкого измельчения являлось отсутствие надежного, экономичного и высокопроизводительного оборудования для осуществления процесса. Использование обычных шаровых мельниц для тонкого измельчения за счет их низкого удельного энергопотребления, а следовательно, низкой пропускной способности и невозможности эффективной передачи энергии от шаров к измельчаемому материалу технологически и экономически невыгодно. Применение их для получения частиц размером менее 20 микрон приводит к экспоненциальному возрастанию затрат по мере уменьшения размера частиц получаемого продукта.
Поиски эффективных способов тонкого измельчения привели к разработке современных мельниц тонкого измельчения, в частности - вертикальных и горизонтальных бисерных мельниц (рисунок). Ранее данные мельницы применялись главным образом для измельчения пигментов в лакокрасочной промышленности. Все они оборудованы стационарными камерами помола, в них применяются мелющие тела небольшого размера (бисер), а также установленные внутри мельниц мешалки, вращающиеся на большой скорости. Принцип действия бисерных мельниц основан на высокоэффективном перемешивании, в результате чего энергия передается небольшим мелющим телам с образованием множества сжатых и быстро вращающихся слоев измельчаемого материала, генерирующих силы сжатия и скручивания.
Данные мельницы отличаются высокой пропускной способностью и высоким коэффициентом преобразования энергии, если они используются для тонкого и ультратонкого измельчения. Сравнительный анализ бисерной и традиционной шаровой мельницы показал, что использование бисерной мельницы для измельчения материала до крупности порядка 10 мкм позволяет более чем на 75% снизить уровень электропотребления и почти в 300 раз снизить продолжительность измельчения по сравнению с шаровой мельницей. Высокая удельная производительность бисерных мельниц является решающим фактором для выбора данной технологии измельчения.
Бисерные мельницы имеют много требующих регулирования параметров, поскольку в таких мельницах частицы мелющей среды полностью перемешиваются с высококонцентрированной минеральной пульпой в условиях значительного энергопотребления. Для получения нужного конечного продукта необходима оптимизация технологических параметров, что позволит достичь минимального энергопотребления и максимальной производительности мельницы. К важным технологическим параметрам относятся:
1) размер частиц мелющей среды;
2) скорость мельницы;
3) объем загружаемой мелющей среды и материал, из которого она изготовлена;
4) плотность пульпы.
Размеры частиц мелющей среды - самый важный параметр процесса бисерного измельчения. Мелющая среда должна быть достаточно крупнозернистой, чтобы обеспечить разбивание самых крупных частиц в подаваемом материале. Если размеры частиц мелющей среды будут слишком малы по сравнению с раз-
Бисерная вертикальная мельница
мерами части подаваемого материала, то данная часть останется неизмельченной. В то же время увеличение крупности измельчающей среды приводит к снижению производительности мельницы и увеличению ее энергопотребления. Очевидно, что выбор мелющей среды с оптимальным размером частиц оказывает положительное значение на все главные параметры работы мельницы. Практика показывает, что размер частиц мелющей среды в бисерной мельнице должен быть в 20-30 раз больше, чем крупность подаваемого продукта. На процесс измельчения также огромное влияние оказывает материал, из которого изготовлена мелющая среда. При использовании бисера плохого качества происходит снижение производительности мельницы из-за ее интенсивного износа, возрастает энергопотребление и наблюдаются значительные отклонения от нормального процесса измельчения. Следует также отметить, что измельчающая среда должна быть выполнена из инертного материала, т.е. не оказывать никакого воздействия на извлечение ценного компонента при последующих операциях. В качестве материалов, отвечающих всем требованиям, предъявляемым к качеству измельчающей среды, можно отнести керамику и цирконий.
Так как в основе работы бисерной мельницы лежит центробежная сила, посредством которой энергия передается мелющей среде для измельчения ею подаваемых частиц, то скорость вращения мешалки оказывает большое значение на производительность мельницы. Исследованиями установлено, что интенсивность измельчения пропорциональна квадрату скорости вращения мешалки. Таким образом, чем выше скорость вращения, тем меньше время измельчения, необходимое для получения требуемого продукта.
Отличительной особенностью бисерных мельниц является высокая загрузка мелющей среды (до 85% от объема мельницы). При этом с увеличением загрузки бисера происходит снижение энергопотребления мельницы на тонну материала. Тем не менее, при высокой загрузке бисера может происходить пересыпание мелющей среды через верхний край мельницы, а загрузка объемов, превышающих 85% объема мельницы, часто приводит к уплотнению мелющей среды, что вызывает серьезные разрушения брони и мешалок. Уровень загрузки мелющей среды находится практически в прямой зависимости от передаваемой мощности мельницы, что часто используется для расчетов объема мелющей среды при заданном значении энергии.
Оптимальная плотность подаваемой в бисерную мельницу пульпы обычно варьируется между 40 и 60% по массе. Поддержание плотности пульпы на оп-
тимальном уровне очень важно, поскольку бисерные мельницы часто имеют ограниченный объем потока. Таким образом, чтобы повысить энергоэффективность и достичь стабильной работы мельницы, следует избегать попадания излишнего количества воды в поток, подаваемый в мельницу. С точки зрения технологических параметров, плотность пульпы определяет объемный расход измельчаемого материала, а также оказывает значительное влияние на реологические свойства пульпы, которые в процессе бисерного измельчения воздействуют на крупность измельчения, размер частиц и скорость мельницы.
Дальнейшее совершенствование бисерных мельниц имеет критическое значение для расширения сферы их использования в горнорудной промышленности. Одной из задач, которую еще предстоит решить, является применение мельниц для получения рентабельной продукции с размерами частиц менее 5 микрон, при этом производительность мельницы не должна снижаться.
Перспективным является применение технологии бисерного измельчения для так называемого «грубого помола», при использовании данной технологии в открытой схеме фабрики для вторичного измельчения и доизмельчения.
Исследования различных типов упорного минерального сырья (более 20), выполненные в Центре Научных Исследований и Технологий института ТОМС в период с 2006 по 2008 годы, показали перспективность технологии ультратонкого измельчения концентратов и руд. Так, например, значительно повышается эффективность перечистных операций флотации для вкрапленных полиметаллических руд, повышается уровень извлечения золота при цианировании упорных сульфидных концентратов, расширяется область применения центробежных методов обогащения, значительно снижается энергопотребление при классическом измельчении руд до 40-74 мкм.
Таким образом, переход минерального сырья на уровень микрометров и нанометров расширяет области эффективного применения процессов обогащения и гидрометаллургии. Это позволяет вовлечь в эксплуатацию труднообогатимые руды, переработка которых ранее считалась малоперспективной и экономически нецелесообразной. Новые свойства такого сырья позволяют повысить уровень извлечения ценных металлов. Комбинированные гидрометаллургические технологии с применением ультратонкого измельчения в определенных случаях являются более рентабельной альтернативой традиционным окислительным процессам (обжиг, автоклавное и бактериальное окисление).
