4. ВИБІР І РОЗРАХУНОК СХЕМ ДРОБЛЕННЯ

4.1 Схеми дроблення при підготовці руд до подрібнення

Операції дроблення на збагачувальних фабриках застосовуються: при крупному вкрапленні мінералів -- для підготовки корисних копалин до операцій збагачення, при дрібному і тонкому вкрапленні -- для підготовки до операцій подрібнення. На дробильно-сортувальних фабриках операції дроблення мають самостійне значення.

Операція дроблення й операції попереднього та перевірного грохочення складають стадію дроблення, а сукупність стадій дроблення -- схему дроблення. Залежно від наявності і призначення операцій грохочення в схемах дроблення розрізняють п'ять різновидів стадій (одностадійних схем) дроблення (рис. 4.1).

Різновиди стадій, які використовуються в схемах дроблення такі: стадія А -- відкрита; стадія Б -- відкрита з попереднім грохоченням; стадія В -- замкнута з перевірним (контрольним) грохоченням; стадія Г -- замкнута з поєднанням попереднього і перевірного грохочення; стадія Д -- замкнута з роздільними попереднім і перевірним грохоченням.

-- +

-- +

-- +

-- +

-- +

Схема підготовчих операцій визначається виходячи з речовинного складу і фізичних властивостей корисної копалини, а також крупності матеріалу, прийнятої в схемі збагачення.

При збагаченні корисних копалин, у яких корисні і породні мінерали розкриваються при крупному дробленні, схеми підготовчих операцій можуть обмежитися крупним (середнім) дробленням і грохоченням.

При наявності в корисних копалинах крупновкраплених корисних мінералів або аґреґатів мінералів з контрастними фізико-хімічними властивостями, що використовується при їх розділенні, схема підготовчих операцій може розмикатися з включенням операції попередньої концентрації, що дозволяє виділити частину збагаченого матеріалу, відвальних відходів, або розділити корисну копалину на продукти, що надалі переробляються за різними схемами.

На збагачувальних фабриках, що переробляють дрібно- і тонковкраплені руди кольорових, рідкісних і чорних металів, схеми рудопідготовки включають операції дроблення і подрібнення з операціями грохочення і класифікації.

При виборі раціональної схеми дроблення необхідно вирішити два основних питання:

- про число стадій дроблення,

- про необхідність операцій грохочення в окремих стадіях.

Число стадій дроблення визначається початковою і кінцевою крупностями матеріалу, що дробиться. Максимальна крупність грудок у вихідному матеріалі, що надходить на дроблення, залежить від продуктивності гірничодобувного підприємства і системи гірничих робіт. Найбільш крупна руда (до 1200 мм) одержується при відкритих роботах і великій продуктивності кар'єру, найбільш дрібна (до 300 мм) -- при підземних гірничих роботах і малій продуктивності шахти. Оптимальна крупність дробленого продукту, який подається в стержневі млини повинна складати 15-25 мм, у кульові -- 10-15 мм. Критерієм, який враховує співвідношення між максимальними розмірами зерен матеріалу, що подається на дроблення, і дробленого, служить загальний ступінь дроблення.

S_ЗАГ = D_ВИХ / d_ДР , (4.1)

де D_ВИХ -- розмір максимального куска матеріалу, що подається на дроблення, мм; d_ДР -- розмір максимального куска дробленого матеріалу, мм.

На великих збагачувальних фабриках загальний ступінь дроблення може досягати 100 і більше. Одержати такий ступінь дроблення за один прийом неможливо, він коливається звичайно в межах 4 - 6. Тому найчастіше зустрічаються схеми дроблення, що складаються з трьох стадій -- крупного, середнього і дрібного дроблення. Число стадій дроблення вибирають виходячи з загального ступеня дроблення, що дорівнює добутку ступенів дроблення в окремих стадіях.

S_ЗАГ = S₁¼ S₂¼…¼ S_n , (4.2)

де S_i -- ступені дроблення в окремих стадіях.

З огляду на сказане, перше правило вибору схеми дроблення говорить: число стадій дроблення при підготовці руд до подрібнення повинно дорівнювати двом або трьом.

Виняток з цього правила може бути зроблено:

- у випадку використання інерційних, молоткових і роторних дробарок, що мають високі ступені дроблення (20-40);

- для фабрик дуже малої продуктивності (до 100 т/доб), де з метою спрощення схеми дроблення вона приймається одностадійною і при цьому допускається підвищена крупність кусків у живленні млинів;

- для фабрик дуже великої продуктивності (понад 40000 т/доб), що переробляють тверді руди плитнякової будови (типу криворізьких магнетитових кварцитів), приймається чотиристадійна схема дроблення.

Операції попереднього грохочення в схемах дроблення застосовують для зменшення кількості матеріалу, що надходить в операцію дроблення, а також для збільшення рухливості матеріалу в робочій зоні дробарки, що особливо важливо при дробленні в конусних дробарках середнього і дрібного дроблення, схильних до забивання рудним дріб'язком. У той же час застосування операцій попереднього грохочення викликає збільшення капітальних затрат і приводить до ускладнення цеху дроблення. Тому попереднє грохочення варто застосовувати при досить високому вмісті підрешітного класу у вихідному матеріалі (не менше 20%), а також при високій вологості цього класу, що приводить до зниження продуктивності дробарки.

Звичайно на першій стадії дроблення попереднє грохочення встановлюють при необхідності збільшення пропускної спроможності дробарки.

На другій стадії дроблення в більшості випадків передбачають попереднє грохочення. Однак якщо дробарки середнього дроблення мають великий запас продуктивності в порівнянні з дробарками дрібного дроблення, зв'язаними з ними, то попереднє грохочення не передбачається. Але в цьому випадку варто врахувати властивості корисної копалини (вміст глини, шламу) і її вологість. При несприятливому співвідношенні зазначених параметрів використання попереднього грохочення є необхідним, тому що без попереднього відсіву дріб'язку можлива підпресовка дробарки.

На третій стадії дроблення при малих розмірах розвантажувальних щілин (6 - 7мм) попереднє грохочення застосовують завжди.

Звідси випливає друге правило вибору схеми дроблення:

- попереднє грохочення перед першою стадією застосовується рідко, його застосування повинно бути обґрунтоване;

- попереднє грохочення перед другою стадією, як правило, передбачається, відмова від нього повинна бути обґрунтована;

- попереднє грохочення перед третьою стадією передбачається завжди.

Операції перевірного грохочення застосовують для повернення в дробарку надрешітного продукту. Вміст надрешітного продукту в дробленому може досягати 60 %, при цьому розмір грудок надрешітного продукту може в 2 -- 3 рази перевищувати розмір розвантажувальної щілини дробарки. Отже, при наявності перевірного грохочення в останній стадії крупність кінцевого продукту може бути зменшена в 2 -- 3 рази і тим самим підвищені показники роботи цеху. Однак введення в схему перевірного грохочення приводить до ускладнення конструктивного оформлення цеху, збільшення капітальних затрат, погіршення санітарних умов праці.

З викладеного випливає третє правило вибору схеми дроблення:

в останній стадії дроблення повинна бути операція перевірного грохочення.

Три правила вибору схеми дроблення задовольняють при дрібному вихідному матеріалі схеми АБ, ББ, БГ і БД, при крупному вихідному матеріалі -- схеми АББ, БББ, АБГ, ББГ, АБД і ББД. Операція грохочення на першій стадії не обов'язкова. Схеми АБ, ББ, АББ і БББ дозволяють одержати дроблений продукт крупністю до 25 мм, схеми БГ, БД, АБГ, ББГ, АБД і ББД -- крупністю до 10 - 20 мм.

Ці схеми і застосовують у більшості випадків на збагачувальних фабриках при підготовці корисних копалин до подрібнення.

На збагачувальних фабриках дуже великої продуктивності, що переробляють міцні руди, які дають при дробленні куски плоскої форми, застосовують чотиристадійну схему дроблення ААББ.

Якщо підрешітний продукт операції попереднього грохочення другої стадії дроблення близький по крупності дробленому продукту третьої стадії, вони можуть бути об'єднані. У цьому випадку одержують схему БББ (рис. 4.2, а), яка застосовується при дробленні вологих руд.

При дробленні вологих і глинистих руд дробарки середнього і дрібного дроблення і зв'язані з ними грохоти забиваються. Нормалізувати роботу дробильного відділення можна використанням промивання руди на грохотах (рис. 4.2, б). Відмитий на грохотах дріб'язок зневоднюють у механічному спіральному класифікаторі і приєднують до дрібнодробленої руди, злив класифікатора згущують з одержанням оборотної води і згущеного продукту, який направляють у цикл подрібнення.

При дробленні глинистих, вологих руд із засніженим дріб'язком у суворих кліматичних умовах дріб'язок відділяють грохоченням після першої стадії дроблення і подають безпосередньо в головний корпус або на подрібнення в окремий цикл обробки (рис. 4.2, в). Надрешітний продукт можна відповідно до технологічної схеми складувати, дробити і т.д., не побоюючись його змерзання.

На збагачувальних фабриках малої, а іноді і середньої продуктивності з метою більш компактного розміщення дробарок застосовують тристадійну схему дроблення БГГ (рис. 4.3). Усі дробарки встановлюють поруч на одному рівні і здійснюють спільне транспортування продуктів. Недоліком цієї схеми є повторне повернення дробленого продукту другої стадії на перевірне грохочення.

Вода

2. Схеми дроблення при підготовці руд до самоподрібнення

Схеми само- і напівсамоподрібнення використовують на збагачувальних фабриках великої і дуже великої продуктивності у випадку одержання технологічних переваг при заміні молольних тіл рудою або у випадках, коли фізичні властивості руди (вологість, глинястість) не дозволяють її дрібно дробити.

Застосовуване на збагачувальних фабриках самоподрібнення може бути чотирьох різновидів:

- рудне самоподрібнення, що здійснюється при крупності живлення до 350 мм (іноді до 500 мм);

- напівсамоподрібнення, що здійснюється на матеріалі тієї ж крупності, але в цьому випадку в млин додають сталеві кулі в кількості 5 -- 10 % від його об'єму ;

- грубе рудногалькове подрібнення (первинне) дозволяє подрібнювати руду крупністю 15 -- 25 мм; роздріблююче середовище (руда) подається разом з живленням і повинно мати крупність 100 -- 300 мм;

- тонке рудногалькове подрібнення (вторинне) призначене для переробки руд крупністю 3 - 5 мм при крупності роздріблюючого середовища 25 -- 100 мм.

Др. пр.

Г₁

Г₂

СК

Грохочення

Дроблення

Грохочення

Грохочення

Дроблення

К

Д

-

+

-

Рис. 4.3 -- Тристадіальна схема дроблення БГГ зі спільним транспортуванням продуктів дроблення і грохочення.

КД -- дробарка крупного дроблення; СД -- дробарка середнього дроблення; ДД -- дробарка дрібного дроблення; Г₁ і Г₂ -- грохоти; СК --стрічковий конвеєр.

+

С

Д

Д

Д

-

+

Рудне самоподрібнення здійснюється в млинах сухого подрібнення типу "Аерофол" або в млинах мокрого подрібнення типу "Каскад". Оскільки сухе подрібнення вимагає складних пристроїв для пиловловлення, пневмокласифікації, регулювання вологості, то для фабрик, що використовують мокрі процеси, сухе подрібнення менш вигідне, ніж мокре.

При рудному самоподрібненні руда підлягає тільки крупному дробленню, при рудногальковому самоподрібненні схеми дроблення аналогічні схемам підготовки руди до подрібнення в стержневих і кульових млинах. Відмінність цих схем полягає лише в тім, що з продуктів дроблення потрібно грохоченням виділити певні класи крупності, які використовуються як молольне (подрібнююче) середовище. Застосування процесу самоподрібнення приводить до підвищення продуктивності праці, значного спрощення схеми дроблення, зниження капітальних і експлуатаційних затрат, зменшення ошламлювання руди, що подрібнюється, а також забруднення продуктів подрібнення залізом. Однак процес самоподрібнення не універсальний -- він не застосовний для м'яких, а також дуже твердих руд, вимагає регулювання ґранулометричного складу руди. Крім того, при рудногальковому самоподрібненні необхідно виділяти подрібнююче середовище, що ускладнює схему дроблення і транспортно-складське господарство цеху.

При несприятливому ґранулометричному складі руди, що надходить у млин рудного самоподрібнення, в ній накопичуються шматки критичної крупності, при великій кількості яких продуктивність млина знижується. Для регулювання ґранулометричного складу руди застосовується кілька способів.

Перший спосіб. Дроблену до 200 -- 350 мм руду розділяють на два-три класи, які складують в окремих бункерах. Перед самоподрібненням її шихтують у співвідношенні, яке відповідає "середній" руді, що дозволяє зменшити коливання в ґранулометричному складі живлення млинів, але ґранулометричний склад при цьому не змінюється. Тому цей спосіб застосовується при "сприятливому" ґранулометричному складі руди, при "несприятливому" -- виділені два-три класи шихтують в оптимальному співвідношенні, а надлишкову руду направляють на середнє або дрібне дроблення.

Другий спосіб. Виведені з циклу самоподрібнення шматки критичної крупності після додроблення подрібнюють в окремому кульовому млині.

Третій спосіб. Для виділення грудок критичної крупності в ґратах млина роблять кілька вікон розміром, який дорівнює максимальному розміру грудок, які підлягають видаленню. Зі зливу млина зерна критичної крупності видаляють на грохоті з розміром отворів сита, який дорівнює рівним їхньому мінімальному розміру. Грудки критичної крупності, які видаляють з млина, можуть бути використані як подрібнююче (молольне) середовище при рудногальковому самоподрібненні або після додроблення повернуті в млин.

Четвертий спосіб. У млин рудного самоподрібнення додають сталеві кулі діаметром 125 -- 150 мм у кількості 5 -- 10% від об'єму. Кулі виготовляють з якісної сталі, щоб уникнути їхнього розколювання при роботі млина і зменшення їхнього зносу.

Найбільш ефективними є другий, третій і четвертий способи, які дозволяють змінювати ґранулометричний склад корисної копалини, тоді як перший дозволяє лише усереднити його. Найпростіша схема дроблення і подрібнення має місце при четвертому способі. Схема дроблення буде також простою, якщо клас критичної крупності, що видаляється за третім способом, використовувати як подрібнююче середовище при рудногальковому самоподрібненні. Вибір одного зі способів регулювання ґранулометричного складу проводиться на основі результатів технологічних випробовувань і наступного техніко-економічного порівняння. При грубому і тонкому рудногальковому самоподрібненні роздріблююче середовище, залежно від необхідної крупності, виділяють після першої, другої або третьої стадії дроблення. Необхідність виділення роздріблюючого середовища для рудногалькового самоподрібнення ускладнює схему дроблення в порівнянні зі схемою дроблення перед подрібненням у стрижневих і кульових млинах. Крім того, ефективність роботи млинів самоподрібнення в 1,2 -- 1,4 раза нижча в порівнянні з кульовими внаслідок меншої в порівнянні зі сталлю густини руди. З цих причин капітальні витрати на будівництво збагачувальних фабрик з рудногальковим самоподрібненням вищі, ніж зі звичайним, однак ці витрати швидко окупаються економією при експлуатації.

3. Вибір варіанта схеми дроблення

При підготовці руд до подрібнення вибір схеми дроблення залежить від способу і схеми наступного подрібнення, типу руди і її фізичних властивостей (міцності, кускуватості, злежуваності, змерзлості, грохоченості і ін.). Вибір схеми дроблення здійснюється з урахуванням досвіду роботи підприємств-аналогів, що переробляють подібні руди, і шляхом порівняння сумарних капітальних та експлуатаційних витрат конкуруючих варіантів.

Якщо руда тверда або середньої твердості і відносно суха, з'ясовується можливість дроблення її за раціональними схемами до 10…20 мм і уточнюється застосовність процесу самоподрібнення. У цьому випадку можливі варіанти:

- одностадійне дроблення руди до 300 мм за схемами А або Б і наступне рудне самоподрібнення;

- тристадійне дроблення руди до 10-15 мм за схемою АБГ і наступне одностадійне подрібнення в кульових млинах;

- тристадійне дроблення руди до 20-25 мм за схемою АБГ і наступне двостадійне подрібнення в стрижневих і кульових млинах.

Для фабрик малої продуктивності застосування самоподрібнення, як можливий варіант, не розглядається, для них розглядається можливість використання двостадійних схем дроблення АГ з наступним одностадійним (у кульових млинах) або двостадійним (у стрижневих і кульових млинах) подрібненням.

Якщо руди вологі і глинисті, то в схеми дроблення включають операції грохочення для відокремлення найбільш вологого дрібного класу, що направляється безпосередньо в млини (рис. 4.2). Залежно від конкретних умов дріб'язок відділяється з руди після крупного або середнього дроблення. При високому вмісті глини і вологи передбачають промивання руди і дроблення виконують з подачею води в робочу зону дробарки.

Порівняння варіантів здійснюється за такими показниками: числом машин і їхньою сумарною масою, загальною встановленою потужністю електродвигунів, загальною вартістю основного обладнання, сумарними експлуатаційними витратами на дроблення і подрібнення, технологічною надійністю, можливістю і надійністю автоматичного регулювання технологічних процесів, санітарними умовами праці.

3. Схеми дроблення при підготовці руд до збагачення

Результати збагачення залежать від ступеня розкриття корисних і породних мінералів. У кожному конкретному випадку ступінь розкриття мінералів повинен вибиратися шляхом техніко-економічних досліджень, тому що він залежить від речовинного складу корисної копалини, вкраплення мінералів, виробничої потужності фабрики, досконалості застосовуваних підготовчих і збагачувальних операцій та інших факторів.

При збагаченні вугілля, а також валунних залізних і крупновкраплених магнетитових руд дроблення виконують до 50-100 мм. Залежно від максимальної крупності сировини дроблення здійснюють за одну або дві стадії з попереднім грохоченням, але, як правило, без перевірного.

Якщо руда крупновкраплена і технологічною схемою передбачається її збагачення відсадкою або у важких суспензіях, то дроблення виконують до крупності 6-30 мм. Схема крупного і середнього дроблення вибирається звичайним способом. Для одержання постійної крупності дробленого продукту бажане застосування перевірного грохочення в останній стадії.

Підготовка до збагачення дрібновкраплених руд рідкісних металів здійснюється дробленням до 6 -- 20 мм із наступним подрібненням у стержневих млинах до 0,3 -- 2 мм.

3. Розрахунок схем дроблення

Для розрахунку схеми дроблення необхідно мати наступні вихідні дані: продуктивність збагачувальної фабрики по вихідній сировині, характеристики крупності вихідної сировини і продуктів дроблення, задану максимальну крупність дробленого продукту, показники ефективності грохочення в окремих стадіях дроблення.

Характеристики крупності вихідної сировини і продуктів дроблення приймаються за результатами досліджень або за практичними даними роботи фабрик-аналогів. При відсутності дослідних даних можна виконати орієнтовний розрахунок з використанням типових характеристик крупності (рис.4.4) або аналітичних залежностей:

b^+z = 100 exp( - xz ^y) , % , (4.3)

b^-z = 100 -- b^+z, % , (4.4)

де z -- безрозмірна крупність дробленого продукту, яка дорівнює відношенню розміру зерен d до ширини розвантажувальної щілини дробарки i:

z = d / i , (4.5)

b^+z -- вміст класів крупніше z у дробленому продукті, % ,

x, y -- коефіцієнти, що залежать від стадії дроблення і твердості матеріалу, що дробиться.

a б

80 80

60 1 2 3 60 1 2 3

40 40

20 20

0 0

1 2 z 1 2 3 z

в г

80 80

60 1 2 3 60 1 2 3

40 40

20 20

0 0

1 2 3 z 1 2 3 z

Величини коефіцієнтів x, y і максимальної безрозмірної крупності дроблених продуктів z_max залежно від твердості руди і стадії дроблення наведені в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 -- Величини коефіцієнтів x, y і максимальної

безрозмірної крупності z_max

Після вибору й обґрунтування схеми дроблення виконують її розрахунок, послідовно визначаючи:

- годинну продуктивність цеху дроблення з урахуванням графіка його роботи (див. п. 3.2);

- загальний ступінь дроблення.

S_ЗАГ = D_max / d_max , (4.6)

де D_max , d_max -- максимальна крупність кусків матеріалу, що дробиться (вихідного), і дробленого.

- Ступеня дроблення в окремих стадіях (середній ступінь дроблення):

S_СЕР = (S_ЗАГ) ^1/n , (4.6)

де n -- число стадій дроблення.

Ступінь дроблення в стадії залежить від фізико-механічних властивостей руди, циклу дроблення і типу використовуваної дробарки. Оскільки в останній стадії дроблення, як правило, застосовується перевірне грохочення, то для неї може бути призначено трохи більша, у порівнянні із середнім, ступінь дроблення. Для перших стадій дроблення в цьому випадку ступінь дроблення варто перерахувати:

S_СТАД =(S_ЗАГ / S_ОСТ) ^1/(n-1) , (4.7)

де S_ОСТ -- призначений для останньої стадії ступінь дроблення.

- Умовну максимальну крупність дроблених продуктів в окремих стадіях:

D₁ = D_max /S₁ ,

D₂ = D_max /S₁ ¼S₂ , (4.8)

D₃ = D_max / S₁ ¼S₂ ¼S₃ .

- Ширину розвантажувальних щілин дробарок в окремих стадіях:

i₁ = D₁ / z₁ ,

i₂ = D₂ / z₂ , (4.9)

i₃ = D₃ / z₃ -- у відкритому циклі дроблення

i₃ = (0,8 -- 1,0)D₃ -- у замкненому циклі дроблення,

де z₁, z₂, z₃ -- максимальна крупність кусків дроблених продуктів у відповідних стадіях дроблення (табл. 4.1).

- Розмір отворів сит грохотів в окремих стадіях:

a₁ = (i₁ -- i₁ z₁) ,

a₂ = (i₂ -- i₂ z₂) , (4.10)

a₃ = (i₃ -- i₃ z₃) -- у відкритому циклі дроблення,

a₃ = (1,0 -- 1,2)D₃ -- у замкненому циклі дроблення.

- Ефективність грохочення, що залежить від типу використовуваного в операції грохоту і крупності грохочення: для нерухомих колосникових грохотів, використовуваних, як правило, у першій стадії дроблення, вона приймається Е ^-а= 60 -- 70 % , для вібраційних грохотів, застосовуваних у наступних стадіях дроблення, ефективність вища -- Е ^-а = 80 -- 85 % .

- Розрахунок мас продуктів схеми дроблення здійснюється постадійно з урахуванням обраного варіанта стадії, ґранулометричного складу продуктів і ефективності використовуваного в стадії процесу грохочення.

Формули для розрахунку схем дроблення наведені в табл.4.2.

Таблиця 4.2 -- Розрахункові формули схем дроблення

5

4

4

3

2

1

a, E^-a

5

3

2

1

Розрахункові формули

Схема

1

1

2

Q₁ = Q₂

Q₂ = Q₁ b₁ ^-aE ^-a

Q₃ = Q₄ = Q₁ -- Q₂

Q₅ = Q₂ + Q₄ = Q₁

Q₄ = Q₁

Q₃ = Q₁ (1/E ^--a + b₁ ^+a b₃^+a/ b₃^-a)

Q₂ = Q₃

Q₅ = Q₃ -- Q₄

А

Б

В

a, E^-a

Закінчення табл. 4.2

вгору