5. ВИБІР І РОЗРАХУНОК СХЕМ ПОДРІБНЕННЯ

1. Операції класифікації в схемах подрібнення

На збагачувальних фабриках при тонкому вкрапленні корисного мінералу подрібнення застосовується для підготовки корисної копалини до операцій збагачення. Схеми подрібнення складаються з однієї або декількох стадій, кожна з яких включає операції подрібнення і класифікації. Операції класифікації застосовуються для відділення готового по крупності продукту або для розвантаження млина. У схемах подрібнення можуть бути присутні наступні операції класифікації: попередня, перевірна в цілком або частково замкненому циклі подрібнення, контрольна зливу або пісків.

Попередня класифікація живлення стадії подрібнення застосовується з метою збільшення продуктивності млина, зменшення шламоутворення, виділення в окремий продукт первинних шламів і компонентів корисної копалини, що легко подрібнюються, при необхідності їхнього збагачення в окремому циклі. Перед першою стадією подрібнення попередня класифікація застосовується рідко, доцільність її застосування залежить від максимальної крупності зерен у живленні (не більше 8 мм) і вмісту в ньому готового продукту (не менше 15 %).

Перевірна класифікація в цілком замкнутому циклі застосовується для контролю крупності подрібненого продукту, підвищення продуктивності млина і зменшення ошламлювання продукту при подрібненні. При наявності перевірної класифікації продуктивність млина по готовому продукту зростає в зв'язку зі збільшенням у живленні вмісту крупного класу внаслідок повернення некондиційного по крупності продукту (циркулююче навантаження). На збагачувальних фабриках величина циркулюючого навантаження коливається від 50

до 700 %. При цьому між величиною циркулюючого навантаження і відносною продуктивністю млина існує певна залежність: збільшення циркулюючого навантаження від 0 до ∞ приводить до збільшення відносної продуктивності в два рази. За результатами досліджень для ефективної роботи млинів у цілком замкненому циклі циркулююче навантаження повинно бути не меншим 150-200 %, однак збільшення його понад 400-500 % недоцільно, оскільки продуктивність практично не збільшується. Тому в двостадійних схемах подрібнення, де млини першої стадії, як правило, не видають кінцевого продукту і можуть працювати у відкритому циклі, необхідно виконувати наступну умову: для ефективної роботи млинів першої стадії у відкритому циклі об'єм млинів другої стадії повинен бути не менш ніж у півтора-два рази більше об'єму млинів першої стадії.

Перевірна класифікація в частково замкненому циклі зустрічається лише в багатостадійних схемах подрібнення. Частково замкнений цикл має деякі технологічні особливості, що визначають умови його застосування. По-перше, при використанні частково замкненого циклу навантаження на млини другої стадії передається через піски, а не через злив, як це має місце при цілком замкненому циклі. Це означає, що в схемах з цілком замкненим циклом для повного завантаження млина другої стадії необхідно одержувати досить грубий злив класифікатора першої стадії, що не завжди можливо (наприклад, при подрібненні кристалічних руд). По-друге, при використанні частково замкненого циклу маса продукту, що надходить у другу стадію, постійна і дорівнює різниці між масами живлення млина і зливу класифікатора першої стадії. Ця особливість дозволяє легко регулювати розподіл навантаження між першою і другою стадіями подрібнення. По-третє, при частково замкненому циклі первинні шлами і компоненти корисної копалини, що подрібнюються легко, виділяються в злив класифікатора першої стадії. Відсутність шламів може несприятливо позначитися на класифікації другої стадії, тому що шлами, підвищуючи в'язкість пульпи, сприяють більш спокійній, стабільній і ефективній роботі класифікатора (наприклад, при подрібненні кристалічних руд утворюється незначна кількість вторинних шламів). По-четверте, застосування частково замкненого циклу дозволяє запобігти накопиченню і ошламлюванню самородних металів у млині. Важкі і ковкі металеві включення накопичуються в пісках класифікатора.

Контрольна класифікація зливу застосовується при необхідності одержання тонкого кінцевого продукту при одностадійному подрібненні і при необхідності стадіального збагачення корисної копалини. Недоліком схем з контрольною класифікацією зливу є збільшений фронт класифікації і нестабільний режим роботи першого класифікатора.

Контрольна класифікація пісків використовується для зниження вмісту готового продукту в пісках. Застосовується вкрай рідко, тому що мало позначається на вилученні готового продукту і продуктивності замкненого циклу (підвищення продуктивності не більше 1,5 %).

2. Схеми подрібнення в стержневих і кульових млинах

Класифікація схем подрібнення здійснюється за такими ознаками:

- число стадій подрібнення в схемі (одно-, дво- і багатостадійні);

- вид циклу подрібнення в першій стадії (відкритий, цілком замкнений, частково замкнений);

- місце завантаження вихідного матеріалу (у млин або у класифікатор);

- наявність або відсутність поєднаних операцій попередньої і перевірної класифікації;

- наявність або відсутність операцій контрольної класифікації.

Схеми подрібнення, подібно схемам дроблення, складаються з окремих стадій, що включають операцію подрібнення і супутні їй операції класифікації (рис. 5.1).

Залежно від необхідної крупності подрібнення розрізняють: крупне подрібнення, що дозволяє одержати подрібнений продукт, який містить 50 -- 60 % класу -- 0,074 мм, середнє подрібнення -- 60-85 % класу -- 0,074 мм і тонке подрібнення -- понад 85 % класу -- 0,074 мм.

Різноманітність схем подрібнення обумовлена різноманітністю їхнього використання.

Одностадійні схеми подрібнення залежно від характеристики живлення, стадійності подрібнення і необхідної крупності подрібненого продукту використовують за варіантами:

- схеми А, Б і Ж застосовуються тільки в багатостадійних схемах подрібнення, тому що при одностадійному подрібненні вони неефективні;

- схеми В і Е застосовуються при крупності вихідної руди понад 10 мм і невеликому вмісті в ній шламів;

- схеми Г, Д, Ж і З застосовуються при дрібній руді, що містить не менше 15 % готового по крупності продукту, крім того, схеми Д і З використовуються лише при необхідності виділення в самостійний продукт первинних шламів і розчинних солей для їх наступної роздільної обробки.

З одностадійних схем найчастіше використовується схема В. Звичайно ж одностадійні схеми застосовуються при необхідності подрібнення руди до 55 -- 60 % класу -- 0,074 мм. Але на збагачувальних фабриках малої продуктивності за рахунок зниження навантаження на млини одностадійні схеми застосовують і для більш тонкого подрібнення.

Переваги одностадійних схем у порівнянні з двостадійними полягають в їхній меншій матеріалоємності, простоті компонування, обслуговування і ремонту, і, крім того, вони вимагають менших капітальних затрат. Однак при застосуванні одностадійних схем важко одержати тонкий злив класифікатора і здійснити стадійне збагачення руди, виняток становлять схеми Е, Ж, З, але в цих схемах дуже великий фронт класифікації.

Двостадійні схеми подрібнення підрозділяють на три групи в залежності від виду циклу подрібнення на першій стадії.

До першої групи відносять двостадійні схеми з відкритим циклом у першій стадії подрібнення -- АВ, АГ, АД, АЖ, АЗ.

Схеми АВ, АГ, АД прості в регулюванні, мають невеликий фронт класифікації, але одержання тонкого щодо крупності подрібненого продукту утруднене. Схема АВ застосовується на магнітозбагачувальних, а іноді і на флотаційних фабриках, що переробляють дрібновкраплені руди.

Схеми АГ і АД застосовують на збагачувальних фабриках великої продуктивності при крупності подрібненого продукту до 55 -- 80 % класу -- 0,074 мм. Схеми АЖ і АЗ більш складні в регулюванні, їх супроводжує дуже великий фронт класифікації, але вони дозволяють одержати тонкий кінцевий продукт крупністю до 80 -- 95 % класу -- 0,074 мм.

Схеми АЖ і АЗ застосовують при переробці тонковкраплених руд, а також при необхідності здійснити їхнє стадіальне збагачення методом флотації.

Перша стадія подрібнення здійснюється звичайно в стержневих млинах, що дає можливість збільшити крупність живлення до 25 мм.

Друга група представлена двостадійними схемами з цілком замкненим циклом подрібнення в першій стадії -- ВВ, ВГ, ВД, ВЖ, ВЗ. Ці схеми часто використовуються на збагачувальних фабриках середньої і великої продуктивності при переробці руд різного речовинного складу.

Схеми ВВ, ВГ, ВД дозволяють одержати кінцевий продукт крупністю до 80 % класу -- 0,074 мм, а схеми ВЖ і ВЗ -- до 95 % цього класу. Перевагою схем другої групи є простота компонування, можливість одержання тонкого кінцевого продукту і здійснення стадійного збагачення руди. Однак у схемах використовується багато класифікаторів і процес важко регулювати.

До третьої групи належать двостадійні схеми з частково замкненим циклом подрібнення в першій стадії -- ІВ, ІЕ. Ці схеми використовуються при багатостадійному подрібненні. Схема ІВ дозволяє одержати кінцевий продукт крупністю 55 - 80 % класу --0,074 мм, схема ІЕ -- 80 - 95 % цього класу. Схеми ІВ і ІЕ відрізняються простотою регулювання і, крім того, при їхньому використанні самородні метали не накопичуються в циклі подрібнення. Недоліком цих схем є необхідність використання транспортних засобів або жолобів із крутим нахилом для передачі пісків з першої стадії в другу.

Багатостадійні схеми подрібнення АГГ і АГД застосовують рідко і, в основному, на збагачувальних фабриках великої потужності, що переробляють дрібновкраплені руди при крупності живлення 25 - 30 мм. Схеми АГГ і АГД дозволяють виконувати стадійне збагачення руди. Найчастіше перша стадія здійснюється в стрижневих млина.

5.3 Схеми рудного самоподрібнення

Схеми само- і напівсамоподрібнення використовуються на фабриках великої і дуже великої продуктивності у випадку одержання технологічних переваг при заміні сталевого подріблюючого середовища рудним або у випадках, коли фізичні властивості руди (вологість, глинястість) не дозволяють її дрібно дробити. У той же час процес самоподрібнення не універсальний, для самоподрібнення руди повинні мати певні властивості. Вибір процесу самоподрібнення повинен ґрунтуватися на вивченні рудної бази і властивостей руди, а також на результатах промислових випробовувань процесу самоподрібнення. Властивості руди визначають схему самоподрібнення і заходи, які повинні бути передбачені в ній для боротьби зі шматками критичної крупності, а також для інтенсифікації процесу.

Переважне застосування одержали схеми, наведені на рис. 5.2.

Крупність вихідного матеріалу, що надходить у схему само- і напівсамоподрібнення, становить 250 - 350 мм, іноді до 500 мм.

Схеми 1 і 5 застосовують при багатостадійному рудному само- і напівсамоподрібненні твердих руд. Крупність подрібнення в першій стадії -- 50 - 60 % класу --0,074 мм. Грохочення зливу млина виконують в бутарі або на інерційному грохоті. Обсяг матеріалу критичної крупності (25 - 75 мм), виведеного на дроблення, становить 25 - 40 % від живлення млина. Частину класу критичної крупності додроблюють в конусній дробарці дрібного дроблення, іншу частину (6 - 8 % від живлення млина) використовують, при необхідності, у млинах рудногалькового подрібнення другої і третьої стадій. Якщо рудна галька не виводиться, схема застосовується як одностадійна.

При напівсамоподрібненні в млин додають сталеві кулі діаметром 125 - 150 мм у кількості 5 - 10 % від об'єму млина.

Схему 2 застосовують при багатостадійному рудному самоподрібненні міцних і в'язких руд. Крупність подрібнення в першій стадії -- до 60 - 85 % класу -- 0,074 мм. На відміну від схеми 1 для полегшення і нормалізації роботи гідроциклонів при одержанні остаточного зливу між ними і бутарою встановлюють механічний класифікатор. В іншому схема 2 аналогічна схемі 1.

Схему 3 використовують при багатостадійному повному рудному самоподрібненні до кінцевої крупності менше 85 % класу -- 0,074 мм. Схема застосовна для руд, що не утворюють при рудному самоподрібненні надлишкової маси рудної гальки. Весь клас критичної крупності (25 - 75 мм) використовують як молольне середовище в рудно-галькових млинах другої і третьої стадій.

Одержання рудної гальки для другої і третьої стадій подрібнення повинне плануватися з дробильного відділення фабрики.

Схеми 4 і 6 застосовують для двостадійного подрібнення до кінцевої крупності -- 60-85 % класу -- 0,074 мм. У першій стадії використовується само- або напівсамоподрібнення, у другій -- кульове подрібнення. Ці схеми найбільш надійні в експлуатації при переробці руд зі змінним за міцністю і крупністю складом.

5.4 Вибір схеми подрібнення

Схема подрібнення збагачувальної фабрики вибирається звичайно після проведення дослідно-промислових випробовувань подрібнюваності корисної копалини. Вибір схеми подрібнення проектованої фабрики здійснюється залежно від фізичних властивостей корисної копалини, крупності початкового і кінцевого продуктів подрібнення, продуктивності фабрики, необхідності роздільної обробки пісків і шламів, необхідності стадійного збагачення.

Одностадійні схеми подрібнення без контрольної класифікації зливу застосовують тільки в одностадійних схемах збагачення, при малій продуктивності фабрики і невеликому ступені подрібнення.

Двостадійні схеми подрібнення з відкритим циклом у першій стадії при використанні в ній стержневих млинів може ефективно застосовуватися лише на фабриках великої продуктивності і при підвищеній крупності початкового і кінцевого продуктів.

Двостадійні схеми подрібнення з цілком замкненим циклом у першій стадії при використанні в ній кульових млинів застосовують при необхідності тонкого помелу руди або в двостадійних схемах збагачення.

Двостадійні схеми подрібнення з частково замкненим циклом у першій стадії застосовують щоб уникнути можливості нагромадження корисних компонентів у циклах подрібнення.

Рис. 5.2. -- Схеми само- і напівсамоподрібнення.

Багатостадійні схеми подрібнення застосовують у багатостадійних схемах збагачення.

На більшості рудозбагачувальних фабрик підготовка корисної копалини здійснюється в усереднених умовах. Усередненими умовами роботи можна вважати наступні: склад руди дозволяє здійснити її дроблення в сухому вигляді до крупності 10 - 20 мм, кінцева крупність подрібненого продукту перед збагаченням не перевищує 60 - 65 % класу --0,074 мм, вкраплення і властивості мінералів не вимагають стадіального збагачення. У цьому випадку конкурентоспромож варіантами рудопідготовки будуть наступні:

- руда дробиться до 10 - 15 мм і подрібнюється за одну стадію у великих кульових млинах (з решітками або з центральним розвантаженням), що працюють у замкненому циклі з гідроциклонами;

- руда дробиться до 20 мм і надходить на двостадійне подрібнення за схемами АГ або АЕ, у яких перша стадія здійснюється в стержневих млинах, а друга -- у кульових (подвійного, у порівнянні зі стержневими, об'єму), що працюють у цілком замкненому циклі з гідроциклонами;

- руда дробиться до 300 мм і направляється на рудне само- або напівсамоподрібнення.

Остаточний вибір варіанта схеми подрібнення здійснюється шляхом експериментальної перевірки і техніко-економічного порівняння конкуруючих варіантів.

5.5 Розрахунок схем подрібнення

Крупність продуктів подрібнення оцінюють за їх ґранулометричним складом. Продукти характеризують умовною максимальною крупністю d_н і вмістом розрахункового класу крупності β. За розрахунковий найчастіше приймають клас крупністю -- 0,074 мм (95 % цього класу відповідають крупності d_н= 0,074 мм).

Для характеристики тонких продуктів розрахунковими класами можуть бути 0,040 і 0,020 мм, а для характеристики грубих продуктів -- класи 0,20 і 0,15 мм.

Розрахунок мас продуктів схеми подрібнення виконується постадійно з урахуванням особливостей обраного варіанта стадії і ґранулометричного складу продуктів подрібнення.

Формули для розрахунку схем подрібнення наведені в табл. 5.1.

Таблиця 5.1 -- Розрахунок схем подрібнення

Вихідні

Схема дані для Розрахункові формули

розрахунку

1 2 3

1

Q₁ , β₁ , β₂ Q₁= Q₂

2

1 Q_{1 ,} β_{1 ,} β_{2 ,} Q₃ = Q₁(β₂ -- β₁)/(β₂ -- β₃)

2 3 β₃ , β₄ Q₂ = Q₁ -- Q₃

Q₄ = Q₃

4

1

2 Q₁ , β_{1 ,} β₃ , Q₄ = Q₁

β₄ , β₅ Q₅ = Q₁(β₃ -- β₅)/(β₄ -- β₃)

3 Q₃ = Q₄ + Q₅

Q₂ = Q₃

β₂ = (Q₁β₁ + Q₅β₅)/Q₂

Продовження табл. 5.1

1 2 3

1 Q_{1 ,} β₁ , β₃ , Q₃ = Q₁

2 β₄ , β₅ Q₄ = Q₁(β₃ -- β₁)/(β₅ -- β₄)

3 4 Q₅ = Q₄

Q₂ = Q₁ + Q₅

5 β₂ = (Q₁β₁ + Q₅β₅)/Q₂

1 Q₁ , β₁ , β₂ , Q₈ = Q₁

2 3 β₃ , β₅ , β_{6 ,} β₇ Q₃ = Q₁(β₂ -- β₁)/(β₂ -- β₃)

4 Q₂ = Q₁ -- Q₃

Q₆ = Q₁ -- Q₂

5 Q₇ = Q₆(β₅ -- β₇)/(β₆ -- β₅)

6 7 Q₄ = Q₅ = Q₆ + Q₇

8 β₄ = (Q₃β₃ + Q₇β₇)/Q₄

β₈ = (Q₂β₂ + Q₆β₆)/Q₈

1 Q₁ , β₁ , β_{3 ,} Q₆ = Q₁

2 β₄ , β₅ , β_{6 ,} β₇ Q₇ = Q₁(β₆ -- β₄)/(β₄ -- β₇)

Q₄ = Q₆ + Q₇

3 Q₅ = Q₄(β₄ -- β₃)/(β₃ -- β₅) 4 5 Q₈ = Q₅ + Q₇

7 Q₂ = Q₃ = Q₁ + Q₈

β₂ =(Q₁β₁ + Q₅β₅ + Q₇β₇)/Q₂

8

1 Q₁ , β₁ , β₃ , Q₇ = Q₁

2 β₄ , β_{6 ,} β_{7 ,} β₈ Q₈ = Q₁(β₃ -- β₈)/(β₇ -- β₃)

3 4 Q₃ = Q₇ + Q₈

5 Q₄ = [Q₁(β₆ -- β₁) + Q₃(β₃ -- β₆)]/(β₆ -- β₄)

Q₂ = Q₃ + Q₄

6 Q₅ = Q₆ = Q₄ + Q₈ β₂ = (Q₁β₁ + Q₆β₆)/Q₂

8 β₅ =(Q₄β₄ + Q₈β₈)/Q₅

Закінчення табл. 5.1

1 2 3

1 Q₁ , β₁ , β₂ = Q₉ = Q₁

3 = β₆ = β₈ , Q₃ = Q₁(β₂ -- β₁)/(β₂ -- β₃)

4 β₃ , β₅ , β₇ , Q₂ = Q₁ -- Q₃

β₉ , β₁₀ Q₁₀ = Q₁(β₉ -- β₈)/(β₈ -- β₁₀)

5 Q₈ = Q₉ + Q₁₀

Q₆ = Q₈ -- Q₂

_{6 7} Q₇ = Q₆(β₆ -- β₅)/(β₅ -- β₇)

8 Q₄ = Q₅ = Q₆ + Q₇

Q₁₁ = Q₇ + Q₁₀

β₁₁ = (Q₇β₇ + Q₁₀β₁₀)/Q₁₁ β₄ = (Q₃β₃ + Q₁₁β₁₁)/Q₄

1

2 Q₁ , n = Q₆/Q₅ , Q₅ = Q₁(β₄ -- β₅)/[n(β₄ -- β₁)]

β₁ , β₃ , β₄ , Q₆ = n Q₅

3 7 β₅ = β₆ = β₇ Q₇ = Q₅ -- Q₆

4 5 Q₂ = Q₃ = Q₁ + Q₇

Q₄ = Q₁ -- Q₆

6 β₂ =(Q₁β₁ + Q₇β₇)/Q₂

Наближені залежності між вмістом класів різної крупності в зливах млинів, механічних класифікаторів і гідроциклонів для руд середньої подрібнюваності густиною 2,7 - 3,0 т/м³ наведені в табл. 5.2.

Таблиця 5.2 -- Вміст розрахункових класів крупності в продуктах подрібнення

вгору