EA000208B1 - Способ дробления гранулированного материала и дробильное оборудование - Google Patents

Description

Изобретение относится к способу дробления гранулированного материала, в частности рудного материала. Изобретение также относится к дробильному устройству.

Из уровня техники известна мельница с грохотом, посредством которой крупно дроблёный рудный материал измельчается для дальнейшей обработки, в частности для флотации или другого такого обогащения. Для процесса мокрого помола, реализуемого в мельнице с грохотом, типично, что плотность суспензии, подаваемой в этом процессе, составляет порядка 50-65 % по весу, т.е. отношение твёрдых веществ к воде в материале, подлежащем подаче в мельницу, равно или больше единицы, и что плотность суспензии практически всегда такая же, как установившаяся плотность суспензии, образуемой в этой мельнице. В этом случае материалы всегда обрабатывались в мельнице в виде так называемого структурированного потока, когда вода и твёрдые вещества проходят через мельницу с одной и той же скоростью. Таким образом, традиционно считалось, что хорошо идущий процесс дробления самоочевидно имеет высокое объёмное наполнение и высокую плотность суспензии. Из мельницы с грохотом продукт получался как густой поток из выходных отверстий мельницы.

Недостатком вышеописанного обычного процесса дробления является то, что рудный материал легко переизмельчить или превратить в шлам, т. е. часть материала дробится до слишком малых частиц. Это приводит к проблемам в дальнейшей обработке продукта, измельчённого из рудного материала. Другой недостаток состоит в том, что превращение в шлам использует много энергии: хорошо известно, что тонкое измельчение представляет собой процесс с высоким потреблением энергии.

В практических процессах промышленных масштабов дробление рудного материала почти без исключений имеет место при непрерывной работе. В экспериментах лабораторных масштабов измельчение традиционно выполняется в процессе дозированного дробления. Однако общеизвестно, что дозированное дробление и непрерывное дробление ведут к различным конечным продуктам - первое предоставляет более тонкий материал по распределению размеров зерен, нежели последнее. Чем мягче подлежащий дроблению материал, тем больше различие. Соответственно, дробление экспериментального материала в исследованиях не обязательно правильно предсказывает промышленный продукт.

Цель настоящего изобретения состоит в улучшении процесса дробления, в частности в лабораторных процессах. Следует, однако, понимать, что способ по изобретению пригоден и для промышленного процесса. Другой целью данного изобретения является предложение нового дробильного устройства для осуществления способа по данному изобретению.

По изобретению способ дробления гранулированного материала, в частности рудного материала, содержит в качестве загрузки предварительно измельчённый рудный материал или соответствующие твёрдые вещества и воду, и эти твёрдые вещества дробятся до продукта дробления с заданным распределением размеров зерен. Согласно изобретению дробление загрузки и сортировка продукта дробления на тонкие и грубые твёрдые вещества выполняется во время одного и того же шага в дробильном устройстве так, что при дроблении используется так много воды по отношению к твердым веществам, что часть продукта дробления, которая достигает заданного размера гранул, вымывается из дробильной камеры быстрее, чем грубая часть, и эта грубая часть остаётся в дробильном устройстве до тех пор, пока не будет раздроблена до желательного размера зёрен.

В другом способе согласно изобретению для того, чтобы раздробить гранулированный материал, в частности рудный материал, в качестве загрузки используется заранее измельченный рудный материал или подобные твёрдые вещества и вода, которые подаются в мельницу, служащую в качестве дробильного устройства и содержащую дробильную камеру, снабжаемую дробильной шихтой, в дробильной камере дробят твёрдые вещества и из дробильной камеры получают продукт дробления с заданным распределением размеров зёрен. Согласно изобретению соотношение твердых веществ и воды в загрузке, т. е. содержание в ней твёрдых веществ, или плотность суспензии регулируется, чтобы быть порядка 45% по весу или меньше; тогда содержание твёрдых веществ в суспензии, обрабатываемой в дробильной камере, устанавливается на установившейся плотности суспензии, которая выше, чем плотность суспензии в загрузке, преимущественно в диапазоне 45-65% по весу, и создаётся избыток воды для протекания через дробильную камеру в среднем быстрее, чем твёрдые вещества. Тогда твердые вещества, подлежащие обработке в процессе дробления, сортируются, так что грубый материал в суспензии остаётся дольше в процессе мельничного дробления, тогда как тонкий материал выгружается из мельницы быстрее вместе с избытком водяного потока, и распределение размеров зёрен в процессе дробления практически устанавливается на уровне, который содержит существенно меньше мелкозернистых элементов, чем при обычном дроблении с высокой плотностью суспензии. Соответственно, первая стадия сортировки в процессе дробления осуществляется посредством водяного потока.

В способе дробления по изобретению плотность суспензии загрузки регулируется так, чтобы содержание в ней твёрдых веществ преимущественно было в диапазоне 25-45% по весу. Однако нужно отметить, что плотность суспензии загрузки может падать ниже 25% по ве3 су; она даже может быть в диапазоне 15-25% по весу. Более низкий предел для плотности суспензии загрузки в конечном счёте устанавливается последующим процессом, который обычно представляет собой процесс концентрации, такой как флотация или тому подобное. В процессе флотации плотность суспензии составляет порядка 15-20% по весу.

Дробильное устройство согласно изобретению содержит мельницу, снабжённую дробильной камерой и содержащейся в ней дробильной шихтой для осуществления должного дробления; упомянутая мельница включает в себя загрузочное и разгрузочное отверстия, загрузочное средство для подачи загрузки, образованной из заранее измельчённого рудного материала или соответствующих твёрдых веществ и воды в мельницу через загрузочный впуск, разгрузочное средство для выведения продукта из мельницы, причем упомянутый продукт дробления имеет определенное распределение размеров зерен. Согласно изобретению, загрузочное средство включает в себя устройство для регулировки плотности суспензии в загрузке, которое устанавливает плотность суспензии на относительно низком уровне. Плотность суспензии загрузки устанавливается на уровне, который максимально составляет порядка 45 % по весу. В процессе дробления в этом случае используется так много воды по отношению к твердым веществам, что продукт дробления, который достигает определённого размера зёрен, вымывается из дробильной камеры дробильного устройства быстрее, чем более грубый элемент, и этот более грубый элемент остаётся в дробильном устройстве до тех пор, пока его не раздробят до желательного размера. В этом типе дробильного устройства первая стадия сортировки осуществляется посредством водяного потока.

Принцип работы в способе дробления и устройстве по изобретению состоит в сортировке. Преимуществом данного процесса дробления является то, что распределение размеров зерен результирующего продукта дробления оптимизируется таким образом, что оно более не содержит заметных количеств переизмельченных тонких твёрдых веществ, как это часто бывает в известных процессах дробления. Оптимизация распределения размеров гранул основана на том, что плотность суспензии загрузки поддерживается относительно низкой, т. е. количество воды по отношению к твердым веществам поддерживается большим, в этом случае в мельничной дробильной камере образуется установившаяся плотность пульпы выше, чем плотность суспензии загрузки. Тогда избыток воды проходит через дробильную камеру заметно быстрее, чем твердые вещества. Эта вода, протекающая через дробильную камеру, эффективно проносит мелкоразмерные зёрна твёрдых веществ через дробильную камеру. Следовательно, мелкоразмерные зерна оберегаются от превращения в шлам.

Другое преимущество процесса дробления по изобретению состоит в том, что сберегается энергия; хорошо известно, что перемалывание тонкого материала в ещё более тонкий материал представляет собой процесс, который требует много энергии. При применении способа по изобретению переизмельчение тонких материалов может быть предотвращено. Это является преимуществом для многих процессов концентрации, потому что сверхтонкие материалы (шлам) делают процесс более затрудненным (повышают расходы и одновременно ослабляют получаемый результат концентрации).

Изобретение и его преимущества поясняются ниже более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи.

На фиг. 1 изображено дробильное устройство согласно изобретению;

на фиг. 2 - мельница дробильного устройства в продольном сечении по вертикали вдоль ее оси;

на фиг. 3 - сечение по А-А мельницы по фиг. 2;

на фиг. 4 - зависимость пропускной способности мельницы от размера шаровой шихты некоторыми исследованными рудными материалами;

на фиг. 5 - зависимости пропускной способности мельницы, шаровой шихты и мельничной загрузки одним рудным материалом;

на фиг. 6 - зависимости пропускной способности мельницы, шаровой шихты и мельничной загрузки другим рудным материалом;

на фиг. 7 - зависимости пропускной способности мельницы, шаровой шихты и мельничной загрузки третьим рудным материалом;

на фиг. 8 - объёмы потока свободной воды, проходящей через мельницу с изменяющимися плотностями суспензии загрузки;

на фиг. 9 - времена задержки твердых веществ и воды в мельнице с изменяющимися плотностями суспензии загрузки;

на фиг. 1 0 - отношение скорости загрузки мельницы к пропускной способности с изменяющимися плотностями суспензии загрузки для одного рудного материала;

на фиг. 11 - отношение скорости загрузки мельницы к пропускной способности с изменяющимися плотностями суспензии загрузки для другого рудного материала;

на фиг. 1 2 - времена задержки твердых веществ и воды в мельнице с изменяющимися скоростями загрузки и плотностями суспензии загрузки;

на фиг. 1 3 - измеренные величины распределения размеров зёрен продукта дробления заданного рудного материала с изменяющимися плотностями суспензии загрузки;

на фиг. 1 4 - другая мельница дробильного устройства в сечении вдоль продольной оси.

Дробильное устройство по изобретению схематически представлено на фиг.1. Дробильное устройство содержит мельницу, которая представлена более подробно на фиг. 2 и 3. Мельница 1 снабжена дробильной камерой 2. Дробительный заряд 3, в данном случае шаровой заряд, помещается в дробильной камере 2 для осуществления должного дробления. Дробильная камера 2 представляет собой цилиндрическую емкость, противоположные концы которой снабжены загрузочным отверстием 4 и разгрузочным отверстием 5. Дробильная камера 2 установлена на роликах 6, благодаря чему эта дробильная камера 2 может вращаться вокруг своей продольной оси В-В.

Дробильное устройство включает в себя также загрузочное средство для подачи суспензии, образованной предварительно раздробленным рудным материалом и водой, т. е. загрузки в дробильную камеру 2 мельницы 1 через загрузочное отверстие 4. Соответственно дробильное устройство включает в себя разгрузочное средство для выгрузки продукта дробления из дробильной камеры 2 мельницы 1 через разгрузочное отверстие 5. Загрузочное средство включает в себя прибор для регулирования плотности суспензии, который в данном выполнении содержит вибрационный подающий механизм 7 или соответствующий подающий механизм и связанные с ним весы 8 для взвешивания твёрдых веществ, подлежащих подаче вибрационным подающим механизмом, и водяной бак 9 или тому подобное, весы 10 для взвешивания водяного бака и насос 11 для нагнетания воды. Выпускное отверстие вибрационного подающего механизма 7 соединено с подающим каналом 1 2 мельницы 1 , и подающий канал подключен далее через загрузочное отверстие 4 к дробильной камере 2. Точно так же и выпускное отверстие водяного насоса 11 соединено с подающим каналом 12. Прибор для регулирования плотности суспензии содержит также управляющий блок 42 для управления твёрдыми веществами и водой в должных соотношениях и подходящем общем объёме.

Посредством вышеописанных подающих элементов довольно крупнозернистые твёрдые вещества и вода, подлежащие подаче в мельницу 1 , смешиваются в подающем канале 1 2 в определенных весовых соотношениях, так что получается желательная плотность суспензии для загрузки. Регулирование плотности суспензии осуществляется посредством управляющего блока 42 путём регулировки вибрационного подающего механизма 7 и насоса 11 на основе весовой информации, даваемой весами 8 и 1 0.

Очевидно, что подающие элементы могут быть реализованы посредством иных приборов, нежели те, что предложены выше для управления загрузкой, т. е. водой и твёрдыми веществами, в мельницу и для определения и регулирования плотности суспензии.

Загрузка, которая образуется из гранулированных твёрдых веществ и воды, пропускается через подающий канал 1 2 и загрузочное отверстие 4 в дробильную камеру 2 мельницы 1 . В процессе дробления дробильная камера 2 вращается вокруг своей продольной оси В-В посредством вращающего прибора 6. Дробительный заряд 3, такой как шаровой заряд, составленный из отдельных дробительных кусков, таких как шары 1 3, движется на дне дробильной камеры 2, и при своём движении и вращении он перемалывает твёрдые вещества, подаваемые в дробильную камеру 2, во всё более мелкие частицы.

Вращательный узел 6 содержит две горизонтальных параллельных оси 6 вращения: 6а и 6b, одна из которых, например ось 6а вращения, вращается по большей части посредством электрического двигателя и подходящей трансмиссии. Для надежного измерения действительной мощности, т.е. мощности вращения, требуемой мельницей 1, к оси 6а вращения присоединен подходящий прибор измерения момента вращения для измерения прилагаемого к ней напряжения вращения. Таким прибором измерения момента вращения является, к примеру, детектор деформаций, который прикрепляется к оси 6а вращения. Мощность вращения измеряется непосредственно на оси 6а вращения, которая вращается электрическим двигателем или аналогичным приводом, и именно в этом случае мощность, требуемая мельницей, измеряется непосредственно.

В выполнении по фиг. 2 к разгрузочному отверстию 5 дробильной камеры 2 мельницы 1 присоединено разгрузочное средство. Разгрузочное средство преимущественно включает в себя насосный узел, который в этом выполнении по фиг. 2 и 3 реализуется посредством насосного и экранного сортировщика 1 4. Посредством сортировщика 1 4 предотвращается прохождение крупных твёрдых веществ через дробильную камеру 2 к разгрузочному отверстию 5; они возвращаются в дробильную камеру 2 для дальнейшего измельчения шаровым зарядом 3. Только тем элементам продукта дробления, которые попадают в заданные размеры зерен, разрешается выходить из мельницы через сортировщик 14.

Сортировщик 14 содержит экран 15, разделённый на экранные сегменты, преимущественно на четыре подобных и одинаково больших экранных сегмента 16, 17, 18 и 19. Экранные сегменты расположены внутри цилиндрического корпуса 20. Каждый экранный сегмент 16, 17, 18 и 19 имеет сегментную стенку 22, 23, 24 и 25, направленную от оси В-В наружу. Между этими стенками 22, 23, 24 и 25 на вертикальной плоскости относительно оси В-В установлены экранные поверхности 26, 27, 28 и 29 так, что они простираются от первой сегментной стенки 22 до второй сегментной стенки 23 и

т.д., и так, что точки крепления в сегментных стенках находятся на разных уровнях по отношению к оси В-В.

Экран 15 снабжён передней пластиной 21. Передняя пластина 21 снабжена отверстиями так, что отверстия 30, 31, 32 и 33 первой группы расположены около периметра каждого экранного сегмента вблизи цилиндрического корпуса 20 и рядом с сегментными стенками 22, 23, 24 и 25 после стенки по направлению С вращения.

Соответственно отверстия 34, 35, 36 и 37 второй группы соединяются с каждым экранным сегментом около оси В-В и разгрузочного отверстия 5 так, что они расположены смежно с сегментными стенками 22, 23, 24 и 25 перед упомянутыми стенками при взгляде на направление С вращения, как представлено на фиг. 3. Размер отверстий экранных поверхностей 26, 27, 28 и 29 экрана 15 могут преимущественно выбираться в области 10 - 200 мкм в зависимости от подлежащего дроблению материала. Выбор размера экранных отверстий прямо влияет на размер зерен, которые сортируются.

В процессе дробления плотность суспензии загрузки устанавливается такой, чтобы её сухая составляющая была порядка 45% по весу или меньше. В этом случае сухая составляющая суспензии, подлежащей обработке в мельнице 1 и, в частности в дробильной камере 2, устанавливается на установившейся плотности пульпы. Эта установившаяся плотность пульпы выше, чем плотность суспензии загрузки, преимущественно в области 45-60% по весу. Избыточная вода, образующаяся из разности плотностей суспензии, протекает через дробильную камеру 2 мельницы 1 быстрее, чем обрабатываемая суспензия. На выходной стороне мельницы подлежащий обработке продукт в данном выполнении также сортируется в сортировщике 1 4, так что крупный элемент в суспензии возвращается в процесс дробления. Сортировщик 1 4 и, в частности, его экран 1 5 осуществляет нагнетание, в то время как дробильная камера 2 вращается в направлении С. Затем обрабатываемая в дробильной камере 2 суспензия сдвигается к выпускному концу этой камеры через каждое отверстие 30, 31, 32 и 33, выполненное в передней пластине 21 сортировщика 14, к передним промежуткам 38, 39 соответствующих экранных сегментов 16, 17, 18 и 19, когда это отверстие опускается ниже поверхности L суспензии. В самом нижнем положении каждое отверстие (например, 32) находится на расстоянии й_эфф от поверхности L суспензии. В этом положении гидростатическое давление для сдвигания суспензии из дробильной камеры 2 в передний промежуток (например, 38) экранного сегмента (например, 19) является наивысшим. Передний промежуток (например, 38) экранного сегмента (например, 19) начинает немедленно наполняться после того, как отверстие (например, 32) экранного сегмента опускается ниже поверхности

L суспензии вместе с вращением мельницы, и наполнение заканчивается, когда отверстие поднимается над поверхностью L суспензии. Сегментные стенки (например, 25) предохраняют суспензию от перемещения из одного переднего промежутка экранного сегмента (например, 1 3) в направлении С вращения в передний промежуток последующего экранного сегмента (например, 1 6). С другой стороны, посредством сегментной стенки (например, 25) суспензия поднимается в переднем промежутке (например, 19) над поверхностью L суспензии, где по большей части имеет место экранирование суспензии, в то время как суспензия частично сдвигается от переднего промежутка (например, 38) каждого экранного сегмента (например, 28) в задний промежуток (например, 40) экранного сегмента. Часть суспензии с размером зёрен меньше, чем у отверстий в экране 15, сдвигается через экранные поверхности 26, 21 , 28 и 29 дальше в задний промежуток 40, 41 экрана, а из него через разгрузочные отверстия 46 экрана к разгрузочному отверстию 5 мельницы и далее. Материал, который не проходит в отверстия экранных поверхностей 26, 27, 28 и 29, возвращается из переднего промежутка 38, 39, 40 и 41 через вторые экранные отверстия 34, 35, 36 и 37 обратно в дробильную камеру 2 для дальнейшего дробления.

Выпускное отверстие мельницы 1 , т. е. разгрузочное отверстие 5 дробильной камеры 2 присоединяется через выпускной канал 47 к баку 48 сбора продукта дробления или чему-то подобному. В данном выполнении в соединении с баком 48 сбора предусмотрены весы 49 для взвешивания продукта дробления, получаемого из мельницы 1 .

В дополнение к загрузке твёрдых веществ и воды, к подающему каналу 12 мельницы 1 могут также присоединяться один или несколько каналов 50 для подачи подходящих химикатов из химического блока 51 в процесс дробления. Химический блок 51 содержит, к примеру, несколько химических насосов 52 и соединённых с ними баков 53.

В соединении с выпускным каналом 47 мельницы 1 предусмотрены преимущественно, среди прочего, блок 54 измерения рН и блок 55 измерения окислительно-восстановительного потенциала для определения свойств продукта дробления.

Мельница 1 , предусмотренная в дробильном устройстве по фиг. 1 , 2 и 3 представляет собой лабораторную мельницу, которая непрерывно работает и сортирует. Наружный диаметр D дробильной камеры 2 этой мельницы 1 составляет 190 мм, а длина L дробильной части равна 220 мм. Присоединение сортировщика 1 4 к мельнице 1 , как продолжение дробильной части, увеличивает общую длину L^ мельницы 1 до 255 мм. В принципе сортировщик 14 является экраном, как объяснялось выше. Он состоит из четырёх, пяти или шести экранных сегментов, размещённых на уровне концевой пластины мельницы. Общий объём мельничной ёмкости равен 6,6 л, в котором объем дробильной камеры 6,24 л, а объём части сортировщика - 0,36 л. Дробильная камера 2 мельницы 1 вращается посредством вращающихся роликов 6 со стандартной скоростью, которая в общем случае для мельниц этого размера составляет 60 об/мин, но также может и регулироваться.

Способ дробления согласно изобретению изучался посредством вышеописанного устройства и с несколькими различными рудными образцами. Эти рудные образцы были следующими: (1) никелевая руда (твёрдая порода) из Тальвиваара, Соткамо, (2) хромовая руда (твёрдая порода) из Кеми, (3) хромовая руда (мягкая порода) из Кеми, (4) никелевая руда (мягкая порода) из Хитура, (5) медноокисная руда (среднетвёрдая порода) из Зальдавар и (6) руда талька из Вуонос. Эти материалы на 100 % размельчались до 1 мм, - до той степени крупнозернистости, которая обычна для загрузочных материалов в лабораторных экспериментах.

Зависимость размера шарового заряда в мельнице от различных факторов, таких как пропускная способность мельницы, заполняющийся объём мельницы и мелкозернистость продукта, исследовались путём ступенчатого изменения размера дробительного заряда в мельнице в диапазоне 3-12 кг (6-24% объёма дробительной части). Соответственно, зависимость плотности суспензии загрузки изучалась путём её ступенчатого изменения в диапазоне 45-35% по весу. Самая низкая проверенная плотность суспензии составляла 25% по весу с рудой из Хитура (материал 4). Причина того факта, что наивысшая плотность использовавшейся в экспериментах суспензии была лишь 45% по весу, явилось сделанное в подготовительных проверках наблюдение, т.е. что некоторые материалы (4 - из Хитура, 3 - хромовая руда - мягкая порода из Кеми) были перемешаны с густой массой, которую было очень трудно обрабатывать, если использовалось слишком мало воды (например, плотность суспензии 60 % по весу). Очевидно, движение материала в мельнице и/или его экранируемость становится заметно трудным ещё до достижения этого загущённого состояния.

Способ дробления согласно изобретению исследовался на первой ступени изучения влияния размера шарового заряда на пропускную способность мельницы путём изменения размера шарового заряда в мельнице шаг за шагом от 3 до 1 2 кг и путём нахождения максимальной пропускной способности для каждого шарового заряда одновременным наблюдением развития скорости заполнения мельницы. В качестве принятых значений пропускной способности были известны лишь такие значения загрузки, которые вели к равновесной ситуации (иными словами, заполняемый объём мельницы стабилизировался стандартной загрузкой на заданном установившемся уровне, не зависящем от времени). Посредством этой процедуры для различных исследуемых материалов 1 -5 была получена зависимость пропускной способности от размера шарового заряда. Результаты представлены, например, на фиг.4-7. Представленные на чертежах кривые могут быть названы специфическими кривыми различных рудных материалов 1-5. Эти кривые показывают, что данные рудные материалы не ведут себя одинаковым образом, но, как правило, каждый из них индивидуален и ведёт себя согласно своим собственным правилам.

По кривым на фиг. 4 видно, что когда размер шарового заряда увеличивался от 3 до 1 2 кг, пропускная способность с проверяемыми материалами сначала росла линейно, отличающимся для каждого материала наклоном. По общему правилу угловой коэффициент постоянен только для определённого предела, т.е. до точки изменения, а после неё угловой коэффициент снижается до другого постоянного значения. На кривой по фиг. 4 точка изменения для обоих хромитов из Кеми (материалы 2 и 3) и для никелевой руды из Тальвиваара (материал 1) расположена в точке, где шаровой заряд в мельнице составляет 8 кг. С другой стороны, для медной руды из Зальдивар (материал 5) не обнаружено какихлибо бросающихся в глаза изменений точки, но имеет место лишь небольшое изменение в угловом коэффициенте в сторону более низких значений, когда шаровой заряд был 6 кг. Что же касается руды из Хитура (материал 4), не было обнаружено никаких видимых изменений углового коэффициента, т. к. этот материал дробится легко.

Однако на основе кривых по фиг. 4 можно утверждать, что точка изменения отмечает размер оптимального шарового заряда. Возрастание шарового заряда выше точки изменения не увеличивает пропускную способность мельницы до такого же превышения, как до точки изменения. Можно также найти оптимальный размер для шарового заряда, превышение которого приводит к снижению пропускной способности мельницы (см. фиг. 7).

Зависимость заполняемого объёма мельницы от размера шарового заряда при стандартной плотности суспензии представлена на фиг. 5, 6 и 7. Естественно, возрастание шарового заряда даёт тот же самый эффект на заполняемый объём мельницы, что и на пропускную способность, т. е. увеличение. Заполняемый объём мельницы равен сумме двух факторов: общий заполняемый объём = объём шаров + объём суспензии. Следовательно, даже если заполнение суспензии не увеличивается, общий заполняемый объем всё равно возрастает с увеличением заполнения шаров.

На фиг. 5 видно, что при снижении плотности суспензии загрузки от 45,5% до 35% по весу пропускная способность мельницы заметно растёт при шаровом заряде 4-10 кг. Такое же наблюдение можно сделать на основании кривых, показанных на фиг.6, где рудный образец представляет собой никелевую руду из Хитура (материал 4) с двумя различными плотностями суспензии загрузки: 25% и 45,5% по весу. Отметим, что значения пропускной способности, полученные с рудой из Хитура, наивысшие, что в значительной степени обусловлено тем фактом, что данный материал хорошо размолот.

На фиг. 7 видно, что в случае одного из рудных материалов (материал 6: руда талька из Вуонос) рост шарового заряда выше определенного предела, примерно 8 кг, снижает пропускную способность мельницы. Кроме того, фиг. 7 показывает, что снижение плотности суспензии загрузки с 45,5% до 35% по весу отчётливо увеличивает пропускную способность мельницы, и что можно найти оптимальный размер шарового заряда, который составляет примерно 8 кг. Следует учесть, что пропускная способность дробления не растёт линейно с ростом шарового заряда (см. также фиг. 4). Угловой коэффициент кривых постоянен до точки изменения, но радикально меняется после неё.

По принципу работы мельница, реализующая способ дробления по изобретению, является сортировщиком (сортировка водой или объединённая сортировка водой и экранирование). Теперь мельница по существу производит стандартный продукт с точки зрения размеров зёрен, и в мелкозернистости продукта нет заметных различий, даже если размер шарового заряда изменяется. Это верно при условии, что пропускная способность мельницы не превосходит общий верхний предел пропускной способности экранирования и нагнетания суспензии. Найдено, что это условие выполняется при нормальных пропускных способностях мельницы. Далее, исследование доказало, что в различных случаях имеются лишь небольшие различия в мелкозернистости продукта дробления, когда сравниваются продукты, полученные с зарядами различных размеров в случаях, где плотность суспензии загрузки поддерживается на стандартном значении. Мелкозернистость (максимальная крупнозернистость) продукта дробления может изменяться лишь путём изменения размера отверстий экранов в мельничном сортировщике.

В способе дробления по изобретению установившаяся в мельнице плотность пульпы зависит, как правило, от плотности суспензии материала, загружаемого в мельницу. Следовательно, в равновесной ситуации процесса дробления свободная вода проходит через мельницу заметно быстрее, чем густая суспензия с установившейся плотностью пульпы, а вместе с ней и твердые вещества. Этот густой элемент образуется между дробительными кусками, и над ним образуется свободное пространство суспензии. Это, естественно, ведёт к тому, что вода, проходящая быстрее, чем твёрдые вещества, эффективно переносит через мельницу мелкоразмерные зёрна подлежащего дроблению материала.

Фиг. 8 представляет вымывающий поток свободной воды, соответствующей плотности суспензии загрузки, когда твёрдые вещества в мельничной загрузке равны 100, 150 и 200 г. На основе этих кривых обнаружено, что при снижении плотности суспензии загрузки с 45 до 25% по весу объём свободной воды, проходящей через мельницу, лучше всего растёт при скорости от 100 до 350 мл/мин, когда скорость загрузки твёрдых веществ составляет 200 г/мин.

Фиг. 9 показывает некоторые вычисления, основанные на измерениях для времени задержки твёрдых веществ и воды в мельнице при плотностях суспензии загрузки, изменяющихся от 35 до 45% no весу. Для измеренных значений обнаружено, что время задержки твёрдых веществ составляет 11 мин, когда дробительный заряд представляет собой железные шары (Fe) весом 3 кг, и, соответственно, время задержки воды равно примерно 3,7 мин. Другие точки этой кривой могут изучаться таким же образом.

Следовательно, вода промывает мельницу в течение процесса дробления, и это промывание уберегает наименьшие частички от переизмельчения; в результате сберегается энергия и получается лучший продукт. Хорошо известно, что дробление тонкого материала в ещё более тонкий потребляет большое количество энергии. Промывание полостей мельницы от уже раздробленного материала освобождает помещение для новой загрузки и тем самым увеличивает пропускную способность мельницы. Это явление проявляется тем сильнее, чем больше плотность суспензии загрузки отличается от установившейся плотности пульпы в мельнице в сторону плотности более мелкозернистой суспензии. Эти факты могут также наблюдаться и на кривых на фиг. 6, 7 и 8.

В обычной мельнице в процессе производства плотность суспензии загрузки составляет порядка 50-65% по весу, и в этом случае отношение загружаемых твёрдых веществ к воде практически равно установившейся плотности пульпы, создаваемой в мельнице. В этом случае материалы проходят через мельницу в виде так называемого структурированного потока, где вода и твёрдые вещества продвигаются по мельнице с одинаковой скоростью, и явления вымывания не возникает. В способе дробления по изобретению поток материала через мельницу преобразуется в сортирующийся поток, так что плотность суспензии материала, загружаемого в мельницу, значительно снижается по сравнению с известными аналогами. Новый способ дробления также значительно повышает пропускную способность промышленных мельниц и отсекает переизмельчённые элементы в продукте дробления, что также снижает потребление энергии в процессе.

В экспериментах найдено, что плотность суспензии в мельнице в равновесной ситуации, т.е. установившаяся плотность пульпы в основном примерно постоянна, около 60 % по весу (58-62% по весу), что не зависит от плотности суспензии загрузки. Это, например, случай с рудой из Тальвиваара (материал 1). Сходное явление обнаружено с рудой из Хитура (материал 4), но установившаяся плотность пульпы, соответствующая равновесной ситуации в мельнице, падает при падении плотности суспензии загрузки. С этим материалом образовывались две различных установившихся плотности пульпы в мельнице, 60 и 45% по весу, когда плотности суспензии загрузки были 45 и 25% по весу. Фиг. 10 иллюстрирует заполненный объём мельницы в функции максимальной загрузки твёрдых веществ, полученный с образцом руды из Тальвиваара, и соответственно фиг. 11 иллюстрирует заполненный объём мельницы в функции максимальной загрузки твёрдых веществ, полученный с образцом руды из Хитура. Для обоих этих материалов найдено, что заполненный объём мельницы уменьшался, когда снижалась плотность суспензии загрузки, безотносительно к увеличенной пропускной способности мельницы. Отсюда видно, что в результатах, полученных с рудным материалом из Хитура, падение плотности суспензии загрузки имеет заметно более положительное влияние, т.к. текучесть суспензии из руды Хитура сильно зависит от плотности суспензии (обратно пропорционально). Уменьшение в установившейся плотности пульпы внутри мельницы в случае руды из Хитура имеет место в основном из-за мягкой породы.

В процессе дробления по изобретению снижение плотности суспензии мельничной загрузки увеличивает пропускную способность дробления мельницы. Как отмечалось выше, это является результатом более эффективной выгрузки уже раздробленного материала из мельницы, и эта выгрузка отсекает время задержки более легко перемещаемых элементов (мелкозернистых и/или лёгких элементов) в мельнице. Чем больше плотность суспензии загрузки отличается от установившейся плотности пульпы внутри мельницы в сторону более низкой плотности, тем сильнее вымывание внутри мельницы и тем короче становится время задержки самых мелкозернистых элементов в мельнице. Это было очевидно как из вышерассмотренных фиг. 8 и 9, так и из фиг. 12.

Фиг. 1 2 иллюстрирует времена задержки твёрдых веществ и воды в мельнице при различных скоростях загрузки твёрдых веществ в загрузке. Укорачивание времени задержки более мелкозернистых элементов в продукте дробления естественно приводит к снижению, пропорции этих элементов в продукте. Это также показано на сопровождающей фиг. 13, которая показывает усреднённый экранный анализ продукта с двумя плотностями, 35 и 45,5% по весу. Из этих результатов видно, что снижение плотности суспензии отчётливо снижает переносимый объём мелкозернистых элементов. При более мелкозернистых элементах угловой коэффициент функции распределения размеров зёрен в продукте дробления становится более выигрышным (больший угловой коэффициент = относительно менее мелкозернистые элементы).

Кривые, представленные на фиг. 9 и 12, получены путём вычисления времён задержки твёрдых веществ и воды в зависимости от скорости загрузки и плотности суспензии загрузки. Эти вычисления сделаны на основании установившегося заполненного объёма мельницы и установившейся плотности пульпы. Следовательно, эти результаты представляют собой только грубые оценки, но они ясно доказывают наличие вымывания и его возрастание при сдвиге к более низкой плотности суспензии загрузки.

В мельнице 1 по фиг. 2 разгрузочное средство, предусмотренное в соединении с разгрузочным отверстием 5, может, как отмечено выше, служить насосным узлом вместо сортировщика 1 4. В этом случае насосный узел похож на сортировщик 1 4, а отличие состоит в том, что экран 1 5 не используется. Суспензия, свободно проходящая через дробильную камеру 2, поднимается посредством насосного прибора из разгрузочного отверстия 5.

Отношение длины L мельницы на фиг. 2 к диаметру D мельницы приблизительно равно 1. Следует учесть, что при возрастании отношения D/L в мельнице скорость водяного потока через мельничную камеру может возрасти, потому что когда увеличивается диаметр D, поперечная область в сравнении с пропускной способностью уменьшается. Это даёт эффект дальнейшего снижения времени задержки очень мелкозернистых твёрдых веществ в мельнице. Соответственно, когда диаметр D мельницы увеличивается, размер загрузочного отверстия 4 и разгрузочного отверстия 5 может быть уменьшен, как и размеры отверстий, присоединённых к сортировщику (если используется сортировщик). Размер отверстий в экране 15 может при необходимости регулироваться. Как правило, размер отверстий в экранных сегментах экрана 1 5 зависит от размера мельницы; в лабораторной мельнице размер отверстий составляет, к примеру, порядка 1 0 - 200 мкм, тогда как размер отверстий в промышленной мельнице может быть, к примеру, порядка 0,5 - 10 мм. Отношение диаметра D дробильной камеры 2а мельницы 1а к её длине L выгоднее всего регулировать так, чтобы D/L > 2, как представлено на фиг. 14. Таким образом, получена оптимальная форма мельницы, и в частности дробильной камеры, где затем реализованы низкие значения плотности суспензии загрузки, как это описано выше. В этом случае нет необходимости в сортировщике на разгрузочном отверстии мельницы, как в мельнице по фиг. 2, но он, разумеется, может быть добавлен к мельнице, если нужно.

На основании описанных выше результатов проверок можно обобщить преимущества способа дробления согласно изобретению:

- при поиске рудные материалы с различными твёрдостями могут разделяться как индивидуальные и группироваться в группы твёрдости (фиг. 4: разные угловые коэффициенты твердых веществ и пропускной способности мельницы, а также шарового заряда, как и точка изменения углового коэффициента). На основе полученных результатов можно сделать предсказание об использовании для каждого рудного материала по отдельности;

- можно определить оптимальный размер дробительного заряда для разных рудных материалов (фиг. 4, 5 и 7);

- можно определить оптимальную плотность суспензии загрузки для разных рудных материалов (фиг. 6, 7, 8 и 9);

- при понижении плотности суспензии загрузки достигается как падение в заполненном объеме мельницы, так и увеличение в пропускной способности дробления (фиг.6 и 10, а также фиг.7 и 11);

- распределение размеров зерен в продукте дробления изменяется в желательном направлении, т.е. пропорция сверхтонкоразмолотых элементов уменьшается (фиг. 13).

- в процессе дробления в дробильной камере мельницы улучшаются и перенос, и сортировка, что помогает предотвратить переизмельчение (фиг. 8, 9 и 13). Это сберегает энергию и снижает пропорцию переизмельченных зёрен в дальнейших процессах. Тонко измельченные зёрна (= шлам) увеличивают стоимость процесса при концентрации и в общем случае ухудшают результат концентрации.

Следует далее отметить, что процесс дробления согласно изобретению сам по себе является сортировкой, в связи с чем сортировщик 1 4, описанный, к примеру, в связи с мельницей 1 фиг. 2 и 3, не является необходимым в мельнице. Водяной поток сам по себе сортирует подлежащий дроблению материал в дробильной камере 2 и выносит более тонкоразмолотые и более легкие элементы раздробленного материала быстрее других. Основным назначением сортировщика является предотвращение прохода слишком больших частиц через мельницу и образование закрытой сортирующей схемы, где выполняется двухстадийная сортировка. Это практически важно, когда размеры мельницы, т.е. отношение диаметра D мельницы к длине L дробильной части не превышает 1 или равно 1 .

В приведённом выше описании изобретение и некоторые его видоизменения пояснены со ссылками на одно предпочтительное выполнение мельницы и только на результаты проверок. Однако очевидно, что это изобретение может применяться многими различными способами в объёме изобретательской идеи, определённой в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (2)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ дробления гранулированного материала, в частности рудного материала, в котором используемая загрузка представляет собой предварительно измельчённый рудный материал или соответствующие твёрдые вещества и воду, которые загружают в дробильную камеру мельницы, содержащую дробительные элементы для получения продукта дробления с определенным размером зерен, отличающийся тем, что содержание твёрдых веществ, т. е. плотность суспензии в загрузке регулируют так, чтобы она была порядка 45% по весу или меньше, а содержание твёрдых веществ в суспензии, подлежащей обработке в дробильной камере, устанавливают при установившейся плотности пульпы выше плотности суспензии загрузки, преимущественно в диапазоне 45-65% по весу, при этом обеспечивают перетекание избытка воды через дробильную камеру с более быстрой средней скоростью, чем твёрдые вещества. 2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что плотность суспензии загрузки регулируют так, чтобы содержание в ней твёрдых веществ находилось преимущественно в диапазоне 25-45 % по весу и даже ниже 25 % по весу. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что на выпуске из дробильной камеры продукт дробления сортируют так, что крупные элементы возвращают в дробильную камеру, тогда как мелким элементам с размерами ниже определённого размера зерен обеспечивают выход из дробильной камеры вместе с избытком воды. 4. Способ по любому из пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что величину заряда дробительных элементов определяют так, чтобы на кривой максимальной загрузки твёрдых веществ в функции от величины заряда получалась точка перегиба, где максимальный угловой коэффициент уменьшается в зоне максимума пропускной способности (фиг.4,5,6 и 7). 5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что продукт пропускают через экран с заранее определённым размером экранных отверстий. 6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что плотность суспензии загрузки регулируют в пределах, необходимых для непрерывного измерения, например для взвешивания, объема твёрдых веществ и воды, загружаемых для дробления, и для определения их весового отношения. 7. Дробильное устройство, содержащее мельницу (1), снабжённую дробильной камерой (2) с дробительным зарядом (3) для дробления, загрузочное и разгрузочное отверстия (4, 5), загрузочные элементы для подачи загрузки из заранее измельчённого рудного материала или подобных твердых веществ и воды в мельницу (1) через загрузочное отверстие (4), и разгрузочное средство для выпуска продукта дробления из мельницы, отличающееся тем, что загрузочные элементы содержат регулировочный прибор для регулирования плотности загружаемой суспензии, для установления плотности загружаемой суспензии 45% по весу, или меньше. 8. Дробильное устройство по п.7, отличающееся тем, что загрузочные элементы содержат средство подачи твёрдых веществ и воды, измерительный и управляющий блок (42) для определения плотности суспензии и для регулирования загрузки твёрдых веществ и воды. 9. Дробильное устройство по п.7 или 8, отличающееся тем, что разгрузочное средство содержит сортировщик (14), который соединен с дробильной камерой (2) перед разгрузочным отверстием (5) для отделения крупных зерен, превышающих необходимый размер, и возврата их в дробильную камеру. 10. Дробильное устройство по п.9, отличающееся тем, что сортировщик (1 4) включает в себя экран (1 5). 11 . Дробильное устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что отношение диаметра дробильной камеры (2) к её длине равно единице или более, преимущественно порядка двух.

1

2. Дробильное устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что оно содержит связанный с мельницей прибор измерения крутящего момента в виде датчика деформаций, соединенного с валом привода.