Исследование мощности и производительности шаровых мельниц Садонского свинцово-цинкового комбината и Мизурской обогатительной фабрики

Востребованность шаровых мельниц, их практическое применение при измельчении и комплексном использовании сырья в настоящее время не потеряли свою значимость. Во всех горно-обогатительных комбинатах шаровые мельницы являются основной машиной в технологическом процессе извлечения полезного минерала, несмотря на его металлоемкость конструкции, энергоемкость в технологическом процессе, трудоемкие процессы при монтаже, демонтаже, ремонте, большой диапазон шума во время работы, вибрации при пуске и остановке, регулярная необходимость замены изношенных мелющих тел-стальных шаров, периодическая замена футеровки рабочей зоны корпуса мельницы и связанные с ними большие финансовые расходы . Измельчение в шаровых мельницах осуществляется в результате использования энергии удара, истирания свободно падающими мелющими телами – шарами и соударением кусков измельчаемой руды. Шаровые барабанные мельницы классифицируются по принципу работы – периодического и непрерывного действия; по способу измельчения – сухого и мокро- го измельчения; по характеру работы – работающие по открытому и закрытому циклу; по способу загрузки и разгрузки материала – с загрузкой и разгрузкой через люк и через пустотелые цапфы; по виду мелющих тел – шаровые и стержневые.

Шаровые мельницы характеризуются внутренним диаметром барабана- рабочей зоны измельчения и его длиной (D и L ). Если L/D < 3, то мельницы называют барабанными, если L/D > 3 – трубными.

Размеры кусков загружаемого материала составляют 10-35 мм, а получают 0,15 мм и меньше. Измельчение может быть сухим или мокрым. В последнем случае он производится в присутствии воды, которая ввиду физико-химического «сродства» с материалом и наличие в нем микротрещин ускоряет процесс размола, повышает его тонкость, снижает энергоемкость и обеспечивает быструю разгрузку.

На эффективность работы шаровых мельниц большое влияние оказывают свойства размалываемого материала, размеры загружаемых кусков, заданная степень измельчения, способ загрузки мель- ницы, плотность и размер шаров, диаметр и угловая скорость барабана. Первые четыре фактора определяются производственными условиями, а диаметр и угловая скорость определяются многочисленными исследованиями и математическим анализом работы мелющих тел – шаров в мельнице[4].

Удельная производительность шаровых мельниц по классу -0,074 мм изменяется на фабриках в широких пределах в зависимости от крепости, тонкости измельчения и вязкости руд.

Коэффициент использования измельчи-тельного оборудования на горно-рудных предприятиях также колеблется в широких пределах в зависимости от масштабов производства, оснащенности ремонтными средствами и обеспеченности предприятий рудой. Наиболее полноценное использование шаровых мельниц достигает до 97%. В среднем же коэффициент использования шаровых мельниц составляет 92-93%.

Расход электроэнергии горно-рудных предприятий, перерабатывающих сравнительно измельчаемые руды составляет 19,9 кВт.• ч/т. Расход стальных мелющих тел –шаров в зависимости от их качества и размеров, от твердости и степени измельчения 0,15 кг/т до 2,61 кг/т. Расход футеровки также колеблется в широких пределах – 0,05 кг/т до 0,83 кг/т, но по мере повышения ее качества этот расход в последнее время значительно снижена.

Основными техническими характеристиками этих тяжелых машин являются мощность и производительность, потому что они являются главными показателями при трех основных режимах работы: пуска шаровой мельницы, режима измельчения и режима остановки – торможения. Пуск шаровой мельницы осуществляется вхолостую , с загрузкой мелющих тел и рудой в рабочем пространстве . При этом возможны два варианта : пуск с рудой и мелющими телами, и пуск с предшествующей ему остановкой шаровой мельницы, загруженной измельчаемым материалом. Такие режимы работы рассматриваются как пуск шаровой мельницы под завалом.

Нормальным эксплуатационным режимом является пуск шаровой мельницы в холостую и последующая ее загрузка мелющими телами и измельчаемым материалом. Однако в процессе работы по различным причинам (например, скачки напряжения или отключение питания в сети, налипание снега на провода в зимнее время и обрыв проводов наружного питания) возможны случаи остановки мельницы с рудой в измельчаемом пространстве, что обуславливает резкое увеличение момента сопротивления при последующем пуске. Разгрузка вручную измельчаемое пространство является трудоемкой операцией. А так как шаровые мельницы устанавливаются в начале технологической линии обогатительных фабрик, длительный простой может привести к остановке не только фабрики, но и всего горнообогатительного комбината. Поэтому обеспечение пуска шаровой мельницы под завалом является определяющим требованием при выборе типа, мощности и пусковых характеристик приводных электродвигателей. Другим способом, позволяющим осуществлять запуск механизма в наиболее тяжелых случаях завала, является реверсирование привода, в результате которого увеличиваются динамические моменты в приводе, что способствует созданию более благоприятных условий его работе. Электропривод шаровой мельницы должен удовлетворять следующим требованиям:

• -    высокая перегрузочная способность приводных электродвигателей в диапазоне 2-2,5;

• -    максимальный момент двигателя на первой пусковой ступени;

• -    возможность реверсирования приводных электродвигателей.

В режиме измельчения нагрузка приводных двигателей изменяется в широком диапазоне. Это определяется режимом работы самой мельницы, технологической схемой предприятия, характеристикой измельчаемого материала и другими факторами. Характер нагрузки пикообразный. Величина пиков прежде всего зависит от крепости измельчаемого материала.

Работа мельницы регулируется по времени и по весу рудной загрузки, требуемая продолжительность операции устанавли- вается по реле времени. Измельчение в открытом цикле регулируется за счет питания и зависит от производительности ленточного питателя, измельчение в замкнутом цикле регулируется, с одной стороны, путем контроля питания, а с другой – изменение скорости восходящего потока классификатора, что достигается с помощью водомера, при этом плотность нижнего продукта поддерживается при помощи реле времени.

К проблемам относится также износ мелющих тел – шаров, которые изготов- ляются из высокопрочной, качественной стали. Износ стальных шаров при измельчении свинцово-цинковой руды месторождений Садона и Мизура пропорционален удельному расходу энергии как на шаровой мельнице Садонского свинцово-цинкового комбината, так и в шаровой мельнице Мизурской обогатительной фабрики. Были получены следующие приближенные величины мелющих тел-стальных шаров на единицу энергии (кВт•ч/т).

Таблица 1. Приближенные величины мелющих тел – стальных наров на единицу рас- хода энергии (кВт•ч/т)

Мельницы	Свинцово-цинковая руда на рудниках
	Садона	Мизура
Шаровая мельница сухого измельчения	30	30
Шаровая мельница мокрого измельчения	60	60

Степень износа мелющих тел в шаровых мельницах Садонского свинцово-цинкового комбината и Мизурской обогатительной фабрики из-за небольшой загрузки стальных шаров была значительно меньше, чем при полной нагрузке, при этом разница более заметна при измельчении рыхлой руды. При одинаковом расходе энергии износ стальных шаров в шаровой мельнице для мокрого измельчения в 2

раза больше, чем в шаровой мельнице для сухого измельчения. Однако эта разница уменьшается, поскольку в шаровой мельнице на измельчение руды одинаковой крупности при сухом измельчении расходуется энергии больше, чем при мокром. При измельчении до крупности, оптимальной для шаровых мельниц , были получены следующие величины износа мелющих тел- стальных шаров (табл. 2).

Таблица 2. Сравнение величины износа мелющих тел на мельницах при сухом и мок- ром измельчении

Мельницы	Свинцово-цинковая руда месторождений
	Садонского свинцово-цинкового комбината		Мизурской обогатительной фабрики
	к(80)=0,45 мм		к(80)=0,59 мм
Шаровая для сухого измельчения	250	7	4	1
Шаровая для мокрого измельчения	310	9	96	24

Режим длительной работы шаровой мельницы зависит от мощности электропривода, регулирования скорости вращения рабочей зоны шаровой мельницы, т.к. из пяти скоростей вращения барабана – рабочей зоны шаровой мельницы только одна скорость подходит для наиболее оптимальной производительности – это скорость с предварительным падением мелющих тел. В остальных скоростях возникающая центробежная сила внутри барабана прижимает к границам корпуса бара- бана мелющую руду с мелющими телами и не происходит измельчение при большом расходе электроэнергии. Недоиз-мельченная и переизмельченная руда одинаково считается некачественным концентратом при поступлении в металлургический передел для получения проката любых видов металла , т.к. почти все металлы при соприкосновении с окружающей газообразной или жидкой средой более или менее быстро подвергаются поверхностному разрушению и вызывают про- цесс коррозии – химическому разрушению металла. Большему разрушению металлы подвергаются при соприкосновении с водой и растворенными в ней веществами. Образующиеся при этом соединения могут растворяться, благодаря чему коррозия углубляется вглубь металла.

Согласно первоначальному уравнению Дюпона, мощность, потребляемая шаровой мельницей на единицу ее длины , зависит от веса вращающейся массы , от плеча рычага и скорости вращения барабана:

N =AD 2 -BD-C^ 1 ,, квт,       (1)

где D – диаметр мельницы,

А.В.С. – постоянные,

ВD – плечо рычага.

Это основное уравнение показывает следующее:

• 1)    N – определяется как полезная мощность в киловаттах, затрачиваемая при работе мельницы с внутренним диаметром барабана D (м) и длиной L (м);

• 2)    При определении загрузки по уравнению (1) учитывается эффективный удельный вес мелющей среды ( мелющие тела , диаметр мельницы и ее длина, т.е. загрузка равна:

Q= c1•(p-p`) •D2• L, где p – удельный вес мелющих тел;

• p` – средняя потеря видимого веса мелющих тел под влиянием пульпы или сухого измельчаемого материала;

• 3)    определение плеча рычага остается прежним – с 2 D;

• 4)    доказано, что мощность, потребляемая мельницей, является показательной функцией числа оборотов , выраженного в процентах от критического.

Если n – фактическая скорость вращения барабана, об/мин;

• n с – критическая скорость вращения барабана, об/мин;

• n р – скорос т ь вращения барабана от критической, %, тогда :

П с = 42,3 /^D ;

n р =( n/ n с )•100 % ;

n = п р / П с< 00 = п р 0,423/VD ;

Чтобы показать влияние скорости вращения барабана на потребляемую мощность , за- пишем :

п- = с з ^п ™

Общее уравнение полезной мощности , расходуемой при измельчении, имеет следующий вид :

N= G 4 (p-p')n ^ D^2,5 *L, квт.

При первом приближении производительность мельницы прямо пропорциональна полезной мощности, т.е. мощности, требующейся на подъем и перемещение мелющих тел.

Производительность мельницы равна:

Q = C 5 (p-p’)n ^ D^2,5 »L , т.

Общая мощность N т , расходуемая при любом процессе измельчения

Nт = N + Ni , квт, где Ni – мощность холостого хода (квт) при вращении мельницы с постоянной скоростью при неизменной нагрузке, когда плечо рычага равно 0 [3].

Критической скоростью вращения барабана мельницы принимаем 43 об/мин.

По настоящее время не существует метода для сравнения работы промышленных мельниц, измельчающих различные материалы. Однако если мощность, потребляемая промышленной мельницей, привести к величине, сопоставимой с мощностью , потребляемая стандартной мельницей , то этот показатель может быть использован в качестве основы при сравнении. Полезная мощность, потребляемая промышленными мельницами, может быть определена только в редких случаях. Поэтому в данной статье сравнение работы мельниц Садонского свинцово-цинкового комбината и Мизурской обогатительной фабрики основано на данных полной потребляемой мощности. Если Nt является полной мощностью, потребляемой мельницей диаметром D(м) и длиной L(м) , то соответствующая величина Nt стандартной мельницы будет:

N t

Wt

D2^L ,

квт.

Ниже в таблице 1 даны значения полной мощности стандартной мельницы для мельниц Садонского комбината и Мизур-ской обогатительной фабрики, эти значе- ния не считаются абсолютно точными из-за возможных ошибок в определении диаметров и длин мельниц [1].

Таблица 3. Сравнение мельниц Садонского свинцово-цинкового комбината и Мизур-ской обогатительной фабрики
Предприятие	мельница	s & S Я Я § Д	S Я Я	ч0 о4 о	2 S ^ я те	Q S те: я * те ЗЯ	S те те те те ЗЯ	2? Я S те те	6 Я S я Ч я <
Садонский свинцо-во-цинковый комбинат	шаровая	1,8	3,65	74,1	167,7	1,7	3,6	167,7	12,4
Мизурская обогатительная фабрика	шаровая	2,7	3,6	76	320	2,5	3,6	320	9,0
Данные таблицы показывают, что: 1)    для барабанов обеих шаровых мельниц, вращающихся со скоростью несколько меньше критической, потребляемые мощности приблизительно одинаковые; 2)    подсчитанная максимальная потребляемая мощность для стандартной мельницы, работающей при обычной скорости, равна примерно 12 кВт, а полезная по-				требляемая мощность на 5-25% ниже приведенных величин; 3) обе мельницы работают с производительностью ниже максимальной. Если вычисленное значение полной мощности N t для данных мельниц оказывается намного меньше максимальных значений, приведенных в таблице, то можно повысить производительность с увеличением мощности.

В настоящее время проводится дополнительная переработка отвалов свинцово-цинкового производства для снижения степени загрязнения тяжелыми металлами близлежащей почвы и атмосферы, которые повторно измельчаются. Сточные шахтные воды содержат повышенное количество растворимых солей и загрязнение рудной мелочью в результате выщелачивания. Кроме того, содержат значительные коли- свинца, никеля и других цветных металлов грубодисперсных примесей.

Для осуществления контроля источника наибольшего загрязнения сточных вод предприятий предлагаем подвергать анализу отдельные стоки цехов, которые попадают в местные реки, брать пробы речной воды до сброса и после сброса сточных вод. Такой контроль будет указывать на качество работы очистных сооружений.

STUDY OF THE POWER AND PRODUCTIVITY OF BALL MILLS

OF THE SADONSKY LEAD-ZINC PLANT AND THE MIZURSKY CONCENTRATING PLANT

Z.V. Nanieva, Applicant