Содержание статьи
Введение в выбор шаровой мельницы для золотосодержащей руды
Шаровая мельница представляет собой ключевое оборудование в технологическом процессе извлечения золота из руды. Правильный выбор этого агрегата напрямую влияет на эффективность измельчения, качество конечного продукта и экономические показатели всего производства. Процесс измельчения золотосодержащей руды является одним из наиболее энергоемких этапов обогащения, требующим тщательного подхода к выбору оборудования.
Шаровая мельница работает по принципу измельчения материала стальными или чугунными шарами, которые при вращении барабана поднимаются и падают, разрушая куски руды за счет ударов и истирания. Данный метод позволяет достичь требуемой тонкости помола, необходимой для последующих процессов извлечения золота методами флотации, цианирования или гравитационного обогащения.
Расчет объема мельницы по крупности помола и производительности
Определение необходимого объема шаровой мельницы является первым шагом при выборе оборудования. Расчет производится с учетом требуемой производительности по руде и заданной крупности измельченного продукта.
Методика расчета объема мельницы
Основная формула расчета
V = Q / q
где:
- V — рабочий объем мельницы в кубических метрах
- Q — требуемая производительность по руде в тоннах в час
- q — удельная производительность мельницы в тоннах на кубический метр в час
Удельная производительность зависит от множества факторов: измельчаемости руды, крупности исходного питания, требуемой тонкости помола, типа мельницы и режима работы. Для шаровых мельниц, работающих в замкнутом цикле с классификацией, удельная производительность обычно составляет от 1,5 до 3,5 тонн на кубический метр в час.
Пример расчета
Исходные данные: необходимо измельчить золотосодержащую руду производительностью 50 тонн в час до крупности 80 процентов класса минус 74 микрометра. Удельная производительность для данных условий составляет 2,5 тонны на кубический метр в час.
Расчет: V = 50 / 2,5 = 20 кубических метров
Для данной задачи подойдет мельница МШЦ 2700x3600 с рабочим объемом 22 кубических метра или МШР 2700x3000 с объемом 18-20 кубических метров.
Соотношение диаметра и длины барабана
При выборе мельницы важно учитывать оптимальное соотношение между длиной и диаметром барабана. Для шаровых мельниц обычно принимают соотношение длины к диаметру в пределах от 1,5 до 1,64. При слишком малой длине барабана помол получается грубым, при чрезмерной длине снижается эффективность использования мелющих тел в дальней части барабана.
| Тип мельницы | Диаметр, мм | Длина, мм | Объем, м³ | Соотношение L/D |
|---|---|---|---|---|
| МШЦ 2100x3000 | 2100 | 3000 | 9,5 | 1,43 |
| МШЦ 2700x3600 | 2700 | 3600 | 22 | 1,33 |
| МШР 3200x4500 | 3200 | 4500 | 38 | 1,41 |
| МШЦ 4500x6000 | 4500 | 6000 | 82 | 1,33 |
Мокрый и сухой помол: сравнительная характеристика
Выбор между мокрым и сухим способом измельчения является принципиальным решением при проектировании процесса обогащения золотосодержащих руд. Каждый метод имеет свои преимущества и области применения.
Мокрый помол
Мокрый помол применяется наиболее широко при переработке золотосодержащих руд. В этом процессе руда измельчается в присутствии воды, образуя пульпу с содержанием твердого от 60 до 80 процентов. Данный метод обеспечивает более высокую производительность и лучшую тонкость измельчения.
Мокрый помол идеально подходит для руд с высокой влажностью и высоким содержанием глинистых примесей. Процесс характеризуется низким уровнем шума и отсутствием пыления, что улучшает условия труда. Кроме того, мокрый помол позволяет совмещать измельчение с последующими процессами обогащения без дополнительных операций обезвоживания.
Сухой помол
Сухой помол применяется реже и обычно в тех случаях, когда последующие процессы обогащения требуют сухого материала. Измельченный материал выдается с помощью воздуха, отбираемого из барабана мельницы.
Основные недостатки сухого помола включают более высокое энергопотребление, большее пылеобразование, необходимость установки систем аспирации и пылеулавливания. При сухом помоле труднее контролировать тонкость измельчения, и часто наблюдается неравномерность гранулометрического состава продукта.
| Параметр | Мокрый помол | Сухой помол |
|---|---|---|
| Производительность | Выше на 15-25% | Ниже |
| Энергопотребление | Ниже | Выше на 10-20% |
| Тонкость помола | Более равномерная | Менее стабильная |
| Пылеобразование | Отсутствует | Значительное |
| Расход мелющих шаров | Выше из-за коррозии | Ниже |
| Применение для золотых руд | Основной метод | Редко |
Для золотосодержащих руд мокрый помол является практически безальтернативным выбором, так как последующие процессы гравитационного обогащения, флотации и цианирования требуют пульпы определенной плотности.
Выбор футеровки: резиновая, марганцовистая сталь, композитная
Футеровка барабана шаровой мельницы выполняет важнейшую функцию защиты корпуса от износа и обеспечивает необходимое сцепление с мелющими телами для их подъема на требуемую высоту. Выбор материала и профиля футеровки существенно влияет на эффективность работы мельницы и межремонтные периоды.
Футеровка из марганцовистой стали
Стальная футеровка изготавливается из марганцовистой стали марки 110Г13Л. Основное свойство этой стали — упрочнение при механическом воздействии. Твердость поверхности увеличивается в процессе эксплуатации за счет наклепа, что обеспечивает высокую износостойкость.
Стальная футеровка применяется преимущественно в мельницах первой стадии измельчения, где работают шары крупного диаметра от 80 до 120 миллиметров. Форма футеровочных плит может быть волнистой, ступенчатой или с выступающими ребрами в зависимости от крупности перерабатываемого материала.
Резиновая футеровка
Резиновая футеровка широко применяется в мельницах второй и третьей стадий измельчения, где используются шары диаметром до 80 миллиметров. Резина обладает рядом преимуществ перед металлом.
Конструкция резиновой футеровки обычно выполняется по схеме лифтер-плита. Лифтеры обеспечивают подъем мелющих тел, а плиты защищают поверхность барабана. Внутри резиновых элементов размещается стальная арматура для обеспечения прочности крепления.
Композитная футеровка
Композитная футеровка представляет собой комбинацию различных материалов, где лифтеры имеют стальной верх для повышенной износостойкости и резиновое основание для виброгашения. Такая конструкция особенно эффективна в мельницах первой стадии, где применяются шары диаметром более 80 миллиметров.
| Тип футеровки | Материал | Срок службы, месяцы | Стадия измельчения | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| Стальная | Марганцовистая сталь 110Г13Л | 12-18 | Первая | Высокая прочность, самоупрочнение |
| Резиновая | Износостойкая резина | 24-36 | Вторая, третья | Долговечность, низкий шум |
| Композитная | Сталь + резина | 18-24 | Первая, вторая | Комбинация преимуществ |
| Керамическая | Алубит, уралит | 36-48 | Вторая, третья | Чистые помолы, минимальный намол |
При выборе футеровки для измельчения золотосодержащих руд следует учитывать крупность исходного питания, твердость руды, требуемую тонкость помола и экономические факторы. Резиновая футеровка показывает наилучшие результаты при измельчении кварцевых и пиритных руд.
Типы мелющих шаров: стальные, чугунные, кованые
Мелющие шары являются основным рабочим элементом шаровой мельницы. От правильного выбора типа, размера и качества шаров зависит эффективность измельчения, производительность мельницы и экономические показатели процесса.
Стальные катаные и кованые шары
Стальные шары изготавливаются методом горячей прокатки, ковки или штамповки из углеродистой или легированной конструкционной стали согласно ГОСТ 7524-2015. По стандарту предусмотрено четыре группы твердости шаров.
Шары первой группы имеют поверхностную твердость 415-477 единиц по Бринеллю, второй группы — 477-534 единицы, третьей — 534-601 единица, четвертой — более 601 единицы. Для измельчения золотосодержащих руд обычно применяются шары третьей и четвертой групп твердости, изготовленные из сталей марок ШХ-15 и аналогичных, обеспечивающих твердость поверхности 55-62 единицы по Роквеллу.
Кованые шары, получаемые методом горячей штамповки, имеют равномерную структуру без пор, не раскалываются и обладают повышенной износостойкостью. Удельный расход кованых шаров на 10 процентов ниже по сравнению с шарами из традиционных сталей.
Стальные литые шары
Литые стальные шары изготавливаются методом литья в кокиль или в песчаные формы. Они имеют несколько большую пористость по сравнению с коваными шарами, но при этом обеспечивают приемлемые эксплуатационные характеристики при меньшей себестоимости производства.
Чугунные литые шары
Чугунные шары благодаря присутствию в структуре значительного количества карбидов обладают высокой эксплуатационной стойкостью. Важным преимуществом чугунных шаров является зубчатый эффект: направленное расположение кристаллов карбидов создает специфическую шероховатость поверхности, что улучшает измельчающий эффект за счет уменьшения проскальзывания между шарами и зернами руды.
Чугунные шары особенно эффективны при измельчении абразивных материалов. Эффект снижения удельного расхода чугунных шаров по сравнению с коваными стальными достигает 3-5 раз в цементной промышленности. При измельчении руд эффект менее выражен, но все равно значителен.
| Тип шаров | Диаметр, мм | Твердость | Плотность, г/см³ | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Стальные кованые | 30-120 | 55-62 HRC | 7,85 | Все стадии измельчения |
| Стальные катаные | 30-120 | 52-60 HRC | 7,85 | Все стадии измельчения |
| Стальные литые | 40-120 | 48-55 HRC | 7,70 | Первая, вторая стадия |
| Чугунные литые | 30-100 | 500-550 НВ | 7,40 | Вторая, третья стадия |
Подбор диаметра шаров
Диаметр максимального шара в шаровой загрузке определяется крупностью исходной руды и твердостью материала. Для крупного исходного питания размером до 50 миллиметров применяются шары диаметром 100-120 миллиметров. При тонком измельчении материала крупностью до 5 миллиметров используются шары диаметром 30-60 миллиметров.
Оптимальным является вариант загрузки мельницы шарами различного диаметра, что обеспечивает более эффективное заполнение пространства и улучшает контакт с частицами разной крупности. Обычно применяется трехступенчатая загрузка с использованием шаров крупного, среднего и мелкого диаметров в определенном соотношении.
Расход мелющих шаров при измельчении руды
Расход мелющих шаров является важной статьей эксплуатационных затрат и составляет от 15 до 35 процентов от общих затрат на процесс измельчения. Износ шаров происходит под действием абразивного истирания рудными частицами и коррозионного воздействия воды и химических реагентов при мокром помоле.
Факторы, влияющие на расход шаров
Расход мелющих шаров зависит от множества факторов: твердости и абразивности руды, крупности исходного материала, тонкости помола, качества металла шаров, скорости вращения барабана, плотности пульпы при мокром помоле, химического состава воды и присутствия коррозионно-активных реагентов.
При измельчении золотосодержащих кварцевых руд, которые являются высокоабразивным материалом, расход шаров обычно выше, чем при измельчении сульфидных руд. Особенно интенсивен износ при переработке руд с высоким содержанием кремнезема.
Типичные значения расхода мелющих шаров
При измельчении магнетитовых кварцев средний расход составляет:
- Стальных шаров — от 1,2 до 2,2 килограмма на тонну руды
- Стержней — от 0,4 до 0,5 килограмма на тонну руды
- Футеровки — от 0,14 до 0,2 килограмма на тонну руды
Для золотосодержащих кварцевых руд расход стальных шаров обычно находится в диапазоне от 1,5 до 2,5 килограмма на тонну переработанной руды в зависимости от твердости материала и требуемой тонкости помола. Применение шаров повышенной твердости четвертой группы позволяет снизить расход на 10-15 процентов по сравнению с шарами второй группы твердости.
Влияние коррозии на износ
При мокром измельчении сульфидных руд значительную роль играет коррозионный износ металла шаров. Введение ингибиторов коррозии в виде нитрита натрия позволяет снизить износ кованых стальных шаров на 60 процентов, а шаров из белого легированного чугуна на 40-50 процентов. Шары из нержавеющей хромомолибденовой стали практически не подвергаются коррозии.
| Тип руды | Твердость по шкале Мооса | Расход стальных шаров, кг/т | Расход чугунных шаров, кг/т |
|---|---|---|---|
| Кварцевые золотые руды | 6-7 | 1,8-2,5 | 1,2-1,8 |
| Сульфидные золотые руды | 3-5 | 1,2-1,8 | 0,8-1,2 |
| Окисленные руды | 4-6 | 1,4-2,0 | 1,0-1,5 |
| Смешанные руды | 5-6 | 1,5-2,2 | 1,1-1,6 |
Регулярная догрузка шаров
Для поддержания оптимальной шаровой нагрузки применяется система регулярной догрузки мельницы новыми шарами максимального диаметра. По мере износа крупные шары уменьшаются в размере, обеспечивая присутствие в мельнице шаров различного диаметра. Периодичность догрузки рассчитывается исходя из интенсивности износа и обычно составляет от нескольких дней до недели.
Производители шаровых мельниц: российские и зарубежные
На рынке оборудования для измельчения золотосодержащих руд представлена продукция как отечественных, так и зарубежных производителей. Выбор производителя определяется техническими характеристиками оборудования, надежностью, сроками поставки и сервисным обслуживанием.
Уралмаш — УЗТМ-КАРТЭКС
Уральский завод тяжелого машиностроения является ведущим российским производителем размольного оборудования. Предприятие выпускает полную линейку мельниц: шаровые мельницы с центральной разгрузкой МШЦ, шаровые мельницы с разгрузкой через решетку МШР, стержневые мельницы МСЦ, мельницы самоизмельчения ММС и полусамоизмельчения ММПС.
Научно-технический потенциал Уралмаша позволяет изготавливать мельницы с диаметром барабана до 12 метров и различной длиной. Оборудование характеризуется высокой производительностью, надежностью в работе и удобством в обслуживании. Применяется современная технология звукоизоляции, благодаря которой уровень шума снижается до 85 децибел.
Российские машиностроительные заводы
Помимо Уралмаша, в России работают и другие предприятия, производящие размольное оборудование. АО ТЯЖМАШ в Сызрани освоил производство рудоразмольных мельниц с диаметрами барабанов от 3 до 10,5 метров. Предприятие изготавливает мельницы индивидуального типоразмера, компоновки и комплектности, что позволяет удовлетворить различные требования заказчиков.
Metso Outotec
Компания Metso Outotec образована в результате объединения бизнес-направления Metso Minerals и компании Outotec в июле 2020 года. Это один из мировых лидеров в производстве оборудования для горнодобывающей промышленности. Шаровые мельницы Metso Outotec отличаются инновационными техническими решениями, высокой энергоэффективностью и продолжительным сроком службы.
Оборудование оснащается современными системами автоматического контроля и управления процессом измельчения, что позволяет оптимизировать режимы работы и снизить удельное энергопотребление. Применяются усовершенствованные конструкции футеровок и систем разгрузки, обеспечивающие увеличение межремонтных периодов. Продукция Metso Outotec включает как горизонтальные шаровые мельницы, так и вертикальные мельницы Vertimill с повышенной энергоэффективностью.
| Производитель | Модель | Диаметр x Длина, мм | Объем, м³ | Мощность, кВт |
|---|---|---|---|---|
| Уралмаш | МШЦ 2100x2200 | 2100 x 2200 | 6,5 | 320 |
| Уралмаш | МШР 2100x3000 | 2100 x 3000 | 9,5 | 500 |
| Уралмаш | МШЦ 2700x3600 | 2700 x 3600 | 22 | 800 |
| Уралмаш | МШР 3200x4500 | 3200 x 4500 | 38 | 1600 |
| ТЯЖМАШ | МШЦ 4500x6000 | 4500 x 6000 | 82 | 2500 |
| ТЯЖМАШ | МШЦ 5500x7500 | 5500 x 7500 | 165 | 4000 |
| Metso Outotec | Серия MH | Различные размеры | До 80 | До 3100 |
| Metso Outotec | Vertimill | Вертикальная конструкция | Различные | Энергосбережение до 50% |
При выборе производителя следует учитывать не только технические характеристики оборудования, но и наличие сервисной службы, доступность запасных частей и опыт эксплуатации аналогичного оборудования на предприятиях отрасли. Российские производители обеспечивают более короткие сроки поставки и большую независимость от внешнеэкономических факторов, что важно для стабильности производства.
Энергопотребление и износ оборудования
Процесс измельчения является наиболее энергоемкой операцией в технологии обогащения золотосодержащих руд. Энергопотребление шаровыми мельницами составляет до 70 процентов от общего энергопотребления обогатительной фабрики. Поэтому оптимизация энергетических затрат имеет критическое значение для экономической эффективности производства.
Структура энергопотребления
Мощность, потребляемая шаровой мельницей, расходуется на несколько составляющих: полезная мощность на перемещение мелющих тел и измельчение материала, мощность холостого хода на вращение барабана, потери на трение в подшипниках и приводном механизме, потери в электродвигателе.
Полезная мощность, непосредственно расходуемая на измельчение, составляет лишь часть общей потребляемой мощности. Коэффициент полезного действия процесса измельчения относительно невысок, что связано с физикой процесса разрушения минеральных частиц. Около 30 процентов мелющих тел в каждый момент времени находятся в так называемой мертвой зоне и не участвуют в помоле.
Факторы, влияющие на энергопотребление
Энергопотребление зависит от измельчаемости руды, крупности исходного питания, требуемой тонкости помола, степени заполнения мельницы мелющими телами, скорости вращения барабана, циркулирующей нагрузки при работе в замкнутом цикле.
Уменьшение крупности исходного питания за счет совершенствования операций дробления позволяет существенно снизить энергозатраты на измельчение. Работа мельницы в замкнутом цикле с эффективной классификацией повышает производительность и снижает удельное энергопотребление на 15-25 процентов по сравнению с открытым циклом.
Типичное энергопотребление
Удельное энергопотребление при измельчении золотосодержащих кварцевых руд составляет:
- Первая стадия до крупности 50-60 процентов класса минус 74 микрометра — от 12 до 18 киловатт-часов на тонну
- Вторая стадия до крупности 80-85 процентов класса минус 74 микрометра — от 8 до 12 киловатт-часов на тонну
- Доизмельчение концентрата до крупности 90-95 процентов класса минус 40 микрометров — от 15 до 25 киловатт-часов на тонну
Износ оборудования
Основными изнашивающимися элементами шаровой мельницы являются футеровка, мелющие тела, решетки разгрузочные, подшипники опорные. Интенсивность износа определяется абразивностью перерабатываемой руды, режимами работы мельницы и качеством применяемых материалов.
Срок службы футеровки варьирует от 12 до 48 месяцев в зависимости от материала и условий эксплуатации. Стальная футеровка служит 12-18 месяцев, резиновая — 24-36 месяцев, керамическая — до 48 месяцев. Замена футеровки требует остановки мельницы на несколько суток, поэтому увеличение срока службы футеровки напрямую влияет на производительность фабрики.
Современные технологии автоматизации и контроля процесса измельчения позволяют поддерживать оптимальные режимы работы мельниц, что обеспечивает снижение удельного энергопотребления при сохранении требуемой производительности и качества продукта.
