Шаровая мельница — это промышленное оборудование барабанного типа, предназначенное для тонкого измельчения рудного и нерудного сырья с помощью стальных или чугунных мелющих тел. Мельница обеспечивает получение продукта крупностью до 80% класса -0,074 мм, что критически важно для последующего обогащения минерального сырья на горно-обогатительных комбинатах. Принцип работы основан на измельчении материала ударами и истиранием между шарами при вращении барабана.
Что такое шаровая мельница
Барабанно-шаровая мельница представляет собой горизонтально расположенный вращающийся барабан цилиндрической или цилиндроконической формы, частично заполненный мелющими телами сферической формы. Главное отличие от других дробильных машин заключается в способности измельчать материал до мелкодисперсного состояния размером частиц менее 100 микрон.
Основными конструктивными элементами являются стальной барабан с футеровкой, загрузочная и разгрузочная системы, привод с электродвигателем и редуктором, опорные подшипники и мелющая загрузка. Внутренняя поверхность барабана защищена износостойкой футеровкой из марганцовистой стали или резины, которая предотвращает разрушение корпуса и участвует в подъеме шаров.
Мелющие тела и их характеристики
В качестве мелющих тел используются стальные, чугунные или керамические шары диаметром от 15 до 100 мм. Для грубого измельчения применяют шары 60-100 мм, для тонкого помола — 15-50 мм. Степень заполнения барабана мелющими телами составляет от 35 до 50% рабочего объема, что обеспечивает оптимальный режим дробления.
Твердость мелющих шаров должна превышать твердость измельчаемого материала. На обогатительных фабриках широко используются стальные шары из высокоуглеродистых сталей, обеспечивающие длительный срок службы при переработке абразивных руд.
Принцип работы и измельчение материала
При вращении барабана мелющие тела поднимаются по внутренней поверхности до определенной высоты, после чего срываются и падают вниз под действием силы тяжести. Измельчение происходит в результате ударного воздействия падающих шаров и истирания частиц материала между шарами и футеровкой при их относительном перемещении.
Режимы работы мельницы
В зависимости от частоты вращения барабана различают три основных режима движения мелющих тел. Каскадный режим характеризуется перекатыванием шаров без отрыва от поверхности, при этом преобладает истирание материала. Смешанный режим сочетает перекатывание с частичным отрывом и падением шаров. Водопадный режим обеспечивает максимальную траекторию полета и ударное воздействие на материал.
Скорость вращения барабана рассчитывается исходя из его диаметра и составляет обычно 70-80% от критической скорости, при которой шары прижимаются к стенкам центробежной силой и перестают падать.
Крупность помола и технические параметры
Шаровые мельницы на обогатительных фабриках обеспечивают измельчение руды до крупности 80% класса -0,074 мм (минус 74 микрона). Этот показатель является стандартным требованием для последующей флотации и других процессов обогащения, так как при такой тонкости помола происходит эффективное раскрытие минеральных зерен.
Факторы, влияющие на тонкость помола
Конечная крупность продукта зависит от нескольких параметров. Размер и соотношение диаметров мелющих шаров определяют характер воздействия на материал. Скорость вращения барабана влияет на интенсивность ударов. Время пребывания материала в мельнице регулируется производительностью подачи питания. Степень заполнения барабана материалом и мелющими телами также критически важна.
| Параметр | Значение | Назначение |
|---|---|---|
| Крупность питания | До 25-50 мм | Поступает после дробления |
| Крупность продукта | 80% класса -0,074 мм | Готов к обогащению |
| Диаметр шаров | 15-100 мм | Зависит от стадии измельчения |
| Заполнение барабана | 35-50% | Оптимальный режим работы |
| Влажность материала | До 0,5% (сухой помол) | Для различных технологий |
Виды шаровых мельниц
По способу измельчения
Мельницы сухого помола используются в цементной промышленности и при производстве строительных материалов. Материал измельчается без добавления жидкости, готовый продукт удаляется воздушным потоком через систему циклонов. Мельницы мокрого помола применяются на обогатительных фабриках для переработки руд, где материал измельчается в водной среде с образованием пульпы влажностью 60-75%.
По конструктивному исполнению
Барабанные мельницы имеют соотношение длины к диаметру барабана от 1:1 до 2:1 и используются преимущественно на ГОКах. Трубные мельницы отличаются большой длиной барабана, часто имеют две камеры с различным размером мелющих тел. Цилиндроконические мельницы обеспечивают естественную сортировку шаров по размерам вдоль барабана.
Применение на горно-обогатительных комбинатах
Шаровые мельницы являются основным оборудованием измельчения на обогатительных фабриках всех крупных ГОКов России. Они работают в технологических схемах рудоподготовки, обеспечивая измельчение железных, медных, цинковых, золотосодержащих и других руд до требуемой крупности раскрытия минералов.
Технологические схемы измельчения
На современных фабриках применяют двухстадиальное и трехстадиальное измельчение. Первая стадия обычно выполняется в мельницах полусамоизмельчения или стержневых мельницах, вторая и третья стадии — в шаровых мельницах различного объема. Мельницы работают в замкнутом цикле с гидроциклонами, что повышает эффективность процесса и снижает переизмельчение.
Например, на Гайском ГОКе установлены шаровые мельницы МШЦ объемом от 36 до 80 кубометров для измельчения медно-цинковых руд. На Михайловском ГОКе используются крупные мельницы для переработки железных руд с общим объемом производства железорудного концентрата более 16 миллионов тонн в год.
Доизмельчение концентратов
Отдельная категория шаровых мельниц применяется для доизмельчения промежуточных концентратов. Эти установки меньшего объема обеспечивают более тонкое измельчение до крупности 95% класса -0,074 мм, что необходимо для повышения качества конечного концентрата при флотации сложных руд.
Производительность и эффективность
Производительность шаровых мельниц зависит от размеров барабана и измеряется в тоннах переработанной руды в час. Промышленные мельницы обрабатывают от нескольких тонн до нескольких сотен тонн материала в час. Объем барабана крупных мельниц на ГОКах достигает 36-80 кубометров, что обеспечивает производительность до 200-300 тонн в час по исходной руде.
Факторы производительности
На производительность влияют физико-механические свойства измельчаемого материала — прочность, твердость, абразивность. Крупность исходного питания и требуемая тонкость помола определяют время нахождения материала в мельнице. Равномерность загрузки и оптимальное заполнение мелющими телами критически важны для стабильной работы. Влажность материала при мокром помоле поддерживается на уровне 60-75% для образования текучей пульпы.
Преимущества и ограничения
Основные преимущества
Шаровые мельницы обеспечивают высокую степень измельчения с получением продукта крупностью до десятков микрон. Они универсальны и могут перерабатывать материалы различной твердости. Простая и надежная конструкция обеспечивает длительный срок службы оборудования. Возможность регулировки крупности помола путем изменения параметров работы. Стабильная работа в непрерывном режиме на протяжении многих лет.
Ограничения технологии
Процесс измельчения характеризуется высокой энергоемкостью — на тонну переработанной руды расходуется 10-15 кВтч электроэнергии. Значительный износ мелющих тел и футеровки требует регулярной догрузки шаров. Невозможность измельчения некоторых пиротехнических смесей из-за риска химических реакций. Относительно низкая производительность по сравнению с современными мельницами самоизмельчения при обработке крупнокусковой руды.
Обслуживание и контроль работы
Современные шаровые мельницы оснащены автоматизированными системами управления, контролирующими загрузку, скорость вращения, уровень заполнения и энергопотребление. Операторы отслеживают параметры работы через диспетчерские пульты, что позволяет оперативно корректировать режимы измельчения.
Регулярное обслуживание включает контроль состояния футеровки, своевременную догрузку мелющих тел, проверку подшипников и привода. Футеровка меняется при износе, превышающем допустимые пределы, чтобы предотвратить повреждение корпуса барабана. Мелющие шары догружаются по мере их истирания для поддержания оптимального уровня заполнения.
Часто задаваемые вопросы
Чем отличается мокрый помол от сухого?
При мокром помоле материал измельчается в водной среде с образованием пульпы, что характерно для обогатительных фабрик. Сухой помол происходит без добавления жидкости и применяется в цементной промышленности. Мокрый помол обеспечивает лучшее охлаждение и снижает пылеобразование.
Сколько служат мелющие шары в мельнице?
Срок службы стальных шаров зависит от твердости измельчаемой руды и составляет от нескольких месяцев до года. Шары постепенно истираются, уменьшаясь в диаметре, поэтому требуется регулярная догрузка новых мелющих тел для поддержания оптимальной загрузки барабана.
Можно ли регулировать крупность помола?
Да, крупность регулируется изменением скорости вращения барабана, размера мелющих шаров, времени пребывания материала и степени заполнения. В замкнутых схемах с гидроциклонами достигается более точный контроль гранулометрического состава продукта.
Какова мощность электродвигателя мельницы?
Мощность привода промышленных шаровых мельниц на ГОКах составляет от 18 до 380 киловатт и выше, в зависимости от размеров барабана и производительности. Крупные мельницы объемом 80 кубометров оснащаются двигателями мощностью 300-400 киловатт.
Почему для ГОКов важна крупность -0,074 мм?
Крупность 80% класса минус 0,074 миллиметра (74 микрона) является оптимальной для раскрытия рудных минералов при флотации. При такой тонкости помола обеспечивается эффективное извлечение полезных компонентов из руды в концентрат с минимальными потерями.
