научная статья по теме УЛЬТРАТОНКОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Металлургия

Текст научной статьи на тему «УЛЬТРАТОНКОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ»

УДК 669.334.6

УЛЬТРАТОНКОЕ ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ В СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМАХ ПЕРЕРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

© Аксенов Александр Владимирович1, канд. техн. наук, e-mail: aksenov2008@yandex.ru;

Васильев Андрей Анатольевич1, канд. техн. наук, e-mail: vasilhev2008@yandex.ru;

Охотин Владимир Николаевич1, e-mail: ohotinvn@yandex.ru; Сенченко Аркадий Евгеньевич2, управляющий директор, e-mail: senchenko@tomsgroup.ru;

Яковлев Руслан Анатольевич2, e-mail: ruslan_yakovlev@inbox.ru

1 НИ Иркутский государственный технический университет. Россия, г. Иркутск

2 Научно-исследовательский и проектный институт «Технологии обогащения минерального сырья». Россия, г. Иркутск

Статья поступила 30.10.2013 г.

Показана область применения ультратонкого измельчения для переработки минерального сырья. Приведены примеры успешного использования данной технологии в области обогащения полиметаллического сырья и гидрометаллургии золота. Описаны принцип работы бисерной мельницы и ее основные технологические параметры (размер мелющей среды, частота вращения импеллера, загрузка мелющей среды, плотность пульпы).

Ключевые слова: ультратонкий помол; бисерная мельница; мелющая среда; концентрат; атмосферное окисление; пульпа; крупность материала.

Процессы подготовки минерального сырья к обогащению и металлургической переработке становятся все более адаптированными для упорного, труднообогатимого материала. В современных технологических схемах все чаще можно встретить процессы, применение которых недавно считалось делом далекого будущего. Одним из примеров применения такой «прорывной» технологии является все более широкое распространение ультратонкого измельчения минерального сырья.

Внедрение современных измельчающих аппаратов обусловлено ухудшением качества минерального сырья и вовлечением в переработку руд со все более тонкой вкрапленностью ценных компонентов. Новые мельницы отчасти позволили заменить устаревшие консервативные методы измельчения (чаще всего мельницы применяют в новых современных технологических схемах).

В статье приведены технические характеристики и принцип работы бисерных мельниц, используемых для тонкого и ультратонкого измельчения минерального сырья, а также представлены примеры их успешного применения в процессах флотационного обогащения и для подготовки сырья к выщелачиванию.

Современные мельницы для тонкого измельчения, в частности, вертикальные и горизонтальные бисерные (рис. 1), пришли в горно-металлургическую отрасль из лакокрасочной промышленности.

Они оборудованы стационарными камерами помола, в них применяются мелющие тела небольшого размера (бисер), а также установленные внутри мельниц мешалки, вращающиеся с большой скоростью. Принцип действия бисерных мельниц основан на высокоэффективном перемешивании, в результате чего энергия передается небольшим мелющим телам с образованием множества сжатых и быстро вращающихся слоев измельчаемого материала, генерирующих силы сжатия и скручивания.

Эти мельницы отличаются высокой пропускной способностью и высоким коэффициентом преобразования энергии, если они используются для тонкого и ультратонкого измельчения. Сравнительный анализ бисерной и традиционной шаровых мельниц (табл. 1) показал, что использование бисерной мельницы для измельчения материала до крупности фракций порядка 10 мкм позволяет более чем на 75% снизить уровень электропотребления и в 300 раз снизить продолжительность измельчения по сравнению с шаровой мельницей. Высокая удельная производительность бисерных мельниц - решающий фактор при использовании их в технологии измельчения.

Но многие параметры бисерных мельниц требуют регулирования, поскольку в таких мельницах частицы измельчающей среды полностью перемешиваются с высококонцентрированной минеральной пульпой в условиях значительного энергопотребления. Для получения нужного конечного продукта необходима оптимизация технологических параметров, что позволяет достигать

Рис. 1. Бисерная вертикальная мельница

Таблица 1. Сравнительные характеристики бисерной и шаровой мельниц

Характеристики Вид мельницы

шаровая бисерная

Загрузка, % от объема мельницы 40 85

Исходная крупность сырья, мкм 80% менее 27

Продолжительность измельчения, мин 150 0,5

Расход электроэнергии, кВт-ч/т 63,3 14,5

Крупность фракции продукта, мкм 80% менее 9,8

Диаметр шаров, мм 3-16 1-1,2

минимального энергопотребления и максимальной производительности мельницы. К важным технологическим параметрам относятся:

- размер частиц мелющей среды;

- частота вращения импеллера мельницы;

- объем и материал загружаемой измельчающей среды;

- плотность пульпы.

Размеры частиц измельчающей среды - самый важный параметр предлагаемого процесса измельчения. Измельчающая среда должна быть достаточно крупнозернистой, чтобы обеспечить разбивание самых крупных частиц в измельчаемом материале. Если размеры частиц измельчающей среды будут слишком малы по сравнению с размерами части подаваемого материала, то эта часть останется неизмельченной. В то же время увеличение крупности измельчающей среды приводит к снижению производительности мельницы и увеличению ее энергопотребления.

Очевидно, что выбор измельчающей среды и оптимального размера ее частиц оказывает положительное влияние на основные параметры работы мельницы. Практика показывает, что размер частиц измельчающей среды в бисерной мельнице должен быть в 20-30 раз больше размера частиц измельчаемого материала. На процесс измельчения также сильное влияние оказывает качество измельчающего материала. При использовании бисера плохого качества происходит снижение производительности мельницы из-за интенсивного износа ее конструктивных элементов, возрастает энергопотребление и наблюдаются значительные отклонения от нормального процесса измельчения. Следует также отметить, что материал измельчающей среды должен быть инертным, т.е. не оказывать никакого воздействия на извлечение ценного компонента при последующих операциях. К материалам, отвечающим всем требованиям, предъявляемым к качеству измельчающей среды, можно отнести керамику, оксиды циркония и гафния.

Так как в основе работы бисерной мельницы лежит центробежная сила, посредством которой энергия передается измельчающей среде для измельчения подаваемых частиц, то частота вращения мешалки оказывает большое влияние на производительность мельницы: чем больше частота вращения, тем меньше время измельчения, необходимое для получения продукта требуемой фракции.

Отличительная особенность бисерных мельниц - высокая степень загрузки измельчающей среды (до 85% объема мельницы). При этом с увеличением количества измельчающей среды происходит снижение энергопотребления мельницы

на тонну материала. Тем не менее, при высокой степени загрузки бисера может происходить пересыпание мелющей среды через верхний край мельницы, а загрузка, превышающая 85% объема мельницы, часто приводит к уплотнению измельчающей среды, что вызывает серьезные разрушения брони и мешалок. Уровень загрузки мелющей среды находится практически в прямой зависимости от передаваемой мощности мельницы, что часто используется для расчета объема измельчающей среды при заданном значении энергии.

Оптимальная плотность подаваемой в бисерную мельницу пульпы обычно варьируется в пределах 40-60 мас. %. Поддержание плотности пульпы на оптимальном уровне очень важно, поскольку в бисерных мельницах часто ограниченный объем потока. Таким образом, чтобы повысить энергоэффективность и достичь стабильной работы мельницы, следует избегать попадания излишнего количества воды в поток, подаваемый в мельницу. С точки зрения технологических параметров плотность пульпы определяет объемный расход измельчаемого материала, а также оказывает значительное влияние на реологические свойства пульпы, определяющие в процессе бисерного измельчения размер частиц и частоту вращения мельницы.

Ниже приведены основные технологические показатели работы бисерной мельницы:

Скорость вращения импеллера, м/с 8-12

Расход электроэнергии*, кВт-ч/т 3-40

Средний расход бисера, г/т 300 Шаровая загрузка мельницы, % от объема

мельницы До 85

Плотность пульпы, % твердого 40-60

Диаметр шаров, мм 1-5

Крупность питания мельницы, мкм До 150-300

* Расход электроэнергии определяется физико-механическими свойствами измельчаемого сырья, его начальным и требуемым конечным фракционным составом.

Применение ультратонкого помола при флотационном обогащении руд цветных металлов. Долгое время считалось, что применение тонкого и ультратонкого помола в технологических схемах, включающих флотационное обогащение, нецелесообразно и даже вредно по ряду причин. К наиболее распространенным из известных причин негативного действия тонкого помола можно отнести ошламование материала и химическую активацию минералов. Эти процессы, протекающие при измельчении, по устоявшемуся мнению, приводят к снижению селективности разделения

минералов. Однако многолетний опыт исследований в области тонкого измельчения и флотационного обогащения минерального сырья позволяет утверждать, что сделанные ранее выводы неоднозначны.

Ниже приведены практические примеры позитивного и негативного применения процессов тонкого помола в схемах флотационного обогащения для различных видов минерального сырья: медно-цинковых, медно-колчеданных, свинцово-цинковых, золото-свинцовых и золотосодержащих руд [1, 2].

Ограничивающим фактором применения ультратонкого помола в обогащении может являться химическая активация минералов. В частности, при обогащении медно-цинковых руд, в которых наблюдается тонкое взаимное прорастание медных и цинковых минералов (халькопирита и сфалерита), часто применяется схема коллективной флотации. Цель этой схемы - получение чернового флотационного концентрата с максимально полным извлечением в него ценных компонентов при относительно грубом помоле. При ультратонком измельчении такого концентрата вследствие увеличения удельной поверхности минералов значительно возрастает концентрация ионов меди в жидкой фазе пульпы, что приводит к активации сфалерита. Следствием этого является снижение селективности флотации и

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком