4.3. Выбор схем измельчения

Схемы измельчения различаются количеством стадий измельчения и наличием в стадиях операций классификации. По количеству стадий измельчения схемы подразделяют на три класса: одностадиальные, двухстадиальные и многостадиальные.

Одностадиальные схемы измельчения. Схемы измельчения могут включать операции предварительной классификации, поверочной классификации, контрольной классификации слива, контрольной классификации песков.

Разновидности стадий измельчения и одностадиальных схем измельчения приведены на рис. 4.12, где операции классификации обозначены полочкой, из которой выходят два продукта (слив и пески), а операции измельчения – полочкой, из которой выходит один продукт.

Разновидность А включает совмещенные операции предварительной и поверочной классификации и операцию измельчения. Эта разновидность имеет подвариант А' в котором названные операции классификации производятся раздельно. Разновидность Б включает операцию предварительной классификации и операцию измельчения. Эта разновидность в схемах рудоподготовки встречается редко. Она применяется в операциях доизмельчения некондиционных концентратов при обогащении графитовых руд. Разновидность В включает операции измельчения и поверочной классификации. Она почти всегда применяется при одностадиальном измельчении и часто применяется в первой стадии измельчения двух- и многостадиальных схем. Разновидность Г включает только одну операцию измельчения. Она часто применяется в первой стадии измельчения двух- и трехстадиальных схем при установке в первой стадии стержневой мельницы. Разновидности Д и Е включают операции контрольной классификации слива.

Известны схемы с контрольной классификацией песков (например схема В'). В этой схеме пески поверочной классификации (продукт 5) подвергаются контрольной классификации.

Предварительная классификация в схемах измельчения применяется для увеличения производительности мельницы, уменьшения ошламования, выделения в отдельный продукт первичных шламов и легкоизмельчаемых компонентов руды при их обогащении в отдельном цикле.

Производительность мельницы по вновь образуемому готовому продукту ∆Р приблизительно прямопропорциональна массовой доле в мельнице класса, превышающего по своей крупности готовый продукт:

, (4.50)

где k – коэффициент пропорциональности.

Выделение в операции предварительной классификации готового продукта повышает массовую долю и соответственно увеличивает ∆Р. При этом уменьшается ошламование продукта.

Возможность и целесообразность включения в схему измельчения операции предварительной классификации зависят в основном от максимальной крупности зерен руды в питании и массовой доли в нем готового продукта. Руду, содержащую крупные зерна (более 6–8 мм), нельзя загружать в классифицирующие аппараты, а руду, содержащую малое количество готового продукта (менее 15 %), нецелесообразно подвергать предварительной классификации.

Поверочная классификация применяется для обеспечения заданной крупности измельченного продукта, повышения производительности мельницы, уменьшения ошламования продукта при измельчении.

При помощи поверочной классификации некондиционный по крупности продукт возвращается обратно в мельницу (циркулирующая нагрузка), в питании мельницы увеличивается доля крупных классов и вследствие этого возрастает производительность мельницы по готовому продукту.

Циркулирующей нагрузкой С в схеме измельчения принято называть отношение количества возвращаемого в операцию измельчения материала к количеству исходного в эту операцию материала. Так, для схемы В (рис. 4.12)

. (4.51)

Для оценки влияния циркулирующей нагрузки на относительную производительность мельницы рассмотрим работу мельницы в замкнутом цикле в идеальных условиях, когда в питании мельницы не содержится готового продукта, а классифицирующий аппарат работает с эффективностью, равной 100 %, при которой получается идеальная сепарационная характеристика.

В схеме В (рис. 4.12) примем, что массовая доля крупных классов в мельнице равна среднеарифметическому из и :

. (4.52)

В идеальных условиях

;

;

;

. (4.53)

Если производительность мельницы при С = 1 принять за эталон (∆Р_эт), то относительная производительность мельницы К, работающей в идеальных условиях, приближенно будет

. (4.54)

Следовательно, по мере увеличения циркулирующей нагрузки от 0 до ∞ относительная производительность мельницы должна возрастать в два раза (от 0,67 до 1,34).

Степень увеличения производительности мельницы с увеличением циркулирующей нагрузки прогрессивно уменьшается. Увеличение С от 0 до 100 % увеличивает производительность мельницы на 50 % (от 0,67 до 1,0), а увеличением С от 400 до 500 % повышает производительность мельницы всего лишь на 2 % (от 1,20 до 1,22).

Технологическое значение циркулирующей нагрузки состоит в том, что она определяет среднюю массовую долю крупного класса в мельнице. При эффективности классификации 100 %

, (4.55)

где – массовая доля мелкого готового класса в мельнице.

Контрольная классификация слива применяется в тех случаях, когда при измельчении в одну стадию необходимо получить мелко измельченный конечный продукт или осуществить стадиальное обогащение руды (рис. 4.13), а также при удалении крупных песков из питания гидроциклона.

Недостатками схемы измельчения с контрольной классификацией слива являются увеличение фронта классификации и неустойчивая работа классифицирующих аппаратов.

Контрольная классификация песков имеет целью понижение массовой доли в них мелких классов крупности.

Одностадиальные схемы измельчения имеют по сравнению с двухстадиальными следующие преимущества: требуют меньшего количества классифицирующего оборудования и поэтому меньших капитальных затрат; просты для регулировки и обслуживания оборудования, для компоновки (не требуют транспортирования продуктов из одной стадии измельчения в другую, все мельницы располагаются на одной отметке по высоте); простои оборудования меньше, так как остановка одной единицы оборудования не отражается на работе других агрегатов; дают возможность установки более крупных мельниц в цехе измельчения.

Недостатками одностадиальных схем являются: менее эффективная работа мельниц вследствие трудности обеспечения оптимальной шаровой нагрузки при поступлении в мельницу материала с широким диапазоном крупности; трудности получения очень тонкого измельченного материала; не позволяют осуществлять стадиальное обогащение руды.

Одностадиальные схемы обычно применяют при измельчении материала до 55 – 60 % класса минус 0,071 мм. Разновидности одностадиальных схем с загрузкой руды в мельницу (схемы В и Д) применяются при крупности исходной руды более 6 – 10 мм и небольшом содержании в ней шламов. Схемы с загрузкой руды в операцию классификации (А, А', Е) могут применяться только при мелкой руде, содержащей 15 % и более готового по крупности продукта.

Из одностадиальных схем наиболее часто применяется схема В. Схема А' применяется при необходимости выделения содержащихся в руде первичных шламов и растворимых солей в самостоятельный продукт для последующей его самостоятельной переработки или присоединения к хвостам. Схема Д с контрольной классификацией слива применяется при необходимости получить тонкий конечный продукт или осуществить стадиальное обогащение руды при одностадиальном измельчении.

Двухстадиальные схемы измельчения с открытым циклом в первой стадии. Разновидности двухстадиальных схем измельчения с открытом циклом в первой стадии приведены на рис. 4.14. Схема Г с открытым циклом измельчения как самостоятельная схема получения готового продукта не применяется, поскольку эффективность работы мельницы мала. В этих условиях массовая доля крупного класса в разгрузке мельницы должна быть равна нулю, средняя массовая доля крупного класса R_ср будет не более 50 %. Мельница будет давать около 50 % производительности от теоретически возможной при сильном переизмельчении руды.

При двухстадиальной схеме измельчения схема Г в первой стадии не выдает окончательный продукт. Условием эффективной работы мельницы в открытом цикле является значительное превышение объема мельниц второй стадии над объемом мельниц первой стадии.

Для двухстадиальной схемы измельчения ГА (рис. 4.14) в идеальных условиях имеют место следующие равенства:

; (4.56)

, (4.57)

где ∆Р_общ и ∆Р_I – соответственно общие приращения готового про-

дукта в двух стадиях и в первой стадии измельчения.

Если принять в первом приближении, что удельная производительность (на единицу объема) мельниц первой и второй стадий измельчения одинакова, то

; , (4.58)

где V_I и V_II – объемы мельниц первой и второй стадий измельчения.

Измельчённый продукт

Питание

Питание

Рис. 4.14. Разновидности двухстадиальных схем измельчения

с открытым циклом в первой стадии

Обозначим отношение объемов мельниц .

Тогда ;

; . (4.59)

Следовательно, эффективность работы мельницы первой стадии измельчения в открытом цикле при двухстадиальной схеме измель­чения определяется соотношением объемов мельниц m. Если вели­чина m достаточно велика, то в разгрузке первой стадии будет со­держаться большое количество крупного класса и эффективность ра­боты ее в открытом цикле будет достаточно высокой.

Из сопоставления формул (4.55) и (4.59) следует, что величина m при двухстадиальной схеме измельчения имеет для мельницы пер­вой стадии, работающей в открытом цикле, то же значение, что и ве­личина С для мельницы, работающей в замкнутом цикле при одно­стадиальной схеме измельчения. Например, если m = 2, то мельница первой стадии в схеме ГА будет работать с такой же эффективно­стью, с какой работает мельница в замкнутом цикле при циркули­рующей нагрузке, равной 2 (200 %).

Можно сделать вывод, что для эффективной работы мельницы первой стадии в открытом цикле при двухстадиальных схемах из­мельчения отношение объема мельницы второй стадии к объему мельницы первой стадии должно быть не менее 1,5 – 2,0.

Достоинствами схем измельчения с открытым циклом в первой стадии являются: небольшой фронт классификации; простая регули­ровка схемы, так как нагрузка на мельницы второй стадии измельче­ния передается через слив мельницы первой стадии; при установке в первой стадии измельчения стержневых мельниц появляется воз­можность увеличения крупности питания цеха измельчения до 20 – 25 мм, что упрощает схему дробления и удешевляет стоимость цеха дробления; возможность получения как мелкого, так и крупного ко­нечного продукта измельчения. Недостатки таких схем: для эффек­тивной работы мельницы первой стадии необходимо, чтобы мощ­ность (объем) мельницы второй стадии были в 1,5 – 2 раза больше мощности (объема) мельниц первой стадии; компоновка оборудова­ния менее удобна для эксплуатации.

Схемы ГА и ГА' часто применяются на обогатительных фабри­ках большой производительности при крупности конечного продукта измельчения 55 – 80 % класса минус 0,071 мм и одностадиальной схеме обогащения. Разновидность ГА' удобно применять при необ­ходимости обработки в отдельном цикле первичных шламов и легко измельчающихся компонентов руды. Схема ГВ обеспечивает прохо­ждение исходной руды до классификации через две мельницы и по­зволяет осуществлять классификацию в гидроциклонах, что умень­шает капитальные затраты. Схему ГВ нельзя применять, когда ошла­мование руды оказывает вредное влияние на результаты обогащения.

Двухстадиальные схемы измельчения с замкнутыми цик­лами.

Разновидности двухстадиальных схем измельчения с замкну­тыми циклами приведены на рис. 4.15.

В схемах измельчения с замкнутым циклом распределение ра­боты измельчения между стадиями производится изменением круп­ности слива классифицирующего аппарата первой стадии. Для пол­ной нагрузки мельниц второй стадии необходимо получать в первой стадии оптимальный по крупности продукт. Крупность слива на практике регулируется изменением его плотности. Применение схем с замкнутыми циклами при конечном продукте крупнее 0,2 мм вызы­вает затруднения вследствие неустойчивой и неэффективной работы классифицирующих аппаратов первой стадии измельчения.

Питание

Питание

5

Измельчение I

Поверочная

классификация I

Предварительная

классификация

Измельчение II

9

7

6

Слив Пески

Поверочная

классификация II

11

10

Слив Пески

8

Измельчённый продукт

Слив Пески

4

Измельчённый продукт

Измельчение I

3

Поверочная

классификация I

4

Слив Пески

5

Предварительная и

поверочная классификация II

6

7

8

9

Измельчение II

Слив Пески

12

11

10

Измельчённый продукт

Рис. 4.15. Разновидности двухстадиальных схем измельчения

с замкнутыми циклами

Достоинствами двухстадиальных схем с замкнутыми циклами измельчения являются: возможность получения мелкого конечного продукта измельчения; возможность осуществления стадиального обогащения руды. Недостатками являются: трудное регулирование процесса измельчения; невозможность получения крупного конеч­ного продукта измельчения; большое количество классифицирующих аппаратов.

Схемы с замкнутыми циклами позволяют извлекать частицы са­мородных металлов из первой стадии измельчения путем обогащения выхода мельницы или песков классифицирующего аппарата, как это часто применяется на золотоизвлекательных фабриках. При этом на­грузка на обогатительные аппараты будет составлять более 150-200 % от производительности по исходному продукту, следовательно, требуется высокопроизводительное гравитационное оборудование, либо реализуется низкоэффективная его работа при значительной перегрузке.

Другой возможностью является отделение частиц песков и на­правление только ее в обогащение. При этом производительность обогатительного оборудования определяется долей отделяемых на обогащении песков, которая может быть существенно ниже даже производительности по исходному питанию.

Двухстадиальные схемы с частично замкнутым циклом в первой стадии.

Разновидности схем с частично замкнутым циклом измельчения в первой стадии приведены на рис. 4.16. Классификация в частично замкнутом цикле может встречаться только в схемах с несколькими стадиями измельчения. В двухстадиальных схемах операция класси­фикации в перовой стадии одновременно является поверочной по отношению к первой стадии и предварительной по отношению ко второй стадии.

Рис. 4.16. Разновидность двухстадиальных схем измельчения с частично замкнутым циклом в первой стадии

Частично замкнутый цикл обладает несколькими технологиче­скими особенностями, определяющими условия его применения. Во-первых, в частично замкнутом цикле нагрузка на мельницы второй стадии передается через пески, вследствие чего появляется возмож­ность применять двухстадиальную схему измельчения даже при крупном конечном продукте.

Другой особенностью схемы с частично замкнутым циклом яв­ляется постоянство массы продукта 6, передаваемой во вторую ста­дию измельчения, независимо от того, в каком соотношении делятся пески в точке А (рис. 4.16). Это объясняется тем, что масса продукта 6 при установившемся процессе всегда равна разности Q₆ = Q₁ – Q₄ , а масса продукта 4 (Q₄), кондиционного по крупности, определяется только производительностью мельницы первой стадии измельчения и лишь в небольшой мере зависит от массы песков 7, возвращаемых в мельницу.

Эта особенность частично замкнутого цикла дает возможность легко регулировать распределение нагрузки между стадиями измель­чения путём изменения соотношения, в котором делятся пески в точке А. Чем меньше часть песков будет направляться во вторую стадию измельчения, тем больше будет абсолютная масса песков Q₇, возвращаемых в мельницу первой стадии. При этом величина Q₆ для установившегося процесса не зависит от соотношения, в каком де­лятся пески в точке А. Вторую стадию измельчения можно рассмат­ривать как одностадиальную схему с питанием разности Q₁ – Q₄ = Q₆ . Так как Q₄ примерно постоянная, то производительность мель­ницы и циркулирующая нагрузка второй стадии измельчения зависят только от массы исходного продукта Q₁.

Изменение Q₁ резко сказывается на циркулирующей нагрузке второй стадии и практически не влияет на количество песков в пер­вой стадии измельчения. Изменение соотношения, в котором делятся пески в точке А, наоборот, не будет отражаться на второй стадии из­мельчения, а резко изменяет массу песков первой стадии.

В рассматриваемой схеме измельчения во вторую стадию автоматически передается весь продукт, который не может измель­чить мельница первой стадии. Увеличение производительности не приво­дит к перегрузке мельниц первой стадии измельчения.

Частично замкнутый цикл снижает возвращение в мельницы первой стадии и переизмельчение частиц самородных металлов.

Пусть общий объем мельниц распределен между первой и вто­рой стадиями в соотношении . В первом приближении отношение производительностей мельниц по готовому классу круп­ности будет равно отношению их объемов. Так, для схемы ЖВ (рис. 4.16)

; ; ;

; .

Поскольку достаточно крупные частицы тяжелого металла практически не переходят в слив, то для установившегося процесса

;

; .

Следовательно продукт 6 будет являться концентратором час­тиц самородных металлов со степенью концентрации, равной , зависящей только от распределения объемов мельниц между ста­диями измельчения. При наличии частиц самородных металлов их целесообразно извлекать из продукта 6.

В целом, достоинствами двухстадиальных схем с частично замкнутым циклом в первой стадии являются: простота регулировки; возможность эффективной работы при крупном конечном продукте, отсутствие аккумуляций и переизмельчения самородных металлов в первой стадии измельчения; возможность эффективного извлечения частиц самородных металлов из песков классификации. Недостат­ками являются: транспортирование песков из первой во вторую ста­дию измельчения требует желобов с крутым уклоном или примене­ния транспортных механизмов; поверочная классификация второй стадии измельчения работает на обесшламленном материале, что может сказаться на эффективность классификации.

При схеме ЖВ (рис. 4.16) требуется небольшой фронт классификации, но по этой схеме трудно получить тонкоизмельченный конечный продукт. В схеме ЖД слив подвергается контрольной классификации, возможно получение тонкоизмельченного конечного продукта, возможно стадиальное обогащение руды, но она требует установки большого количества классифицирующих аппаратов.

Схемы рудного самоизмельчения и полусамоизмельчения.

Рудное само- и полусамоизмельчение осуществляются в одну или две стадии. Разновидности одностадиальных схем приведены на рис. 4.17.

Для одностадиального грубого (до 50–60 % класса минус 0,071 мм) самоизмельчения без добавки шаров необходимо, чтобы в руде было достаточно крупнокускового (плюс 100 мм) твердого материала для образования измельчающей среды в мельнице и в то же время не должно быть более крепких, чем основная масса руды, разновидно­стей, обуславливающих образование и накопление в мельнице кусков «критической» крупности, которые не измельчаются и сами не явля­ются мелющими телами. На некоторых рудах добавление в мельницу крупных шаров (до 8 % объема мельницы) позволяет получить при самоизмельчении нужный по крупности продукт в одну стадию (рис. 4.17,а).

В других случаях борьба с накапливанием кусков критических размеров осуществляется выделением крупного материала из раз­грузки мельницы с додрабливанием его в дробилке и возвращением в мельницу, а также выделение части кусков в качестве рудной гальки для последующих приемов измельчения (рис. 4.17,б). В некоторых случаях используют одновременно: полусамоизмельчение, додрабли­вание критических кусков и выделение рудной гальки. Перед клас­сификацией в гидроциклонах для нормализации их работы часто ис­пользуется классификация в механических классификаторах.

Для более тонкого измельчения (более 60-65 % класса минус 0,071 мм) рекомендуются двухстадиальные схемы само- и полусамо­измельчения. Разновидности двухстадиальных схем само- и полуса­моизмельчения приведены на рис. 4.18.

В схеме полного рудного самоизмельчения с рудногалечными мельницами во второй стадии (рис. 4.18,а) для классификации продуктов применяют механические классификаторы, пески которых возвращаются в мельницы, а слив спиральных классификаторов направляется на контрольную классификацию в гидроциклонах. Из мельниц самоизмельчения первой стадии выделяется «рудная галя». В схему можно включить межцикловые операции обогащения.

Во второй стадии могут применяться шаровые, а не рудногалечные мельницы (характерно для медных руд).

Схема с шаровыми мельницами во второй стадии (рис. 4.18,б) предусматривает в первой стадии мероприятия по регулированию измельчающей среды в мельнице самоизмельчения добавкой шаров и додрабливанием кусков критической крупности.

В схеме рудного самоизмельчения в открытом цикле в первой стадии (рис. 4.18,в) мельницы самоизмельчения заменяют стадии среднего и мелкого дробления и подготавливают руду к шаровому измельчению. Схема может быть рациональной для влажных глинистых руд, которые трудно дробятся сухим способом до крупности питания шаровых мельниц.

Рис. 4.18. Разновидности двухстадиальных схем рудного само- и полусамоизмельчения: а – схема рудного самоизмельчения с рудногалечным

измельчением во II стадии; б – схема рудного само- и полусамоизмельчения с шаровым измельчением во II стадии и додрабливанием кусков

критической крупности; в – схема рудного самоизмельчения в открытом цикле в первой стадии и с рудногалечным или шаровыми измельчением

во второй стадии

б

а

На практике встречаются случаи, когда первая стадия измельчения в мельницах «Каскад» замкнута с грохотом и дуговым ситом, а во второй стадии – рудногалечная мельница замкнута с бутарой для выделения крупных кусков (скрапа) и гидроциклонами.

Таким образом, схемы измельчения выбираются на основе проверки вариантов схем на опытных фабриках или секциях фабрик. При отсутствии такой проверки выбирают наиболее рациональный вариант схемы измельчения в зависимости от главных условий, влияющих на их выбор: от крупности начального и конечного продуктов, производительности фабрики, необходимости раздельной обработки песков и шламов, необходимости стадиального обогащения, физических свойств руды.

Без опытной проверки при проектировании чаще всего намечается для технико-экономической проработки нескольких вариантов.

Например, для руд, которые необходимо доводить до крупности 60–65 % класса минус 0,071 мм, конкурирующие варианты схем следующие:

а) дробление до 10–15 мм и одностадиальное измельчение в шаровых мельницах в замкнутом цикле с гидроциклонами;

б) дробление до 20–25 мм и двухстадиальное измельчение по схеме типа ГА;

в) дробление до 300 мм и рудное самоизмельчение или полусамоизмельчение.

Окончательный выбор варианта схемы измельчения производится на основании технико-экономического сравнения вариантов.