1. تعريف الطاحونة الكروية

الـ مطحنة كروية هي معدات طحن فائقة الدقة تُستخدم على نطاق واسع في قطاعات التعدين ومواد البناء والصناعة الكيميائية والطاقة الحرارية وغيرها. وتُستخدم لطحن الخامات المسحوقة طحنًا دقيقًا لتحويلها إلى مسحوق ناعم يتراوح حجمه بين عشرات ومئات الميش بعد التكسير الأولي والثانوي. ويتم تضمينها عادةً في خطوط إنتاج خام الذهب، ومعالجة خامات الحديد، وتصنيع كربونات الكالسيوم، وإنتاج الأسمنت، وإزالة الكبريت من محطات توليد الطاقة، وتصنيع مسحوق رمل الكوارتز، وغيرها.

1.1 الوظيفة الأساسية

يتم تغذية الخامات ذات الحبيبات الصغيرة، التي تم تكسيرها مسبقًا بواسطة الكسارات الفكية والكسارات المخروطية، إلى أسطوانة مطحنة الكرات. ومن خلال قوة الطحن الناتجة عن الصدم والكشط التي تولدها الكرات الفولاذية، يتم طحن الخامات إلى جزيئات دقيقة. في مصانع معالجة المعادن، يمكن تحقيق الفصل التام بين المعادن القيمة والمعادن غير المفيدة عن طريق الطحن، بحيث يمكن استخراج مركزات المعادن لاحقًا عن طريق التعويم أو الفصل بالجاذبية أو الفصل المغناطيسي. أما بالنسبة للصناعات غير المعدنية، فيُستخدم هذا الطحن لإنتاج مساحيق صناعية دقيقة.

1.2 التصنيفات الرئيسية

1. مطحنة الكرات الرطبة (الأكثر شيوعًا في معالجة المعادن) تُطحن المواد بالماء لتشكيل ملاط يتم تصريفه. وتتميز هذه العملية بانخفاض التلوث بالغبار وكفاءة طحن عالية، وهي تُستخدم على نطاق واسع في جميع أنواع معالجة الخامات المعدنية.
2. جاف مطحنة كروية لا تُضاف أي كمية من الماء أثناء عملية الطحن؛ ويتم تفريغ المسحوق النهائي عن طريق الفرز الهوائي. ويُستخدم هذا الجهاز بشكل أساسي في معالجة رمل الكوارتز، والأسمنت، وكربونات الكالسيوم، وغيرها من مساحيق المعادن غير الفلزية.
3. مصنفة حسب نوع التفريغ:

• مطحنة الكرات الشبكية: مخصصة للطحن الخشن والطحن الأولي عالي السعة
• مطحنة كروية ذات تدفق فائض: تُستخدم للطحن الدقيق في مرحلة التخصيب والتركيز

1.3 المواد المعنية

خام الذهب، وخام الحديد، وخام النحاس، والحجر الجيري، والكوارتز، والكاولين، وخبث الصلب، والكلنكر الأسمنتي، والفحم، وغيرها من المواد الهشة التي تبلغ صلابتها على مقياس موس ≤7.

2. الهيكل الأساسي الرئيسي

1. وحدة التغذية
2. غطاء مانع للتسرب
3. محمل
4. رأس طرف التغذية
5. صفيحة شبكية
6. رأس طرف التفريغ
7. غطاء الغدة
8. غطاء الغدة
9. مخرج تصريف من النوع الشبكي
10. فوهة التفريغ
11. محمل
12. الترس الكبير / الترس الثور
13. بطانة مخروط التوجيه
14. أسطوانة طاحونة من النوع الشبكي
15. بطانة النهاية
16. غطاء الغدة
17. محمل
18. مدخل التغذية
19. غطاء المحمل
20. قاعدة المحمل / حامل المحمل
21. قاعدة محمل الترس الصغير
22. الترس الصغير
23. مخفض السرعة / مخفض التروس
24. محرك / محرك كهربائي

يتكون الطاحن الكروي الأفقي من 9 مكونات رئيسية:

1. عمود مجوف للتغذية: يتم إدخال المواد الخام والمياه إلى الأسطوانة من هذا الطرف.
2. الأسطوانة الدوارة: برميل فولاذي ثقيل ملحوم ومبطّن بطبقات مقاومة للتآكل، يُستخدم لحفظ كرات الطحن الفولاذية والخامات.
3. بطانات مقاومة للتآكل: تُثبَّت على الجدار الداخلي للأسطوانة لرفع الكرات الفولاذية وحماية الأسطوانة من التآكل، وتشمل بشكل أساسي البطانات المتموجة والبطانات المتدرجة.
4. وسائط الطحن (الكرات الفولاذية والقطع الفولاذية): كرات فولاذية عالية المحتوى من المنغنيز بأقطار مختلفة، وهي الأجزاء الاستهلاكية الأساسية في عملية طحن الخام.
5. عمود مجوف للتفريغ: يتم تصريف الملاط أو المسحوق من هذا المخرج.
6. نظام نقل الحركة المكون من الترس الصغير والترس الكبير: يعمل المحرك وناقل الحركة على تدوير الترس الصغير لتدوير الترس الكبير، وبالتالي دفع الأسطوانة للدوران بسرعة منخفضة.
7. المحمل الرئيسي (محمل انزلاقي / محمل دوار): يدعم الأسطوانة الدوارة بأكملها، وهو مزود بنظام تزييت دوري.
8. مخفض السرعة ومحرك الدفع: يوفر قوة الدوران ويتحكم في سرعة الأسطوانة.
9. محطة تشحيم الضغط العالي والمنخفض: يزود المحامل الرئيسية والتروس بزيت التشحيم بشكل مستمر لتقليل خسائر الاحتكاك.

مقدمة موجزة عن الهيكل

تدخل المواد إلى الأسطوانة الدوارة من طرف التغذية الأيسر. وتُملأ الأسطوانة بكرات فولاذية بمواصفات مختلفة. ومع دوران الأسطوانة، تقوم الكرات الفولاذية بحركات متتالية ومتتالية لتصطدم بالخامات وتطحنها. ثم تُفرغ المواد المطحونة ناعماً من طرف التفريغ الأيمن. وعادةً ما يشكل هذا نظام طحن ذو دائرة مغلقة مقترنًا بمصنف حلزوني.

3. مبدأ العمل التفصيلي

يحقق الطاحن الكروي تأثيرين للتكسير هما التكسير بالصدم والطحن بالاحتكاك، وذلك بالاعتماد على دوران الأسطوانة بسرعة منخفضة وحالات الحركة الثلاث للكرات الفولاذية. ويمكن تقسيم عملية التشغيل بأكملها إلى 4 خطوات:

الخطوة 1: محرك الطاقة ودوران الأسطوانة بسرعة ثابتة

يقوم المحرك بتشغيل الأسطوانة الأفقية لتدور بثبات بسرعة مقدرة تتراوح بين 15 و25 دورة في الدقيقة عبر جهاز تخفيض السرعة وزوج التروس. وتستند الأسطوانة على محملين رئيسيين مزودين بنظام تشحيم مخصص لضمان التشغيل المستمر على المدى الطويل.

الخطوة 2: رفع الكرات الفولاذية بواسطة البطانات الداخلية

مع دوران الأسطوانة، تقوم البطانات الداخلية المقاومة للتآكل برفع الكرات الفولاذية ذات الأحجام المختلفة والخامات معًا إلى ارتفاع معين.

الخطوة 3: الأشكال الحركية الثلاثة للكرات الفولاذية المستخدمة في تكسير المواد

عندما تُرفع الكرات الفولاذية إلى ما يتجاوز زاوية الاستقرار، تحدث ثلاث حركات نموذجية:

1. حركة إزالة المياه البيضاء: تسقط كرات فولاذية كبيرة بحرية من أعلى نقطة، وتصطدم بالخامات بقوة لتحقيق التكسير بالصدم وتفتيت الكتل الكبيرة من الخام إلى جزيئات صغيرة.
2. الحركة المتتالية: تنزلق الكرات الفولاذية المتوسطة والصغيرة ببطء على طول سطح البطانة. ويؤدي الاحتكاك الشديد وقوة القص بين الكرات الفولاذية والخامات إلى تحقيق طحن دقيق، مما يحول جزيئات الخام إلى مسحوق ناعم.
3. الحركة الطردية المركزية: إذا تجاوزت سرعة الدوران القيمة الحرجة، فإن الكرات الفولاذية ستلتصق بقوة بجدار الأسطوانة دون أن تسقط، وهو ما يُعد من حالات التشغيل غير الطبيعية التي تنطوي على عطل، ويجب تجنبها أثناء الإنتاج العادي.

الخطوة 4: الطحن الدوري في دائرة مغلقة وتفريغ المواد المؤهلة

1. عملية الطحن الرطب: يتم تغذية الخامات المخلوطة بالماء من طرف التغذية، حيث يتم طحنها بشكل مستمر بواسطة كرات فولاذية لتحويلها إلى ملاط. ويفيض الملاط ذو الحبيبات الدقيقة من العمود المجوف الخاص بالتفريغ. أما الجسيمات الخشنة فيتم نقلها مرة أخرى إلى مطحنة الكرات بواسطة مصنف حلزوني لإعادة طحنها، بينما يتدفق الملاط الناعم المؤهل فقط إلى عمليات التخصيب اللاحقة مثل التعويم والفصل المغناطيسي.
2. عملية الطحن الجاف: لا تُضاف أي كمية من الماء داخل الأسطوانة. ويتم استخراج المسحوق الناعم من الأسطوانة بواسطة تدفق الهواء الصادر عن المروحة، بينما تُعاد تدوير الجسيمات الخشنة لإعادة الطحن عبر فاصل حلزوني.

معلومات تكميلية: مبدأ تصنيف الكرات الفولاذية

لا تُستخدم أبدًا كرات فولاذية ذات مواصفات موحدة داخل الأسطوانة. تتولى الكرات الفولاذية الكبيرة مهمة تكسير جزيئات الخام الخشنة، بينما تتولى الكرات الفولاذية المتوسطة والصغيرة عملية الطحن الدقيق. ويمكن أن يؤدي التدرج المعقول في أحجام الكرات الفولاذية إلى تحسين كفاءة الطحن بشكل كبير وضمان توحيد حجم الجزيئات النهائية.

4. مسار العملية التكنولوجية للطحن في الدائرة المغلقة

المواد الخام → الحزام الناقل → طرف تغذية مطحنة الكرات للطحن → تفريغ الملاط إلى المصنف الحلزوني

• الملاط الناعم المؤهل: يتم توصيله إلى عملية التخصيب بالطفو / الفصل المغناطيسي
• جزيئات الرمل الخشنة: تُعاد إلى مطحنة الكرات لإعادة طحنها

5. مزايا وعيوب مطحنة كروية

5.1 المزايا

1. مجال تطبيق واسع، حيث تتوفر أوضاع الطحن الرطب والجاف للخامات اللينة والصلبة على حد سواء.
2. هيكل ميكانيكي مستقر يتميز بمعدل أعطال منخفض، ويدعم التشغيل المستمر على مدار 24 ساعة بأقصى حمولة لإنتاج المناجم على نطاق واسع.
3. نطاق واسع وقابل للتعديل من حيث درجة النعومة النهائية، بدءًا من عشرات إلى مئات الميش، مما يجعله مناسبًا لكل من الطحن الخشن والطحن فائق النعومة.
4. أداء إحكام جيد؛ ولا ينتج عن الطحن الرطب أي تلوث غباري تقريبًا، مما يفي بمتطلبات حماية البيئة.

5.2 العيوب

1. يؤدي وزن المعدات الثقيلة إلى ارتفاع الاستثمارات في مجال الإنشاءات المدنية، إلى جانب استهلاك الطاقة المرتفع نسبيًّا لكل طن من المواد مقارنةً بمطاحن رايموند.
2. تُعد الكرات الفولاذية والبطانات من الأجزاء المعرضة للتآكل بوتيرة عالية، مما يستلزم تجديد الكرات الفولاذية واستبدال البطانات بانتظام، وهو ما يترتب عليه تكاليف تشغيل وصيانة مستمرة.
3. يحد حجم المعدات الكبير من قدرتها على التنقل؛ حيث تُستخدم المطاحن الكروية في الغالب في خطوط الإنتاج الثابتة، ونادرًا ما يتم استخدامها في محطات التكسير المتنقلة.

6. سيناريوهات الاستخدام النموذجية

1. تجهيز الخامات المعدنية: طحن خامات الذهب والحديد والنحاس والرصاص والزنك من أجل فصل المعادن واستخلاص مركزات المعادن.
2. صناعة مواد البناء: الطحن الدقيق للكلنكر الأسمنتي والحجر الجيري وخبث الصلب.
3. الصناعة البيئية والكيميائية: إنتاج مسحوق الحجر الجيري المستخدم في إزالة الكبريت، ومسحوق الكاولين، ومسحوق البنتونيت.
4. مجال المواد الجديد: معالجة مسحوق رفيع عالي النقاء من رمل الكوارتز والمعادن غير الفلزية الأخرى.