بطانات مطاطية

في الأصل، كانت معظم بطانات المطاحن تُصنع من مواد معدنية (مثل الفولاذ عالي المحتوى من المنغنيز). ومع ذلك، وبسبب المزايا التي تتمتع بها المواد المطاطية من حيث العمر التشغيلي والاقتصاد، ظهرت البطانات المطاطية (كما هو موضح في الشكل 5-19). ومنذ ظهورها في عام 1921، انتشر استخدام البطانات المطاطية على نطاق واسع. وتشير التقارير إلى أن أول استخدام للبطانات المطاطية كان في عام 1921، عندما تم تركيب أول مجموعة من البطانات المطاطية في مطحنة ثانوية مطحنة كروية (1.2 م × 6.1 م، أي 4 أقدام × 20 قدمًا) في منجم نيبيسينغ للذهب في الولايات المتحدة. ومنذ ذلك الحين، ظهر عدد كبير من براءات الاختراع الخاصة بالبطانات المطاطية والتجارب الصناعية التي تستخدم المواد المطاطية كبطانات للمطاحن، لكن التسويق الحقيقي للبطانات المطاطية حدث في أوائل الستينيات. واليوم، تُستخدم البطانات المطاطية على نطاق واسع في عمليات الطحن الثانوي وإعادة الطحن. وعلى الرغم من أن البطانات المعدنية (الفولاذية) لا تزال هي السائدة في المطاحن الأولية، فقد أحرزت البطانات المطاطية أيضًا تقدمًا ملحوظًا في قطاع المطاحن الأولية على مدار العشرين عامًا الماضية. مطاحن قضبان فهي غير مناسبة بشكل خاص للبطانات المطاطية، لأن أطراف القضبان تميل إلى تمزيق البطانات المطاطية.

الشكل 5-19: البطانات المطاطية

كما أن تآكل البطانات المطاطية هو مزيج من الصدمات والتآكل الكاشط والتآكل الكيميائي. وستؤثر التغيرات في أي من هذه العوامل بشكل كبير على تآكل البطانة المطاطية. وتختلف آلية مقاومة التآكل في البطانات المطاطية تمامًا عن تلك الموجودة في البطانات الفولاذية؛ ويكمن الاختلاف الأكبر والأكثر وضوحًا في الصلابة. وعلى عكس البطانات الفولاذية، التي تقاوم التآكل بالاحتكاك بفضل صلابتها، فإن البطانات المطاطية لا تتعرض سوى للتشوه المرن وتقوم بتحويل مسار الجسيمات الكاشطة عندما تكون سرعة الصدم منخفضة. فعندما تتعرض البطانات المطاطية لقوة ما، فإنها تتشوه، ولكن بمجرد إزالة القوة، تستعيد شكلها، وبذلك تتجنب التمزق أو التآكل، مع امتصاص طاقة الصدم في الوقت نفسه. في المقابل، تتعرض المواد الفولاذية لتشوه بلاستيكي، مما يؤدي إلى التآكل. ومع ذلك، عندما تكون قوة الصدم كبيرة جدًّا أو سرعة الصدم عالية جدًّا (على سبيل المثال، > 9 م/ث)، يزداد تآكل المواد المطاطية بشكل حاد، مما يؤدي عادةً إلى فشل التمزق. هناك فرق آخر يتمثل في القوة. تكون البطانات المطاطية أكثر عرضة للتمزق من البطانات الفولاذية في الظروف التالية: (1) ضغط تلامس مرتفع للغاية؛ (2) تركيز القوة عند النقاط الحادة؛ (3) البثق المفرط عند حواف وزوايا البطانة المطاطية. ويرجع ذلك إلى القوة المحدودة للمواد المطاطية، مما يؤدي بالتالي إلى تآكل سريع للبطانات المطاطية. كما تؤثر زاوية التصادم للكرات الفولاذية المختلفة بشكل كبير على تآكل البطانات المطاطية. عند زاوية تصادم تبلغ 90 درجة، يكون التآكل ضئيلًا؛ وعندما تنخفض زاوية التصادم إلى 30 درجة، يزداد التآكل بنحو 40 ضعفًا؛ وعند 15 درجة، يمكن أن يزداد حتى بنحو 130 ضعفًا. عند زوايا تصادم تتراوح بين 50° و70°، يكون أداء البطانات المطاطية والصلب متشابهًا؛ وعند زوايا تتراوح بين 70° و90°، تتمتع البطانات المطاطية بمقاومة أفضل للتصادم مقارنة بالبطانات الفولاذية. تعد قوة الشد ومقاومة التمزق للمواد المطاطية عاملين حاسمين لأداء البطانات المطاطية، لأن هذين العاملين يلعبان دورًا رئيسيًّا في مقاومة البطانات المطاطية للتعب.

لا يزال استخدام البطانات المطاطية في عمليات الطحن الأولية التي تتسم بقوى طحن شديدة يمثل مشكلة، لأن معدل تآكل البطانات المطاطية مرتفع للغاية. وحتى مع استخدام مطاط أكثر سمكًا، لا يزال من الصعب تحقيق عمر افتراضي معقول للبطانات. وعلى الرغم من أن تكلفة مادة البطانة لكل طن من الخام متشابهة بين البطانات المطاطية والصلبية، فإن قصر عمر البطانات المطاطية في مثل هذه الحالات يؤدي إلى صيانة متكررة، مما يجعل البطانات المطاطية غير اقتصادية.

ومع ذلك، فإن البطانات المطاطية مناسبة جدًّا لتطبيقات الطحن الثانوي. وحتى مع استخدام مطاط رقيق نسبيًا، فإن عمرها التشغيلي لا يزال ضمن نطاق مقبول. وقد أدت المواد المطاطية المصممة خصيصًا ذات الهياكل الجزيئية المخصصة إلى تحسين مقاومة التآكل بشكل أكبر وتقليل وقت التوقف عن العمل لأغراض الصيانة. وبناءً على البيانات الحالية لتصميم المواد المطاطية، أصبح من الممكن الآن تصميم البطانات المطاطية خصيصًا لتلائم الظروف والمتطلبات الخاصة بكل منجم، مما يلبي احتياجاتها ويحسن الكفاءة الاقتصادية.

بالنسبة لعمليات الطحن الحالية، إذا كانت صلابة الخام تقترب من صلابة البطانات المعدنية للمطحنة أو تتجاوزها، فيمكن النظر في استخدام مواد قائمة على المطاط أو تجربتها. وقد توفر البطانات المطاطية مزايا اقتصادية أفضل، وتكاليف أقل لمواد البطانات، وتوافرًا أعلى للمصنع [49].

يجب أن تتمتع مادة المطاط الطبيعي أو المطاط الصناعي الجيدة المستخدمة في بطانات المطاحن بمدّ يتراوح بين 500% و600%، أي أنه يمكن شدها 5–6 مرات دون أن تتعرض للتمزق. ويجب أن تبلغ قوة الشد حوالي 20 ميجا باسكال (3000 رطل لكل بوصة مربعة). الخاصية الثالثة المهمة هي الصلابة، التي يجب أن تكون في نطاق شور A 55–70. عادةً ما يكون المطاط المستخدم في بطانات المطاحن مزيجًا من المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي. وفي بعض الحالات، قد يكون صناعيًا بالكامل. وعادةً ما تشكل نسب المطاط الطبيعي والمطاط الصناعي والمواد الكيميائية المضافة والمواد المالئة مركبًا. ولكل مصنع لبطانات المطاط مركبه وتصميمه الخاص.

لا تزال البطانات المطاطية تنطوي على العديد من العيوب: (1) فهي غير مناسبة للاستخدامات التي تُضاف فيها كواشف التعويم مباشرةً إلى المطحنة، حيث إن هذه الكواشف قد تؤدي إلى تدهور خصائص المطاط. (2) كما أنها غير مناسبة لدرجات الحرارة التي تتجاوز 80 درجة مئوية؛ فعندما تتجاوز درجة الحرارة 85 درجة مئوية، يفقد المطاط مرونته تدريجيًا، مما يؤدي إلى تسريع التآكل. وعند 100 درجة مئوية، يزداد تآكل البطانات المطاطية بمقدار 5–6 أضعاف مقارنةً بما يحدث عند 50 درجة مئوية. ونظرًا لأن المطاط لا يبدد الحرارة بسهولة، تُستخدم البطانات المطاطية عمومًا في المطاحن الرطبة. (3) وعادةً ما تكون أكثر سمكًا من البطانات الفولاذية، مما يقلل من حجم الطحن الفعلي أو سعة الطحن للمطحنة. وقد يكون هذا التأثير ملحوظًا في المطاحن الصغيرة. (4) يجب ألا يتجاوز قطر الكرات الفولاذية 80 مم. (5) قد يزداد استهلاك وسائط الطحن (الكرات الفولاذية). وقد أُفيد بأن البطانات المطاطية تزيد من استهلاك وسائط الطحن مقارنةً بالبطانات المصنوعة من الحديد الزهر Ni-Hard. (6) تتطلب المطاحن الكروية التي تستخدم البطانات المطاطية عمومًا حجم تغذية أصغر (لا يتجاوز عادةً 15 مم، اعتمادًا على خصائص الخام). تجدر الإشارة إلى أنه يمكن التغلب على بعض هذه العيوب باستخدام تركيبات مطاطية خاصة. كما تختلف البطانات المطاطية عن البطانات الفولاذية في التصميم.

باختصار، حلت البطانات المطاطية محل البطانات الفولاذية في معظم عمليات إعادة الطحن. وتتميز البطانات المطاطية بمزايا عديدة، مثل العمر التشغيلي الطويل، وآليات مقاومة التآكل التي لا تتأثر بصلابة المادة التي يتم طحنها، والوزن الخفيف، وسهولة وسرعة التركيب، والحد من الضوضاء. تعتمد مقاومة التآكل للبطانات المطاطية على قدرتها على الحفاظ على مرونتها دون أن يتم قطعها أو تمزقها عند اصطدامها بجزيئات كاشطة أو عند ضغط الجزيئات على سطحها. ومع ذلك، عند استبدال البطانات الفولاذية بالبطانات المطاطية، غالبًا ما يُلاحظ زيادة في استهلاك وسائط الطحن (الكرات الفولاذية) مع انخفاض معدل الإنتاجية. ويُعزى هذا الانخفاض إلى أن البطانات المطاطية أكثر سمكًا من البطانات الفولاذية، مما يجعلها تشغل مساحة أكبر في عملية الطحن.