Rivestimenti in gomma

In origine, la maggior parte dei rivestimenti per mulini era realizzata con materiali metallici (come l’acciaio ad alto tenore di manganese). Tuttavia, grazie ai vantaggi offerti dai materiali in gomma in termini di durata e convenienza economica, sono stati introdotti i rivestimenti in gomma (come illustrato nella Figura 5-19). Sin dalla loro introduzione nel 1921, i rivestimenti in gomma hanno trovato ampia applicazione. Si ritiene che il primo impiego dei rivestimenti in gomma risalga al 1921, quando la prima serie di rivestimenti in gomma fu installata in un mulino secondario mulino a sfere (1,2 m × 6,1 m, ovvero 4 piedi × 20 piedi) presso la miniera d’oro di Nippissing negli Stati Uniti. Da allora sono stati depositati numerosi brevetti relativi ai rivestimenti in gomma e sono state condotte prove industriali che utilizzavano materiali in gomma come rivestimenti per mulini, ma la vera commercializzazione dei rivestimenti in gomma avvenne all’inizio degli anni ’60. Oggi, i rivestimenti in gomma sono ampiamente utilizzati nelle operazioni di macinazione secondaria e di rimacina. Sebbene i rivestimenti metallici (in acciaio) continuino a dominare nei mulini primari, negli ultimi 20 anni i rivestimenti in gomma hanno compiuto notevoli progressi anche in questo settore. Mulini a barre sono particolarmente inadatti per i rivestimenti in gomma, poiché le estremità delle aste tendono a lacerarli.

Figura 5-19 Rivestimenti in gomma

L’usura dei rivestimenti in gomma è anch’essa una combinazione di urti, usura abrasiva e corrosione. Qualsiasi variazione di uno di questi fattori influirà in modo significativo sull’usura del rivestimento in gomma. Il meccanismo di resistenza all’usura dei rivestimenti in gomma è completamente diverso da quello dei rivestimenti in acciaio; la differenza più grande e più evidente è la durezza. A differenza dei rivestimenti in acciaio, che resistono all’abrasione grazie alla loro durezza, i rivestimenti in gomma subiscono solo una deformazione elastica e deviano le particelle abrasive quando la velocità d’impatto è bassa. Quando i rivestimenti in gomma sono sottoposti a una forza, si deformano, ma una volta rimossa la forza, recuperano la loro forma, evitando così strappi o usura, assorbendo al contempo l’energia d’impatto. Al contrario, i materiali in acciaio subiscono una deformazione plastica, che porta all’usura. Tuttavia, quando la forza d’impatto è eccessiva o la velocità d’impatto è troppo elevata (ad es. > 9 m/s), l’usura dei materiali in gomma aumenta drasticamente, causando solitamente un cedimento per lacerazione. Un’altra differenza riguarda la resistenza. I rivestimenti in gomma sono più soggetti a strappi rispetto a quelli in acciaio nelle seguenti condizioni: (1) pressione di contatto estremamente elevata; (2) forza concentrata su punti appuntiti; (3) eccessiva estrusione ai bordi e agli angoli del rivestimento in gomma. Ciò è dovuto alla resistenza limitata dei materiali in gomma, che di conseguenza porta a una rapida usura dei rivestimenti in gomma. Anche l’angolo di impatto delle diverse sfere d’acciaio influisce notevolmente sull’usura dei rivestimenti in gomma. Con un angolo di impatto di 90°, l’usura è minima; quando l’angolo di impatto scende a 30°, l’usura aumenta di circa 40 volte; a 15°, può addirittura aumentare di circa 130 volte. Con angoli di impatto compresi tra 50° e 70°, i rivestimenti in gomma e quelli in acciaio presentano prestazioni simili; tra 70° e 90°, i rivestimenti in gomma hanno una resistenza agli urti superiore rispetto a quelli in acciaio. La resistenza alla trazione e allo strappo dei materiali in gomma sono fattori determinanti per le prestazioni dei rivestimenti in gomma, poiché questi due fattori svolgono un ruolo chiave nella resistenza alla fatica dei rivestimenti in gomma.

L'impiego di rivestimenti in gomma nelle operazioni di macinazione primaria, caratterizzate da forze di macinazione estreme, rimane problematico, poiché il tasso di usura dei rivestimenti in gomma è troppo elevato. Anche utilizzando gomma più spessa, è comunque difficile ottenere una durata ragionevole dei rivestimenti. Sebbene il costo del materiale di rivestimento per tonnellata di minerale sia simile per i rivestimenti in gomma e quelli in acciaio, la breve durata dei rivestimenti in gomma in questi casi comporta frequenti interventi di manutenzione, rendendo i rivestimenti in gomma antieconomici.

Tuttavia, i rivestimenti in gomma sono particolarmente adatti alle applicazioni di macinazione secondaria. Anche con gomma relativamente sottile, la loro durata rientra comunque in un intervallo accettabile. Materiali in gomma appositamente progettati con strutture molecolari su misura hanno ulteriormente migliorato la resistenza all’usura e ridotto i tempi di fermo per la manutenzione. Sulla base dei dati esistenti relativi alla progettazione dei materiali in gomma, è ora possibile progettare rivestimenti in gomma specifici per le condizioni e i requisiti particolari di ciascuna miniera, soddisfacendone le esigenze e migliorandone l’efficienza economica.

Per gli impianti di macinazione esistenti, qualora la durezza del minerale si avvicini o superi quella dei rivestimenti metallici del mulino, è possibile prendere in considerazione o sperimentare l’uso di materiali a base di gomma. I rivestimenti in gomma possono garantire una maggiore redditività, costi inferiori per i materiali di rivestimento e una maggiore disponibilità dell’impianto [49].

Un buon materiale in gomma naturale o sintetica per i rivestimenti dei mulini dovrebbe avere un allungamento compreso tra 500% e 600%, ovvero dovrebbe poter essere allungato di 5–6 volte senza rompersi. La resistenza alla trazione dovrebbe aggirarsi intorno ai 20 MPa (3000 psi). Una terza proprietà importante è la durezza, che dovrebbe rientrare nell’intervallo compreso tra 55 e 70 Shore A. La gomma utilizzata per i rivestimenti dei mulini è in genere una miscela di gomma naturale e sintetica. In alcuni casi, può essere interamente sintetica. Di norma, le proporzioni di gomma naturale, gomma sintetica, additivi chimici e cariche costituiscono una mescola. Ogni produttore di rivestimenti in gomma dispone di una propria mescola e di un proprio design.

I rivestimenti in gomma presentano ancora molti svantaggi: (1) Non sono adatti ad applicazioni in cui i reagenti di flottazione vengono aggiunti direttamente nel mulino, poiché tali reagenti potrebbero compromettere le proprietà della gomma. (2) Sono inoltre inadatte a temperature superiori a 80 °C; quando la temperatura supera gli 85 °C, la gomma perde gradualmente elasticità, causando un’usura accelerata. A 100 °C, l’usura dei rivestimenti in gomma aumenta di 5–6 volte rispetto a quella a 50 °C. Poiché la gomma non dissipa facilmente il calore, i rivestimenti in gomma vengono generalmente utilizzati nei mulini a umido. (3) Sono solitamente più spessi dei rivestimenti in acciaio, il che riduce il volume effettivo di macinazione o la capacità di macinazione del mulino. Questo effetto può essere significativo per i mulini di piccole dimensioni. (4) Il diametro delle sfere d’acciaio non dovrebbe superare gli 80 mm. (5) Il consumo dei mezzi di macinazione (sfere d’acciaio) potrebbe aumentare. È stato segnalato che i rivestimenti in gomma aumentano il consumo dei mezzi di macinazione rispetto ai rivestimenti in ghisa Ni-Hard. (6) I mulini a sfere che utilizzano rivestimenti in gomma richiedono generalmente una dimensione di alimentazione più piccola (in genere non superiore a 15 mm, a seconda delle proprietà del minerale). Vale la pena notare che alcuni di questi svantaggi possono essere superati grazie a speciali formulazioni di gomma. I rivestimenti in gomma differiscono da quelli in acciaio anche nella progettazione.

In sintesi, i rivestimenti in gomma hanno sostituito quelli in acciaio nella maggior parte delle operazioni di riaffilatura. I rivestimenti in gomma presentano vantaggi quali una lunga durata, meccanismi di usura indipendenti dalla durezza del materiale da macinare, leggerezza, installazione facile e rapida e riduzione del rumore. La resistenza all’usura dei rivestimenti in gomma dipende dalla loro capacità di rimanere elastici senza subire tagli o strappi quando vengono colpiti da particelle abrasive o quando le particelle vengono premute contro la superficie. Tuttavia, quando si sostituiscono i rivestimenti in acciaio con quelli in gomma, si riscontra spesso che il consumo dei mezzi di macinazione (sfere d’acciaio) aumenta mentre la produttività diminuisce. Quest’ultimo fenomeno è dovuto al fatto che i rivestimenti in gomma sono più spessi di quelli in acciaio e occupano quindi più spazio all’interno del mulino.