Что такое шаровая мельница?

В зависимости от способа придания движения загрузке мельницы обычно подразделяются на два типа: барабанные и мешальные. В барабанных мельницах корпус мельницы вращается, и движение загрузке придается за счет вращения корпуса. В качестве измельчающих элементов могут использоваться стальные стержни, шары или сама руда. Размеры шариков, например, варьируются от примерно 20 мм для тонкого измельчения до 150 мм для грубого измельчения. Барабанные мельницы обычно используются в горнодобывающей промышленности для первичного измельчения, при котором частицы размером от 5 мм до 250 мм измельчаются до размера от 25 мкм до 300 мкм. В мельницах с перемешивателем корпус мельницы закреплен неподвижно в горизонтальном или вертикальном положении, а движение загрузке придается за счет движения внутренней мешалки. Измельчающие тела (размером 25 мм или менее) внутри мельницы перемешиваются или вращаются мешалкой, которая, как правило, состоит из центрального вала, к которому прикреплены винты, штифты или диски различной конструкции. Мельницы с мешалкой находят применение при повторном измельчении, тонком (15–40 мкм) и ультратонком (менее 15 мкм) измельчении.

Барабанные мельницы бывают трех основных типов: стержневые, шаровые и аутогенные/полуаутогенные (AG/SAG), в зависимости от типа измельчающих тел (мельницы SAG представляют собой мельницы AG с добавлением некоторого количества измельчающих шаров). Конструктивно каждый тип мельницы состоит из горизонтального цилиндрического корпуса, снабженного сменными износостойкими футеровками и загрузкой измельчающих тел. Барабан подвешен таким образом, что вращается вокруг своей оси на полых цапфах, закрепленных на торцевых стенках. Диаметр мельницы определяет силу удара, которую измельчающие тела могут оказывать на частицы руды, и, как правило, чем крупнее размер подаваемого сырья, тем больше должен быть диаметр мельницы. Длина мельницы в сочетании с диаметром определяет её объём и, следовательно, производительность.

Штокерные и шаровые мельницы классифицируются в зависимости от характера разгрузки. Наиболее широко используемым типом штокерной мельницы в горнодобывающей промышленности является мельница с переливом через цапфы (рис. 5.9), в которой сырье подается через одну цапфу и выгружается через другую. Обеспечивается градиент потока

Шаровая мельница с переливом

путем увеличения диаметра выпускного (переливного) цапфы на 10–20 см по сравнению с диаметром загрузочного отверстия. Выпускная цапфа часто оснащается спиральным (троммельным) грохотом для удаления посторонних включений.

Заключительные этапы первичного измельчения осуществляются в барабанных мельницах с использованием стальных шаров в качестве измельчающего тела, поэтому такие мельницы и называются “шаровыми мельницами”. Поскольку шары имеют большую площадь поверхности на единицу веса, чем стержни, они лучше подходят для тонкого измельчения. Термин «шаровая мельница» применяется только к мельницам, у которых отношение длины к диаметру составляет 2 к 1 и менее. Мельницы, у которых отношение длины к диаметру составляет от 3 до 5, называются трубчатыми мельницами. Последние иногда разделяются на несколько продольных отсеков, каждый из которых имеет свой состав загрузки; в качестве загрузки могут использоваться стальные шары, стержни или галька, и такие мельницы часто применяются в сухом режиме для измельчения цементного клинкера, гипса и фосфатов. Трубчатые мельницы, имеющие только один отсек и загруженные твёрдыми, просеянными частицами руды в качестве измельчающего материала, называются галечными мельницами. Они имеют преимущество перед шаровыми мельницами в тех случаях, когда необходимо избежать загрязнения железом. Поскольку вес гальки на единицу объёма составляет примерно 35%–55% от веса стальных шаров, а потребляемая мощность прямо пропорциональна весу загрузки, потребляемая мощность и производительность гальковых мельниц соответственно ниже. Таким образом, в данной схеме измельчения при определённой скорости подачи галечная мельница будет значительно больше шаровой мельницы, что повлечёт за собой соответственно более высокие капитальные затраты.

Шаровые мельницы могут представлять собой простые мельницы с переливным выходом, работающие в открытом или замкнутом цикле, либо мельницы с решетчатым выходом (низкоуровневым выходом). Мельницы последнего типа оснащены выпускными решетками, расположенными между цилиндрическим корпусом мельницы и выпускным цапфой. Пульпа может свободно проходить через отверстия в решетке, после чего поднимается до уровня разгрузочного цапфенного узла (рис. 5.10). В этих мельницах уровень пульпы ниже, чем в переливных мельницах, что сокращает время пребывания частиц в мельнице. В результате переизмельчение происходит в незначительной степени, и продукт содержит значительную долю крупного материала, который возвращается в мельницу с помощью того или иного классификатора. Мельницы с решетчатым разгрузочным устройством обычно принимают более крупную сырьевую фракцию, чем мельницы с переливным разгрузочным устройством, и от них не требуется столь тонкого измельчения; главная причина заключается в том, что при наличии большого количества мелких шариков в загрузке открытая площадь решетки очень быстро забивается. Мельница с переливным выходом на цапфе является самой простой в эксплуатации и используется в большинстве случаев применения шаровых мельниц, особенно для тонкого измельчения и повторного измельчения. По данным, энергопотребление у неё примерно на 15% меньше, чем у мельницы с решетчатым выходом того же размера, хотя эффективность измельчения у обеих мельниц схожа.

Мельница с решетчатым выходом

В горнодобывающей промышленности в схемах измельчения с максимальной пропускной способностью используются автогенные (AG) или полуавтогенные (SAG) мельницы. Автогенная мельница представляет собой барабанную мельницу, в которой в качестве измельчающих тел используется сама руда. Руда должна содержать достаточное количество прочных кусков, способных выступать в качестве измельчающих тел, и, предпочтительно, иметь высокий удельный вес (s.g.), что, например, благоприятно сказывается на измельчении железных руд в мельницах AG (удельный вес 4 по сравнению с 2,7 для руд с высоким содержанием силикатов). Мельница SAG представляет собой автогенную мельницу, в которой помимо естественного измельчающего материала используются стальные шары. Загрузка шаров в мельницах SAG, как правило, наиболее эффективна в диапазоне от 4% до 15% от объема мельницы, включая пустоты. В южноафриканской практике мельницы SAG могут иметь загрузку шаров, достигающую 35% от объёма мельницы.

Мельницы типа AG/SAG обычно заменяют две последние ступени дробления (вторичную и третичную) и штанговое измельчение в традиционной технологической схеме. Это дает ряд преимуществ по сравнению с традиционной технологической схемой: более низкие капитальные затраты, возможность переработки широкого спектра типов руд, включая липкие и глинистые сырьевые материалы, относительно простые технологические схемы, наличие крупногабаритного оборудования, меньшие потребности в рабочей силе и снижение расхода стали. Использование мельниц AG/SAG стало настолько распространенным, что многие существующие предприятия переоборудуются для их установки, в то время как при проектировании новых предприятий редко рассматриваются схемы, не включающие их. В будущем эта тенденция может измениться, поскольку новые технологии, такие как мелкое дробление, вальцовые мельницы высокого давления и ультрамелкое измельчение (измельчение с перемешиванием), предлагают альтернативные варианты технологических схем. Схематическое изображение различных секций автогенной мельницы приведено на рис. 5.11. Мельницы AG или SAG классифицируются по соотношению сторон корпуса мельницы и механизму выгрузки продукта. Соотношение сторон определяется как отношение диаметра к длине. Коэффициенты удлинения обычно подразделяются на три группы: мельницы с высоким коэффициентом удлинения, у которых диаметр в 1,5–3 раза превышает длину; “квадратные мельницы”, у которых диаметр приблизительно равен длине; и мельницы с низким коэффициентом удлинения, у которых длина в 1,5–3 раза превышает диаметр. Самые крупные мельницы SAG достигают 12 м в диаметре и 6,1 м в длину, при этом их привод осуществляется двигателем мощностью более 20 МВт. Многие мельницы с высоким соотношением сторон, особенно агрегаты большого диаметра, имеют конические, а не плоские торцы. Поэтому следует уделять особое внимание определению длины мельницы. Внутри камеры измельчения мельница облицована износостойкими пластинами, удерживаемыми подъемными стержнями, привинченными к корпусу. Подъемные стержни необходимы для уменьшения проскальзывания загрузки мельницы, которое вызывает быстрый износ футеровки, а также ухудшает процесс измельчения. Форма и геометрия подъемных стержней, в частности их высота и угол наклона торцевой поверхности, оказывают значительное влияние на производительность мельницы и интенсивность износа. Решетка служит для удержания измельчающих тел и крупных кусков породы, а также для пропуска мелких частиц и шлама

Схема различных секций мельницы AG

для прохождения материала. Отверстия решетки могут быть квадратными, круглыми или щелевыми, их размер варьируется от 10 мм до 40 мм. В некоторых установках в решетке имеются крупные отверстия размером от 40 мм до 100 мм, называемые «отверстиями для гальки», которые позволяют извлекать гальку и дробить её (до размера 12–20 мм) перед повторной подачей в мельницу.

Суспензия частиц, размер которых меньше отверстий решетки, поступает в камеры подъемника пульпы.

Подъемники пульпы, расположенные радиально, как показано на рис. 5.12, вращаются вместе с мельницей и поднимают суспензию в разгрузочный цапфовый узел и наружу из мельницы. Каждая камера подъемника пульпы опорожняется перед началом следующего цикла, чтобы создать перепад высот поперек решетки для транспортировки суспензии из камеры измельчения в камеры подъемника пульпы. Существуют два типа конструкций подъемников пульпы: радиальные и изогнутые, также известные как спиральные (см. рис. 5.12). Радиальный (или прямой) тип более распространен в горно-обогатительной промышленности. В то время как основная часть шлама, проходящая через решетку, выводится из мельницы через разгрузочный цапфовый узел, часть шлама, находящаяся в камере подъемника шлама, при вращении мельницы возвращается обратно в мельницу.

Традиционные конструкции подъемников целлюлозы