Стальные мелющие шары: их роль в измельчении минералов

Стальные мелющие шары: их роль в измельчении минералов

Для превращения добытой руды в частицы, пригодные для извлечения минералов, недостаточно мощного оборудования. Внутри мельницы мелющие тела должны эффективно передавать энергию руде. Стальные мелющие шары делают это за счет многократных ударов и истирания, подготавливая материал к таким процессам, как флотация и выщелачивание. Их размер, твердость, вязкость и характер износа влияют не только на эффективность измельчения, но и на расход мелющих тел и эксплуатационные затраты.

Цель состоит не в том, чтобы измельчить все как можно тоньше. Необходимо раскрыть ценные минералы при таком размере частиц, с которым справится схема извлечения, не расходуя лишнюю энергию и не образуя чрезмерного количества тонких фракций. Это различие объясняет многие решения операторов при выборе мелющих тел.

Что происходит внутри мельницы?

Во вращающейся шаровой мельнице футеровка поднимает загрузку из стальных шаров и руды. По мере движения загрузки шары перекатываются, каскадируют и при подходящих условиях падают на расположенный ниже материал. Крупные частицы разрушаются от ударов, а более мелкие измельчаются за счет истирания и сжатия между движущимися поверхностями. При мокром измельчении вода переносит частицы в виде пульпы и влияет на поведение загрузки.

Шары — это расходные рабочие элементы, а не постоянные части машины. Они постепенно теряют материал из-за механического износа, а в мокрых циклах — также из-за коррозии. Операторы добавляют свежие мелющие тела, чтобы поддерживать требуемые массу загрузки и распределение по размерам. Без надлежащего пополнения в мельнице может оставаться много стали, но не хватать шаров нужного размера для эффективного разрушения поступающей руды.

Режим работы не менее важен, чем сами мелющие тела. Скорость мельницы, профиль футеровки, уровень заполнения и плотность пульпы влияют на траекторию движения шаров и на количество энергии, передаваемой руде. Замена марки стали не исправит неправильно подобранный режим работы.

Почему более тонкое измельчение не всегда лучше

Ценные минералы часто заключены в окружающей их породе. Измельчение помогает отделить зерна минералов от пустой породы — этот процесс называется раскрытием минералов. Однако требования к раскрытию зависят от руды. Для одного месторождения может быть достаточно относительно крупного помола, тогда как для другого требуется более тонкое измельчение, поскольку ценные минералы представлены мелкими, тесно сросшимися зернами.

Переизмельчение может создавать собственные проблемы. Очень мелкие частицы бывает сложнее извлекать обычной флотацией, а их наличие может осложнить сгущение или фильтрацию. Более тонкое измельчение может повысить доступность минералов для выщелачивания, но необходимо учитывать дополнительный расход энергии и требования к последующей обработке. Поэтому целевым показателем должно быть испытанное распределение частиц по размерам, а не минимально достижимый размер.

Именно поэтому эффективность мельницы следует оценивать вместе с эффективностью извлечения. Увеличение производительности не всегда является улучшением, если продукт на выходе слишком крупный для следующего процесса.

Размер шаров — компромисс между ударом и контактом

Крупные шары могут передавать больше энергии при отдельном столкновении, поэтому они подходят для измельчения, когда исходное сырье содержит крупные прочные частицы. Мелкие шары обеспечивают больше точек контакта и большую суммарную площадь поверхности при той же массе стали, что может способствовать более тонкому измельчению. Ни одно из этих свойств не делает какой-либо размер универсально лучшим.

Рассмотрим мельницу, в которую после изменения режима дробления поступает более крупный материал. Загрузка, в которой преобладают мелкие шары, может не справиться с разрушением крупных частиц. Простое добавление мелких шаров не обязательно решит эту проблему. И наоборот, при чрезмерной доле крупных шаров может не хватить контактов для эффективного тонкого измельчения.

Поэтому выбор начинается с размера исходного материала, прочности руды, геометрии мельницы и требуемого размера продукта. Важна и существующая загрузка: свежие шары смешиваются с изношенными, поэтому рабочее распределение по размерам отличается от спецификации поставки.

Твердость важна, но сама по себе не является полной спецификацией

Твердость помогает стали сопротивляться вдавливанию и абразивному износу. Вязкость помогает ей выдерживать ударные нагрузки без растрескивания и разрушения. Стальные мелющие шары должны иметь подходящее сочетание этих свойств, обеспеченное контролируемым химическим составом и термообработкой. Высокий показатель поверхностной твердости сам по себе не позволяет оценить работу шара в течение всего срока службы.

Важен профиль твердости под поверхностью, поскольку по мере износа постоянно открывается новый материал. Внутренние дефекты, остаточные напряжения и неподходящая микроструктура также могут вызывать проблемы, которые не выявляются испытанием поверхности. Выкрашивание — отделение от поверхности чешуек или фрагментов — отличается от постепенного износа и требует отдельного изучения.

При рассмотрении спецификации полезно задать следующие вопросы:

• Измеряется ли твердость только на поверхности или также по сечению?
• Какая методика испытания на ударную вязкость и какая геометрия образца использованы для подтверждения ее значения?
• Можно ли проследить результаты контроля до поставленной производственной партии?
• Подходит ли предлагаемая марка стали для данного диаметра шаров и ожидаемых ударных нагрузок?

Химический состав стали — часть этой оценки, а не способ обойти ее. Углерод и легирующие элементы влияют на прокаливаемость и свойства, достижимые при термообработке. Обозначение марки без сведений о производстве и контроле дает лишь часть информации.

В каких случаях подходят другие формы мелющих тел

Шары — не единственный вариант измельчения минерального сырья. В стержневых мельницах используют удлиненные стальные мелющие стержни; характер их контакта может способствовать более крупному измельчению с меньшим переизмельчением при подходящих условиях работы. Стальной мелющий стержень предназначен для мельницы, рассчитанной на стержни; он не является прямой заменой шаров в существующей шаровой мельнице.

Компания Shandong Jinchi New Material Technology Co., Ltd. разрабатывает и производит мелющие шары, стержни и цильпебсы, а также оказывает технические услуги для горнодобывающей отрасли. Такой широкий ассортимент имеет значение, поскольку выбор мелющих тел должен соответствовать условиям измельчения. Форму, марку стали, термообработку и конструкцию мельницы следует рассматривать в совокупности, а не выбирать независимо друг от друга по каталогу.

Оценивайте результат на уровне всей технологической цепочки

Самая низкая цена за тонну шаров не обязательно означает самые низкие затраты на измельчение. Для сравнения полезно учитывать расход мелющих тел на тонну руды, энергопотребление, производительность, размер продукта, а также характер разрушения и выкрашивания шаров. В мокрых циклах следует учитывать и химический состав пульпы: коррозия может увеличивать потери стали, а взаимодействие мелющих тел с минералами — влиять на флотацию.

Практические испытания требуют достаточно сопоставимых руды и условий работы. Если одновременно меняются твердость исходного материала, загрузка мельницы или эффективность классификации, становится сложно связать результат с новыми мелющими телами. При испытаниях необходимо также учитывать существующую загрузку, которая не исчезает при добавлении шаров другого типа.

Перед заменой мелющих тел установите текущие показатели и определите фактическое ограничение: слишком крупный продукт на выходе, чрезмерный расход, разрушение шаров или низкая эффективность последующего извлечения. Каждая из этих проблем требует отдельного изучения. Подходящий стальной шар — тот, который надежно обеспечивает необходимую степень измельчения в данных условиях, а не просто обладает самой высокой твердостью согласно спецификации.