Особенности и практика процессов рудоподготовки липких и вязкопластичных руд

А.И. Степаненко — директор ООО «Гормашэкспорт»
А.А. Степаненко — начальник лаборатории ООО «Гормашэкспорт»
С.М. Мальков — начальник конструкторского отдела ООО «Гормашэкспорт»

В последние годы в переработку прихо­дится включать все более труднопере­рабатываемые руды. Эта тенденция заставила искать альтернативные про­цессы рудоподготовки и обогащения. Одним из ключевых факторов,  влияющих на рудоподготовку, является значительное содержание глины и ила в поступающей на переработку массе. Высокая пластичность и липкость глины, большие вариации состояний глины при переходе через границу пластичности, замораживании или, наоборот, оттаивании, сделали невоз­можным применение на таких рудах классических типов дробилок: щеко­вых, конусных, роторных, молотковых, центробежно­-ударных и т.д. Это связа­но с залипанием рабочих камер дроби­лок, с невозможностью организации контрольного грохочения в циклах дробления, и, как следствие, частыми простоями оборудования из­-за дли­тельной и трудоемкой работы по очист­ке камеры дробления, а зачастую и с полной неработоспособностью обору­дования. Анализ мирового опыта дроб­ления показывает широкое распро­странение на сегодняшний день зубча­тых валковых дробилок различных конструкций для дробления самых раз­нообразных материалов (рис. 1), в том числе в составе передвижных дробильно-­сортировочных установок.
                                                                                               

Рис. 1. Дробилка двухвалковая шнекозубчатая

Возможность перерабатывать мате­риалы, склонные к налипанию на рабо­чих органах, выгодно отличает шнеко­зубчатые дробилки (далее ДШЗ) от других типов дробильного оборудования. Шнековое расположение зубьев обеспечивает эффект самоочищения дробящих элементов и внутреннего пространства, а также позволяет обес­печить устойчивую работу дробилки «под завалом» (рис. 2).

Два важнейших фактора: низкая степень переизмельчения материалов и максимально высокий выход товар­ных классов определяют выбор шнеко­зубчатых дробилок для схем дробления материалов с жестко регламенти­руемым составом дробленого продук­та. Руда после процедуры дробления на шнековых дробилках пригодна не только для процессов дальнейшей дезинтеграции и промывки с после­дующей переработкой по классическим схемам, но и для использования без последующей дезинтеграции, напри­мер, для кучного выщелачивания.
                                                                                                                             

Рис. 2. Зона дробления шнекозубчатой дробилки

Данные дробилки являются аппара­тами калибрующего типа, поэтому не требуется контрольное грохочение дробленой руды. Дробилки ДШЗ широко применяются для среднего, мелкого и тонкого дробления и дезин­теграции различных горных пород, металлургических и химических мате­риалов, глин и глинистых руд, шламо­вых и иловых осадков.

Нами накоплен большой опыт дроб­ления различных продуктов, содержа­щих глину: руд с высоким содержанием глины, каолина сырца, бентонита, дон­ных осадков шламонакопителей, корок после зачистки сгустителей, смерзших­ся концентратов и т.д. Мы убедились, что во всех случаях дробление идет в устойчивом режиме, залипания продук­та в зоне дробления не происходит при любой влажности, температуре и состоянии продукта.

Реализация схемы с дроблением и последующей промывкой руды Ярославского ГОКа с содержанием глины до 60 % позволила вовлечь в переработку некондиционные руды и в результате получить руду с содержани­ем глины менее 0,5 %, полностью при­годную для последующей переработки на существующей фабрике (рис. 3).
                                                                                                                       

Рис. 3. Схема рудоподготовки и дезинтеграции высокоглинистой руды

Дробимая руда самосвалами пода­ется в бункер пластинчатого питателя (поз. 1), откуда направляется на дроб­ление в дробилку ДШЗ 625 (поз. 2), далее руда дробленая до крупности 250 мм подается в промывочный бара­бан (скруббер­бутару) (поз. 3), где про­исходит дезинтеграция глины, промы­тая руда с крупностью 6­250 мм посту­пает на дальнейшую переработку. Руда крупностью 0–6 мм проходит дешламацию в спиральном классифи­каторе (поз. 4). Для бесперебойной работы технологической линии стенки приемного бункера, желобов, загру­зочного и разгрузочного бункера дробилки футеруются материалами, обес­печивающими низкую степень адгезии и сил трения перерабатываемого материала к стенкам.

Для предотвращения вторичного образования глинистых агломератов, под дробилку устанавливается конвейер, обеспечивающий транспортировку мате­риала с производительностью, которая существенно превышает расчетную.

Применение дробилок данного типа позволяет не только произвести сокращение крупности, но и повысить эффективность последующих процес­сов. Например, предварительное дробление песков с высоким содержа­нием пластовой глины и глины в виде сферических образований приводит к существенному сокращению времени последующей промывки руды. Так предварительная дезинтеграция гли­нистых песков Туганского месторож­дения на шнекозубчатой дробилке привела к снижению времени после­дующей дезинтеграции (промывки) в скруббер-­бутаре с 480 до 80 сек.

Применение шнекозубчатых дроби­лок на руднике Жалымбет, корпорации Казахалтын, позволило вовлекать руды с высоким содержанием глины в круг­логодичную переработку. Применение дробилок при формировании штабеля для кучного выщелачивания позволяет получить материал с гранулометричес­ким составом, который обеспечивает наилучшую фильтруемость штабеля при минимальном времени процесса.

Одним из перспективных направле­ний применения ДШЗ является их использование при переработке мате­риалов шламохранилищ и смерзшихся концентратов после транспортировки и хранения. Опыт эксплуатации дроби­лок для смерзшихся концентратов, перевозимых в МКР на Амурском заво­де АО «Полиметалл», показал их абсо­лютную работоспособность при любом состоянии дробимого материала.

Принцип «не дробить лишнего», реа­лизованный в конструкции шнекозуб­чатых дробилок, обеспечивает ощути­мый экономический эффект их исполь­зования в циклах рудоподготовки. Так при замене на предприятии «Тамме Ауто», Эстония, молотковой дробилки на шнекозубчатую ДШЗ­-500 потребля­емая дробилкой электрическая мощ­ность за счет снижения переизмельче­ния исходного продукта снизилась на 20 %. Коэффициент использования дробилки вырос с 0,3 до 0,86 за счет исключения залипания продукта на рабочих поверхностях. Фактически остановки дробилки на протяжении уже пяти лет эксплуатации произво­дятся только для осуществления пла­ново­-предупредительных ремонтов, замены масла в редукторах и рабочих элементов зубьев валков.

Исследования свойств заморожен­ных глин и илов демонстрируют воз­можность изменения их свойств в широких пределах. Например, предел прочности замерзших каолиновых глин изменяется в диапазоне от 20 до 60 МПа, предел прочности бентонито­вых глин может изменяться в диапа­зоне от 40 до 80 и даже 100 МПа. Предел прочности замерзших концен­тратов и илов шламохранилищ также может достигать 80 МПа. Все это затрудняет применение расчетных методов при выборе конкретной дро­билки и требует применения эмпири­ческих методов.

Справочными и учебными пособия­ми  рекомендовано применение шнекозубчатых дробилок для материалов с пределом прочности на сжатие до 100 МПа. Между тем дан­ный показатель не всегда определяет свойства дробимости, связанные с морфологией материала, его слоис­тостью и трещиноватостью, наличием внутренних напряжений и т.д. На сегодняшний день на протяжении от двух до девяти лет успешно эксплуа­тируются промышленные шнекозубча­тые дробилки нашего производства на материалах с пределом прочности выше 100 МПа: Гурьевская ОФ «Евраз» (крепкий известняк — 120 МПа); ЗИФ «Казах алтын» (золото­носная руда — 160 МПа); Тугнуйская ОФ «СУЭК» (уголь с включениями кварцевых пород — до 160 МПа); ОФ Коксовая «ТопПром» (уголь с крепкими сцементированными песчаника­ми — до 160 Мпа). Это результат предварительного физического моде­лирования процессов на промышлен­но-­лабораторной установке.  

Лабораторная дробилка ДШЗ 500.04 позволяет в полном объеме проводить исследования процесса дробления любых материалов. Эта «пилотная» установка (рис. 4) фактически представляет уменьшенную по длине двух­валковую шнекозубчатую дробилку с регулируемым от 500 до 600 мм меж­центровым расстоянием. 
                                                                                                                             

Рис. 4. «Пилотная» установка дробления

Дробящие зубья, установленные на валах, аналогичны серийно используе­мым по конфигурации и методу креп­ления. Длина валков позволяет устано­вить один ряд литых ножей шириной 300 мм. Каждый валок имеет индиви­дуальный независимый привод на базе мотор редуктора SEW EURODRIVE, создающий номинальный крутящий момент 5000 Нм. Для фиксации дина­мики процесса дробления имеется система видеозаписи и записи цифро­вой осциллограммы параметров дроб­ления по каждому приводу: механи­ческий крутящий момент привода, сила тока в электроприводах, частота вращения электродвигателей, дина­мика изменения крутящих моментов приводов при аварийной ситуации (попадание недробимых тел). Запись производится с интервалом времен­ной шкалы от 0,01 сек (рис. 5).
                                                                                                         

Рис. 5. Информация о процессе, записываемая цифровым осциллографом

Раздельная система управления двигателями позволяет моделировать и устанавливать различные параметры работы приводов по скорости и реак­ции на превышение заданного максимального крутящего момента.

Несомненным плюсом лаборатор­ной дробилки является то, что резуль­таты исследований используются в проектировании без необходимости масштабирования, так как «пилотная» установка представляет собой, по сути, сегмент промышленного аппара­та. Таким образом, появляется воз­можность избежать погрешностей и ошибок, связанных с выбором крите­риев подобия при переходе от модели к промышленной машине. В ходе исследований на лабораторной дро­билке определяется необходимое уси­лие и крутящий момент для дробле­ния, возможная степень сокращения материала и гранулометрический состав дробленого продукта, в зависи­мости от типа и геометрии сменных дробящих зубьев.

Одной из важных эксплуатационных характеристик дробилок является величина износа дробящих элементов и срок их службы. На сегодняшний день на различных материалах на протяжении ряда лет в России и за рубе­жом работают более пятидесяти дро­билок типа ДШЗ, что позволило нашей Компании получить определенные ста­тистические данные по их износу. 

При дроблении пород с крепостью до 8 ед. по Протодъяконову иногда используются стандартизированные горные резцы; при дроблении крепких пород, а также на стадиях мелкого и среднего дробления используются литые зубы из стали 110Г13Л (рис. 6). 
                                                                                                         

Рис. 6. Литой зуб дробилки

Средний срок службы горных резцов составляет от двух до шести месяцев. 

Для литых зубьев срок службы без замены от 7,5 тыс. часов и выше при дроблении крепких известняков и кварцевых пород, от 30 тыс. часов при дроблении углей с включениями пород с пределом прочности до 160 МПа.

Таким образом, основные достоин­ства дробилок данного типа: При изготовлении дробилок приме­няются отечественные материалы и комплектующие, что позволяет обес­печить низкие удельные затраты при ремонте и обслуживании.