Преимущества технологии «Самоизмельчение и рудногалечное измельчение с преддодрабливанием критического класса крупности»

В.Г. Кочнев — к.т.н., директор ООО «ТТД».

Введение

Более двадцати лет назад в Шведской компании Boliden была разработана технология полусамоизмельчения с предварительным додрабливанием критического класса непосредственно перед подачей в мельницу. Как показали пилотные и промышленные испытания (Австралия, США, Чили, ЮАР), такая технология позволила увеличить производительность и снизить энергозатраты на 40–50 %.

Основным недостатком таких схем, в частности по данным фабрики RAY (США), следует считать неправильный выбор критического класса крупности -156+76 мм, так как с одной стороны, это рабочий класс, способный активно совершать работу дробления-измельчения, а с другой — происходит дополнительное насыщение мельницы действительно «паразитным» классом -76 мм.

Основное отличие схемы ТТД от предыдущих состоит в том, что на преддодрабливание подается класс -60(70)+10 мм, количество которого в общей рудной массе составляет не более 30%, и, кроме того, главной особенностью технологии является использование только процесса самоизмельчения [1].

№ п/п	Характеристика руды	По сравнению с полным самоизмельчением		По сравнению с полусамоизмельчением (8% шаров)
		Производительность, %	Энергозатраты, %	Производительность, %	Энергозатраты, %
1	Золотосодержащая кварцевая руда	+81,0	-41,0	+62,0	-59,0
2	Платиносодержащая руда	+60,0	-53,0	+32,0	-28,0
3	Медьсодержащая руда	+43,0	-26,0	+12,0	-8,0
4	Серебросодержащая руда	+26,0	-13,0	+0,0	-4,0

Табл. 1. Результаты пилотных испытаний мельницы компании ТТД с размерами барабана DxL=1,2х0,3 м.

Вторым не менее значимым этапом в рудоподготовке является доизмельчение материала, полученного в первой стадии. Мировой опыт показывает, что на практике при повсеместном применении шаровых мельниц крупность их питания составляет 25–30 мм, что резко снижает эффективность мельниц, при этом расход шаров достигает 2-х кг на тонну, а количество стадий может достигать 4-х.

Наиболее значимой является технология доизмельчения с применением рудной гали, выделяемой из мельницы самоизмельчения. Главным достоинством этого метода является отсутствие шаров. Появляется реальная технология рудоподготовки, начиная от дробления-измельчения карьерного куска до получения класса -74 мкм без использования мелющих тел-шаров. Значение этого технического решения трудно переоценить. В пользу рудоподготовки без шаров имеется серьезный аргумент — 40-летняя работа Лебединского ГОКа по технологии: первичное измельчение в мельницах самоизмельчения и вторичное – в рудногалечных мельницах. Однако, применение преддодрабливания «критического» класса при первичном и вторичном измельчении значительно повышает эффективность технологии.

Краткий обзор технологических схем рудоподготовки

На рисунках 1–6 показаны технологические схемы, применяемые в настоящее время на ГОКах [2].

Не так давно была популярной технология, представленная на рис.1. Открытый цикл, небольшая догрузка шаров (5%), крупный (350–450 мм) кусок в питании, простая схема. В качестве недостатков следует отметить крупный (20–30 мм) продукт в разгрузке мельницы полусамоизмельчения.

Дальнейшая трансформация схемы видна на рис. 2, где для борьбы с «критическим» классом крупности на разгрузке мельницы предложена дробилка, продукт которой направляется в мельницу полусамоизмельчения. Усложнение схемы позволило несколько увеличить производительность технологии в целом, однако, неудовлетворительно работающие в то время на мокром сырье дробилки не позволили схеме широко распространиться. Наиболее интересная технология представлена на рис. 3. Лишь из-за ошибки в определении крупности преддодрабливания технология не получила заслуженной оценки.

№ п/п	Производительность, кг/час		Удельный расход электроэнергии кВт-ч/т		Прирост производительности технологии с преддодрабливанием по сравнению с другими, %		Снижение удельных энергозатрат технологии с преддодрабливанием по сравнению с другими, %
	По исходной руде	По классу -74 мкм	На тонну  исходной руды	На тонну класса -74 мкм	По исходной руде	По классу -74 мкм	На тонну  исходной руды	На тонну класса -74 мкм
1	205,5	76,5	10,2	26,1
2	154,3	58,0	11,7	31,0	33,2	31,9	12,8	15,8
3	86,4	43,0	12,7	54,5	137,8	77,9	19,7	52,3
4	102,9	51,0	23,3	47,0	99,7	50,0	56,2	44,5

Табл. 2. Показатели испытаний технологии первичной дезинтеграции в однобарабанной мельнице в режимах самоизмельчения, полусамоизмельчения и с преддодрабливанием критического класса крупности.
*— совместно с дробилкой
Примечание: Коэффициент Бонда для режима самоизмельчения с преддодрабливанием — 16,8 кВт-ч/т

Попытка соединить две технологии, представленные на рис. 2 и рис. 3 (ЗИФ Geita), вызвала у специалистов лишь недоумение и высказывания, что мельницы буквально «обвешаны» дробилками.

Как видно из рисунков 1–6, наблюдается такое многообразие технологий, причем, для одних и тех же полезных компонентов (Cu. Cu-Mo. Cu-Al), (рис. 1–5), что начинаешь думать о серьезном снижении квалификации исследователей, проектировщиков, эксплуатационщиков.

В 2002 году аналитики писали о доминировании в качестве основного процесса рудоподготовки полусамоизмельчения и приводили расчеты по его преимуществу, даже по сравнению со стадиальным дроблением, то теперь, всего 10 лет спустя, те же аналитики пишут: «… нетрудно предсказать во многих случаях отказ от применения энергоемкого рудного полусамоизмельчения и переход к стадиальному дроблению и измельчению стальной средой на базе использования пресс-валковых (ИВВД) дробилок» [3]. Основная цель, ради которой применяются ИВВД, это достичь идеальной крупности (3–5 мм) для шарового измельчения. Для достижения этой же цели в разработках компании РИВС вводится четвертая стадия дробления (рис. 6), так называемая стадия тонкого дробления [4]. Однако какие бы совершенствования не разрабатывались, менее чем 14–15 мм в питании шаровых мельниц получить не удается, но и указанная крупность достигается не просто.

Что же в реальности произошло? Успешное внедрение процесса самоизмельчения в течение нескольких десятилетий, начиная с конца 50-х годов прошлого века, не давало покоя производителям мелющих шаров. Их производство достигло такого уровня, что с избытком удовлетворяло все расходы, главным образом в шаровых мельницах. Получение от 30 до 50% готового продукта в мельницах самоизмельчения без применения шаров значительно снижало уровень продаж шаров. Первые исследования добавки шаров на уровне 3–5% относятся к началу 70-х годов прошлого века, а в 80-х — уже приняло массовый характер. Последние два десятилетия догрузка шаров на некоторых ГОКах составляет от 12 до 25%. Уже никого не смущает, что крупность исходного куска снизилась с 450 до 120 мм. Вероятно, произойдет дальнейшее снижение — до 50 или 10 мм, ну а затем перевод бывших мельниц само-, полусамоизмельчения в полноценные шаровые, тогда производители шаров, вероятно, удовлетворятся полностью.

Понятно, что повсеместный отказ горных компаний от полного самоизмельчения и переход к полусамоизмельчению произошел, с одной стороны, по причине, описанной выше, а с другой — по причине следования моде и в силу неспособности технологических служб ГОКов, проектных институтов оценить объективно недостатки и достоинства того или иного метода, рис. 1–6.

Еще раз обращаюсь к Лебединскому ГОКу, Ингулецкому ГОКу, уровень квалификации инженеров на которых высочайший, и лишь поэтому там еще не внедрено полусамоизмельчение. Имеет место и другой, двухгодичной давности случай, когда проектный институт рекомендовал ГОКу процесс полусамоизмельчения, но уже первые месяцы работы ГОКа в режиме полного самоизмельчения показали его преимущество, и дальнейшая эксплуатация в этом режиме продолжается до сих пор. Ниже будет показано, что внедрение преддодрабливания «критического» класса крупности в дробилках мелкого дробления неизмеримо усиливает процесс самоизмельчения. Резко повышается производительность, снижаются, причем существенно, удельные энергозатраты, нивелируется количественное доминирующее значение крупных кусков, стабилизируется процесс в целом, не говоря уже о более благоприятном раскрытии полезного компонента.

Технико-технологические решения компании «ТТД»

Инженерные решения, разработанные в компании ТТД в период 1991–2011 гг., дают основание для существенного изменения ситуации, сложившейся на рынке, в пользу полного самоизмельчения с преддодрабливанием критического (-60(-70)+0 мм) класса крупности и доизмельчения промпродуктов альтернативным шаровому помолу способом.

Первое техническое решение — применение каблучковой футеровки [5].

Для испытанных руд в полупромышленных и промышленных условиях повышение производительности зафиксировано на уровне 32–82%, а снижение энергозатрат на тонну руды — 29–55%.

Второе техническое решение — применение новой решетки с высокой пропускной способностью [6].

Пропускная способность новых решеток практически не зависит от площади «живого» сечения. Испытания показали, что при изменении площади «живого» сечения в 10 раз пропускная способность не меняется. Благодаря такой решетке крупность разгрузки мельницы самоизмельчения может составлять -8(-5)+0 мм, что является идеальным для последующей стадии измельчения в шаровых традиционных, планетарных и рудногалечных мельницах.

Третье техническое решение — применение барабанов мельницы самоизмельчения с высоким соотношением диаметра к длине (D:L).

Существующее соотношение для традиционных мельниц само-, полусамоизмельчения составляет 1,92–2,22, для шаровых — 0,61–0,79. Закономерен вопрос: почему все, подчеркиваю, все сообщество разработчиков и изготовителей упорно в течение многих десятилетий выпускает удлиненные мельницы для само-, полусамоизмельчения, тогда как известно, что зависимость эффективности измельчения от диаметра составляет в степени 2,5, а от длины — в степени 0,85 или 1,0. Как это всегда бывает, решение сложных вопросов лежит на поверхности – в мире нет достаточного количества станков, чтобы делать мельницы большого диаметра.

Компания ТТД предлагает совершенно иную конструкцию, где барабан, закрепленный консольно, не выполняет функцию вала, следовательно, он не обрабатывается на токарном станке и может быть, условно говоря, квадратным, многоугольным, эллипсным и т.д., именно таким, конструкция которого отвечает максимальной эффективности. Поэтому соотношение диаметра к длине для мельниц ТТД составляет 3,7–6,9 для мельниц небольшой мощности и 8–14 — для мельниц мощностью свыше 2000 кВт.

Рис. 7. Схема цепи-аппаратов технологии рудоподготовки с самоизмельчением исходной руды с преддодрабливанием и доизмельчением класса -120+0 мм в рудногалечной мельнице с преддодрабливанием.

Эти мельницы, подчиняются классическому закону — «не дроби (не измельчай) ничего лишнего» и способны, благодаря новым решеткам, работать с большой циркуляцией на второй стадии измельчения.

И наконец, четвертое решение — технологическое [7].

Это технико-технологическое решение предусматривает следующее:

• использование головной однобарабанной мельницы только в режиме самоизмельчения;
• крупность материала, подаваемого в мельницу, является карьерной и для мельниц диаметром более 10 м может составлять 1200–1500 мм;
• длина мельницы должна быть соизмерима с размером максимального куска; 
• перед подачей материала в мельницу происходит преддодрабливание «критического» класса крупности -60(70)+0 мм в дробилке мелкого дробления;
• мельница оснащена каблучковой футеровкой и каблучковыми лифтерами. Лифтеры на разгрузке (на решетке) отсутствуют. Ячейки решетки выполнены в соответствии с требованиями по крупности для последующего доизмельчения;

Результаты пилотных испытаний новой технологии, проведенные в разные годы, показаны в таблице 1.

Прирост производительности составил по сравнению с полным самоизмельчением 26–81%, по сравнению с полусамоизмельчением (8% шаров) — 0–62%. Снижение энергозатрат по сравнению с полным самоизмельчением составило 13–41%, по сравнению с полусамоизмельчением (8% шаров) — 4–59%.

Таким образом, лишь за счет отбора и додрабливания «критического» класса крупности возможно значительно повысить эффективность чистого самоизмельчения, стабилизировать процесс.

Результаты испытания руды на пилотной установке компании «ТТД» по технологии с преддодрабливанием

Всего было проведено четыре эксперимента: — рудное самоизмельчение с преддодрабливанием «критического» класса крупности -60+0 мм; — полное рудное самоизмельчение; — полусамоизмельчение с догрузкой шаров 5%; — полусамоизмельчение с догрузкой шаров 10%.

№ п/п	Способ доизмельчения	Капитальные затраты в целом по технологии, %	Эксплуатационные затраты, тыс.руб.
			Расход электроэнергии, кВт-ч/т		Стоимость (из расчета 1 кВт-ч — 3 рубля),  тыс. руб.	Стоимость расходных материалов, тыс. руб.	Суммарные затраты
			Первичное дробление- измельчение	Доизмельчение
1	Измельчение в планетарной шаровой мельнице	77,0%	10,2 (250 тыс.т/год)	28,6 (175 тыс.т/год)	22 665,00	24 113,00	46 778,00
2	Измельчение в планетарной роликовой мельнице	78,1%	10,2	27,4	22 035,00	8 723,00	30 758,00
3	Измельчение в рудногалечной мельнице	100%	10,2	12,3	14 107,00	8 473,00	22 580,00

Табл. 3. Сравнение капитальных и эксплуатационных затрат технологий рудоподготовки, включающих первичное дроблениеизмельчение в мельнице самоизмельчения с преддодрабливанием критического класса крупности и три спобоба доизмельчения продукта первой стадии.

В таблице 2 приведены сравнительные данные вариантов технологий первичного дробления-измельчения. Как видно из таблицы 2, прирост производительности технологии с преддодрабливанием составил по сравнению с технологией полного рудного самоизмельчения 33,2%; по сравнению с технологией полусамоизмельчения — 137,8% (5% шаров) и 99,7% (10% шаров).

Новые технологии доизмельчения продуктов дезинтеграции в мельнице самоизмельчения

Компания ТТД предлагает три способа доизмельчения продукта самоизмельчения, причем первые два осуществляются в планетарной мельнице, третий — в однобарабанной рудногалечной мельнице.

Первый способ предусматривает шаровое измельчение в планетарной мельнице в замкнутом цикле. В качестве исходного питания служит класс крупности -8 мм, выделяемый из мельницы самоизмельчения.

Второй способ также осуществляется в планетарной мельнице, но мелющими телами служат ролики (один ролик в одном барабане). В качестве исходного питания служит класс крупности -20 мм, также выделяемый из мельницы самоизмельчения. 

Третий способ — технология рудногалечного доизмельчения с преддодрабливанием «критического» класса крупности (-60+0 мм).

В таблице 3 приведены сравнительные данные по испытанию способов доизмельчения и показаны капитальные и эксплуатационные затраты для технологии рудоподготовки в целом для фабрики мощностью 250 тыс.тонн в год . Видно, что, несмотря на увеличение капитальных затрат на 28–30% для технологии «самоизмельчение-рудногалечное измельчение», эксплуатационные затраты самые низкие. Пожалуй, для руды с коэффициентом Бонда рудногалечного измельчения 19,3 трудно найти в практике переработки золотосодержащих руд подобные результаты. Обращает на себя внимание способ доизмельчения в планетарной роликовой мельнице, т.к. он проигрывает рудногалечному лишь по затратам электроэнергии. Однако, при увеличении крепости руды, вероятно, рудногалечное измельчение не будет уже столь убедительным и в этом случае измельчение в планетарной мельнице может оказаться весьма выгодным.

На основании проведенных испытаний предлагается технологическая схема, рис. 7.

На рисунке 7 представлена схема цепи-аппаратов. Руда крупностью -600 мм подается на грохот (1) с резиновыми усиленными ситами, нижний продукт которого крупностью -60(70) мм поступает на конусную дробилку мелкого дробления (2). Верхний продукт грохота 1 крупностью -600+60(70) мм и дробленый продукт -10+0 мм направляются на мельницу самоизмельчения (3). Продукт измельчения крупностью -120+0 мм поступает на грохот (4) для разделения на три класса крупности: -120+60 мм, -60+5 мм и -5+0 мм. Класс -120+60 мм является рудной галей и предназначен для работы в мельнице (9) в качестве мелющих тел. Класс -60+5 мм является «критическим» классом крупности и направляется на додрабливание в конусную дробилку (8). Класс -5+0 мм, содержащий до 30% готового продукта -74 мкм поступает на классификацию в гидроциклонах (6 и 7). Слив гидроциклона (7) является готовым продуктом, пески возвращаются в зумпф (5) для перечистки. Пески гидроциклона (6) поступают на доизмельчение в рудногалечную мельницу (9). Разгрузка мельницы (9) поступает на классификацию в гидроциклонах (11 и 12). Пески гидроциклона (12) возвращаются в мельницу (9). Таким образом, осуществляется замкнутый цикл рудногалечной мельницы (9) и гидроциклонов (11,12). Взамен рудногалечной мельницы для более крепких руд предлагается планетарная роликовая мельница.

Таким образом, технология рудоподготовки рис. 7, включающая в качестве первичного дробления-измельчения технологию полного самоизмельчения с преддодрабливанием «критического» класса крупности и технологию доизмельчения продуктов первичного дробления-измельчения с использованием рудногалечной мельницы также с преддодрабливанием «критического» класса крупности, я в л я е т с я наиболее предпочтительной благодаря чрезвычайно низким эксплуатационным затратам, высоконадежному, малообслуживаемому оборудованию, в частности консольным мельницам, компактной, простой в эксплуатации технологической схеме.

Заключение

Показатели испытания новой руды на пилотной установке ТТД. Производительность технологии самоизмельчения с преддодрабливанием:

• по сравнению с технологией полного самоизмельчения выросла на 33,2%;
• по сравнению с технологией полусамоизмельчения (5% шаров) выросла на 137,8%;
• по сравнению с технологией полусамоизмельчения (10% шаров) выросла на 99,7%.

Удельный расход электроэнергии технологии самоизмельчения с преддодрабливанием:

• по сравнению с технологией полного самоизмельчения снизился на 12,8%;
• по сравнению с технологией полусамоизмельчения (5% шаров) снизился на 19,7%;
• по сравнению с технологией полусамоизмельчения (10% шаров) снизился на 56,2%.

Сравнение эксплуатационных затрат технологий рудоподготовки, включающих первичное дробление-измельчение с преддодрабливанием «критического» класса крупности и три способа доизмельчения продукта первой стадии, п о к а з а л о:

• снижение расхода электроэнергии технологии с применением рудногалечной мельницы по сравнению с планетарной шаровой мельницей составило 57,0%, по сравнению с планетарной роликовой мельницей — на 55,1%;
• снижение стоимости расходных материалов технологии с использованием рудногалечной мельницы по сравнению с планетарной шаровой мельницей составило 64,9%, по сравнению с планетарной роликовой мельницей — 2,8%;
• снижение суммарных эксплуатационных затрат технологии с применением рудногалечной мельницы по сравнению с планетарной шаровой мельницей составило 51,7%, по сравнению с планетарной роликовой мельницей — 26,6%.

1. В.Г. Кочнев. Новая технология переработки небольших рудных месторождений золота в труднодоступных регионах. Золотодобывающая промышленность, 2005, № 6.
2. В.Ф. Баранов. Основные тенденции развития рудоподготовки на обогатительных фабриках, перерабатывающих руды черных и цветных металлов. Обзор ЗАО «Механобринжиниринг», 2006.
3. В.Ф. Баранов. Обзор мировых достижений и проектов рудоподготовки новейших зарубежных фабрик. Обогащение руд, 2008, № 1.
4. П.И. Круппа, П.О.Нестеров (НПО РИВС). Внедрение модернизированных технологий и разработка перспективных направлений рудоподготовки. Горный журнал, 2008, Специальный выпуск.
5. В.Г. Кочнев. Барабанные мельницы консольного типа. Горная промышленность, 2002, № 1.
6. В.Г. Кочнев. Новая решетка для барабанных мельниц. Горная промышленность, 2002, № 1.
7. В.Г. Кочнев. Минимизация капитальных и эксплуатационных затрат при использовании новой технологии рудоподготовки. Золотодобывающая промышленность, 2004, № 5.

---

ООО «Техника и Технология Дезинтеграции»
195220, Санкт-Петербург, ул. Гжатская, д.21, офис 281, 282.
Тел.: +7 (812) 535-8882; 535-2920.
Факс: +7 (812) 535-8882; 535-2920.
Е-mail: ttd@mail.wplus.net
www.ttd.spb.ru

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 4 (14)/декабрь 2011 г.