Применение резины на основе натурального каучука на горно-обогатительных фабриках

Е.В. Югай — инженер по применению ЗРА и РТИ, Weir Minerals
________________________________________________________________
Рези́на (от лат. resina «смола») — эластичный материал, получаемый вулканизацией натурального каучука — смешиванием с вулканизирующим веществом (обычно серой) с последующим нагревом.

Плотность около 1200 кг/м3, модуль упругости при малых деформациях E = 1–10 МПа, коэффициент Пуассона μ = 0,4–0,5; соотношение модуля упругости E и модуля сдвига G: E = 3G
________________________________________________________________________________________

Сегодня большинство людей, думая о резине, представляют себе полностью синтетический продукт химической промышленности. На самом деле более 40 % промышленной резины производится на базе натурального каучука.

По сравнению с натуральным каучуком синтетический каучук обычно дешевле в производстве, но он уступает по многим характеристикам натуральному: менее гибкий, менее износостойкий, менее устойчивый к вибрации и т.д. Натуральный каучук уже давно является лучшим выбором для производства надежных и качественных продуктов: от хирургических перчаток, шин и до защитных решений горно-обогатительного оборудования. 

На сегодняшний день каучук выращивают почти исключительно в Юго-Восточной Азии, потому что этот регион отличается уникальным сочетанием подходящего климата и инфраструктуры. 

В коммерческих целях почти весь натуральный каучук получают из Hevea brasiliensis (род Hevea, семейство Euphorbiaceae). Промышленные ботаники сосредоточили свои усилия в основном на этом виде. Мировая резиновая промышленность начала развиваться в 1800-х годах с изобретением мастикатора и процесса вулканизации. Спрос на резину быстро рос с изобретением сплошной, а затем пневматической резиновой шины и спроса на резиновую изоляцию со стороны электротехнической промышленности. 

За последние 50 лет производство натурального каучука росло в среднем на 3,4 % в год. И сейчас, несмотря на все взлеты и падения в мировой экономике, спрос на изделия из резины продолжает расти.

Резина очень распространена, и на протяжении более чем 150 лет каучук играет в значительной степени скрытую роль в мировой политической и экологической истории. Резина используется во многих отраслях промышленности и играет важную роль в нашей повседневной жизни. Например, в горнодобывающей промышленности: каучук используется на многих этапах процесса. Попробуйте запустить насос без резиновых ремней — через минуту он выйдет из строя. Резина обеспечивает защиту горного оборудования от длительного износа.

Рис. 1. Строение каучука (слева) и строение резины после вулканизации (справа)

Рис. 2. Абразивная частица, ударяющаяся в неупругую металлическую поверхность.Преобразование кинетической энергии в удар, трение и шум

Рис. 3. Абразивная частица, ударяющаяся в упругую резиновую поверхность. Резина деформируется под нагрузкой и возвращает большую часть кинетической энергии частице: износа не возникает, как в случае с металлом

Особенности материала

Каучуку присуща высокая пластичность, обусловленная особенностью строения их молекул. Линейные и слаборазветвлённые молекулы каучуков имеют зигзагообразную или спиралевидную конфигурацию и отличаются большой гибкостью. Чистый каучук ползёт при комнатной температуре и особенно при повышенной, хорошо растворяется в органических растворителях. Такой каучук не может использоваться в готовых изделиях. Для повышения упругих и других физико-механических свойств в каучуке формируют редкосетчатую молекулярную структуру. Это осуществляют вулканизацией — путём введения в каучук химических веществ — вулканизаторов, образующих поперечные химические связи между звеньями макромолекул каучука. В зависимости от числа возникших при вулканизации поперечных связей получают резины различной твёрдости — мягкие, средней твёрдости, твёрдые.

Вулканизирующие вещества (сера, оксиды цинка или магния) непосредственно участвуют в образовании поперечных связей между макромолекулами. Их содержание в резине может быть от 7 до 30 %.

Рис. 4. Относительная скорость эрозионного изнашивания эластомеров

Рис. 5. Листовая резина

Рис. 6. Гибкий резиновый отвод

Применение резины на горно-обогатительном производстве

Горное оборудование подвергается сильнейшим механическим воздействиям, поэтому зачастую необходимо дополнительное покрытие для его защиты. 

Преимущества резиновых покрытий по сравнению с металлом:

• легче вес, а значит, ниже статическая и динамическая нагрузка на элементы конструкции, оборудования, например, на подшипники и двигатель;
• лучше поглощение шума и вибрации;   
• не подвержены коррозии, как металлы;
• более высокая износостойкость, ударостойкость благодаря упругости материалов. 

Благодаря этим свойствам, продукты из резины используются на всех этапах обогащения руды: 

• на стадии добычи резина используется для защиты кузовов самосвалов, ковшей погрузочной техники, резиновыми блоками производится защита стен бункеров питателей. В процессе транспортировки руды резина используется для изготовления скребков (очистителей конвейерной ленты), листовой резиной покрываются поверхности приводных барабанов и роликов, разгрузочных балок;   
• для дальнейшего измельчения породы используются мельницы. Для мельниц самоизмельчения, МПСИ и шаровых мельниц затраты на электроэнергию составляют от 49 до  63 % от общих эксплуатационных затрат, поэтому обеспечение опти-мального процесса измельчения является ключевым фактором при снижении эксплуатационных затрат и построении эффективного производства. Мировой тенденцией является переход от металлических футеровок на комбинированные и резиновые мельничные футеровки, позволяющие как снизить энергопотребление мельниц благодаря более легким конструкциям, так и обеспечить более безопасное производство работ по монтажу футеровки;
• широкое применение резина находит при классификации руды, она используется для изготовления сит грохота и для покрытия элементов транспортной системы (желобов, приемных бункеров и течек). Изготовление просеивающих поверхностей из резины позволяет увеличить срок эксплуатации сит в несколько раз по сравнению с металлическими ситами. Также применение резиновых сит целесообразно в процессах подготовки руды, где недопустимо попадание металлических включений, в процессах с использованием промывки, на обезвоживающих панелях, при подготовке золотоносных песков;
• на всех этапах резина используется для изготовления защитных вкладышей и рабочих колес шламовых насосов. Резиной покрываются гидроциклоны для защиты зон повышенного износа, также она используется для изготовления защитных покрытий пульпопроводов, изготовления отводов, тройников, уплотнений задвижек, шланговых затворов и прочих элементов системы транспортировки пульпы. Резиной защищаются импеллеры и статоры флотационных машин, что обеспечивает защиту от воздействия агрессивных сред и абразивного износа и снижает время простоя оборудования и стоимость ремонта; 
• на всех этапах процесса переработки руды используется оборудование, оснащенное гидравлическими и пневматическими системами, в которых используются уплотнительные элементы, без которых эксплуатация данного оборудования была бы просто невозможна.

За последние сто лет резина Linatex® от Weir Minerals, в которой сохранены уникальные качества натурального каучука, снова и снова показывает отличные результаты там, где другие продукты не справляются.

Рис. 7. Твердостенная труба серии Linatex® 808

Рис. 8. Отвод Linatex®

Рис. 9. Гибкий резиновый отвод, Tuprag A.Ş., Турция (фото сделано во время испытаний в 2015–2017 гг.)

Пример успешной замены металла на резину на предприятии Tuprag A.Ş, (Eldorado Gold, Турция), где благодаря  гибким трубам Linatex® срок службы узла был увеличен более чем на 24 месяца

Стальной трубопровод хвостохранилища быстро изнашивался, особенно на отводах под углом 45 и 90°, и в среднем требовалась замена один раз в три месяца. Традиционные стальные трубопроводы не выдерживали абразивные шламовые хвосты, что приводило к постоянным остановкам. 

Перед компанией Weir Minerals была поставлена задача предоставить решение для сокращения времени простоя трубопровода, увеличения производительности и повышения эффективности завода. Специалисты компании порекомендовали использовать трубы Linatex® и отводы Linatex® для повышения надежности и производительности.

Линейка твердостенных шламовых труб и отводов серии Linatex® 808 разработана для самых тяжелых условий эксплуатации в горнодобывающей промышленности. Эти прочные трубы и отводы усилены спиралью из толстой пружинной стальной проволоки и рассчитаны на высокие динамические нагрузки, они могут быть адаптированы для решения широкого спектра задач по перекачке материала путем подбора покрытия труб подходящей футеровкой из фирменной линейки резиновых смесей Linatex® (Linatex®, Linacure® или Linard®), что позволяет производителю изготавливать продукцию на заказ в соответствии со специфическими потребностями каждого клиента.

По размерам стальных труб были изготовлены гибкие трубы и отводы. Это решение не только показало отличную износостойкость и значительно снизило время простоев, но и сильно упростило процесс монтажа благодаря дополнительной гибкости труб.

Срок службы труб и отводов Linatex® на требуемых позициях увеличился более чем на 24 месяца, что позволило избежать ежемесячных производственных простоев, ранее требуемых для замены стальных отводов. 

И хотя объем начальных инвестиций при использовании резины из натурального каучука может быть выше в сравнении с затратами на приобретение других материалов, ее превосходные характеристики износостойкости обеспечивают снижение общих эксплуатационных расходов предприятия. В результате окупаемость таких продуктов намного выше.

Технологии в области защиты горного оборудования непрерывно развиваются, эти решения носят инновационный характер, где могут применяться оригинальные инженерные и дизайнерские решения. Несмотря на это, изделия из натурального каучука до сих пор остаются одними из самых надежных и востребованных способов защиты оборудования на золотоизвлекательных фабриках. 

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 3/сентябрь 2020 г.