Только инновационное оборудование способно вывести технологии на высочайший уровень

В.Г. Кочнев — Генеральный директор ЗАО «Техника и Технология Дезинтеграции»

Примеров тому немало, но сошлюсь лишь на наши. Применение каблучковой футеровки (рис. 1) взамен балочной (рис. 2), позволило увеличить производительность мельниц самоизмельчения до 82% и снизить энергозатраты до 55% [1]. Это ли не пример влияния конкретного изделия — футеровки, заменяемой регулярно, на показатели измельчения. Что характерно, предприятию, где были проведены полупромышленные и промышленные испытания именно с подобными показателями, футеровка оказалась не нужна. Вывод напрашивается сам собой: там, где нечеловеческий фактор — инновации не властны.

Рис. 1. Каблучковая футеровка. 

Другой пример — разработанная для мельниц само-, и полусамоизмельчения разгрузочная решетка (рис. 3) с инновационным «живым сечением» имеет пропускную способность в несколько раз больше традиционной (рис. 4).

Рис. 2. Балочная футеровка.

Для технологии измельчения и для последующего обогащения, особенно флотацией, эту разработку трудно переоценить и вот почему. Когда решетка обеспечивает интенсивный вывод готового продукта из мельницы (самоизмельчения или шаровой) внутри мельницы в большей степени концентрируются крупные фракции, которые и должны измельчаться, этой же задаче способствует и большая циркуляция при хорошей работе классифицирующего устройства. То есть, если цепочка — разгрузочная решетка, внешнее классифицирующее устройство работают отлично, то условия для эффективного измельчения созданы и следует ожидать бонус в виде минимального расхода электроэнергии на тонну готового продукта. Другой бонус, может быть даже более дорогой — это степень раскрытия полезного компонента без его переизмельчения. Все знают, что раскрытие вполне приемлемо, если, например в разгрузке мельницы уже есть 85% класса -74 мкм, или 90% класса -44мкм, или еще сколько то. Это вся информация, необходимая для ведения оптимального, якобы, процесса раскрытия полезного компонента для его успешного извлечения. Другая информация скрыта от большинства и известна только разработчику — исследователю процесса. Уж он-то знает, что в классе -74 мкм есть и -30 мкм, и -20 мкм, и -10мкм, и т.д. Он также знает, что полезный компонент в этих классах крупности извлекается плохо — 20–60% красная цена. Официальные данные по потерям медных минералов за счет их переизмельчения оцениваются в мире на уровне 4%, а по кулуарным данным — 15%. И та и другая цифры огромные, если их перевести в финансовые потери. Возникают извечные вопросы — кто виноват и что делать? Исследователь, конечно, знает на собственной шкуре, что в традиционных шаровых мельницах ни водным режимом, ни коэффициентом заполнения, ни скоростью вращения мельницы, ни производительностью, практически ничем нельзя полностью исключить переизмельчение — оно всегда будет на уровне первых процентов, а для сфалерита — не менее 20%. Поэтому конструкция традиционных шаровых мельниц с отношением диаметра барабана к его длине DxL=0,55-0,65 с традиционной конструкцией разгрузочной решетки или, того хуже, со сливной разгрузкой, всегда будет обеспечивать переизмельчение полезного компонента и соответственно будут огромные финансовые потери. Очевидно же при размере барабана DxL=5,03x7,95 м (зарубежная мельница) и скорости вращения шесть оборотов в минуту длина пути материала составит 8 м по прямой или более одного километра по спиральной траектории при непрерывной бомбардировке его шарами. Очевидно также, что полезный компонент раскрывается на 30–50% уже на первом метре длины мельницы и далее он подвергается шаровым ударам практически без защиты. Вывод напрашивается сам собой — надо делать короткие мельницы, тем более классика говорит, что эффективность измельчения зависит от диаметра барабана в степени 2,5– 2,6, а от длины — 0,8–1,0. Почему такие мельницы не делают разработчики и изготовители, почему смирились потребители с колоссальными прямыми потерями из-за таких мельниц, я подробно изложил в статье [1]. Добавлю только, что альтернативная короткая мельница будет иметь размеры барабана DxL=11,0x1,0 м при той же производительности, что и мельница с размерами барабана DxL=5,03x7,95м, но при этом переизмельчение полезного компонента приблизится к минимальному значению — на уровне долей процентов, а расход электроэнергии на тонну готового продукта снизится на 30–40%. Это произойдет не только за счет увеличения отношения диаметра к длине, практически в 17,6 раза, но и за счет увеличения площади разгрузочного торца в 4,8 раза, не говоря уже о рациональной форме разгрузочных ячеек, исключении торцовых балочных (традиционных) лифтеров. Также появится дополнительный бонус — пониженный расход шаров и более длительная эксплуатация, поскольку снизится их размер, например со 100 мм до 60–40 мм. Мелкие шары будут работать более эффективно, поскольку их значительно больше, а кинетическая энергия, которая пропорциональна высоте, будет в нашем примере в 2,2 раза больше, ну и, как известно, мелкие шары прокаливаются практически полностью, отсюда и более низкий износ. Таким образом, поменяв традиционную шаровую мельницу на инновационную, потребитель получает немедленный скачкообразный положительный синергетический эффект.

Рис. 3. Разгрузочная решетка компании «ТТД».

Следующий пример, как применение инновационного решения, связанного с преддодрабливанием критического класса крупности, выделенного из исходной руды, ставит с головы на ноги старую проблему — добавку крупных шаров в мельницу первичного измельчения, которая стала называться мельницей полусамоизмельчения. В настоящее время это уже и не проблема, поскольку несколько поколений горных инженеров выросло на этой технологии и не понимают, что может быть что-то другое. Совсем недавно стали восприниматься валковые прессы, которые после изнурительного периода разработок, исследований, внедрений с переменным успехом, все же нашли свою нишу, с чем я авторов и поздравляю. Но вернемся к начатой линии. Много воды утекло с тех пор, когда ктото предложил в мельницу самоизмельчения, шагающую по миру семимильными шагами, добавить чуть-чуть шаров — всего 3%, потом — 5%. Начались исследования — а сколько все же добавлять — выяснилось, что для разных руд — по-разному, для разной крупности — по-разному, для каждой скорости — по-разному и т.д. Выясняли и довыяснялись — резко упала крупность исходного куска — с 400–500 мм для мельницы самоизмельчения, до 125–150 мм для мельниц полусамоизмельчения, шаров стали добавлять 10%, затем — 15% и дошли наконец до 18%, а где-то, говорят — 22%, ну да это уже не имеет какоголибо значения. Сначала эпидемия охватила 30, 50 и, наконец, к настоящему времени, уже 99,9% потребителей. Остались, в силу особенности сырья, в зоне самоизмельчения алмазодобытчики и, совсем удивительно — Ингулецкий и Лебединский ГОКи. Я был на этих предприятиях и увидел старых, в смысле, опытных, со старой добротной школой горных инженеров-обогатителей — под стать им и руководство. Рудоподготовка (мельницы самоизмельчения и рудногалечные мельницы) работает как швейцарские часы, без единого шара. Я в своих статьях часто упоминаю эти ГОКи, как пример, которому необходимо подражать. И все же альтернатива технологии полусамоизмельчения и шарового помола появилась, и появилась в нашей компании, можно сказать, случайно. Отрабатывая технологию рудоподготовки на нашем опытном стенде на упорной, крепкой руде (руды было много и задача была переработать ее всю, поэтому работали круглосуточно), как то утром инженер-исследователь докладывает результаты отработки ночной смены и показывает производительность в 2,5–3 раза выше, чем за все предыдущие 5 или 6 смен. Начали разбираться — оказалось оператору смертельно надоело подавать в мельницу самоизмельчения руду с производительностью 60–80 кг/час и он приспособил на классе -60 мм (крупность исходной была -200 мм) дополнительно дробилку. Крупный класс +60 мм и дробленый -10 мм направил в мельницу самоизмельчения и таким образом доработал смену, переработав практически тройную порцию руды и этим очень гордился. Поскольку эффект был ошеломляющий, оператору «досталось» совсем немного и впоследствии он был включен в патент как первый автор. Сейчас эта технология претерпела несколько существенных усовершенствований и в новом патенте этого недисциплинированного оператора уже и нет, но вспоминаем мы, соавторы, его тепло. Вот как бывает в жизни. В последствии, перерабатывая руды на нашем опытном стенде либо по собственным договорам, либо наших партнеров из Механобр-Инжиниринг мы не раз работали по такой схеме и всегда эта технология превосходила, именно превосходила, по-другому и не скажешь, в 1,5– 2,8 раза традиционные технологии с полусамоизмельчением. Кульминация или технико-технологическое торжество этой технологии проявилось, когда нам поручили провести испытание руды месторождения «Озерновское». Я привожу здесь конечные результаты только двух технологий: — технологию с мельницей полусамоизмельчения (ПСИ) на первой стадии и шаровой мельницей на второй; — нашу технологию с мельницей самоизмельчения в первой стадии и рудногалечной мельницей во второй стадии, хотя были испытаны и другие варианты, в том числе и с планетарной мельницей, также без шаров. Показатели по расходу электроэнергии в планетарной мельнице оказались несколько (на 6–8%) выше, чем в рудногалечной, хотя компоновка была более компактной и более удобной в эксплуатации. Помните я упоминал Ингулецкий и Лебединский ГОКи, которые работают более 60-ти лет (боюсь обидеть коллег, что точно не знаю цифру) без единого шара. Теперь бы им внедрить технологию предодрабливания «критического» класса крупности, выделенного из исходной руды, и показатели по производительности и энергозатратам резко подскочили бы. В таблице 1 приведены сравнительные данные капитальных и эксплуатационных затрат технологических схем рудоподготовительного отделения обогатительной фабрики производительностью 250 т/час на примере отработки руды месторождения «Озерновское», Камчатка (рис. 5 и 6, стр. 92).

Рис. 4. Традиционная разгрузочная решетка.

Как видно из таблицы 2, удельный расход электроэнергии на рудоподготовку по технологии ТТД снижается по сравнению с технологией ПСИ в 2,1 раза.

Как видно из таблицы 3 прямые эксплуатационные расходы на рудоподготовку по технологии ТТД снижаются по сравнению с технологией ПСИ в 2,3 раза. 

Вот еще один пример как старая, трудоемкая, с изъянами в достоверности технология отработки керновых проб может за счет применения инновационного оборудования — планетарной мельницы обеспечить срок оценки месторождения в 3–4 раза быстрее и отказаться в принципе от понятия «неподтвержденные запасы». На рисунке 7 (стр. 96) показана традиционная технология, а на рисунке 8 — новая.

Рис. 5. Схема на базе мельницы полусамоизмельчения и шаровой мельницы (схема ПСИ). Технология, предлагаемая конкурентами по тендеру.

Более подробно технологии описываются в статье [2], а здесь мы просто напомним читателю все положительные моменты этой технологии и что за ними кроется.

Как видно на представленной технологической схеме (рис. 8) в ней нет дробления, что сразу же исключает «заражение», это очень важно, так как дробилки практически не зачищаются от минералов или их следов полезного компонента предыдущей пробы. Кроме того, исключение дробилки из технологии переработки значительно снижает трудоемкость отработки пробы, не только за счет исключения самого процесса дробления, но и последующего квартования, взвешивания, расфасовки по емкостям, их складирования. Какое облегчение! Также важный момент — проба (метровый интервал) целиком помещается в четыре барабана, где умещаются еще и ролики (рис. 9).

Рис. 6. Схема компании «ТТД» на базе мельниц самоизмельчения и рудногалечной с предодрабливанием «критического» класса крупности.

Последующее измельчение от одной до пяти минут (в зависимости от свойства материала) позволяет получить 95–98% класса -100 или -74 мкм, в разных странах по разному. Если есть в руде крупное золото, например, +100 мкм, то нет ничего проще его извлечь — нужно лишь просеять пробу на сите с ячейкой 100 мкм. Извлечение крупного золота из всей пробы фантастически важный момент. Дело в том, что по традиционной технологии отработки керновых проб (рис. 7), крупное золото практически не попадает в конечную навеску, предназначенную для анализа, а если попадет, то проба показывает истинно «ураганное» (ктото очень метко назвал) содержание и такие данные из подсчета запасов исключаются. Второй важный вывод по использованию инновационного инструмента — мельницы позволяет получить близкие к истине данные по запасам полезного компонента. И третий момент — мельница может переработать от 28 до 56 тысяч проб в год, ну, а, если довести до коммерческого применения разработанную нами полуавтоматическую установку (рис. 10 и 11), то можно перерабатывать уже до 280 тысяч проб в год.

Наименование затрат на оборудование	Вариант ПСИ	Вариант ТТД
Первичное дробление
Мобильная дробильная установка EXTEC C-10 SANDVIK	30 000,00	0,00
Измельчение
Мельница полусамоизмельчения ММПС-5,5х2,5 «Metso Minerals»	105 000,00	0,00
Мельница самоизмельчения МБК-5,26х1,63	0,00	59 900,00
Мельница шаровая МШЦ 3,4х6,1	72 000,00	0,00
Мельница рудногалечная МБК-7,26х1,63	0,00	69 900,00
Конусная дробилка SANDVIK CH 420	8 352,00	2 шт. 16 704,00
Батарея гидроциклонов CAVEX 400 из 4-х гидроциклонов (2 в резерве)	9 500,00	9 500,00
Батарея гидроциклонов CAVEX 150 из 12-ти гидроциклонов (6 в резерве)	4 000,00	4 000,00
Ленточные конвейеры
Конвейер ленточный В=650, L=25 м	2 шт. 1 900,00
Конвейер ленточный В=800, L=25 м	2 500,00	0,00
Конвейер ленточный В=800, L=45 м	7 000,00	0,00
Конвейер ленточный крутонаклонный В=650, L=25 м	7 000,00	2 шт. 14 000,00
Конвейер ленточный В=1800, L=43 м	0,00	12 000,00
Грохоты
Грохот колосниковый SANDVIK SG1842		8 500,00
Грохот двудечный		8 600,00
Высокочастотный грохот Derrick E 48-60W		0,00
Питатели
Питатель пластинчатый	4 000,00	4 000,00
Вибрационный питатель SANDVIK	540,00	0,00
Итого:	258 292,00	193 104,00

Табл. 1. Сравнительные данные капитальных и эксплуатационных затрат на месторождении «Озерновское» на Камчатке.

На этом принципе нами разработана минифабрика, предназначенная, прежде всего для геологов, в период отработки валовых проб, содержащих золото, алмазы, пиропы, хризолит. Высочайшая сохранность полезного компонента при сокращении в десятки тысяч раз, малый вес установки, компактность, возможность работать в сухом и мокром варианте, отработанность технологических приемов и надежность оборудования (гарантийный период на мельницу самоизмельчения и планетарную мельницу устанавливается нами на уровне трех и двух лет соответственно) делает минифабрику безальтернативной. Хорошо бы еще, если бы потребитель знал об этом. Используя этот же принцип, мы на своем опытном стенде переработали пробу руды месторождения «Наталкинское», причем в непрерывном режиме и в сухом виде — именно и задание было — отработка сухим способом. При исходном содержании золота 1,7 г/т, мы получили концентрат с содержанием от 30 до 92% в зависимости от крупности золотин и 0,15 г/т в хвостах — извлечение в концентрат 99,9% — никаких тебе реагентов, цианидов, гравитационных машин и прочих сгустителей. Это ли не прорыв!

Рис. 7. Традиционная схема отработки керновых проб.

Не могу не упомянуть алмазную тематику, а именно извлечение алмазов из традиционного кимберлита, из Попигайского месторождения, так называемых импактных алмазов, кустанайских алмазов из графитизированых пород. Наибольшее количество работ, связанных с извлечением алмазов с помощью планетарной мельницы, было выполнено в период моей работы в объединении Якуталмаз, ныне Алроса. Тогда работы велись в двух направлениях — в создании надежно работающей машины и в разработке технологий, поиске места наиболее эффективного применения планетарной мельницы. Если в первом направлении долгое время не удавалось создать промышленную машину, то в выборе технологического места проблем не оказалось. Конечно, этому способствовали многочисленные исследования по сохранности алмазов, проведенные в лаборатории и в промышленных условиях — на фабриках. Результаты этих исследований превзошли все ожидания. Уже тогда (1972–1985 гг.) мы свято верили в основную роль планетарной мельницы, как обогатительного аппарата, поскольку при истирании алмазосодержащих продуктов сокращение по материалу достигало 1000 раз за один проход при полной сохранности кристаллов. Поясню на примере, поскольку алмазные технологии весьма специфичны, допустим мы перерабатываем концентрат с содержанием алмазов 200 карат (40 г) на тонну, в процессе измельчения, скорее истирания, кимберлит переходит в крупность, например менее 0,5 мм, алмазу, естественно, за счет истирания абсолютно ничего не делается и после просеивания на грохоте с ячейкой 0,5 мм кимберлит уходит вниз, под сетку, а алмазы остаются на сетке. Так вот при сокращении в 1000 раз концентрация алмазов в надрешетном продукте также повышается в 1000 раз, т.е. становится уже 200000 кар/т или 40 кг/т или 4%. При необходимости можно легко получить сокращение в 10 000 раз и получить концентрацию 40%. Кто-то справедливо заметит, что чем больше концентрация, тем большее взаимодействие между самими алмазами и следовательно можно ожидать всякого рода нарушения и соответственно снижение стоимости товарной продукции. Мы тоже так думали, однако, эксперименты с пробами, состоящими из одних алмазов, при истирании в планетарной мельнице в течение двух часов не показали каких-либо серьезных нарушений — за счет микроскопических овуализаций вершинок, видимых лишь под микроскопом, общая потеря веса составила 0,003% при исходной массе пробы 600 г. Поскольку при непрерывном процессе истирания в планетарных мельницах среднее время пребывания алмаза в барабане мельницы составляет от 2 до 15 минут, то приведенный пример двухчасового истирания можно считать аномальным и на практике не применимым.

Наименование затрат	Вариант ПСИ	Вариант ТТД
Первичное дробление	166 : 200 = 0,83
Полусамоизмельчение	1000 : 33 = 30,30
Шаровое измельчение	1000 : 33 = 30,30
Самоизмельчение с преддодрабливанием		400 : 33 = 12,12 [10,20]
Рудногалечное измельчение с преддодрабливанием		560 : 33 = 16,97 [12,3]
Итого	61,44	29,09 [22,50]
Вспомогательное оборудование не учитывалось поскольку по схеме ПСИ нет данных Ориентировочно удельный расход по конвейерному транспорту, по насосам и т.д. составляет 10–12% от данных на дробление-измельчение	6,76	3,20 [2,50]
Всего:	68,19	32,29 [25,00]

Табл. 2. Удельный расход электроэнергии. Поскольку по варианту ПСИ у нас нет данных по удельному расходу электроэнергии, то в обеих вариантах принят за удельный расход установленнная мощность деленная на часовую производительность фабрики. В твердых скобках показаны реальные данные по схеме ТТД), кВт/ч/т.

Открытие Попигайского месторождения на севере, между Якутией и Красноярским краем, послужило целой серии исследований в Новосибирске и в Якуталмазе. К нам на площадку исследовательского центра института Якутнипроалмаз доставили несколько тонн этой руды. Было, конечно, чрезвычайно интересно с ней работать, поскольку было уже известно ее космическое происхождение, т.е. образование самого месторождения и алмазов произошло благодаря падению наикрупнейшего космического тела, почему и алмазы стали называть импактными. Алмазы оказались мелкими, неказистыми, темными — коричневыми почти черными. Как в последствии выяснилось абразивная способность этих алмазов феноменальная, а с учетом их колоссального количества, думаю, об искусственных алмазах скоро забудут. Произойдет это только в том случае, если найдется экономичный способ их извлечения. Пока же такого способа нет. Попытки добывать импактные алмазы традиционным способом не привели к желаемому результату, несмотря на то, что несколько лет на Попигайском месторождении функционировала обогатительная установка. Приблизительно такая же судьба ожидала и Кустанайское месторождение, также представленное в основном мелкими техническими алмазами, вкрапленными в графитизированную породу. Разработанная ЦНИГРИ совместно с МГУ технология химического растворения породы оказалась чрезвычайно затратной и экологически вредной. По крайней мере, на меня она произвела тяжелое впечатление, думаю, и на остальных разработчиков тоже. Что сделали мы. И руду Попигайского месторождения и кустанайскую — мы измельчили в планетарной мельнице и получили алмазы, как в предыдущем примере. Конечно, пришлось поработать, но конечный результат был настолько убедительный, что нам, как и прежде, только и сказали: «что вы самые умные что ли». Раньше, когда меня спрашивали об этом, я стеснялся и пытался, что-то лепетать типа, да нет, мы как все. Теперь нам такого не говорят, все же время меняется, ну, а, если бы и сказали, мы бы непременно это подтвердили. Таким образом, удалось выделить еще один уникальный пример эффективного применения планетарной мельницы. Кстати, надежную машину планетарного типа мы создали, причем, получилась машина почти идеальная во всех отношениях, и с точки зрения самой кинематической схемы, ее работоспособности и с точки зрения ремонтопригодности, замены элементов, а также с точки зрения технологических возможностей

В рамках шестой рамочной программы Европейского Сообщества компания ТТД в период 2004–2007 гг. работала в составе консорциума по проекту «АКТИВАЦИЯ супер высокоэнергетическое измельчение при производстве твердых сплавов, керамических и композитных материалов».

В Консорциуме приняли участие, Технический Университет Крита (Греция), Университет Думлупинар (Турция), Силезкий Технологический Университет (Польша), Государственный Университет (Санкт-Петербург), Институт цветных металлов (Польша), Компания «Teer Coatings Ltd» (Великобритания), Исследовательский центр EADS Deutschland GmbH (Германия), Компания «CIDETEC» (Испания), Компания «Mathios Refractories» (Греция), Техника и Технология Дезинтеграции (Санкт-Петербург).

Рис. 8. Новая технология отработки керновых проб компании «ТТД».

Проект шел по степени приоритета 3 — нанотехнологии и нанонауки, высокотехнологичные материалы, новые технологические процессы и устройства.

Участие в работе Консорциума на правах ведущей компании (так как только компания ТТД обладала стендами с планетарными мельницами периодического и непрерывного действия) позволило изучить процессы образования высокопрочных материалов, а именно: керамики на основе Al2O3, твердого сплава и композиционного сплава на основе алюминия. Проведенные исследования показали: 
1. Приготовленные химическим путем компоненты керамики в размере 10 нм не показали каких-либо изменений в росте прочностных характеристик;
2. Приготовленные компоненты керамики со средним размером частиц 0,6–0,8 мкм (600–800 нм) показали колоссальный прирост прочности, причем это отмечалось и для твердого сплава, и для композитных материалов.

Ученые из перечисленных выше учреждений оперировали размерами кристаллитов, измеряемыми нанометрами, а именно 15–60 нм, для других материалов 120–180 нм. Многочисленные эксперименты, выполненные в рамках консорциума, показали важность размера именно кристаллитов. Размер кристаллитов определяется с помощью метода рентгеновского рассеивания, то есть область когерентного рассеивания (ОКР) как за рубежом, так и у нас, определяет размер кристаллита.

Примеры:
1. При измельчении твердого сплава(WC) при различных параметрах измельчения получены кристаллиты с размером от 15 нм до 230 нм (Институт цветных металлов — Польша).
2. При измельчении Al2O3 в мельнице непрерывного типа получены продукты с размерами кристаллитов 130–200 нм (Технический Университет Крита).
3. При измельчении материала компании EADS (Германия) основа — сплав алюминия с Mg, Si,Cu, Cr, Fe была измельчена в планетарной мельнице компании ТТД в течение 30 минут. Был получен продукт со средним размером 7, 86 мкм. Последующие исследования показали, что размер кристаллитов в этом продукте составил 30–40 нм.
4. При измельчении материалов Технического Университета Крита (Греция) были получены средние размеры зерен: Al₂O₃ — 1,8 мкм; TiO2O4 — 0,64 мкм; смесь Al₂O₃+TiО₂ — 1,0–1,5 мкм. Однако, размер кристаллитов в них составил 125–190,0 нм;
5. При измельчении сложного материала (Si-Al-О-N) Силезкого Технологического университета как основного материала керамики были получены размеры кристаллитов около 200 нм.

Рис. 9. Барабан планетарной мельницы с загрузкой и с измельченным в течение одной минуты материалом.

Следующий пример: госпожа Минакова С.В. из Московского Государственного Института Стали и Сплавов представила работу (2006 г.) на соискание ученой степени кандидата технических наук «Влияние методов измельчения на структуру и свойства нанокристаллических сплавов на основе соединений Nd₂Fe₁₄B». Именно в этой работе «нанокристаллические сплавы» после измельчения в планетарной мельнице определяются как кристаллиты (20–40 нм), определенные методом ОКР. Таких работ сегодня достаточно много.

Поэтому когда мы говорим о субмикронных частицах, полученных в мельницах планетарного типа, несомненно, мы имеем дело с кристаллитами, определяемыми наноразмерами и напрямую влияющими на конечные свойства конечного продукта. Если мы получаем такой же по крупности продукт, но в обычных тихоходных или, как говорят, неэнергонапряженных мельницах, ждать существенного изменения размера кристаллитов не приходится, как не приходится ждать каких-либо новых материалов.

Наименование затрат	Вариант ПСИ	Вариант ТТД
Электроэнергия. Принята стоимость 1 кВт/ч = 3 рубля	204,57	96,87
Шары. Принят расход 1,8 кг/т, стоимость 33,0 тыс. руб./т	59,40	0,00
Футеровка дробилок и мельниц. Принят расход 0,6 кг/т. Стоимость 93,0 тыс. руб./т	55,80	0,00
Футеровка мельниц в резиновом исполнении. Расход 0,2 кг/т. Стоимость 166,7 тыс. руб./т	0,00	33,34
Зарплата технического и ремонтного персонала	14,40	14,40
Всего эксплуатационных расходов на рудоподготовку	334,17	144,61

Табл. 3. Прямые эксплуатационные затраты, руб./тонну руды.

Следующий пример: в работе «Синтез новых композиционных материалов, в том числе с применением механического и химического мотивирования» показано измельчение оксида Fe₂О₃ или смеси c Fe в высокоэнергетической мельнице получены новые магнитотвердые порошковые материалы. Показано, что эти порошки состоят из аморфной фазы и нанокристаллических фаз — -Fe и FeO с размерами кристаллитов 15–20 нм. Работа выполнена на кафедре физического материаловедения Московского Института Стали и Сплавов (пров. Скаков Ю.А, проф. Лилеев А.С., проф Якодкин Ю.Д. и другие).

Следующий пример: в работе «Магнитные свойства наноразмерных порошков гексаферритов» (Е.П. Найден, В.А. Журавлев, В.И. Итин, О.Г. Терехова, А.Н. Тюкпиеков-Сибирский физико-технический институт, Томский Государственный Университет, отдел Макрокинетики СО РАН) показано, что методом механохимической обработки в высокоэнергетической планетарной мельнице получены ультрадисперсные порошки ферритов с размерами кристаллитов менее 100 нм.

В работе СО РАН «Влияние относительной влажности на сверхтонкое измельчение Al₂O₃» (А.Л. Мызь, Г.Р. Карагедов — Институт химии твердого тела и механохимии) рассмотрено влияние условий сверхтонкого измельчения на размер кристаллитов. Показано, что средний размер кристаллитов механически измельченного порошка является функцией относительной влажности в барабанах планетарной мельницы с ярко выраженным минимумом (20–25 нм) в области значения относительной влажности 0,01–1%. 

Таким образом, на наш взгляд, убедительно показана причастность планетарных мельниц к наноиндустрии. В действительности работ, проведенных в СО РАН (Новосибирск, Красноярск) в период 1956–2009 гг невероятное количество и большинство из них связано с исследованиями в планетарных мельницах.

Заслуга компании ТТД состоит в том, что впервые в мире разработаны и испытаны планетарные мельницы непрерывного действия, хотя компания выпускает и лабораторные высокоэнергетические мельницы для получения и исследования как раз наноразмерных продуктов. Но в будущем, когда тот или иной продукт потребуется промышленности, в частности порошковой промышленности, будут востребованы и планетарные мельницы непрерывного действия с высокими ускорениями (до 300 G) и большой производительностью.

Понятно, что в той же лакокрасочной промышленности лабораторными моделями сверхтонкого продукта в необходимом количестве не получить, ведь потребность продукта с кристаллитами 20–100 нм составит тысячи тонн в месяц. Также обстоит дело и в промышленности стройматериалов. Когда-то (в конце 70-х годов прошлого века) на основе работы новосибирских ученых было даже выпущено постановление ЦК КПСС и Совета Министров о создании планетарной мельницы производительностью 100 т/час. Конечно, этому способствовал колоссальный объем исследований в лабораторных мельницах, когда за счет механической активации удавалось получить цемент, на основе которого создавались бетоны марки 1000 и более. Или производство силикальцита, без получения наноразмерных кристаллитов ни в производстве цемента, ни в производстве силикальцита прогресса бы не было.

Мы же хотим выйти на производство планетарных мельниц как для крупномасштабных предприятий по выпуску продукции в промышленности стройматериалов, в лакокрасочной и химической промышленности, в горно-обогатительной отрасли, в металлургии, так и для мелкомасштабных — для получения порошков для керамики, твердых сплавов и композитов с удивительными свойствами.

Планетарная мельница может выступать как один из основных обогатительных аппаратов при обогащении редкоземельных элементов. На примере исследования по извлечению скандия для нас стала совершенно очевидна зависимость — степень извлечения от степени аморфизации в процессе измельчения. Однако, достижение необходимой степени аморфизации в лабораторных машинах, где время измельчения составляет 15–30 мин., не дает шансов использовать планетарные мельницы непрерывного действия. Нам удалось разработать технологию измельчения, где при прочих равных условиях время пребывания в барабане планетарной мельницы составило 2–3 мин. Так что, с развитием отечественной отрасли добычи редкоземельных элементов (подвижки в этом направлении есть) наша разработка — планетарные мельницы производительностью от 1,5 т/час до 30 т/час будут к услугам проектировщиков, технологов.

Рис. 10 и 11. Полуавтоматический комплекс переработки керновых проб.

Таким образом, приведено множество примеров, подтверждающих тезис, вынесенный в заголовок статьи. Тем не менее, часть исследований, разработок не удалось донести до читателя, думаю позже, в других статьях мне удастся еще порадовать доброжелательного читателя и огорчить другого.

К сожалению, такие статьи, посвященные российским разработкам, и которые на голову выше западных, не читают специалисты, владельцы сырьевых ресурсов, т. е. те, кто принимает решения. А эти «те» чаще всего не в России и развивать российское не в их правилах. А если российские «те», то они тоже смотрят на западное, не утруждая себя малость разобраться. Не могу успокоиться с месторождением «Озерновское», казалось мы своей технологией места на месте не оставили на традиционной схеме: и шары то у нас не применяются, а у них ежегодно надо привозить по морю 300–350 т, и это при 250 т/год, а как при расширении до 1,5 млн тонн руды в год?, и капзатраты на 40% меньше, а уж эксплуатационные почти в 2,5 раза меньше. Ан нет — не надо! Ну не надо, так не надо — им же хуже, коль считать не умеют.

Зато от планетарных мельниц, думаю отмахнуться не удастся — нет альтернативы. Если опять же считать альтернативой западный вариант бисерной мельницы, господа, — это смешно.

На этой позитивной ноте, уважаемый читатель спешу откланяться.

---

ЗАО «Техника и Технология Дезинтеграции»
195220, Россия, Санкт-Петербург, а/я 43,
Тел.:+7(812) 930-8711.
Моб.: +7 (921) 930-87-11, +7 (921) 180-27-51.
E-mail: ttd@mail.wplus.net
www.ttd.spb.ru

1. В.Г. Кочнев «Мельница самоизмельчения консольного типа», журнал «Золото и технологии», № 1(19), 2013.
2. В.Г.Кочнев «Разведка месторождений драгметаллов и алмазов теперь в несколько раз быстрее и достовернее», журнал «Золото и технологии», № 4 (22), 2013.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (23)/март 2014 г.