Если вы когда-нибудь стояли рядом с мельницей для измельчения серебра во время ее работы, вы, вероятно, замечали, как материалы движутся внутри этого большого вращающегося цилиндра, особенно как материалы разной плотности в конечном итоге разделяются, как будто у них есть собственное мнение. Как человеку, который поставляет детали для мельниц для измельчения серебра более десяти лет, мне постоянно задают этот вопрос: почему легкие и тяжелые материалы разделяются внутри этих машин и как это разделение на самом деле работает при переработке серебряной руды? Давайте разберем это без всякого жаргона, чтобы вы могли точно видеть, что происходит и какое значение это имеет для вашей работы.
Во-первых, давайте подготовим сцену. Когда вы загружаете материал в мельницу для измельчения серебра, вы не просто сбрасываете туда случайные камни - у вас есть серебряная руда (которая обычно плотная, около 2,6–3,0 г/см³), кварц или жильные минералы (более легкие, около 2,5–2,7 г/см³, хотя иногда могут примешиваться и плотные сульфиды) и мелющий материал - обычно стальные шары, которые намного плотнее (7,8 г/см³), чем любые руда. Эта смесь подается в мельницу через подающую головку мельницы, с которой вы наверняка знакомы, если когда-либо разбирались в мельнице. Подающая головка предназначена для плавного перемещения материала в мельницу без его обратного хода, что является ключевым моментом, поскольку резервная подача мешает тому, как происходит разделение внутри.
Сама мельница состоит из двух важнейших частей: УПОРНОГО РОЛИКА и Подшипникового основания, которые работают вместе, обеспечивая равномерное вращение этого тяжелого цилиндра. Без правильно выровненных роликов и прочного подшипникового основания мельница может раскачиваться, что препятствует скатыванию и подъему материалов, что делает сепарацию менее эффективной. Я видел мельницы с несоосными упорными роликами, в которых с одной стороны оказывалась куча стальных шаров, а с другой — легкая пустая порода, а это означает, что вы не измельчаете руду равномерно и тратите энергию. Вот почему проверка этих частей не подлежит обсуждению для обеспечения единообразия разделения.
Теперь собственно эффект разделения. Все начинается с центробежной силы и гравитации, двух сил, которые борются и работают вместе во время вращения мельницы. Когда мельница вращается с правильной скоростью (обычно 65–75% от критической скорости — критическая скорость — это точка, в которой центробежная сила прижимает весь материал к стенке), все поднимается за занавеской. Тяжелые вещи? Ему требуется больше силы, чтобы оставаться прижатым к стене, поэтому он не поднимается так высоко, как более легкий материал. Подождите, давайте проверим эту логику: стальные шарики очень плотные, поэтому они начинают скользить по стене раньше, чем появляется легкая порода. Серебряная руда, более плотная, чем пустая порода, но менее плотная, чем стальные шарики, находится где-то посередине. Вот тут первый слой разделения — по плотности, со стальными шариками внизу каскада, потом Ag-руда, потом пустая порода.
Но ситуация усложняется, когда материал попадает в нижнюю часть шихты (где падающий материал падает обратно на основание мельницы). Когда это происходит, тяжелые частицы быстрее опускаются через промежутки между мелющими телами и более легкими частицами. Думайте об этом как о встряхивании банки с ореховой смесью: арахис (легкий) остается сверху, миндаль (средний) посередине, а орехи пекан (тяжелые) опускаются на дно. Здесь та же самая идея. Ключевое отличие состоит в том, что в мельнице это не статичный сосуд — этот заряд постоянно движется, скатывается и поднимается, поэтому разделение происходит по кругу.
Подождите, но почему это имеет значение именно для Ag-руды? Серебро часто содержится в сульфидных минералах, которые могут быть немного плотнее, чем несульфидная пустая порода, поэтому разделение помогает не перемалывать более легкие отходы. Чрезмерное измельчение приводит к потере энергии и делает последующую обработку (например, флотацию) менее эффективной, поскольку мелкие примеси смешиваются с частицами серебра. Чем лучше сепарация внутри мельницы, тем более однородным будет размер частиц на выходе, что экономит ваши деньги и повышает степень извлечения.
Еще одним важным фактором является размер мелющих тел. Если вы используете слишком маленькие стальные шарики, они не смогут поднять плотную серебряную руду достаточно высоко, поэтому руда останется смешанной с легкой пустой породой. Если вы используете слишком большие шары, они могут слишком мелко раздробить руду, а пустая порода останется крупной. У меня был клиент, который перешел с 3-дюймовых на 4-дюймовые шары для своей мельницы Ag, и внезапно они увидели скачок извлечения серебра на 12% - и все потому, что более крупные шары могли правильно поднимать тяжелую руду, что приводило к более чистому сепарированию. Это реальный пример того, что эффект разделения — это не просто физическая причуда; это то, что вы можете настроить с помощью правильных деталей и настроек.
Давайте не будем забывать о системе транспортировки и обработки корпусов мельницы и цапфе шаровой мельницы, двух частях, которые влияют на внутренний поток мельницы. Внутренние футеровки корпуса мельницы — подождите, нет, на самом деле обработка внутренней поверхности корпуса и цапфа, которая соединяет мельницу с подачей и разгрузкой, контролируют движение материала. Если цапфа обработана неправильно, материал может застревать, создавая мертвые зоны, в которых разделения не происходит. Футеровка корпуса мельницы (еще одна связанная деталь, даже если у нас нет связи с ней) также влияет на трение между материалом и оболочкой: более гладкие футеровки означают большее скольжение материала, более шероховатые футеровки означают больший подъем. Оба эти параметра меняют степень перемещения каждого слоя плотности, поэтому они напрямую влияют на разделение.
Подождите, давайте разберемся с распространенным заблуждением: люди думают, что разделение в мельнице идеально, как в центрифуге. Нет, это не так. Это непрерывный, динамичный процесс, который всегда находится в стадии разработки. Некоторое смешивание происходит, но цель состоит в том, чтобы свести его к минимуму и получить однородный продукт. Для переработки серебра это особенно важно, поскольку серебро часто присутствует в низких концентрациях (всего несколько унций на тонну руды), поэтому любые потери из-за чрезмерного измельчения или смешивания пустой породы быстро накапливаются.
Я работал с шахтами, которые боролись с низким уровнем извлечения Ag, и когда мы осмотрели их мельницу, мы обнаружили несколько вещей, которые мешали сепарации. Во-первых, у них была засорена питающая головка, поэтому материал поступал неравномерно — в одних частях мельницы было слишком много руды, в других — слишком мало, поэтому слои перемешивались. Затем их НАПОРНЫЙ РОЛИК был изношен, поэтому мельница раскачивалась, что наклоняло заряд, заставляя плотные стальные шарики соскальзывать в сторону. После замены этих деталей и регулировки скорости их разделение улучшилось, а коэффициент извлечения увеличился на 9%. Это реальный результат правильного решения.
Другой ракурс: когда мельница выгружает материал, он проходит через цапфу шаровой мельницы с другой стороны, верно? Конструкция цапфы контролирует выход материала. Если цапфа имеет неправильный размер, мелкие частицы могут попасть обратно в мельницу, а крупные частицы застрять – и то и другое нарушает баланс плотности внутри. Таким образом, даже если разделение происходит внутри идеально, неисправная цапфа может свести на нет всю эту работу.
Давайте вернемся к физике, чтобы убедиться в точности. Действуют две ключевые силы: гравитационное осаждение и центробежная классификация. Гравитационное осаждение — это когда тяжелые частицы падают через жидкость (в данном случае пульпу — смесь воды и руды) быстрее, чем легкие. Центробежная классификация заключается в том, что вращение мельницы создает силу, которая выталкивает частицы наружу, а более тяжелым частицам требуется больше силы, чтобы оставаться во внутренней части загрузки, поэтому они движутся внутрь. Подождите, именно поэтому стальные шарики находятся внизу (внутри), а пустая порода — вверху (наружу) — их выталкивают наружу, но тяжелые предметы не могут улететь так далеко, поэтому они остаются посередине. Это проще, без сложных уравнений.
А что будет, если добавить воды? Плотность пульпы также влияет на разделение. Если пульпа слишком толстая (с высоким содержанием твердых веществ), частицы не могут легко перемещаться друг мимо друга, поэтому разделение ухудшается. Если он слишком тонкий (с низким содержанием твердых частиц), материал может подняться слишком высоко, и слои перемешаются. Что касается Ag-руды, то большинство мельниц работают с содержанием твердых веществ 65–75%, что является оптимальной точкой, при которой достигается хорошее осаждение и разделение. Я советую клиентам проверять плотность мякоти каждую неделю, потому что сдвиг даже на 5% может нарушить разделение.
Итак, почему это важно для вас, оператора или директора завода? Давайте посчитаем: если ваша мельница эффективно сепарирует, вы получите более однородный размер частиц, меньшее переизмельчение, меньшее потребление энергии и более высокое извлечение Ag. Для рудника, перерабатывающего 10 000 тонн руды в день, 5%-ное увеличение извлечения означает 500 дополнительных тонн перерабатываемой руды, что при 1 унции серебра на тонну составляет 500 унций серебра, что стоит около 100 000 долларов США в текущих ценах. Это не карманные расходы; это деньги в вашем кармане от правильного эффекта разделения.
Я видел, как слишком много операторов игнорировали мелкие детали (например, проверку подающей головки на наличие засоров или упорного ролика на предмет износа) и задавались вопросом, почему их мельница не работает. Эффект разделения не возникает сам по себе; это зависит от совместной работы всех частей. Подшипниковое основание удерживает мельницу ровно, цапфа шаровой мельницы контролирует входной/выходной поток, обработка корпуса мельницы обеспечивает плавное вращение, а подающая головка правильно подает материал. Все эти части играют роль в том, насколько хорошо плотная серебряная руда отделяется от более легкой пустой породы.
Подождите, давайте поговорим о типичных ошибках, которые я вижу. Один работает слишком быстро. Если вы превысите 75% критической скорости, центробежная сила станет настолько сильной, что весь материал прижмется к оболочке – без каскадирования, падения и разделения. Все, что вы делаете, это измельчаете материал ударом, а не истиранием, что менее эффективно и может привести к более сильному измельчению. Еще одна ошибка – использование для руды шаров неправильного размера. Если ваша руда в основном средней плотности, вам не нужны все 5-дюймовые шары — шары меньшего размера лучше подойдут для поднятия руды и создания более качественных слоев.
Еще один момент: разделение происходит не только по плотности, но и по размеру. Даже если две частицы имеют одинаковую плотность, более крупная частица опустится быстрее, чем меньшая. Таким образом, в вашей Ag-руде большой кусок сульфида будет тонуть быстрее, чем маленький кусок того же сульфида. Вот почему вы получаете сочетание разделения по размеру и плотности, поэтому выходной материал обычно представляет собой довольно постоянный диапазон размеров. Такая последовательность является ключевой для последующих процессов, таких как выщелачивание или флотация, где размер частиц напрямую влияет на степень извлечения серебра.
Позвольте мне завершить это чем-нибудь практическим. Если вы заметили, что регенерация Ag снижается или ваша мельница потребляет больше энергии, чем должна, сначала проверьте основы: убедитесь, что подающая головка не засорена, УПОРНЫЙ РОЛИК и основание подшипника находятся в хорошей форме, корпус мельницы обрабатывается правильно (нет деформации, которая могла бы вызвать раскачивание), а цапфа шаровой мельницы рассчитана на вашу нагрузку. Затем проверьте плотность пульпы, размер шаров и скорость мельницы. Небольшие корректировки здесь могут иметь огромное значение для эффекта разделения и, следовательно, для вашей прибыли.
Я нахожусь в этой игре достаточно долго, чтобы знать, что сепарация в мельнице для измельчения серебра — это не какой-то черный ящик, а сочетание физики, правильных деталей и умного управления. Если у вас есть вопросы о том, как настроить мельницу для лучшего разделения или вам нужно заменить такие детали, как НАПОРНЫЙ ВАЛОК или подающую головку мельницы, не стесняйтесь обращаться к нам. Мы поставили детали на сотни шахт, на которых благодаря правильному подходу удалось добиться реального улучшения нефтеотдачи и эффективности. Это не ракетостроение, но это наука, которая работает, если ее правильно применять.
Ссылки
- Уиллс, Б.А., и Напье-Манн, Т.Дж. (2006). Технология переработки полезных ископаемых Уиллса (7-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн.
- Моррелл, С. (2008). Потребляемая мощность барабанных мельниц для моделирования контура измельчения. Минеральное дело, 21 (14), 1018–1027.
- Остин, Л.Г., Климпель, Р.Р. и Лаки, П.Т. (1984). Технология измельчения: шаровая мельница. Общество горных инженеров AIME.
- Нэпьер-Манн Т.Дж., Моррелл С., Моррисон Р.Д. и Койович Т. (1996). Схемы измельчения минералов: их работа и оптимизация. Центр минеральных исследований Юлиуса Крутчнитта.