ЭТАПЫ РАЗРУШЕНИЯ ЧАСТИЦ МАТЕРИАЛА В ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦАХ

Мы продолжаем рассматривать процесс измельчения полезных ископаемых в шаровых мельницах при использовании стальных мелющих шаров. В данной публикации рассмотрим один эксперимент, результаты которого очень информативно раскрывают механизм измельчения. Другими словами, мы попробуем понять, как поэтапно происходит размол частиц породы в шаровых мельницах.

Характер механического воздействия стальных мелющих шаров на руду определяется при помощи свинцовых маркеров. В ходе экспериментальных работ частицы свинца догружались совместно с рудой в рабочую камеру лабораторной шаровой мельницы. Через определенные промежутки работы мельницы истираемый материал извлекается, выделение свинцовых маркеров производилось гравитационным способом с использованием промывочного лотка или концентрационного стола. Таким образом, была получена возможность последовательности изменения формы и размеров маркеров, а также следов деформации на них. На основе этого была детально изучена последовательность процесса измельчения.

Исследования проводились на лабораторной шаровой мельнице с диаметром барабана 42 см и длиной 52 см. Скорость вращения барабана составляет 20 об/мин, что соответствует каскадному режиму работы мельницы. Объем рабочей полости — 0,07 м³. Диаметр загрузочных мелющих шаров колеблется от 10 см до 20 см. Загрузка шаров по объему рабочей камеры составляет 45-50 %.

В качестве исходной измельчаемой пробы использовалась кварцевая золотоносная руда с крупностью менее -7 мм, объем единичной пробы составлял 15 кг, в которую добавлялись свинцовые маркеры квадратной формы 4×4 мм с толщиной порядка 0,5 мм. Загрузка мельницы осуществлялась в режиме сухого измельчения проб.

Свинцовые маркеры в силу своей высокой плотности, в начальный период работы мельницы располагаются на дне рабочей полости. Затем мелющие шары в мельнице перекатываются поверх них и прокатывают их в пластины и чешуйки.

В начальный период (2 часа работы мельницы) их раскатывает (расплющивает) и за счет утончения приобретают более крупные размеры вдоль своих сторон. За счет чего выход крупных фракций составляет до 70 %. По достижении толщины маркеров менее 0,3 мм, они отрываются от дна барабана мельницы. Вследствие этого, они попадают в зону возвращения шаров (естественная сортировка мелющих шаров в мельнице под действием различных сил и лифтеров футеровки). В этой зоне они испытывают силы вращения вокруг оси своей плоскости. В результате возрастает их суммарная толщина. Маркеры снова погружаются на дно мельницы. Затем под воздействием на них давления мелющих шаров они сгибаются вдвое или даже втрое. Процесс их раскатки мелющими шарами в чешуйки возобновляется.

По мере уплощения частиц, несмотря на увеличения их в размерах по длине и ширине, у них происходит понижение гидравлической крупности. В процессе раскатки частиц в их поверхность вдавливается множество тонкообломочного материала. После сгибания чешуек происходит повторный процесс раскатки маркеров и вдавливания в них тонкообломочного материала на поверхности сформированной вновь. В результате формируется многослойный «сэндвич» из вновь сформированных чешуек. В результате под давлением относительно крупных частиц рассыпаются на мелкие чешуйки.

При этом они разделяются не только вдоль линии разрыва обломками, но и вдоль накопленных слоев сгиба чешуек. Этим можно объяснить одновременное размельчение маркеров на мелкие тонкие частицы в последние часы работы мельницы.

Вдавленный измельченный материал на одной из поверхности маркеров, является дополнительным признаком того, что свинцовый материал перемещается вдоль дна мельницы скольжением, но не перекатыванием. На противоположной стороне измельченного материала не наблюдаются. Вдавленные на поверхность многих маркеров частицы полезного элемента показывает, что частицы высокой плотности просаживаются на дно мельницы. Все изложенные выше свидетельствуют о существовании стратификации (разделение на слои) разрушаемого материала по плотности.

Вследствие своей высокой плотности частицы свинца и золота локализуются непосредственно на рабочей поверхности шаровой мельницы, при этом в зависимости от толщины располагаются по секторам, где более утолщенные частицы находятся в нижних секторах, а тонкие выше. Все результаты по работе свидетельствуют о существовании стратификации разрушаемого материала по плотности. Разрушение свинцовых маркеров и золота происходит в результате последовательного вдавливания измельченного материала. Деформация маркеров происходит в следующей последовательности:

1. раскатка маркеров мелющими шарами и грубообломочным материалом до тонких чешуек;
2. вдавливание на поверхность маркеров тонкообломочного материала;
3. сгиб в U-образную форму чешуек, попавших в область противоположно вращающихся шаров;
4. повторная раскатка;
5. разрыв многократно сложенных и прокатанных маркеров на мелкие частицы.

Таким образом, мы можем предположить, что данные этапы разрушения свойственны и для частиц измельчаемого материала. Данный эксперимент показывает, что для максимальной эффективности измельчения, помимо правильно подобранной сборки мелющих тел, необходимо четко соблюдать технологические условия: плотность слива мельницы, количество руды в питании, скорость вращения мельницы и т.д.