Мельницы. 
Оборудование перерабатывающих производств. 
Переработка минерального сырья

Мельницы используются для измельчения (помола) материалов с начальным размером частиц 1−5 мм и конечным — до единиц и долей микрона.

Различают мельницы грубого, среднего, тонкого и сверхтонкого (коллоидного) помола.

Для среднего и тонкого помола используются газоструйные, бисерные, вибрационные и другие мельницы.

Сверхтонкий помол реализуется в виброкавитационных мельницах, рсактотронах и др.

В промышленности и лабораторных исследованиях используется свыше 20 разновидностей мельниц. Ниже остановимся на тех конструкциях, которые нашли более широкое применение.

Барабанные мельницы

Являются наиболее распространенным видом измельчителей для тонкого помола в многотоннажных производствах.

Рабочими органами этих мельниц являются защищенный бронированными плитами барабан и загруженные в него мелющие тела — шары, стержни, диски, морская галька и др. Галечные мельницы применяются в тех случаях, когда нельзя в измельчаемый материал вносить железо, которое образуется при истирании шаров. При вращении барабана мелющие тела центробежной силой прижимаются к его стенке, поднимаются, и, достигнув определенной высоты, падают или скатываются вниз, измельчая тем самым материал.

Шары изготовляют из чугуна, углеродистой, марганцовистой, хромистой или молибденовой стали. Диаметр шаров колеблется от 40 до 150 мм. Износ шаров зависит от сопротивления материала, из которого они сделаны, свойств руды и условий работы мельницы и равен 0,5−4 кг/т. Объем загружаемых шаров составляет обычно 30−60 объема мельницы.

Корпус мельницы внутри футеруют съемными металлическими плитами. При более тонком измельчении применяют гладкую футеровку, а при более крупном — волнистую и ступенчатую. Размер плит футеровки не должен превышать размера люка-лаза. Толщина футеровки составляет 50−130 мм. Срок службы металлической футеровки 6−9 месяцев.

Если мельницу вращать с небольшой скоростью, то вследствие трения между шарами и стенкой мельницы шары начнут подниматься в сторону вращения до тех пор, пока угол подъема не превысит угол естественного откоса, после чего шары скатываются.

При вращении мельницы с большей скоростью центробежная сила прижимает шары к корпусу и заставляет их подниматься на некоторую высоту, зависящую от веса шара и скорости вращения. Высота поднятия шаров будет увеличиваться до тех пор, пока составляющая сила веса шара нс превысит центробежную силу. С этого момента шары будут падать вниз, описывая параболическую кривую. Скатывание или скольжение шаров вызывает их вращение вокруг собственной оси, что сопровождается как взаимным истиранием шаров, так и истиранием шарами мелких кусков руды. В этом случае шары действуют подобно дробильным валкам.

Если увеличить скорость вращения мельницы, то может наступить такой момент, когда шары не будут отставать от внутренней поверхности мельницы, а будут вращаться вместе с корпусом, и скорость вращения называется критической скоростью. При критической скорости шары нс совершают полезной работы, материал плохо измельчается, производительность падает.

Критическое число оборотов шаровой мельницы в минуту п_к при диаметре Dравно:

В зависимости от режима работы мельницы могут быть периодического и непрерывного действия.

По количеству рабочих пространств, где идет измельчение, мельницы бывают однокамерные и многокамерные (трубные).

Процесс измельчения может быть сухим или мокрым.

Сухое измельчение применяют в тех случаях, когда необходимо получить измельченный продукт в виде сухих порошков (фосфоритная мука, угольная пыль, цемент).

Мокрое измельчение применяют, если в дальнейшем материал подвергается обработке в виде суспензии (при обогащении полезных ископаемых методом флотации, при извлечении ценных компонентов химическим методом).

В мельницах периодического действия загрузка мелющих тел и измельчаемого материала, а также разгрузка производятся периодически через люк. Такие мельницы применяют в установках малой производительности.

В однокамерных мельницах непрерывного действия движение материала происходит при вращении барабана в результате разности уровней материала на входе и выходе или с помощью газового потока, или под действием потока жидкости, которая поступает вместе с измельчаемым материалом.

При всех способах вывода из барабана в готовом продукте содержатся наряду с целевой фракцией также и более крупные частицы. Чтобы разделить измельченный материал на фракции, мельницы должны работать в замкнутом цикле с классифицирующими устройствами.

При сухом измельчении материал в мельнице может подсушиваться горячим воздухом.

В многокамерных мельницах крупность измельчаемого материала уменьшается по мере его продвижения от входной к выходной цапфе. В каждую камеру загружают мелющие тела, размер которых соответствует крупности измельчаемого материала. Самые крупные тела будут в первой камере, а самые мелкие — в последней.

Барабаны всех мельниц имеют внутреннюю облицовку, изготавливаемую из марганцовистой стали (для прочности) или из базальта (химически стойкие). Иногда защищают старыми рельсами и бетоном.

Назначение облицовки:

• • защита корпуса от абразивного износа;
• • защита корпуса от химического износа;
• • исключение искрообразования;
• • исключение продуктов измельчения от попадания примесей металла;
• • обеспечение лучшего подъема измельчаемых тел при вращении барабана (достигается при придании облицовочным плитам ступенчатой формы).

На производительность барабанных мельниц, кроме частоты вращения, радиуса и коэффициента заполнения барабана, большое значение имеет размер дробящих тел и их форма. Размер шаров колеблется от 125 (масса шара 8 кг) до 16 мм и зависит от крупности исходных частиц и конечного продукта.

На рис. 1.22 изображена шаровая мельница с разгрузкой через решетку, состоящая из барабана 5, к которому при помощи болтов крепятся торцовые крышки 4, отлитые вместе с пустотелыми цапфами 2. Цапфы опираются на подшипники скольжения 3. Барабан от привода получает вращение через веицовую шестерню 9. Для предохранения от износа цилиндрическую часть барабана и торцовые крышки футеруют плитами 10 (бронями), внутри цапф устанавливают загрузочный патрубок 1 и разгрузочную воронку 6. К торцовым частям патрубка и воронки крепят при помощи болтов соответственно питатель 12 и бутару 7 (барабанный грохот) для улавливания щепы и металла. Внутри патрубка 1 и воронки 6 предусмотрены винтовые направляющие для подачи материала из питателя и выдачи измельченного продукта из мельницы. Со стороны разгрузки внутри мельницы устанавливается решетка. Для сбора к центру разгрузочной воронки прошедшего через решетку продукта устанавливают лифтеры 8. Для разгрузки шаров при их сортировке или с целью ремонта брони имеются два люка 11.

Рис. 1.22. Шаровая мельница с разгрузкой через решетку

Исходная руда поступает в мельницу через горловину 13, а циркулирующая нагрузка подастся питателем 12. При вращении мельницы продукт измельчается движущимися шарами. Измельченный продукт проходит через щели решетки и лифтерами собирается в горловину разгрузочной воронки. Для облегчения движения руды вдоль барабана диаметр цапфы со стороны разгрузки делают больше диаметра со стороны загрузки. Мельницы рассмотренного типа принято обозначать тремя буквами МШР с указанием диаметра и длины барабана (например, МШР-3600×4000 — мельница шаровая с разгрузкой через решетку, диаметр барабана 3600 мм, длина 4000 мм). Для шаровых мельниц с центральной разгрузкой вместо буквы Р пишут Ц (например, МШЦ- 3200×4500). В обозначении указывают номинальный диаметр барабана без футеровки и его номинальную длину.

Кроме шаров в мельницы загружают короткие стальные цилиндры, называемые цильбепсами, диаметром 20−80 мм.

Самостоятельную группу барабанных мельниц составляют стержневые мельницы, применяемые для сухого и мокрого помола (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Стержневая мельница:

1 — загрузка сырья; 2 — мелющие стержни; 3 — футеровка и устройство для подъема материала; 4 -разгрузка через цапфу; 5 — периферийная разгрузка

В стержневых мельницах работа дробящей среды (стержней) происходит по прямой линии — во многих точках. С другой стороны, крупные куски руды отделяют стержни друг от друга и заставляют концы их подниматься выше у загрузочного отверстия, чем у разгрузочного. Поднимающаяся масса стержней образует много промежутков клинообразной формы, через которые проходят мелкие частицы. Таким образом, в стержневой мельнице происходит не только измельчение руды, но и классификация ее по крупности. Это позволяет вести процесс без глубокого переизмельчения, получать продукт более однородный по крупности и с меньшим содержанием пыли. В стержневых мельницах получается нс тонкая мука, а мелкая крупка.

Стержни изготовляют из высокоуглеродистой стали диаметром от 40 до 100 мм, а длина их на 25−50 мм меньше внутренней длины мельницы. При изнашивании до 15 мм они легко деформируются, ломаются и затрудняют измельчение.

Скорость вращения стержневых мельниц на 25−30% меньше, чем шаровых.

По способу разгрузки различают:

• 1. Мельницы со свободной разгрузкой через полую цапфу по принципу слива под давлением поступающей в мельницу руды.
• 2. Мельницы с выходом готового продукта через решетку, установленную у разгрузочной цапфы. В этих мельницах, называемых мельницами с решеткой, разгрузка материала происходит быстро. Измельченные частицы не задерживаются в мельнице и не переизмельчаются.
• 3. Мельницы с выходом готового продукта через наружное цилиндрическое сито. Такие мельницы называют ситовыми. Их обычно применяют при сухом дроблении.