Что мы знаем о планетарных мельницах?

Мы знаем шаровые мельницы хорошо и давно — наверное, около 150 лет (рис. 1). Видно, что конкретная промышленная шаровая мельница имеет большой диаметр (4,5 м) и большую длину (5,0 м). Внутри неё находится приблизительно 120 тонн шаров диаметром от 70 до 120 мм. Весь этот агрегат весит вместе с шарами около 410т.

шаровые мельницы
Рисунок 1. Шаровые мельницы

Так вот, 120 лет назад парень из Северной Америки, глядя на подобное сооружение, а оно было, думаю, в три раза меньше, прикинул: «а почему бы не объединить несколько шаровых мельниц, распределить их по кругу и заставить вращаться вокруг общей оси и вокруг собственных осей одновременно?».

 Принцип действия планетарной мельницы
Рисунок 2. Принцип действия планетарной мельницы

Движение вокруг общей оси создает центробежное поле взамен гравитационного, но с ускорением в 10–300 раз более интенсивным, а вращение вокруг собственных осей позволяет мельничной загрузке (шары с материалом, или просто материалом) совершать циклы похожие на циклы шаров в обычной мельнице.

Ну а поскольку интенсивность измельчения определяется при прочих равных условиях ускорением центробежного поля, то и нет необходимости крутить барабаны такого же размера, как у реальных шаровых мельниц.

Например, взамен вышеназванной мельницы с размерами барабана DxL=4,5х5,0 м потребуется четырёхбарабанная планетарная мельница с размерами каждого барабана DxL=0,9х0,5 м и общим весом 29 т. Так родился патент за номером 405810 от 1889 г.

Поскольку движение шаровых мельниц напоминало движение планет вокруг солнца (рис. 2), то эти мельницы стали называть планетарными, а позднее кто-то стал добавлять слово «центробежные». Тут все и началось. Идея оказалась настолько привлекательной, что к ней подключились практически все ведущие страны: патент США 596828 от 1896 г; Франции 401833 от 1909 г; вновь США 1144272 от 1915 г; Германии 660412 от 1939 г и другие.

Планетарная мельница непрерывного действия конструкции института ГИПРОЦЕМЕНТ
Рисунок 3. Планетарная мельница непрерывного действия конструкции института ГИПРОЦЕМЕНТ

Мировая война, восстановление экономик — и только в начале 1950-х годов наблюдается некоторое оживление в исследованиях и в применениях планетарных мельниц. В 1951 г. было опубликовано сообщение о сравнительных испытаниях планетарной шаровой мельницы с диаметром барабана 152 мм и обычной шаровой мельницей такого же диаметра. Отмечается, что производительность планетарной мельницы была в четыре раза выше [1].

Добавлю свой комментарий: для современных планетарных мельниц производительность была бы в 40 раз выше.

В 1954 году сообщается о быстром помоле в планетарной мельнице таких твёрдых материалов, как двуокись титана, сульфат бария и окись хрома. Сообщается также что измельчение осуществлялось в мельнице с четырьмя барабанами и ёмкостью 5 и 50 литров каждый [2]. С 1956 г. в Англии планетарные мельницы периодического действия нашли промышленное применение при подготовке пигментов.

Отмечается, что если пигмент в обычной шаровой мельнице измельчался за 40 часов, то в планетарной мельнице тот же эффект достигался за 4 часа [3].

Опять не удержусь от комментария: при использовании современной планетарной мельницы, например, производства компании ТТД , сравнимый эффект был бы достигнут за 2–3 минуты. Все же мы за 41 год достигли определённого прогресса.

Результаты успешного применения планетарных мельниц периодического действия вызвали попытки создания машин непрерывного действия или, как их ещё называют, — проточного типа.

Первый патент на планетарную мельницу непрерывного действия был получен французским исследователем А. Жуазелем в 1953 г., а в 1956 г. Он опубликовал результаты её лабораторных испытаний [4]. Позднее появился патент США 3529780 от 1970 г. также на мельницу непрерывного действия.

В 1972 г. алмазная лаборатория компании De Beers в Йоганенсбурге опубликовала данные о проектировании промышленной мельницы непрерывного действия, предназначенной для работы в шахтах.

Опытный образец планетарной мельницы непрерывного действия производительностью до 500 кг/час
Рисунок 4. Опытный образец планетарной мельницы непрерывного действия производительностью до 500 кг/час

Из публикации [5] видно, что мельница содержала три барабана и была изготовлена в вертикальном исполнении. Вес мельницы составлял 0,7 т, общая загрузка шаров была 73 кг. Как отмечают исследователи, возникшие трудности с непрерывной подачей исходного материала не позволили провести полноценные испытания.

Поэтому была спроектирована однобарабанная мельница с противовесом. Однако и она оказалась негодна к проведению исследований. В последующие годы коллектив стал активно испытывать так называемую центробежную мельницу «Лурги». Мельница имела два барабана, которые не вращались.

Несмотря на то, что она называлась центробежной мельницей, она скорее напоминала вибрационную с большой амплитудой вибраций. Испытания начались с машины 30 кВт и закончились 1 мВт.

Мельница «Лурги» прошла все стадии испытаний, о ней было опубликовано десятки статей, однако ее принцип работы предопределил такой износ на самой твёрдой на тот период футеровке, что исследователи и производственники отказались от дальнейшего продолжения работ по развитию этой мельницы.

Я хорошо знаю эту историю, поскольку работал в ЮАР и именно с теми людьми, которые вели тематику по планетарной мельнице и мельнице «Лурги».

Опытный образец планетарной мельницы непрерывного действия производительностью 35 т/час
Рисунок 5. Опытный образец планетарной мельницы непрерывного действия производительностью 35 т/час

В Советском Союзе первая планетарная мельница периодического действия была создана в 1956 г. под руководством С. И. Голосова.

В институте Геологии и Геофизики СО АН СССР при участии С. И. Голосова была разработана изготовлена целая серия планетарных мельниц с различными техническими данными. Значимость работ, которые были выполнены с применением планетарных мельниц в области механохимии, трудно переоценить.

В СССР первая планетарная мельница непрерывного действия была изготовлена по проекту специального конструкторского бюро ВНИИ ИСМ в 1960 г. По тем временам мельница имела вполне серьёзные параметры. Например, диаметр барабанов составлял 274, а длина — 420 мм. Небольшой центробежный фактор — 11 g, а также совершенно неправильное соотношение скоростей вращения барабанов и водила, плюс неправильная конструкция центробежного питателя не оставляла никаких шансов на успешные испытания.

В 1971 г. аналогичная мельница была сконструирована и изготовлена институтом Иргиредмет. По результатам испытаний, в которых участвовал и Ваш покорный слуга, был сделан вывод о неудовлетворительной работе фрикционного зацепления барабанов.

Более совершенную мельницу с шестеренчатым приводом разработал и испытал институт Гипроцемент (рис. 3). Однако неудовлетворительная работа центробежного питателя не позволила провести полноценные испытания.

По литературным данным и патентной информации, всего в СССР развитием, а именно, созданием планетарных мельниц непрерывного действия занимались 25 организаций, однако ни одной из них этого сделать не удалось.

Как не удалось этого сделать и за рубежом. Забегая вперёд, скажу, что те предприятия, которые сейчас как-то демонстрируют непрерывную мельницу планетарного типа, используют нашу разработку центробежного питателя, либо ворованную ещё в период 1993–1994 гг., когда наш питатель имел действующую патентную защиту, а некоторые сумели даже запатентовать один в один, а другие — по простоте, которая как известно, хуже воровства.

Не хочу данную статью в хорошем журнале пачкать их именами.

Теорией планетарных мельниц занимался довольно узкий круг специалистов. Первым среди них следует назвать французского ученого А. Жуазеля [7].

Дальнейшее развитие теория планетарных мельниц получила в трудах советских исследователей Л. П. Бушуева, С. И. Голосова, Г. П. Жаркова, А. Д. Лесина, А. Б. Лейтеса, В. Г. Кочнева. Из них наибольшее значение имеют работы сотрудника МГИ, к.т.н. Л. П. Бушуева.

Теоретические расчёты и экспериментальные исследования были, главным образом, направлены на решение трёх вопросов. Первый из них затрагивает выбор оптимального соотношения скоростей барабанов и водила (ротора мельницы), второй — расчёт мощности и третий — расчёт производительности.

Таким образом, надеюсь, читатель понял, что планетарные мельницы — не спонтанный продукт воспаленного воображения изобретателя, а логически выверенная разработка, внимание к которой было приковано на протяжении нескольких десятков лет во всех ведущих странах мира.

И, тем не менее, во многих из них бытует устойчивое мнение, что планетарные мельницы — лучшие измельчители в мире, но невозможность создать непрерывные мельницы обесценивает их абсолютно. Всё, что было описано выше, сделано другими учёными, исследователями, конструкторами.

Теперь мне хотелось бы немного рассказать о своих разработках, о работах, проводимых в нашей компании. Итак, после окончание ленинградского горного института я в 1972 г. был по распределению направлен в г. Мирный, в институт Якутнипроалмаз, в лабораторию рудоподготовки к замечательному человеку, талантливому учёному и инженеру к Анатолию Борисовичу Лейтесу.

Несколько ключевых слов — институт Якутнипроалмаз, лаборатория рудоподготовки, заведующий А.Б. Лейтес определили всю мою последующую работу и жизнь в целом. В этом же году мы сделали планетарную мельницу непрерывного действия производительностью 150–300 кг/час и, не подозревая, что над этой проблемой работает весь мир и решить её не может.

Мы своё техническое, сегодня можно сказать, эпохальное решение, приняли за обычное — инженерное. Было много гораздо более сложных задач, которые я уже решал без Анатолия Борисовича, рано ушедшего. Причем, решил совсем не так давно, может лет 6–7 назад. Это я к тому, что условия в нашей стране не для изобретателей. Представляете, если бы это решение попало на запад в начале 1960-х или 70-х прошлого века, сегодня мы, наверное, забыли бы, что такое обычная шаровая мельница.

Ну, а тогда, имея золотое решение в руках, мы боролись с работоспособностью подшипников. Иногда нагрузки были таковы, что шарики разрезали наружное кольцо подшипников, мы ставили подшипники роликовые самоцентрирующиеся с запасом по нагрузкам в 100 раз, они разваливались в течение нескольких часов.

Тем не менее, шли вперед — конструировали образец за образцом (рис. 4), изготавливали своими силами (какая механическая база могла быть в Мирном в 1975 г.), изготовили мельницу с расчётной производительностью 25 т/час, (рис. 5) поставили на действующую фабрику, испытали — добились производительности 35 т/час. На основе технологических данных этих длительных испытаний подготовили технические условия на планетарную мельницу производительностью 50 т/час, добились в министерстве финансирование.

Был также определен завод-изготовитель — Сызранский турбостроительный завод, он же был и разработчиком технической документации.

Завод готовил техническую документацию, изготавливал мельницу около шести лет. За это время было наработано ещё несколько моделей, которые испытывались на фабриках. Как тут не вспомнить фабрику №8 — были яркие успешные дни, а были и не очень.

Помощь руководства, в частности, Рудакова Валерия Владимировича, коллектива фабрики, была безмерна.

Планетарная мельница непрерывно- го действия производительностью 50 т/час
Рисунок 6. Планетарная мельница непрерывно- го действия производительностью 50 т/час

Несмотря на огромную занятость, в 1978-м году я защитил кандидатскую диссертацию в своём родном вузе, познакомился с работами по механохимии в Новосибирске, узнал про постановление ЦК КПСС и Совета Министров о создании планетарной мельницы производительностью 100 т/час для цементной отрасли, предложил свои услуги разработчику-институту Гипроцемент.

Моё предложение принято не было. Наступил 1980-й год — конец очередной пятилетки.

Планетарная мельница (рис. 6) с завода была отгружена строго по плану — в конце пятилетки, правда её отгрузка сопровождалась тремя листами печатного текста с перечнем недоделок, которые предполагалось исправить своими силами.

Исправляли, периодически испытывали практически ещё одну пятилетку, потом министерство её списало, и все остались довольны, кроме меня с А.Б. Лейтесом.

Так закончилась одна из ярких разработок в алмазодобывающей отрасли, которая могла бы принести колоссальную выгоду.

12 лет спустя, когда компания ТТД набрала силу, я просил руководство АЛР ОСЫ продать мне списанную мельницу — я был уверен в восстановлении её работоспособности, но под разными предлогами мне отказали — легче было отправить её на металлолом.

Позже уже в 1996-м году, когда мы поставил в лабораторию De Beers планетарную мельницу производительностью 10 т/час и проводили там регламентные работы — приехала делегация АЛРОСЫ во главе с генеральным директором, разговорились, вспомнили.

Он, будучи тогда генеральным директором фабрики, где внедрялась эта мельница, конечно, знал все её болячки и честно пытался их исправить. Но одно дело завод, приспособленный для разборок такого рода оборудования, другое дело технологическая единица, обогатительная фабрика. За честность, за совесть, за инженерную грамотность — огромное спасибо. Надо называть этих людей по именам — к сожалению, их не так много.

В середине 1984 года я с семьей покинул г. Мирный по переводу в Северный отдел ЦНИГРИ в г. Архангельск. Работа в течение пяти с половиной лет на разведке алмазного месторождения им. М. В. Ломоносова отнимала все время и все силы, и на планетарные мельницы ничего не оставалось.

Работы по планетарным мельницам возобновились лишь 1991-м году во вновь созданной компании «Техника и Технология Дезинтеграции», сокращенно ТТД .

В первые полтора-два года мы сделали упор на выпуск лабораторных мельниц для заводских лабораторий, исследовательских центров, учебных институтов. Это себя оправдало — заказов, было много.

Огромную роль на неформальном, начальном этапе, а в последующем на основе Российско-Эстонского совместного предприятия «ТТД -БАЛТИЕ Ц» в развитии нашего направления сыграл Нарвский приборостроительный завод, относящийся тогда к Министерству Среднего Машиностроения.

Завод изготавливал несколько модификаций «на склад», мы же их продавали и с выручки оплачивали заводские затраты.

Схема работала безукоризненно — покупателям лабораторного оборудования очень нравилось, что после оплаты заказа отгрузка осуществлялась через 3–4 дня.

К сожалению, хорошее закончилось быстро. СП отработало чуть меньше четырёх лет, как начались, мягко сказать, неудобства: чтобы получить визу, и только на одну поездку, мне генеральному директору СП, нужно было отстоять трёхчасовую очередь, что далеко не гарантировало ее получение.

Начали встречаться в Ивангороде в заводском автобусе — обсуждение условий изготовления не остановишь. Дальше ещё хуже — завод выкупила западная компания. На этом хорошее закончилось окончательно. Начали искать подходящий завод или заводик в Санкт-Петербурге. В первую очередь обратились к легенде нашего города — на Кировский завод.

Специалисты завода посчитали себестоимость для одной из лабораторных мельниц — она, как сейчас помню, составила 18 млн рублей, тогда как при изготовлении в Нарве у нас продажная цена была на уровне 4 млн рублей. Ну а дальше где мы только не изготавливали — легче перечислить, где не изготавливали. Везде вакханалия цен, провал сроков на месяц, на два.

Предваряя вопрос читателя об инвесторах, отвечаю — их в России нет. Те, которые, якобы, инвесторы, кто с нами общался, а их было великое множество, мало понимали, о чём идёт речь.

Мы им говорим, что бизнес на 300 лет, приводим доводы, продукция востребована, конкурентов практически нет, технические решения уникальны, опыт фантастический, в том числе и зарубежный, команда есть.

Нам говорят фразу — «STEP BY STEP» и предлагают 500 000 рублей. Это всё, что освоили отечественные инвесторы.

Одна из первых планетарных мельниц ТТД периодического действия
Рисунок 7. Одна из первых планетарных мельниц ТТД периодического действия

К 1991 году, когда компания ТТД начала производить первые планетарные мельницы (рис. 7), на рынке практически уже не осталось тех, кто делал попытки создать мельницы непрерывного действия.

После 15 лет перестала заниматься этим горнорудная палата ЮАР и все остальные ведущие страны. Устойчиво распространялось мнение, что создать мельницу непрерывного действия невозможно. Остались на рынке лишь те, кто выпускал лабораторные мельницы — компания Fritsch и Retsch (Германия).

Первые серийные планетарные мельницы периодического действия компании ТТД
Рисунок 8. Первые серийные планетарные мельницы периодического действия компании ТТД
Первые серийные планетарные мельницы непрерывного действия компании ТТД
Рисунок 9. Первые серийные планетарные мельницы непрерывного действия компании ТТД

Компания ТТД также стала продавать лабораторные мельницы (рис. 8). Уже в год образования было продано 15 мельниц, что позволило фирме продолжить работы по разработке и выпуску мельниц непрерывного действия (рис. 9).

В 1992 году мы продали лицензию на лабораторную мельницу одной японской фирме, которая уже 25 лет успешно занималась струйными мельницами.

Однако ограничение для этого типа машин по твёрдости исходного материала заставило фирму пойти на сделку с нами.

Деловая поездка в Японию кроме восхищения дала огромную возможность посмотреть, как работает передовая компания. Многодневные испытания нашей мельницы МПЛ-1 (мы привезли её с собой), показали действительно уникальные возможности принципа измельчения в планетарной мельнице.

Модели планетарных мельниц периодического действия
Рисунок 10-1. Модели планетарных мельниц периодического действия

На протяжении почти десяти лет компания ТТД продала сотни мельниц, в том числе и непрерывного действия, в основном небольшой (до 50 кВт) мощности.

Однако, вопрос создания промышленных машин стоял постоянно — поиск инвесторов не прекращался, но все усилия компании в этом направлении кончались неудачно.

Тем не менее, работы по совершенствованию мельниц непрерывного действия продолжаются до сих пор.

 Модели планетарных мельниц периодического действия
Рисунок 10-2. Модели планетарных мельниц периодического действия

К настоящему времени сложилась ситуация, когда компания ТТД в этом направлении является бесспорным лидером (хотя интерес к планетарным мельницам на Западе и попытки их создания вернулись), так как такого обилия опытных и промышленных образцов не сделала ни одна компания в мире.

Ни у кого нет пока такого опыта в конструировании, исследовании и производстве планетарных мельниц. Модели планетарных мельниц периодического действия МПП-1-1, МПП-1-2, МПП-1-3, МПП-1-4, МПП-2, МПП-2-1К, МПП-2-3, МПП-3 (рис. 10) предназначены для быстрой подготовки проб к физико-химическому анализу, для получения тонких и сверхтонких порошков при небольшом производстве пигментов, абразивных материалов, фармацевтических препаратов, для избирательного измельчения при разведке драгметаллов и алмазов, для активации концентратов перед гидрометаллургией.

Рисунок 10-3. Модели планетарных мельниц периодического действия

Особое место среди них занимают мельницы МПП-2-1К (рис. 11) и МПП-2-1КМ (проектируется, рис. 12). Они предназначены для отработки золотосодержащих керновых проб без предварительного дробления.

Планетарная мельница периодического действия МПП-2-1 К
Рисунок 11. Планетарная мельница периодического действия МПП-2-1 К

Проба крупностью 60–70 мм и массой приблизительно 10–12 кг распределяется по четырём барабанам, дробится и измельчается с помощью ролика (один ролик в одном барабане) до крупности 74–100 мкм. Проба крупностью +100 мкм отдается на пробирный анализ для выделения крупного золота, а продукт крупностью -100 мкм квартуется и также отдается на пробирный анализ.

С помощью мельницы МПП-2-1К можно обработать 24–32 пробы в час. На мельнице МПП-2-1КМ с полуавтоматической заменой барабанов можно обработать более 100 проб в час.

Тенденция сегодня такова, что из-за огромного количества керновых проб, необходимых к обработке, разряжается геологическая сеть, тем самым снижется представительность и, соответственно, достоверность.

Мельницы МПП-2-1К и МПП-2-1КМ несомненно обеспечат качественную и быструю обработку проб и дополнительно обеспечат минимум 30–50% прироста запасов за счёт крупного золота (если, конечно, оно присутствует). Качественная обработка керновых проб подразумевает абсолютно стерильную технологию из-за отсутствия «заражения».

Планетарная мельница периодического действия МПП-2-1 КМ
Рисунок 12 — Планетарная мельница периодического действия МПП-2-1 КМ

Мельница МПП-1-2 предназначена для исследований при получении наноструктурированных материалов. Мельница обеспечена частотным преобразователем, что позволяет регулировать ускорение от 5 до 60 g или до 2000 g в пересчёте на мелющие тела.

Модели планетарных мельниц непрерывного действия МП-0, МП-0,5, МП-1, МП-2, МП-3 (рис. 13) предназначены для малотоннажного производства пигментов, строительных материалов, различных минералов (кварц, флюорит, барит, известняк и другие карбонаты, твёрдые минералы — бор, алмазы, вольфрам и др.), отходов стекла, абразивных материалов, фармацевтических препаратов, активации концентратов перед гидрометаллургией, для мелких алмазо- и золотодобывающих фабрик.

Мельницы МП-4, МП-5 (рис. 13) предназначены для производства фарфоровых масс, компонентов для производства красок, электронных обмазок, стекла, огнеупоров, активации и производства цемента, для получения высокопрочного щебня, сухих строительных смесей, сухих бетонных смесей, для активации концентратов перед гидрометаллургией, для доизмельчения промпродуктов на обогатительных фабриках.

Рисунок 13. Модели планетарных мельниц непрерывного действия

Для моделей МП-6, МП-7, МП-8 разработана конструкция. Они предназначены для крупных горно-обогатительных комбинатов, цементных заводов, для керамической, строительной и химической отраслей. Хотелось бы более подробно представить те области промышленности, где планетарные мельницы выглядят наиболее ярко, а полученный эффект недостижим в других измельчительных аппаратах.

В горнорудной отрасли

Пример первый — сочетание мельницы самоизмельчения с преддодрабливанием критического класса крупности и доизмельчение класса крупности -20 мм в планетарной мельнице с роликом (рис. 14).

Технологическая схема с планетарной мельницей
Рисунок 14. Технологическая схема с планетарной мельницей

Технология рудоподготовки, представленная на рис. 14, в период сравнительных испытаний с известными схемами является наиболее предпочтительной, благодаря чрезвычайно низким капитальным и эксплуатационным затратам, высоконадёжному, малообслуживаемому оборудованию, компактной, простой в эксплуатации технологической схеме.

Пример второй — планетарная мельница, как основное обогатительное оборудование при сухом обогащении золотосодержащих руд. Ниже приведены эксперименты по сухому обогащению с применением измельчительного оборудования.

Опыт 1 (Урал-Омега). Исходное содержание золота 8,3 г/т, концентрат — 100–120 г/т, извлечение — 95–98%. Метод обогащения — ударное дробление-измельчение в центробежных дробилках + воздушная сепарация + сухие методы обогащения (магнитное, электромагнитная и электрическая сепарация.

Опыт 2 (ВИМС). Богатая руда — роторно-струйная мельница + гравитационная технология: извлечение — 63,5%, содержание в концентрате — 368 г/т. Опыт 3 (Русская Корона). Проба руды ОФ ОАО «Берёзовский рудник» — дробление до -20+0 мм, сухое измельчение до -0,63 мкм, электросепарация — исходное содержание — 100–120 г/т, извлечение — 95–96%, содержание в хвостах — 0,08 г/т.

Опыт 4 (компания «Геолазер», российско-американское СП). Разрабатывают установки до 400–450 т/час как для россыпей, так и для коренных месторождений.

Опыт 5 (Институт Горного Дела Севера СО РАН). Сухое дробление + мокрое обогащение.

. Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения
Рисунок 15. Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения кварца

Результаты лабораторных исследований в компании ТТД по селективному измельчению золотосодержащих концентратов.

Эксперимент № 1. Исходный материал — концентрат отсадки крупностью -2 мм, содержание — 240 г/т, время измельчения в лабораторной планетарной мельнице — 3 мин. Содержание Au по классам крупности: +0,1 — 90%; -0,1+0,074 — 70%; -0,074+0,044 — 1%; -0,044 — 634 г/т (данные пробирного анализа). Извлечение Au в класс крупности +0,044 — 95%.

Эксперимент № 2. Исходный материал — концентрат отсадки крупностью -0,5 мм, содержание — 611,7 г/т, время измельчения — 7 стадий х 2 мин. =14 мин., в каждой стадии вывод класса -44 мкм. Содержание Au по классам крупности: +0,2 — 80,6%; -0,2+0,1 — 30%; -0,1+0,044 — 1132 г/т (данные пробирного анализа); -0,044 — 95,6 г/т (данные пробирного анализа). Извлечение Au в класс крупности +0,044 — 86,4%.

Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения (твердого сплава)
Рисунок 15. Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения твердого сплава

Эксперимент № 3. Исходный материал — концентрат стола крупностью -0,5 мм, содержание — 439,6 г/т, время измельчения — 3 мин. Содержание Au по классам крупности: +0,125 — 100%; -0,125+0,1 — 68,2%; -0,1+0,044 — 215,7 г/т (данные пробирного анализа); -0,04 — 81,9 г/т (данные пробирного анализа). Извлечение Au в класс крупности +0,044 — 99,6%.

Полупромышленные испытания технологии сухого обогащения на примере пробы руды Наталкинского месторождения проводились на установке компании ТТД с планетарной мельницей непрерывного действия МП-0.

Как показали испытания, при содержании в исходной руде 1,78 г/т был получен концентрат с содержанием в классе крупности +44 мкм — 438 г/т, в классе -44 мкм — 19,6 г/т, извлечение в концентрат составило 80,2%, извлечение в промпродукт — 16,7%, извлечение в хвосты — 3,1% с содержанием в них золота 0,15 г/т.

Таким образом, испытания показали принципиальную возможность обогащения золотосодержащей руды единственным методом — селективным измельчением в планетарной мельнице. Также показана высокоэффективная технология доводки концентратов,которая не требует разветвленной схемы, большой номенклатуры оборудования, больших объёмов пирометаллургии.

В энергетике

Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения (нитрида бора)
Рисунок 15. Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения нитрида бора

Производство жидкого топлива на основе сверхтонкого измельчения неэнергетических бурых углей основано на новом явлении, когда при определённых условиях взаимодействия бурого угля и модифицирующих добавок уголь из твердого агрегатного состояния переходит в жидкое при комнатной температуре и атмосферном давлении.

В технологии производства главную роль отводят процессу ожижения бурого угля в планетарной мельнице. В процессе сверхтонкого размола и гомогенизации компонентов смеси изменяется высокомолекулярная структура, состав фрагментов, разрушаются связи, что приводит к превращению смеси в эмульсию.

Последующая стабилизация эмульсии, её очистка от механических взвесей и примесей, удаление минеральной части позволяет получить жидкое высокоэнергетическое вещество — готовое топливо для энергетических установок.

Эмульсионное топливо является экологически чистым видом жидкого топлива, поскольку кроме значительного сокращения вредных выбросов существенно снижается концентрация оксидов азота и серы.

В металлургии

Предварительная активация концентратов в планетарных мельницах резко активизирует процессы гидрометаллургии.

В порошковой металлургии

Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения (стекла)
Рисунок 15.Гранулометрическая характеристика продуктов измельчения стекла

Получение тонкодисперсных порошков (d50 от 0,15 до 1,7 мкм) способствует значительному повышению прочностных характеристик изделий из керамики, твёрдого сплава (рис. 15). ещё одной особенностью планетарных мельниц является то, что они не требуют каких-либо сверхпрочных материалов и уникальных заводов.

Несомненно, при производстве должны применяться хорошие легированные стали, но доступные как по срокам поставки, так и по цене.

Что касается непосредственно производства, его станочного парка, то изготовление мельниц не требует заводов-гигантов, выпускающих шаровые мельницы той же производительности.

Например, для выпуска шаровой мельницы с диаметром барабана 6 м и длиной 15 м потребуется лист из стали толщиной 40 мм и площадью 280 м2 весом более 80-ти тонн, который необходимо сначала закатать в трубу, затем приварить фланцы, обточить на станке, отлить (точно) торцевые крышки, опять обработать их на станке.

Кроме того, на барабан нужно надеть шестерёнку диаметром около 8м и шириной больше метра. Наконец, всё это надо собрать с идеальной соосностью. легко можно представить, какие станки, краны, площади должны быть на заводе.

Альтернативная планетарная мельница такой же производительности будет состоять из четырёх барабанов с диаметром каждого 1200 мм и длиной 600 мм.

Барабаны приводятся во вращение специальным редуктором, где самая большая шестерня будет иметь диаметр 700 мм, все остальные меньше (от 200 до 500 мм).

Самая крупная деталь — это водило. его диаметр будет около 3 м. конечно, каждая шестерня должна быть сделана точно, отверстия в водиле под посадки подшипников рассверлены точно, при этом сборка должна происходить с помощью специального инструмента.

Таким образом, заводы для производства традиционных шаровых мельниц и планетарных мельниц отличаются кардинально. Последний значительно меньше по объёму, насыщен мелким, но точным оборудованием, требующим квалифицированного обслуживания.

Потенциальных потребителей планетарных мельниц можно разделить на две большие группы:

— первая весьма крупная группа. В неё входят те, чья потребность состоит в относительно крупных (20–70 мкм) порошках. к ним относятся все горно-обогатительные, горно-химические предприятия, предприятия строительной индустрии и лакокрасочной отрасли. Потребители этой группы нуждаются в крупных высокопроизводительных мельницах мощностью 2–20 000 кВт;

— вторая группа составляет относительно первой небольшую долю, по нашим оценкам, не более 1000 мельниц. Однако она является потребителем энергонапряженных машин, крупность готового продукта которых составляет 0,005–10 мкм. её можно разбить ещё на две подгруппы, одна из которых связана с нанопорошками (уровень 0,005–0,01 мкм), другая — с продуктами крупностью 0,01–10 мкм.

Мельницы первой и второй группы существенно различаются между собой. Последние, несмотря на небольшую производительность и мощность, требуют другого подхода при изготовлении и конструировании. как правило, они работают в инертной среде с охлаждением барабанов.

Материалы мелющих тел и футеровки требуют другого подхода, а именно, они должны быть предельно износостойкими, а также соответствовать по своему химическому составу измельчаемому материалу. Поэтому мельницы первой и второй групп, несмотря на огромную разницу в размерах и потребляемой мощности, по стоимости соизмеримы.

Кроме того, существует ещё одна группа потребителей — это потребители лабораторных мельниц. К ним относятся практически все отрасли индустрии, начиная от лёгкой и пищевой, кончая металлургической промышленностью.

Таким образом, трудно найти отрасль, где бы ни были полезны эти уникальные машины — планетарные мельницы.

Список литературы

1. Fahrenwald A.W. New type of grinding mill. Rock products v.54, 1951, №5

2. Hyswing B. New ball mill Grinding faster.Chem and Engin, August, 1954

3. Milling Around in Circles. Chem and Engin, August, 1956, №6

4. Жуазель А. Планетарная мельница. Перевод с французского. Цемент, Сб. переводов, МПСМ ССС Р, вып. 6, 1957, № 28

5. Bradley A. Высокоскоростные центробежные (планетарные) мельницы и перспективы их применения в горнорудной промышленности. South African Mechanical Engineer, 1972, v.22, IV


Текст: Владимир Кочнев, генеральный директор ЗАО «Техника и Технология Дезинтеграции»

Понравилась статья? Подпишитесь
на наш дайджест и получайте такие материалы раз в месяц
.

Статья опубликована в журнале Добывающая промышленность №4, 2016,

Отраслевые решения

Подпишитесь
на ежемесячный дайджест актуальных тем
для специалистов отрасли.

Исключительно отраслевая тематика. Никакого спама 100%.