Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов

Проведен анализ кинетики измельчения руд в шаровой, стержневой и струйной мельницах. Исследования процесса измельчения в мельницах разного типа показали возможность описания его на основе вычисления математического ожидания и нормального отклонения гранулометрического состава материала. Установлено,...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Прядко, Н.С., Стрельников, Г.А., Терновая, Е.В., Грушко, В.А., Пясецкий, Н.Ю.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2014
Назва видання:Техническая механика
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88498
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов / Н.С. Прядко, Г.А. Стрельников, Е.В. Терновая, В.А. Грушко, Н.Ю. Пясецкий // Техническая механика. — 2014. — № 3. — С. 114-121. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-88498
record_format dspace
spelling irk-123456789-884982015-11-17T03:02:08Z Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов Прядко, Н.С. Стрельников, Г.А. Терновая, Е.В. Грушко, В.А. Пясецкий, Н.Ю. Проведен анализ кинетики измельчения руд в шаровой, стержневой и струйной мельницах. Исследования процесса измельчения в мельницах разного типа показали возможность описания его на основе вычисления математического ожидания и нормального отклонения гранулометрического состава материала. Установлено, что для тонкого измельчения руд кривые уравнений кинетики имеют вид квадратичных парабол, коэффициенты которых зависят от свойств материала и вида мельницы. Проведено аналіз кінетики подрібнення руд у кульковому, стрижневому і струминному млинах. Дослідження процесу подрібнення в млинах різного типу показало можливість опису їх на основі обчислення математичного очікування та нормального відхилу гранулометричного складу матеріалу. Встановлено, що для тонкого подрібнення руд криві рівнянь кінетики мають вигляд квадратичних парабол, коефіцієнти яких залежать від властивостей матеріалу й виду млина. A kinetic analysis of ore grinding in ball, rod and jet mills is carried out. Studies of grinding in different-type mills demonstrated the possibility of describing this process using calculations of the expectation and a normal deviation of the grainulometric composition of material. It is found that for fine ore grinding the curves of the kinetics equations form square-law parabolas, the factors of which depend on material properties and the mill type. 2014 Article Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов / Н.С. Прядко, Г.А. Стрельников, Е.В. Терновая, В.А. Грушко, Н.Ю. Пясецкий // Техническая механика. — 2014. — № 3. — С. 114-121. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1561-9184 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88498 622.73 ru Техническая механика Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Проведен анализ кинетики измельчения руд в шаровой, стержневой и струйной мельницах. Исследования процесса измельчения в мельницах разного типа показали возможность описания его на основе вычисления математического ожидания и нормального отклонения гранулометрического состава материала. Установлено, что для тонкого измельчения руд кривые уравнений кинетики имеют вид квадратичных парабол, коэффициенты которых зависят от свойств материала и вида мельницы.
format Article
author Прядко, Н.С.
Стрельников, Г.А.
Терновая, Е.В.
Грушко, В.А.
Пясецкий, Н.Ю.
spellingShingle Прядко, Н.С.
Стрельников, Г.А.
Терновая, Е.В.
Грушко, В.А.
Пясецкий, Н.Ю.
Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
Техническая механика
author_facet Прядко, Н.С.
Стрельников, Г.А.
Терновая, Е.В.
Грушко, В.А.
Пясецкий, Н.Ю.
author_sort Прядко, Н.С.
title Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
title_short Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
title_full Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
title_fullStr Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
title_full_unstemmed Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
title_sort оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов
publisher Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/88498
citation_txt Оценка скорости тонкого измельчения руд мельницами различных типов / Н.С. Прядко, Г.А. Стрельников, Е.В. Терновая, В.А. Грушко, Н.Ю. Пясецкий // Техническая механика. — 2014. — № 3. — С. 114-121. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series Техническая механика
work_keys_str_mv AT prâdkons ocenkaskorostitonkogoizmelʹčeniârudmelʹnicamirazličnyhtipov
AT strelʹnikovga ocenkaskorostitonkogoizmelʹčeniârudmelʹnicamirazličnyhtipov
AT ternovaâev ocenkaskorostitonkogoizmelʹčeniârudmelʹnicamirazličnyhtipov
AT gruškova ocenkaskorostitonkogoizmelʹčeniârudmelʹnicamirazličnyhtipov
AT pâseckijnû ocenkaskorostitonkogoizmelʹčeniârudmelʹnicamirazličnyhtipov
first_indexed 2025-07-06T16:17:36Z
last_indexed 2025-07-06T16:17:36Z
_version_ 1836914999776247808
fulltext 114 УДК 622.73 Н. С. ПРЯДКО, Г.А. СТРЕЛЬНИКОВ, Е.В. ТЕРНОВАЯ, В.А. ГРУШКО, Н.Ю. ПЯСЕЦКИЙ ОЦЕНКА СКОРОСТИ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РУД МЕЛЬНИЦАМИ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ Проведен анализ кинетики измельчения руд в шаровой, стержневой и струйной мельницах. Иссле- дования процесса измельчения в мельницах разного типа показали возможность описания его на основе вычисления математического ожидания и нормального отклонения гранулометрического состава материа- ла. Установлено, что для тонкого измельчения руд кривые уравнений кинетики имеют вид квадратичных парабол, коэффициенты которых зависят от свойств материала и вида мельницы. Исследования скорости измельчения материалов основывались на анализе изменений грануломет- рического состава измельчаемого материала, т. е. кинетике измельчения. Определены скорости измельче- ния узких классов полиметаллической руды, бедной медно-никелевой руды в барабанных мельницах, шлака и кварцевого песка в струйной мельнице. Показано, что скорость измельчения для фракций круп- ных частиц имеет убывающий характер, для фракций средних и мелких частиц – знакопеременный харак- тер. Предложено использовать стержневую, шаровую и струйную мельницы последовательно на различ- ных стадиях для эффективного измельчения материалов в замкнутом цикле. Проведено аналіз кінетики подрібнення руд у кульковому, стрижневому і струминному млинах. До- слідження процесу подрібнення в млинах різного типу показало можливість опису їх на основі обчислення математичного очікування та нормального відхилу гранулометричного складу матеріалу. Встановлено, що для тонкого подрібнення руд криві рівнянь кінетики мають вигляд квадратичних парабол, коефіцієнти яких залежать від властивостей матеріалу й виду млина. Дослідження швидкості подрібнення матеріалу базується на аналізі зміни гранулометричного скла- ду матеріалу, що подрібнюється, тобто на кінетиці подрібнення. Визначено швидкості здрібнювання вузь- ких класів поліметалевої руди, бідної мідно-нікелевої руди в барабанних млинах, шлаків і кварцового піску в струминному млині. Показано, що швидкість подрібнення для фракцій великих за розміром часток має убутний характер, для фракцій середніх і дрібних часток – знакозмінний характер. Запропоновано використати стрижневий, кульовий й струминний млини послідовно на різних стадіях для ефективного здрібнювання матеріалів у замкнутому циклі. A kinetic analysis of ore grinding in ball, rod and jet mills is carried out. Studies of grinding in different- type mills demonstrated the possibility of describing this process using calculations of the expectation and a nor- mal deviation of the grainulometric composition of material. It is found that for fine ore grinding the curves of the kinetics equations form square-law parabolas, the factors of which depend on material properties and the mill type. Studies in rates of material grinding have been based on the analysis of variations in the granulometcic composition of a crushed material structure, i.e. grinding kinetics. The grinding rates of limited classes of polymetallic ore, poor copper-nickel ore in tumbling mills, slag and quartz sand in a jet mill are determined. It is shown that the grinding rate for fractions of large particles is decreasing in its effect and is sign-variable in behav- ior for fractions of average and fine particles. It has been suggested that rod, ball and jet mills be used in series at various stages for effective grinding materials in a closed cycle. Введение. Анализ скорости измельчения различных материалов является актуальной проблемой, возникающей во многих отраслях промышленности. Это связано с главной задачей процесса измельчения – непереизмельчить бо- лее требуемого класса крупности, с одной стороны, и с необходимостью снижения энергоемкости производства, с другой стороны. Для измельчения полезных ископаемых и других материалов используют различные виды мельниц, отличающиеся типом воздействия на материал. В процессе измель- чения разрушение осуществляют под действием механических, тепловых или электрических сил, направленных на преодоление внутренних сил сцепления частиц твердого тела. На практике измельчение с целью уменьшения разме- ров кусков до заданной крупности происходит под действием внешних меха- нических усилий, создаваемых рабочими органами измельчительного агрега- та, или при соударении частиц в струях энергоносителя. Для тонкого измельчения руд чаще всего используются барабанные мельницы (шаровые, стрежневые), относящиеся к первому способу разруше-  Н. С. Прядко, Г.А. Стрельников, Е.В. Терновая, В.А. Грушко, Н.Ю. Пясецкий, 2014 Техн. механика. – 2014. – № 3. 115 ния, и струйные мельницы. В последнем способе измельчения источником энергии, обеспечивающим внутримельничные процессы (разрушение частиц, пневмотранспорт, разделение по крупности, возврат циркулирующей нагруз- ки), являются взаимодействующие с частицами газовые струи, организующие их движение и обусловливающие не только высокодинамичный механизм раскрытия минералов, но и изменение структуры (механоактивацию) измель- ченного порошка. Однако этот способ дезинтеграции минерального сырья отличается большой энергоемкостью при получении тонких порошков, что вызывает необходимость установления и поддержания наиболее эффектив- ного режима измельчения. Постановка задачи. При тонком измельчении полезных ископаемых разные по крупности фракции материала ведут себя по-разному. На первом этапе относительно крупный материал измельчается легче и требует меньше энергии. Но при измельчении частиц меньшего размера, т. е. при увеличении суммарной поверхности мелкодисперсной фазы, требуется больше энергии для измельчения частиц, наблюдается термодинамическое неравновесие двухфазной системы, и сильнее проявляются силы коагуляции. Причем, для разных материалов, обладающих разными прочностными свойствами, хими- ческим и морфологическим составом, исходным гранулометрическим соста- вом, кинетика измельчения проявляется по-разному Необходимо изучить особенности тонкого измельчения минералов с позиций поведения частиц разной крупности в процессе измельчения. Цель данной работы состоит в исследовании скорости измельчения ма- териалов разных свойств в шаровых, стержневых и струйных мельницах, ис- пользуемых для тонкого измельчения материалов. Исследования скорости измельчения материалов основывались на анали- зе изменений гранулометрического состава измельчаемого материала, т. е. кинетике измельчения. Исследования процесса измельчения в мельницах разного типа показали возможность описания его на основе оценивания ма- тематического ожидания Мх и стандартного отклонения гранулометрическо- го состава материала  вида:       32 2 1 32 2 1 btbtb atataMх  , (1) где t – время измельчения. При этом коэффициенты ii ba , зависят от материала и вида мельницы. В частности, для струйного измельчения шлака, кинетика измельчения которо- го показана в таблице 1, уравнения имеют вид: 88,026,0023,0 2  ttMx (коэффициент регрессии 985,0R ), 7,013,0008,0 2  tt ( 999,0R ). (2) В таблице представлены результаты выхода продукта (остатки на сите) в процентах по классам крупности  , причем  обозначает наличие мате- 116 риала на сите размером  , т. е. крупность продукта более  , соответствен- но  обозначает наличие материала крупностью менее  . Таблица 1 Кинетика измельчения шлака (по остатку на сите К,%) в струйной лабораторной мельнице Классы крупности, мм; выход % t, мин +1,6 +1 +0,63 +0,4 +0,3 +0,2 +0,16 +0,1 +0,06 +0,05 -0,05 0 9,62 16,8 17,58 12,97 10,26 6,44 6,82 4,76 5,2 4,98 4,5 1 8,33 18,2 15,15 13,72 7,32 10,1 5,08 8,86 4,38 7,09 1,8 2 3,23 9,44 9,59 9,42 5,43 8,63 6,16 21,82 9,29 12,59 4,4 3 1,07 7,0 8,10 8,56 5,03 8,43 6,62 21,03 11,7 18,39 4,1 4 0,47 4,36 5,95 6,27 3,91 6,69 5,23 22,67 18,53 23,53 2,4 5 0,00 3,49 5,36 4,99 2,99 6,23 3,89 21,31 25,42 23,08 3,2 Рассматривались также результаты измельчения полиметаллической ру- ды в шаровой мельнице. Полиметаллическая руда месторождения Кутесай 2 является трудноизмельчаемой, комплексной, образованной несколькими ти- пами оруднения: редкоземельного, циркониевого, ториевого и полиметалли- ческого [1]. Продукт измельчения полиметаллической руды в шаровой мель- нице был довольно грубым с преобладанием частиц крупнее 2 мм (см. табли- цу 2). В связи с этим кривая отклонения гранулометрического состава имеет вид возрастающей функции с выпуклостью вверх (см. рис. 1а, кривая 2). Таблица 2 Ситовый анализ измельчения полиметаллических руд в шаровой мельнице [1] Классы крупности, мм; выход % t, мин +2,0 +1,4 +0,8 +0,3 +0,074 +0,0415 15 81,3 2,2 3 4,9 5,7 2,9 30 71,5 1,35 2,43 5 14,45 5,27 45 66 0,52 0,98 4,4 15,33 12,77 Анализировалась кинетика измельчения бедной медно-никелевой руды в шаровой и стержневой мельницах [2], исходный гранулометрический состав и кинетика измельчения которой представлен в таблицах 3 и 4, соответствен- но. На рис. 1 б показаны кривые кинетики измельчения в шаровой мельнице. Установлено, что для тонкого измельчения руд кривые уравнений кине- тики имеют вид квадратичных парабол (1), коэффициенты которых зависят от свойств материала и вида мельницы (см. рис. 1). 117 1 – Мх; 2 -  Рис. 1 – Графики уравнений кинетики грубого (а) и тонкого (б) измельчения в шаровой мельнице и тонкого измельчения в струйной мельнице (в) Таблица 3 Кинетика шарового измельчения бедной медно-никелевой руды в шаровой мельнице Класс, мм Время измельчения, мин 0 0,5 1 2 4 8 16 32 64 +10 0,66 0,41 0,37 0,36 0,3 0,21 0,19 0,15 0,12 -10+8 2,34 1,69 1,14 0,97 0,93 0,76 0,4 0,26 0,06 -8+5 30,66 20,5 20,09 16,52 12,67 11,47 2,46 2,17 0,74 -5+3 31,74 31,98 27,76 29,09 23,71 18,78 2,81 1,33 0,81 -3+2 10,1 14,64 17,95 15,9 15,31 15,55 4,98 1,23 0,72 -2+1,6 5,61 6,37 5,96 6,21 7,42 7,22 6,28 1,71 0,51 -1,6+1 5,5 6,49 6,58 7,09 7,9 8,15 9,19 4,57 1,13 -1+0,63 3,85 4,79 5,24 5,56 6,44 6,65 8,26 7,91 2,66 -0,63+0,4 2,51 3,34 3,88 4,51 5,32 5,78 15 11,34 4,87 -0,4+0,2 3,06 3,91 4,26 5,24 6,94 8,04 8,58 18,19 17,82 -0,2+0,16 0,55 0,72 0,82 1,04 1,4 1,94 4,16 5,22 5,99 -0,16+0,1 1,25 1,66 1,84 2,28 3,39 4,21 10,12 12,28 13,98 0,1+0,071 0,6 0,81 0,95 1,21 1,73 2,22 5,49 6,85 7,58 -0,071 +0,045 0,63 0,96 1,04 1,39 2,14 2,7 6,93 8,77 9,53 -0,045 0,94 1,73 2,12 2,63 4,4 6,32 15,15 18,02 33,48 Всего -0,071 1,57 2,69 3,16 4,02 6,54 9,02 22,08 26,79 43,01 118 Таблица 4 Кинетика измельчения бедной медно-никелевой руды в стержневой мельнице Класс, мм Время измельчения, мин 0 0,5 1 2 4 8 16 32 +10 0,66 0,26 0,17 0 0 0 0 0 -10+8 2,34 0,77 0,69 0,11 0 0 0 0 -8+5 30,66 16,63 12,68 2,57 0 0 0 0 -5+3 31,74 31,49 25,45 12,69 0,54 0 0 0 -3+2 10,1 16 18,3 22,29 5,85 0 0 0 -2+1,6 5,61 7,05 8,25 12,21 12,51 0 0 0 -1,6+1 5,5 7,73 9,38 13,34 21,14 1,27 0 0 -1+0,63 3,85 5,71 6,9 10,23 16,95 4,84 0 0 -0,63+0,4 2,51 3,68 4,82 6,84 11,58 28,09 1,02 0 -0,4+0,2 3,06 4,18 5,32 7,6 12,24 27,52 29,16 1,12 -0,2+0,16 0,55 0,81 1,04 1,5 2,47 4,65 9,79 3,68 -0,16+0,1 1,25 1,71 2,2 3,14 5,15 10,19 19,51 21,2 0,1+0,071 0,6 0,88 1,14 1,56 2,64 5,03 9,11 14,74 -0,071 +0,045 0,63 0,92 1,23 1,83 2,99 5,61 10,06 16,44 -0,045 0,94 2,18 2,43 4,09 5,94 12,8 21,35 42,82 Всего -0,071 1,57 3,1 3,66 5,92 8,94 18,41 31,41 59,26 Анализ кинетики измельчения одинакового сырья в разных мельницах (шаровой и стержневой) показал зависимость кинетики и скорости измельче- ния от вида мельницы, т. е. от способа разрушения. Скорость измельчения узких фракций определялась по одной и той же методике: t t v ii i ni      /)( 1  , (2) где niv – скорость измельчения анализируемой фракции, 1, ii  – содержа- ние фракции (%) на данном и последующем шаге измельчения, t – дли- тельность шага измельчения. На рис. 2 и 3 показаны скорости измельчения в струйной, стержневой и шаровой мельнице фракций крупных (а), средних (б) и мелких (в) по размеру частиц. В струйной мельнице скорость измельчения для крупных фракций имеет убывающий характер, эти фракции разрушаются на начальном этапе измель- чения и выбывают из процесса. Для средних и мелких фракций кривые ско- рости имеют знакопеременный характер, что можно объяснить работой струйной мельницы в замкнутом цикле с периодическим добавлением недо- измельченного материала в зону помола. При стержневом и шаровом измельчении скорости измельчения крупных фракций имеют также убывающий характер, однако в стержневой мельнице крупные частицы первых двух рассматриваемых классов исчезают интенсив- нее (около четырех минут). В шаровой мельнице этот процесс растягивается до 12 мин. В остальных классах скорости измельчения имеют отрицательное значение, что обозначает накопление массы фракций в начальный период. 119 На следующем этапе в стержневой мельнице средние по крупности клас- сы начинают интенсивно измельчаться и со второй минуты скорость убыва- ния фракций (-2,0 +1,6 мм) … (-1,0 + 0,63) приобретает знакопеременный ха- рактер, увеличиваясь до 7 %/мин на четвертой минуте, а затем убывает до полного исчезновения фракций. В тоже время при шаровом измельчении процесс убывания средних фракций происходит медленнее, имея также зна- копеременный характер. Так, до восьмой минуты упомянутые выше средние фракции обладают отрицательной скоростью измельчения, только после 10- 12 минут скорости становятся положительными и медленно растут. Для мелких фракций в стержневой мельнице характерна отрицательная скорость измельчения, т. е. для них преобладает процесс накопления вплоть до момента исчезновения средних классов (12 – 16 мин). Потом частицы мелких классов начинают измельчаться, за исключением двух последних фракций (частицы размером + 0,01), которые сохраняют накопительный ха- рактер, преобладающий над измельчением. Рис. 2 – Скорости измельчения крупных (а), средних (б) и мелких (в) узких фракций шлака (1) и кварцевого песка (2) в струйной мельнице Для шарового измельчения на среднем и заключительном этапе измель- чения характерно преобладание накопительного процесса в средних и мел- ких фракциях. Имея знакопеременные кривые скоростей измельчения, ча- 120 стицы фракций до -0,1 имеют отрицательную скорость измельчения до 16 минут. Процесс измельчения происходит только за счет остатков крупных фракций и средней фракции (+2,0 – 1,6). Только во второй половине процесса измельчения, т. е. после 64 минуты (см. табл. 3) начинают измельчаться средние классы, при этом мелкие фракции так и не включаются в измельче- ние. Таким образом, анализ скорости измельчения узких фракций бедной медно-никелевой руды в стержневой и шаровой мельницах показал преиму- щества стержневой мельницы для получения продукта дисперсностью менее 2,0 мм. Однако измельчение в стержневой мельнице более энергоемкое, по- этому возможно комбинировать использование двух мельниц: вначале стержневую для получения 90 % продукта крупностью менее 2,0 мм, потом для получения продукта менее 0,071 мм подключать шаровую мельницу [2]. Учитывая возможности струйной мельницы, можно рассмотреть включение в замкнутый цикл измельчения [3] струйной мельницы на третьем этапе для измельчения продукта менее 0,63 мм. Рис. 3 – Скорости измельчения крупных (а), средних (б) и мелких (в) узких фракций бедной медно-никелевой руды в стержневой (1) и шаровой (2) мельницах В этом случае скорость струйного измельчения достигает 10 %/мин, то- гда как скорость стержневого измельчения – 5 %/мин, а шарового – до 0,5 %/мин. Эти все выводы надо проверять для каждого материала отдельно. 121 Выводы. 1. Установлено, что для тонкого измельчения руд кривые уравнений ки- нетики имеют вид квадратичных парабол, коэффициенты которых зависят от свойств материала и вида мельницы. 2. Скорость измельчения для крупных фракций имеет убывающий харак- тер, для средних и мелких фракций – знакопеременный характер. 3. Струйное измельчение имеет значительные преимущества по скорости измельчения средних и мелких фракций, что позволяет рекомендовать ис- пользовать его на третьем этапе измельчения материалов в замкнутом цикле. 1. Ногаева К. А. Исследование кинетики измельчения полиметаллической руды месторождения Кутесай 2 / К. А. Ногаева, Т. Т. Арстанбеков, Г. Ш. Байкелова // arch.kyribnet.kg/uploads/KSTUNOGAEVA2010- 21.pdf 2. Ракаев А. И. Закономерности измельчения бедных медно-никелевых руд в барабанных мельницах / А. И. Ракаев, П. А. Шумилов // Вестник МГТУ. – 2009. – Т. 12, №4. – С. 638 – 643. 3. Пилов П. И. Снижение энергопотребления в замкнутых циклах тонкого измельчения руд / П. И. Пилов, Н. С. Прядко // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2013. – №6. – С. 75 – 80. Институт технической механики Получено 12.09.14, Национальной академии наук Украины в окончательном варианте 20.09.14 и Государственного космического агентства Украины, Днепропетровск