Добыча полезных ископаемых из недр земли является лишь первым шагом на долгом пути превращения горной породы в конечный продукт. Извлеченная руда представляет собой массу кусков разного размера, в которых ценный минерал тесно связан с пустой породой. Чтобы отделить одно от другого, необходимо предварительно подготовить сырье.
Фундаментальным этапом такой подготовки выступает процесс уменьшения размеров кусков руды. Он состоит из двух последовательных стадий: дробления и измельчения. Цель этих операций – не просто раздробить камень, а вскрыть зерна полезных компонентов, освободив их из срастаний с другими минералами. Это открывает дорогу к последующим стадиям обогащения: флотации, магнитной сепарации или гравитации, эффективность которых напрямую зависит от крупности исходного материала.
Процедурам измельчения подвергаются руды черных и цветных металлов (железные, медные, никелевые), драгоценных металлов (золото, платина), а также неметаллическое сырье для строительной, химической и других отраслей промышленности, например, известняк, фосфаты, уголь.
Дробление и измельчение: в чем разница?
Хотя оба термина описывают уменьшение размера материала, в горном деле они обозначают разные по технологии и результату операции. Это два последовательных звена одной технологической цепи.
Дробление – это первая, грубая стадия обработки материала. На этом этапе крупные глыбы породы, достигающие в поперечнике метра и более, разрушаются до размеров в несколько сантиметров или миллиметров. Процесс обычно происходит всухую. Его основная задача – подготовить руду для дальнейшей транспортировки конвейерами и подачи в агрегаты для более тонкого помола. Дробление может быть многостадийным: крупное, среднее и мелкое, где на каждой ступени размер кусков последовательно сокращается.
Измельчение следует за дроблением, это процесс тонкого и сверхтонкого помола. Сырьем для него выступает уже дробленый материал. В результате измельчения получают продукт с частицами, размер которых измеряется в долях миллиметра или в микронах. Эта операция более энергозатратная по сравнению с дроблением. Чаще всего она выполняется в водной среде, в результате чего образуется пульпа – смесь измельченной руды и воды. Именно такая степень уменьшения размеров необходима для максимального вскрытия минеральных зерен и их последующего разделения на обогатительных фабриках.
Основные методы дробления: от скалы до щебня
Процесс дробления основан на приложении к куску горной породы внешних механических сил, которые превосходят силы сцепления между ее частицами. В зависимости от способа приложения этих сил выделяют несколько основных методов разрушения. Промышленное оборудование, в котором применяются данные принципы, можно условно разделить на две большие группы, представленные в каталоге компании Dekree: компрессионные и ударные дробилки. Выбор конкретного типа машины зависит от физических свойств руды (твердости, абразивности, вязкости) и требуемой производительности.
Компрессионное дробление
Этот метод основан на разрушении материала путем раздавливания или сжатия между двумя рабочими поверхностями. Он подходит для переработки очень твердых и абразивных пород: гранита, базальта, железных и медных руд. В эту группу оборудования входят:
- Щековые дробилки. Агрегат имеет две дробящие плиты, или «щеки», одна из которых неподвижная, а вторая совершает качающееся движение. Порода, попадая в клинообразное пространство между щеками, раздавливается при их сближении. Это оборудование обычно применяют на первой стадии крупного дробления.
- Конусные дробилки. В этих машинах дробление происходит в пространстве между неподвижной конической чашей и подвижным дробящим конусом, который совершает круговое качание (гирационное движение). Они используются для среднего и мелкого дробления, создавая продукт более однородной кубической формы.
Компрессионное воздействие считается эффективным для первичного разрушения прочных материалов. Оно подготавливает сырье для последующих стадий, сокращая его первоначальный объем и крупность.
Ударное дробление
Здесь разрушение происходит в результате резкого, динамического удара куска материала о неподвижную деталь (отбойную плиту) или о быстро вращающийся рабочий орган (било, молоток). Другой вариант – соударение частиц друг с другом на высокой скорости. Этот способ подходит для материалов средней и низкой прочности: известняка, доломита, угля или фосфоритов. В этой группе выделяются такие виды установок:
- Роторные дробилки. Основным рабочим органом является массивный ротор с жестко закрепленными на нем билами. При вращении ротора била захватывают куски породы и с огромной силой отбрасывают их на отбойные плиты, установленные в камере дробления.
- Центробежные дробилки. В этих установках материал подается в центр быстро вращающегося ускорителя, который разгоняет его и выбрасывает в камеру дробления. Разрушение происходит за счет удара разогнанных частиц о футеровку камеры или о слой такого же материала (принцип «камень о камень»), что снижает износ рабочих органов.
Ударные методы часто применяют для получения щебня с высокими показателями кубовидности, что ценится в строительной индустрии.
Тонкое измельчение
После того как руда прошла одну или несколько стадий дробления, она поступает на измельчение. Это заключительная стадия рудоподготовки, необходимая для полного или почти полного освобождения ценных минералов от пустой породы. Процесс осуществляется в специальных машинах – мельницах, которые используют для помола мелющие тела. Выбор типа мельницы и режима ее работы определяется свойствами сырья и требованиями к конечному продукту.
Мельницы для мокрого и сухого помола
Современная промышленность использует широкий спектр измельчительного оборудования. Среди них выделяются агрегаты, использующие в качестве мелющей среды шары, стержни или мелкий бисер.
- Шаровые мельницы. Представляют собой вращающийся барабан, частично заполненный стальными или керамическими шарами. Дробленый материал загружается в барабан вместе с водой. При вращении мельницы шары поднимаются на определенную высоту, а затем падают вниз, раздавливая и истирая частицы руды. Шаровые мельницы универсальные и широко применяются для измельчения руд цветных и черных металлов.
- Стержневые мельницы. Конструктивно похожи на шаровые, но в качестве мелющей среды в них используются стальные стержни размером почти во всю длину барабана. Стержни создают преимущественно раздавливающее воздействие, благодаря чему получают равномерный по крупности продукт с меньшим количеством переизмельченных частиц (шламов). Их часто используют на первой стадии измельчения перед шаровыми мельницами.
Для получения особо тонких порошков, необходимых в производстве пигментов, керамики, фармацевтических субстанций или при обогащении некоторых видов руд драгоценных металлов, применяют специальное оборудование – бисерные мельницы. Это агрегаты для сверхтонкого помола. Их рабочая камера заполнена очень мелкими мелющими телами (бисером) из керамики или стекла. Интенсивное перемешивание бисера и суспензии специальным устройством (активатором) создает огромное количество контактов, благодаря чему частицы измельчаются до микронных и субмикронных размеров.
Таким образом, последовательное применение методов дробления и измельчения является технологической основой для переработки большинства полезных ископаемых. Этот многоступенчатый процесс уменьшения размера, от массивной скальной глыбы до тончайшего порошка, создает условия для эффективного извлечения ценных компонентов и превращения природного сырья в основу для современной промышленности.