Измельчение может протекать как в водной, так и в воздушной среде, и называется мокрым или сухим, соответственно. Чаще всего применяют мокрое измельчение, особенно, если дальнейшие процессы обогащения также будут осуществляться в водной среде, так как в этом случае частично решается проблема пылеподавления на фабрике.
В результате измельчения получают готовый продукт, пригодный по крупности, степени раскрытия сростков для дальнейшего обогащения и содержащий полезные минералы в виде частиц, максимально освобождённых от минералов пустой породы. Крупность частиц после измельчения обычно не превышает 1 мм, для руд со сложным взаимопрорастанием минералов продуктивным классом часто становится класс -0,074 мм, и даже -0,044 мм.
Способы измельчения:
- удар;
- сжатие;
- сдвиг;
- истирание;
- комбинированные (сочетание нескольких вышеозначенных способов).
Основным показателем, характеризующим процесс измельчения, является степень измельчения, определяемая так же, как степень дробления. Степень измельчения может составлять до 250. Достижение такой степени измельчения в один приём маловероятно, поэтому измельчение осуществляется в несколько стадий.
Методы измельчения:
- механическое с мелющими телами;
- пневматическое (аэродинамическое) без мелющих тел.
Измельчение осуществляют в аппаратах, называемых мельницами. Мельницы по принципу действия делятся на:
- механические (с мелющими телами);
- аэродинамические или струйные (без мелющих тел).
Механические мельницы также делятся на:
- барабанные (движение мелющих тел осуществляется благодаря движению корпуса мельницы);
- машины, рабочий корпус которых неподвижен, а мелющие тела двигаются благодаря специальному приводу (дисковые, чашевые, кольцевые мельницы).
Барабанные мельницы состоят из футерованного изнутри вращающегося барабана заполненного мелющими телами. По виду мелющих тел различают мельницы:
- шаровые (МШ, загрузка – стальные шары);
- стержневые (МС, стальные стержни);
- галечные и рудно-галечные (МГ и МРГ, рудная галя крупностью 30-100 мм);
- самоизмельчения (МС, крупные куски руды 100-300 мм);
- полусамоизмельчения (МПС, крупные куски руды и шары).
По способу разгрузки измельчённого материала различают мельницы с центральной разгрузкой (МШЦ) и разгрузкой через решётку (МШР).
Дисковые мельницы состоят из подвижного и неподвижного диска. Материал загружается в центре дисков, проходит между ними до периферии, измельчаясь. Такие мельницы применяются в основном в мукомольной промышленности.
Чашевые мельницы состоят из неподвижной чаши, по дну которой катятся от 2 до 6 тяжёлых катков (бегунов). Материал, попадая между катками и дном, измельчается. Процесс проходит только в водной среде. Применяются при амальгамации золота.
Кольцевые мельницы состоят из неподвижного кольца и движущихся внутри него роликов, обкатывающих внутреннюю поверхность кольца. Применяются только для сухого обогащения угля, фосфоритов.
Существуют различные методы измельчения материала, при которых отсутствуют мелющие тела: струйное, ультразвуковое, термическое, электрогидравлическое и проч. В промышленности применяют только струйный метод измельчения.
Аэродинамические (струйные) мельницы используют энергию агента для разрушения материала. Применяются для сухого измельчения в производстве цемента, огнеупорного сырья, стеклошлакоблоков, керамической и редкометалльной промышленности. В качестве агента разрушения используют:
- пар;
- воздух;
- газ.
На обогатительных фабриках применяются в основном барабанные мельницы.
Основными параметрами работы барабанных мельниц являются частота вращения барабана (n), коэффициент относительной скорости () и коэффициент заполнения мельницы мелющими телами (φ).
Частота, при которой начинают центрифугировать тела, расположенные на внутренней поверхности барабана, называется критической:
nкр = 42,3 / √D
где D – диаметр барабана мельницы, м.
Действительная частота всегда меньше критической. Коэффициент относительной скорости:
ψ = n / nкр
Коэффициент заполнения мельницы мелющими телами:
φ = Vm / V
где Vм – объём всей массы мелющих тел, V – объём барабана.
Для стержневых мельниц φ=0,3-0,4; для шаровых – 0,4-0,5; для самоизмельчения – 0,35-0,45. Чем выше φ, тем меньше должна быть частота вращения барабана.
Различают следующие режимы работы мельницы, определяемые частотой вращения барабана и коэффициентом заполнения:
- каскадный, n=50-60% критической, способ измельчения в этом случае раздавливание и истирание;
- водопадный, n=78-85% критической, способ измельчения – удар и частичное истирание;
- смешанный, n=60-75% критической, способ измельчения – удар, раздавливание и истирание.
При мокром измельчении большое значение имеет плотность пульпы по массе (Т:Ж) или содержание твёрдого в пульпе в процентах. Для шаровых мельниц этот параметр составляет 65-75%, для стержневых – 50-60%. Чем более разжиженная пульпа, тем крупнее продукт измельчения. Большая плотность пульпы приводит к переизмельчению и забиванию мельницы.
Схемы измельчения:
- открытый цикл – измельчение материала без последующего применения классификации, без возвращения крупного продукта классификации в мельницу. Материал проходит через мельницу один раз с получением готового продукта крупностью до 2-3 мм.
- замкнутый цикл – измельчение материала с последующей его классификацией и возвращением крупного класса в мельницу. Применяется для получения тонкого продукта крупностью менее 1 мм.
- полузамкнутый или частично замкнутый цикл применяется при двухстадиальном измельчении.
Циркулирующей нагрузкой (С) называется количество оборотных песков в измельчении, выраженное в процентах к массе исходного материала. Для шаровых мельниц оптимальная величина составляет 300-500%, для стержневых – 50-75%.
