СПОСОБ ДРОБЛЕНИЯ-ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОЛИМИНЕРАЛЬНЫХ РУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ ДРАГОЦЕННЫЕ КАМНИ, И ДРОБИЛЬНО-ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНАЯ МАШИНА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF CRUSHING-GRINDING OF POLYMINERAL ORES CONTAINING PRECIOUS STONES AND CRUSHING-GRINDING MACHINE TO THIS END (VERSIONS)

Изобретение относится к области дезинтеграции и переработки горных пород и руд и предназначено для использования в горнодобывающей промышленности, перерабатывающей твердые полезные ископаемые. К главным процессам обогащения руды относятся дробление-измельчение рудных материалов и выделение концентрата. К дроблению относят механические процессы, посредством которых добытые рудные материалы разбиваются до размеров, подходящих для дальнейшего измельчения посредством размалывания. Размалывание представляет собой конечный этап механического отделения полезных минералов от пустой породы. Обычно оно производится в водной среде с использованием дробильно-измельчительных машин (ДИМ).
Преимущественная область использования изобретения - дробление полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, например алмазосодержащих кимберлитов.
Известен способ дробления-измельчения горных пород, который включает разрушение материала встречно-направленными импульсами рабочих органов и отражательных элементов, синхронизированными между собой (RU 2111056 C1, 20.05.1998).
Известен способ дробления-измельчения горных пород, включающий подачу материала во вращающийся барабан, подъем его по внутренней поверхности барабана и пневматическую разгрузку; куски материала после отрыва от внутренней поверхности барабана подвергают ударному воздействию рабочим органом, соосно установленным на полом валу в барабане с возможностью противоположного вращения со скоростью, равной 85-92% от критической; пневматическую разгрузку материала осуществляют через отверстия полого вала (RU 2185885 C2, 27.07.2002).
Наиболее близким решением по технической сущности является способ дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, включающий подачу рудных материалов в дробильно-измельчительную машину, разрушение рудных материалов путем механического воздействия на них рабочими органами машины, выгрузку разрушенных рудных материалов, причем воздействие рабочих органов дробильно-измельчительной машины объединяет, как правило, такие операции, как раздавливание, разламывание, раскалывание, истирание, удар (Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению. Учебник / Е.Е.Андреев, О.Н.Тихонов. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПб. 2007, с.439).
В дробильно-измельчительных машинах (ДИМ) разрушение твердого материала происходит сразу несколькими способами одновременно (их комбинированным воздействием с преобладанием, как правило, одного из способов). Между дроблением и измельчением нет принципиальной физической разницы, они только условно отличаются размерами фракций.
Недостатком известного способа является возможность разрушения (повреждения) механическим рабочим органом ДИМ наиболее крупных драгоценных камней, стоимость которых значительно превосходит стоимость камней среднего размера. Это приводит к значительному снижению рентабельности производства, а также к возможности выхода из строя самого рабочего органа машины в результате попадания в него крупных камней и недробимых включений в рудные материалы.
Задачей изобретения является предотвращение разрушения механическим рабочим органом дробильно-измельчительной машины наиболее крупных драгоценных камней с размерами выше среднего нормативного по данному месторождению, а также предотвращение поломок и остановок ДИМ при попадании в механический рабочий орган крупных камней и недробимых тел.
Сущность первого объекта изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.
Способ дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, включающий подачу рудных материалов в дробильно-измельчительную машину, разрушение рудных материалов путем механического воздействия на них рабочим органом машины, выгрузку разрушенных рудных материалов, характеризуется тем, что операцию дробления-измельчения проводят селективно (избирательно) одним или несколькими прижатыми друг к другу плоскими секторами рабочего органа, подвижно укрепленными в пакете на демпфере-амортизаторе с возможностью независимого скольжения одних плоских секторов относительно других в одной плоскости в момент динамического воздействия на эти сектора драгоценных камней или недробимых включений в рудные материалы.
В процессе дробления-измельчения в камере дробления участвует множество кусков, но каждый кусок разрушается индивидуально, что характеризуется сепарационными характеристиками способа дробления-измельчения: точностью разделения и степенью взаимной засоренности продуктов чуждыми классами крупности. При дроблении-измельчении воздействие на фазы полиминерального рудного материала происходит по микротрещинам, граням спаянности, что обеспечивает селективность их раскрытия.
Известные дробильно-измельчительные машины, основанные на главном принципе - измельчать твердые материалы только до требуемых размеров и не расходовать энергию на сверхнормативное измельчение, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
1) Получение измельченного твердого материала заданного гранулометрического состава.
2) Возможность регулирования степени измельчения.
3) Немедленное удаление из рабочей зоны зерен, уже достигших заданного размера.
4) Минимальное пылеобразование.
Известны дробильно-измельчительные машины, которые реализуют следующие механические воздействия:
1. Раздавливание происходит после перехода напряжений за пределы прочности рудного материала на сжатие.
2. Раскалывание наблюдается в результате расклинивания рудного материала с его разрывом на куски за счет приложенных напряжений растяжения.
3. Излом проявляется при изгибе куска рудного материала.
4. Срез наблюдается при сдвиге частей куска рудного материала один относительно другого в противоположных направлениях.
5. При истирании внешние слои рудного материала постепенно утоньшаются за счет приложения касательного напряжения, превышающего предел прочности материала.
6. Разрушение ударом производится приложением ударных нагрузок.
Перечисленные воздействия на полиминеральные рудные материалы, содержащие драгоценные камни, производятся известными дробильно-измельчительными машинами щекового и валкового типа
Все они снабжены рабочими органами, способными выполнять следующие стадии дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов с исходными размерами кусков 500-1500 мм:
1. Крупное (до 100-300 мм).
2. Среднее (до 20-60 мм).
3. Мелкое (до 5-10 мм).
4. Тонкое (до требуемого размера).
Первые из перечисленных стадий считаются собственно дроблением, а последняя - измельчением. Дробление-измельчение указанными дробилками происходит по ослабленным сечениям, трещинам и прочим дефектам кусков рудного материала с приложением к этим кускам значительных нагрузок при фиксированных зазорах рабочих органов, рассчитанных на селективное раскрытие зерен полезных ископаемых, включая драгоценные камни наиболее часто встречающихся размеров. Это приводит к тому, что крупные драгоценные камни с габаритами более фиксированных зазоров дробятся рабочими органами указанных дробильно-измельчительных машин и теряются безвозвратно, а недробимые включения в рудные материалы приводят к поломке и остановке этих дробилок для ремонта. Все это снижает рентабельность горнообогатительных производств. Указанные недостатки являются общими для всех перечисленных выше механических дробильно-измельчительных машин.
Применительно к переработке полиминерального рудного материала, содержащего драгоценные камни, например алмазосодержащие кимберлиты, главным критерием является сохранность крупных драгоценных камней (кристаллов) и возможность беспрепятственного пропуска недробимых включений. С этих позиций изложены ниже приведенные варианты дробильно-измельчительных машин для осуществления вышеописанного способа дробления-измельчения полиминерального рудного материала.
Известны аналоги дробильно-измельчительных машин щекового типа, в которых полиминеральный рудный материал раздавливается между двумя щеками, из которых одна неподвижна, а вторая выполнена качающейся (см. там же). Качающееся движение создается, как правило, вращающимся эксцентриковым валом. Подвижная щека попеременно то удаляется от неподвижной, то приближается к ней. Полиминеральный рудный материал подают сверху в рабочее пространство между щеками. Дробленый продукт разгружается снизу при отходе подвижной щеки. Крупность максимальных кусков в дробленом рудном материале обусловлена шириной выходной щели между подвижной и неподвижной щеками.
Наиболее близким по технической сути к заявленному варианту щековой машины является щековая дробилка, описанная в SU 992093 А1, 30.01.1983. Рабочий орган известного измельчителя выполнен составным из плоских секторов, укрепленных подвижно в пакете на амортизаторах с возможностью независимого перемещения одних секторов относительно других. Дробление материала в этой ДИМ происходит между двумя щеками, подвешенными к корпусу на торсионах. Это позволяет снизить усилие на щеках по сравнению с аналогами и тем самым снизить возможность повреждения самой машины при попадании в нее недробимых включений, при этом конструкция обеспечивает автоматический пропуск недробимых тел, размеры которых превышают размер разгрузочной щели, без использования предохранительных устройств.
Недостатком прототипа является то, что при обработке полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, качательное перемещение секторов по типу маятника может повысить вероятность повреждения крупных драгоценных камней.
Задачей изобретения является повышение степени сохранности крупных зерен (кристаллов) драгоценных камней (алмазов, изумрудов, агатов и др.).
Сущность второго объекта изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.
Дробильно-измельчительная машина для дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, включающая корпус, устройство загрузки рудного материала, рабочий дробильно-измельчительный орган щекового типа, устройство выгрузки, преимущественно, в виде колосниковой решетки, характеризуется тем, что рабочий орган выполнен составным из плоских секторов, укрепленных подвижно в пакете на демпфере-амортизаторе с возможностью независимого перемещения одних секторов относительно других в одной плоскости, при этом пакет секторов рабочего органа набран таким образом, что его наружная форма повторяет форму щек.
В качестве демпфера-амортизатора может быть использован демпфер-амортизатор эластомерного типа или демпфер-амортизатор резинометаллического типа.
Известны аналоги дробильно-измельчительной машины валкового типа, содержащие корпус, устройство загрузки рудного материала, рабочий дробильно-измельчительный орган валкового типа, устройство выгрузки, преимущественно, в виде колосниковой решетки. Основным рабочим органом валковой дробилки является пара валков с бандажами из износоустойчивого материала. Валки установлены с некоторым зазором и вращаются навстречу друг другу. Куски рудного материала, попавшие между валками, захватываются ими и раздавливаются. Ширина щели между валками регулируется упорными болтами. При попадании в зазор недробимого предмета валки могут разрушиться под действием возникающих при этом нагрузок. Для предотвращения разрушения валков один из них установлен в неподвижных подшипниках, другой - в скользящих.
Драгоценные камни, содержащиеся в полиминеральных рудных материалах, не относятся к числу недробимых и такими валковыми дробилками разрушаются в случае, если их размер превышает установленный размер щели. При этом теряются наиболее ценные камни, а средние и маленькие проходят через валковую дробилку неповрежденными.
Наиболее близким по технической сути к заявленному изобретению является дробильно-измельчительная машина валкового типа, описанная в SU 355978 A1, 18.12.1972, рабочий орган которой выполнен составным из дисковых секторов, укрепленных подвижно на амортизаторах с возможностью независимого перемещения одних секторов относительно других.
Недостатком прототипа является то, что при обработке полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, возможно повреждение зерен (кристаллов) драгоценных камней (алмазов, изумрудов, агатов и т.д.) в процессе дробления-разрушения рудного материала.
Задачей изобретения является исключение (снижение) риска повреждения крупных драгоценных камней при проведении дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов.
Сущность третьего объекта изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.
Дробильно-измельчительная машина для дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов, содержащих драгоценные камни, включающая корпус, устройство загрузки рудного материала, рабочий дробильно-измельчительный орган валкового типа, устройство выгрузки, преимущественно, в виде колосниковой решетки, характеризуется тем, что рабочий орган выполнен составным из плоских дисковых секторов, укрепленных подвижно в пакете на демпфере-амортизаторе с возможностью независимого перемещения одних секторов относительно других в одной плоскости, при этом пакет секторов рабочего органа набран таким образом, что его наружная форма повторяет форму валков.
В качестве демпфера-амортизатора может быть использован демпфер-амортизатор эластомерного типа или демпфер-амортизатор резинометаллического типа.
Сущность заявленных решений поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена технологическая схема реализации заявленного способа; на фиг.2-3 - варианты выполнения дробильно-измельчительных машин для осуществления заявленного способа.
Заявленный способ реализуют следующим образом.
Полиминеральный рудный материал 1 с использованием конвейера-питателя 2 подают через загрузочный бункер 3 в камеру дробления-измельчения 4, расположенную в корпусе 5 дробильно-измельчительной машины, где его подвергают дроблению-измельчению воздействием механического рабочего органа 6, приводимого в действие от электромеханического привода 7 через трансмиссию 8.
Давящим воздействием на куски полиминерального рудного материала 1 механическим рабочим органом 6 дробят и измельчают указанные куски, а далее измельченный рудный материал 9 перемещают под действием собственного веса через регулируемую разгрузочную щель-окно 10 и разгрузочную воронку 11 в приемный бункер-накопитель 12, откуда его с использованием конвейера-питателя 13 перемещают через модуль классификации 14 в модуль обогащения 15.
Механический рабочий орган 6 реализован в вариантах дробильно-измельчительных машин щекового и валкового типа.
На эффективность процесса дробления-измельчения оказывают влияние крупность кусков полиминерального рудного материала 1 и их измельчаемость, колеблющаяся в широких пределах. Полиминеральное сырье содержит вкрапления минералов, преимущественно драгоценных камней, существенно отличающиеся в энергопотреблении и кинетике разрушения. Куски полиминерального рудного материала 1 должны быть разрушены и уменьшены в размерах до взаимного освобождения ценных минералов и породы. В процессе дробления-измельчения в камере дробления участвует множество кусков, но каждый кусок разрушается индивидуально, что характеризуется сепарационными характеристиками способа дробления-измельчения, точностью разделения и степенью взаимной засоренности продуктов чуждыми классами крупности. При дроблении-измельчении воздействие на фазы полиминерального рудного материала 1 происходит по микротрещинам, граням спаянности, что обеспечивает селективность их раскрытия. Реализация заявленного способа обеспечивает:
1) Повышение сохранности крупных драгоценных камней (кристаллов) и повышение доходности горно-обогатительного производства.
2) Предотвращаются поломки дробильно-измельчительной машины при попадании в механический рабочий орган «недробимых» предметов и ремонтные ее остановки.
3) Обеспечивается стабильность работы дробильно-измельчительной машины, снижаются эксплуатационные расходы, повышается рентабельность обогатительного комплекса.
Дробильно-измельчительная машина щекового типа для осуществления вышеуказанного способа изображена на фиг.2.
Дробильно-измельчительная машина щекового типа состоит из подвижной щеки 16, установленной на осях 17 в подшипниках 18 на станине 19 с возможностью качания на этих осях под действием механического привода (на чертеже не показан). Трансмиссия привода подвижной щеки (электромотор и редуктор) установлена на станине подвижной щеки 16, положение которой может регулироваться относительно станины. Неподвижная щека выполнена из плоских чередующихся секторов 20, собранных с возможностью скольжения одних секторов относительно других в один пакет между параллельными направляющими 21, укрепленными на станине-обойме 22. Один торец секторов упирается в демпфер-амортизатор 23 эластомерного или резинометаллического типа. Подвижная щека 16 и сектора 20 установлены с регулируемым зазором между ними, причем профиль щеки 16 и конфигурация секторов 20 выполнены совпадающими с целью предотвращения «перекусывания» крупных драгоценных камней в процессе дробления рудного материала 1. Демпфер-амортизатор снабжен датчиком 24 перемещения секторов 20 относительно станины-обоймы 22, преимущественно, емкостного типа.
Дробильно-измельчительная машина щекового типа работает следующим образом. При открытом положении подвижной щеки 16 (показано пунктирной линией) в зазор подают куски полиминерального рудного материала 1. Смыкание подвижной щеки 16 с помощью трансмиссии привода приводит к раздавливанию рудного материала 1, измельченные куски которого проваливаются в зазор между щеками. В случае попадания в рабочую зону крупных зерен (кристаллов) драгоценных камней происходит перемещение соответствующего сектора 20 в сторону демпфера-амортизатора 23. По сигналу датчика 24 привод останавливается и камень вынимается из рабочей зоны. Аналогично поступают при попадании в рабочую зону недробимых включений. Этим обеспечивается исключение (снижение) риска повреждения крупных драгоценных камней при проведении дробления-измельчения полиминеральных рудных материалов и поломки машины в результате попадания в нее недробимых включений.
Дробильно-измельчительная машина валкового типа для осуществления вышеуказанного способа изображена на фиг.3.
Дробильно-измельчительная машина валкового типа состоит из корпуса 25, в опорах которого вращаются две оси 26, выполненные в виде усеченных конусов, способных перемещаться вдоль своих продольных осей с целью регулирования степени сжатия насаженных на них демпферов-амортизаторов 27. На демпферы-амортизаторы 27 насажены валки 28, представляющие собой плоские дисковые сектора, собранные в пакеты и способные скользить относительно друг друга. В верхней части корпуса выполнен загрузочный бункер 29, в нижней - щель-окно 30 для выгрузки раздробленного материала. Машина снабжена датчиком положения дисковых секторов валков 31.
Дробильно-измельчительная машина работает следующим образом. Рудный материал 1 подают в загрузочный бункер 29. Материал 1 захватывается вращающимися один навстречу другому валками 28 и раздавливается ими. Измельченный материал выгружается через щель-окно 30. В случае попадания между валками 28 крупных драгоценных камней или недробимых включений они принимаются дисковыми секторами, перемещаются к осям 26, деформируют демпферы-амортизаторы 27, что воспринимается датчиками 31. Сигналы от датчиков 31 останавливают машину.
Возможность промышленного применения заявленных технических решений подтверждается известными и описанными средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление заявленных изобретений в том виде, как они охарактеризованы в формуле изобретения. Заявленный способ может быть реализован промышленным способом с использованием известных технических средств и технологий.