СПОСОБ ПОЛУСАМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ФЕРРОМАГНИТНОГО СЫРЬЯ
SEMI-SELF-GRINDING OF PRIMARILY FERROMAGNETIC STOCK

Изобретение относится к измельчению преимущественно ферромагнитного сырья и может быть использовано в процессах переработки магнетитовых и сульфидных руд, содержащих магнетит, пирротин - минералы с высокой магнитной восприимчивостью.
Известны способы разрушения минерального сырья механическими способами с КПД до 1% [1]. Низкое значение КПД процесса измельчения руд обусловлено приложением механических напряжений и распространением хрупких деформаций в минеральных агрегатах по случайным направлениям, небольшими механическими нагрузками мелющих тел на сырье [2] и наличием в мелющей загрузке мельниц (шары, стержни и т.д.) мертвой зоны, в которой шары, например в количестве до 30%, не участвуют в процессе разрушения сырья [3].
Известен также способ самоизмельчения руд в барабанной мельнице с применением в качестве мелющих тел крупных кусков руды [4].
При самоизмельчении руд в барабане мельницы накапливаются куски крупностью от 25 до 75 мм, которые велики для того, чтобы их разбил более крупный кусок, и малы для разрушения ими более мелких кусков [5].
Способ разработан при выполнении проекта 12-П-5-1028 по программе Президиума РАН №34 «Прогноз технологического развития в управлении качеством сырья в горнодобывающих отраслях.
Добавление в мельницу стальных шаров с большей плотностью, чем руда, диаметром 100-150 мм в количестве 10-15% объема барабана переводит самоизмельчение руды в режим полусамоизмельчения и к разрушению кусков крупностью от 25 до 75 мм шарами.
Мертвая зона мелющих тел и руды сохраняется в режимах самоизмельчения и полусамоизмельчения руд.
Для повышения эффективности шарового измельчения руд барабанную мельницу снабжают электромагнитной системой S, состоящей из двух плоских электромагнитов, закрепленных на барабане через 180° по схеме «электромагнит - диаметрально распложенный электромагнит» [6]. Сердечники электромагнитов направляют в барабан в диаметральном направлении и размещают под немагнитной футеровкой [7]. Магнитные импульсы, возбуждаемые импульсами тока в электромагнитах, используются для управления циркуляцией шаров в мельнице (подъем шаров на оптимальную высоту, ликвидация мертвой зоны шаров, повышение кинетической энергии шаров при ударе их по сырью). Разрушающие действия деформаций, возникающих при ударе и в результате воздействия на сырье, например магнитострикции ферромагнитных минералов, совмещаются во времени и пространстве, что повышает эффективность измельчения.
-6
3
По технической сущности наиболее близким к изобретению является способ магнитомеханического измельчения сырья в барабанной мельнице стальными шарами. Мельница содержит одну S. Сердечники электромагнитов через футеровку с низким значением магнитной восприимчивости (χ~10 м/кг и меньше) направлены в полость барабана [8]. Магнитное поле S применяют также для управления циркуляцией шаров в мельнице. Измельчение проводят, например, при вращении барабана против часовой стрелки со скоростью
<mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>20</mn><msup><mi>D</mi><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где n - число оборотов в минуту барабана мельницы, D - диаметр барабана, м [7].
а
a
а
При движении электромагнита, например 1 от левого конца горизонтального диаметра барабана (0° - начало угловых координат мельницы) до правого (координата 180°), в обмотку электромагнита подают два импульса электрического тока, которые генерируют два магнитных импульса. Первый магнитный импульс с длительностью, равной времени движения электромагнита от 0° до точки с координатой 30-50°, притягивает шары к электромагниту, которые падают на его полюс с ускорением  и образованием комка шаров. Ускорение  суммируется с ускорением земного тяготения g. Величина  может значительно превышать g при увеличении магнитной индукции электромагнита.
Электромагнит 1 с комком шаров отключают от источника тока при движении электромагнита в секторе с координатами от 30-50 до 100-140°. В этом секторе комок шаров распадается на отдельные шары, в нем восстанавливается движение шаров и разрушение сырья методами истирания и раздавливания [9], которые отсутствуют при измельчении по [6 и 7]. В точке с координатой от 100 до 140° электромагнитом 1 возбуждают второй магнитный импульс, который поднимает вновь сформированный комок шаров до точки с координатой 180°, где электромагнит отключают от источника тока. Силами трения и инерции шары доставляются до оптимальной высоты (~225°), где они отваливаются от его футеровки и падают в барабан. Шары при падении ускоряют от 0 до точки с координатой 30-50° электромагнитом 2, который перемещают из правой части мельницы в левую часть вращением барабана со скоростью по [1].
Электромагнит 2 работает дальше в режиме электромагнита 1.
Магнитные импульсы, ускоряющие и поднимающие шары, разбивают на ряд коротких [8] и применяют магнито-импульсную обработку сырья для разупрочнения его эффектами магнетизма [10-13] (магнитоиндукционный - ярко выраженное взаимодействие ферромагнетиков с магнитным полем, магнитострикционный и магнетокалорический - соответственно изменение формы и размера и температуры (7) твердых веществ под действием магнитного поля, эффекты Виллари с действием, обратным магнитострикции, и Эйнштейна-де Хааза - приобретение ферромагнетиком вращательного момента относительно направления намагничивания).
Восстановление измельчения сырья методом истирания и раздавливания в секторе с координатами от 30-50° до 100-140° [9] снижает затраты энергии на работу электромагнитов до 44%. Периодическое подключение и отключение электромагнитов интенсифицирует разрушение сырья и снижает затраты электроэнергии еще до 22% при равенстве длительности отключений и подключений [8].
Б
Б
Б
Комки шаров, притягиваемые поочередно к полюсам электромагнитов 1 и 2 и поднимаемые до точки с координатой 180°, повышают величину вращающего момента барабана (М), требующую увеличения мощности двигателя и расхода энергии для преодоления М. Для уменьшения массы шаров, притянутых к электромагнитам, и М, противоположного вращательному моменту двигателя, применяют несколько S, которые располагают на барабане мельницы по винтовой линии со сдвигом на угол θ [14]
<mrow><mi>θ</mi><mo>=</mo><mi>k</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,95</mn><mo>÷</mo><mn>1,05</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>π</mi><mo>/</mo><mi>S</mi><mo>−</mo><mn>1,</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где k - целое нечетное число.
Недостатки этого способа:
1. Неэффективно используется магнитная энергия электромагнитов - в полость барабана мельницы направлен один полюс каждого электромагнита.
2. Из ферромагнитных кусков сырья, опередивших при падении на полюса электромагнитов немагнитные куски, магнитным притяжением формируется плотный комок. В комке преобладает разрушение сырья, в основном, энергозатратной деформацией раздавливания, что повышает затраты энергии на измельчение [15].
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения эффективности измельчения.
Технический результат, получаемый при использовании изобретения, состоит в повышении эффективности измельчения ферромагнитного сырья.
a
а
Указанный технический результат достигается тем, что в способе полусамоизмельчения преимущественно ферромагнитного сырья в барабанной мельнице, включающем применение, как минимум, одной электромагнитной системы S, сформированной по схеме «электромагнит - диаметрально расположенный электромагнит» с размещением S по винтовой линии на цилиндрической поверхности барабана при S>1, вращение барабана, например, против часовой стрелки со скоростью по [1], возбуждение в барабане магнитных импульсов электромагнитами при движении их от 0° (начало угловых координат мельницы - пересечение левого конца горизонтального диаметра с барабаном) до 30-50° для повышения скорости падающих ферромагнитных кусков ускорением , которое суммируется с ускорением земного тяготения g, ликвидацию магнитных импульсов в секторе барабана с координатами от 30-50° до 70-110° для восстановления в нем движения сырья и процесса измельчения его истиранием и раздавливанием, возбуждение в секторе с координатами от 70-110° до 180° магнитных импульсов, предназначенных для захвата и подъема ферромагнитного сырья до 180°, ликвидацию магнитных импульсов в секторе от 180° до 0° для доставки сырья силами трения и инерции до высоты с координатой 225-226°, с которой следующую порцию падающего ферромагнитного сырья ускоряют магнитными импульсами в секторе от 0° до 30-50° электромагнитами, перемещенными вращением барабана из правой части мельницы в левую, эффективность измельчения ферромагнитного сырья повышают преобразованием его кусков, преимущественно повышенной крупности, в интенсивные измельчающие и самоизмельчающиеся мелющие тела, новые свойства которых (измельчение фракции крупностью от 25 до 75 мм, интенсивное саморазрушение мелющих тел, формируемых из сырья) обеспечивают несколькими S, расположенными на барабане по винтовой линии со сдвигом на угол θ=π/S, путем увеличения кинетической энергии ферромагнитных мелющих тел, падающих на руду, до величины, генерирующей в сырье и ферромагнитных мелющих телах деформации, превышающие предел прочности руды, воздействием на руду и ферромагнитные мелющие тела соответствующим значением в каждой S магнитной индукции П-образных электромагнитов, полюса которых направлены в барабан мельницы, закреплены вдоль образующей барабана и поперек ее у диаметрально расположенных электромагнитов, с накоплением магнитными импульсами между полюсами электромагнитов гантелеобразных агрегатов ферромагнитного сырья, приобретающих при падении в процессе притяжения его к полюсам горизонтальную составляющую h ускорения (дополнительно к  и g), под влиянием которой ферромагнитные куски бьют по сырью под углом <90° и движутся по футеровке полюсов и ранее сформированному слою сырья с разрушением сырья истиранием и энергосберегающей деформации среза, которые в комплексе с энергетическим воздействием мелющих тел и эффектов магнетизма повышают эффективность измельчения.
Новизна и оригинальность предлагаемого способа:
а
1. Закрепление в каждой системе S полюсов П-образных электромагнитов вдоль и поперек образующей барабана придает смеси «мелющие тела-куски сырья» и гантелеобразным агрегатам, сформированным из сырья в фазе его подъема на оптимальную высоту, горизонтальную составляющую h ускорения (дополнительно к  и g) при падении. Под влиянием h, генерирующей удары кусков по сырью под углом <90°, притяжения друг к другу ферромагнитных кусков при движении их по футеровке электромагнитов и по раньше сформированному слою на сырье дополнительно воздействует деформация среза, повышающая эффективность измельчения.
2. Предложенный способ преобразует процесс самоизмельчения ферромагнитного сырья в полусамоизмельчение без добавления в барабан мельницы стальных шаров и придает кускам ферромагнитного сырья новое качество - высокую эффективность измельчения и интенсивное саморазрушение мелющих тел.
a
а
3. Предложенный способ ликвидирует класс руды крупностью от 25 до 75 мм, не измельчаемой в известных мельницах самоизмельчения. Класс крупностью от 25 до 75 мм переходит в разряд измельчаемого сырья и самоизмельчающихся мелющих тел за счет существенного повышения кинетической энергии Е сырья путем увеличения его скорости при падении v=(+g)t за счет ускорения
<mrow><mi>E</mi><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mi>к</mi></msub><msup><mrow><mrow><mo>[</mo><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>a</mi><mo>+</mo><mi>g</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mi>t</mi></mrow><mo>]</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><mn>2,</mn><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
к
где m - мелющих тел, сформированных из кусков ферромагнитного сырья.
4. Сырье в магнитном поле мельницы разделяется по величине магнитной восприимчивости χ:
4.1. Ферромагнитные куски захватываются и ускоряются магнитными импульсами.
Куски пустой породы с небольшой величиной χ вытесняются в те части мельницы, где интенсивность измельчения меньше, сохранность кусков больше, что повышает вероятность выделения немагнитных минералов в самостоятельный продукт, например, энергосберегающей операцией грохочения.
Источники информации
1. Селективное разрушение минералов / Ревнивцев В.И., Гапонов Г.В., Зарогатский Л.П. и др. Под ред. В.И. Ревнивцева. - М.: Недра, 1988. - 286 с.
2. Автогенная рудоподготовка при переработке руд цветных металлов / В.П. Яшин. А.В. Бортников, В.Д. Молодцов и др. // Развитие теории совершенствования техники и технологии подготовки руд к обогащению. Сб. науч. тр. / Ин-т Механобр. - Л., 1982. - С.41-48.
3. Муйземнек Ю.А., Габов О.А., Егоров М.В. Испытания модели шаровой мельницы // Обогащение руд. - 1961. - №5. - С.39-42.
4. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М.: «Недра». - 1972, т.1. - С.327.
5. Комлев С.Г. Основы обогащения полезных ископаемых: учебное пособие// Уральский гос. горный у-нт. - 4 изд., стереотипное. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011. - 121 с.
6. Борисков Ф.Ф. Применение магнитных импульсов при шаровом измельчении с целью снижения энергозатрат на рудоподготовку и повышения селективности раскрытия минералов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - №10. - С.350-357.
7. Борисков Ф.Ф., Свалов С.А. Интенсификация измельчения руд путем электромагнитного воздействия на характер циркуляции шаров в мельницах //Энергетические воздействия в процессах переработки минерального сырья: Сб. науч. тр./ Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 1987. - С.3-7.
7
8. Патент №2319546 Российская Федерация, МКИ В02С 19/00. Способ магнитомеханического измельчения материалов ферромагнитными мелющими телами /Ф.Ф. Борисков, Д.Ф. Борисков, В.А. Мотовилов и др.; заявитель и патентообладатель: Институт электрофизики УрО РАН. - №2005134598 / 03, заявл. 2005, опубл. 2008, Бюл. №8.
9. Годен A.M. Основы обогащения полезных ископаемых. Перевод с английского под общей редакции И.Н. Плаксина. - М.: Государственное научно-техническое изд-во литературы по черной и цветной металлургии (Металлургиздат), 1946. - с.113-115.
10. Гончаров С.А., Бруев В.П. Разупрочнение пород, содержащих минералы, ферромагнетики // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. - №8. - С.325-340.
11. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1984. - 748 с.
12. Советский энциклопедический словарь / под ред. Прохорова А.М. - М.: Советская Энциклопедия, 1981. - 1600 с.
7
13. Патент №. 2150326 Российская Федерация. МПК В02С 19/18. Способ и установка для селективного раскрытия тонких включений из твердого материала / Ю.А. Котов, С.Р. Корженевский, В.А. Мотовилов, А.Л. Филатов, Б.М. Корюкин, Ф.Ф. Борисков; заявитель и патентообладатель Институт электрофизики УрО РАН. - №98117879/03; заявл. 29.09.1998; опубл. 10.06. 2000, Бюл. №16(2).
7
14. Патент №2347618 Российская Федерация, МКИ В02С 19/00. Способ измельчения материалов во вращающемся барабане мельницы магнитомягкими измельчающими телами / С.А. Червяков, Ф.Ф. Борисков, Д.Ф. Борисков; заявитель и патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Объединенные машиностроительные заводы Дробильно-размольное оборудование (Уралмаш-Ижора). - №2007102727/03, заявл. 2007, опубл. 2009. - Бюл. №6.
15. Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород. Справочное пособие / М.М. Протодьяконов, Р.И. Тедер, Е.И. Ильницкая и др. - М.: Недра, 1981. - 240 с.