JPH11509465A - 粒状材料を粉砕する方法と粉砕装置 - Google Patents

粒状材料を粉砕する方法と粉砕装置

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JPH11509465A JP8526642A JP52664296A JPH11509465A JP H11509465 A JPH11509465 A JP H11509465A JP 8526642 A JP8526642 A JP 8526642A JP 52664296 A JP52664296 A JP 52664296A JP H11509465 A JPH11509465 A JP H11509465A
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ヴィルヨ ヘイッキ ヒンティッカ,ヴァイノ
タピオ タハヴァナイネン,ライモ
エリアス クーシスト,マルック
パルットゥリ モルスキュ,ペッカ
タピオ クヌーッティネン,ヴェリ
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ヴァルティオン テクニッリネン トゥトゥキムスケスクス
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Abstract

(57)【要約】 本発明は粒状の材料、特に鉱石材料を粉砕する方法と粉砕装置とに関する。本発明の方法において、粉砕装置のミルに使用される材料は予備微粉砕した鉱石材料又は類似する固体物質と水からなり、前記固体物質は決められた粒度分布を有するミル製品に合わせて粉砕される。本発明によれば、材料の粉砕と、ミル製品の微細粒度と粗粒度の固体物質への分粒はミルの内部で行われるため、粉砕プロセスにおいては、固体物質に関連し非常に多量の水が使用され、所定の粒度に達した製品のエレメントはミルの粉砕チャンバから外部にフラッシングでより速く流し出され、粗粒度エレメントは必要とされる粒度に粉砕されるまで粉砕チャンバの内部に留まる。

Description

【発明の詳細な説明】 粒状材料を粉砕する方法と粉砕装置 本発明は粒状材料、特に鉱石材料を粉砕するためのもので、特許請求の範囲第 1項における導入部による方法に関する。本発明はまた特許請求の範囲第8項に おける導入部による粉砕装置にも関する。 従来の技術では、格子式ミル(粉砕機)は公知であり、それによって粗粒鉱石 材料は更なる処理に備えて、特に浮遊処理又は他のこのような濃縮処理に備えて 粉砕される。格子式ミルで達成される湿式粉砕プロセスでは、処理材料のスラリ 密度は重量比で50〜60%のオーダー、即ち、ミルに供給しようとする材料中 の固体物質と水の比率は1に等しいか1よりも大きく、更に、前記スラリ密度は 実際上、ミルの内部で形成されるスラリの定常状態の密度に常に等しいというの が一般である。その場合、材料はいわゆるプラグ流(plug flow)としてミルの 内部を常時進行し、この場合、水と固体物質はミルの内部を同一の速度で進行す る。こうして、良好に機能する粉砕プロセスは言うまでもなくミルの大容量装填 と、高スラリ密度からなることは経験的に理解されてきた。格子式ミルでは、製 品はミルの排出オリフィスから高濃度の流動体として得られていた。 鉱石材料が容易に過剰粉砕されたりスライム化されること、即ち材料の一部が 過少サイズの粒子に粉砕されることが上述した通常の粉砕プロセスに伴う欠陥で ある。これによって鉱石材料から粉砕された製品の更なる処理に際し問題が生じ る。スライム化には大量のエネルギーが消費されることがもう一つの欠陥であり 、公知のように微細粉砕は大エネルギー消費プロセスである。 実際上の産業スケールにおけるプロセスでは、鉱石材料の粉砕はほとんど例外 なく連続運転で行われる。研究所スケールでの実験では、微粉砕は伝統的にバッ チ粉砕プロセスで実行されてきた。しかし、バッチ粉砕と連続粉砕では最終製品 が異なるものになり、前者は後者に比べ粒度分布の点でより微細な材料になると いうのが一般的な考え方である。粉砕する材料が柔らかければ柔らかいほど大き な差が生まれる。従って、研究における実験材料の粉砕では必ずしも産業スケー ルでの製品についての正しい予測ができるとは限らない。 粉砕プロセス、特に研究所スケールのプロセスを改良することが本発明の目的 である。しかし、本発明の方法は産業スケールのプロセスにも適していることが 理解されよう。本発明の他の目的は本発明の方法の実施に適した新しいの粉砕装 置を提供することである。 本発明の方法は特許請求の範囲第1項における特徴づけ部分に請求された新規 特質をもって特徴とし、本発明の粉砕装置は特許請求の範囲第8項の特徴づけ部 分に請求された新規特質をもってそれぞれ特徴とする。 粒状材料、特に予備微粉砕した鉱石材料又は所定の粒度分布を有するミル製品 に合わせて固体物質が粉砕される鉱石材料に対応の固体物質と水からなる材料と して鉱石材料を粉砕するための本発明の方法、この発明によれば、材料の粉砕と ミル製品の微細粒度と粗粒度の固体物質への分類は粉砕装置における同一ステッ プ中で実行される。したがって粉砕に際しては、固体物質に比例して非常に大量 の水が使われ、所定の粒度に達したミル製品の一部は粗粒度部分より一層急速に 粉砕チャンバの外部にフラッシングで流し出され、粗粒度部分は必要とされる粒 度に粉砕されるまで粉砕装置の内部に留まる。 本発明の他の方法では、粒状物質、特に鉱石材料を粉砕するため、材料として 予備微粉砕された鉱石材料又は類似する固体物質と水が用意され、それらは粉砕 装置として機能し、粉砕チャージを備え、内部で固体物質の粉砕がされる粉砕チ ャンバからなるミルの内部に送り込まれる。粉砕チャンバからは所定の粒度分布 をもつミル製品が得られる。本発明によれば、材料における固体物質と水の比率 、即ち、材料における固体物質含有量又はスラリ密度は重量比で45%のオーダ ー 又はそれ以下になるよう調整され、猶予なく、粉砕チャンバ内で処理されるスラ リの固体物質含有量は材料におけるスラリ密度より大きく、好適な状態では重量 比で45〜65%の範囲内にある定常状態のスラリ密度に設定され、過剰水は固 体物質よりも速い平均流速で粉砕チャンバ内を流れる。直ぐに粉砕プロセスで処 理しようとする固体物質は分粒が行われるので、スラリ中の粗粒物質は長時間ミ ル粉砕プロセスに留まり、しかるに微細粒度の物質は過剰水の流れと共にミルか ら一層急速に排出され、粉砕プロジェクトにおける粒度分布は通常の高スラリ密 度での粉砕の場合よりも必ず微細性に劣る粒状エレメントを含むレベルに必ず設 定される。従って、粉砕プロセスにおける第一段の分粒は水流を介して行われる 。 本発明による粉砕方法では、材料のスラリ密度はその材料の固体物質含有量が 重量比で25〜45%の範囲内に有利におさまるよう調整される。しかし、材料 のスラリ密度は重量比で25%以下にさがる可能性が指摘され、スラリ密度は重 量比で15〜25%の範囲内にさえあることがある。材料のスラリ密度の下限は 浮遊プロセス等のような正規には濃縮プロセスである後続のプロセスまでに最終 的に設定される。浮遊プロセスにおいて、スラリ密度は重量比で15〜20%の オーダーである。 本発明の粉砕装置は本来の粉砕を達成するため、粉砕チャンバと、その内部に 収容される粉砕チャージとを備えたミルからなり、前記ミルには供給用と排出用 の開口部と、予備微粉砕した鉱石材料またはこれに対応する固体物質と水とで構 成する材料を供給用入口部からミルに供給する供給手段と、ミルからの製品を放 出する排出手段とからなり、前記ミル製品は限定された粒度分布を有する。本発 明によれば、材料におけるスラリ密度を調整する装置を有し、供給手段はスラリ 密度を比較的低レベルに設定する。材料のスラリ密度は重量比で最大が45%の オーダであるレベルに設定されるが、この値よりも明らか小さな値まで下げるこ とができる。粉砕プロセスにおいて、この場合、固体物質に対して多量の水が使 用されるため、決められた粒度が達成されたミル製品は、粗粒度がさらに大きな エレメントよりも一層急速に粉砕装置の粉砕チャンバから外部にフラッシングで 流し出される。この粗粒度より大きなエレメントは、必要とされる粒度に粉砕さ れるまで粉砕装置の内部に留まる。このタイプの粉砕装置では、第一段階の分粒 は水流を介して行われる。 本発明の粉砕方法と粉砕装置の運転原理は分粒にある。粉砕で得られるミル製 品の粒度分布は、公知の粉砕プロセスの場合に屡々そうであるように、顕著な量 の過剰粉砕した微細粒度固体物質が、もはやミル製品に含まれないように最適化 されることが本粉砕プロセスの利点である。粒度分布の最適化は材料のスラリ密 度が比較的低く維持され、即ち固体物質に対する水の量が大きく維持され、この 場合、ミルの粉砕チャンバでは材料のスラリ密度よりも大きな定常状態のパルプ 密度が形成されるとの認識に基づき行われる。猶予なく、過剰水は、固体よりも 際立って速い速度で粉砕チャンバの内部を進行する。粉砕チャンバの内部からこ の水をフラッシング(急速に洗い流す)することによって微細粒度クラスの固体 物質が効果的に粉砕チャンバの内部で搬送される。したがって、微細粒度のクラ スはスライム化を免れる。 エネルギーが節約されることは本発明の粉砕プロセスのもう一つの利点であり 、微細粒物質を更に粒度が微細な物質に粉砕するのは、大量のエネルギーを必要 とするプロセスであることは公知である。本発明の方法を利用することによって 、微細粒物質の過剰粉砕が防止できる。極めて粒度の微細な物質(スライム)が プロセスを一層難しくし(コストを上げ、同時に、得られる濃縮結果を低下させ る)ため、この方法は多くの濃縮プロセスにとって有利である。 本発明とその利点を付属の図面を参照し更に詳しく以下に説明すると、 図1は、本発明による粉砕装置を示し、 図2は、粉砕装置の軸に沿った長手方向の垂直断面でその粉砕装置のミルを示 し、 図3は、図2に示すミルの断面A−Aであり、 図4は、若干種類の検討を済ませた鉱石材料の場合のボール・チャージのサイ ズに対するミル容量の依存関係が解説されており、 図5は、ある一種類の鉱石材料の場合のミル容量と、ボール・チャージと、ミ ル供給量との依存関係が解説されており、 図6は、別な鉱石材料の場合のミル容量と、ボール・チャージのスラリ密度と 、ミル材料のスラリ密度との依存関係を示し、 図7は、第三番目の鉱石材料の場合のミル容量と、ボール・チャージと、ミル 材料のスラリ密度との依存関係を示し、 図8は、材料のスラリ密度が変化する場合のミルの内部を通過する自由な水の 流量を示し、 図9は、材料のスラリ密度が変化する場合のミル内部における固体物質と水の 遅延時間を示し、 図10は、ある一種類の鉱石材料に対応するもので、材料のスラリ密度が変化 するの場合のミル容量に対するミル供給速度の比率を示し、 図11は、別な鉱石材料に対応するもので、材料のスラリ密度が変化するの場 合のミル容量に対するミル供給速度の比率を示し、 図12は、材料の供給速度とスラリ密が変化する場合のミル内部における固体 物質と水の遅延時間を示し、 図13は、材料のスラリ密度が変化する所定の鉱石材料のミル製品の粒度分布 の測定値であり、そして、 図14は、長軸に沿った断面でとらえた他のミルの粉砕装置を示す。 本発明の粉砕装置を概略的に図1に示す。本粉砕装置は、図2、図3に更に詳 細にあらわすミルからなる。ミル1は粉砕チャンバ2を備える。この場合ボール ・チャージである粉砕チャージ3は本来の粉砕を達成するするため粉砕チャンバ 2の内部に配設する。粉砕チャンバ2は円筒形の中空体であり、その対向する端 部に供給用開口部4と排出用開口部5を有する。粉砕チャンバ2はローラ6の頂 部に配され、そのため、粉砕チャンバ2はその長軸B−Bに沿いローリングがで きる。 粉砕装置は、予備粉砕した鉱石材料と水からなるスラリ、即ち、材料を供給用 開口部4から、ミル1の粉砕チャンバ2の内部に供給する供給手段を備える。粉 砕装置は、それぞれミル1の粉砕チャンバ2からミル製品を排出用開口部5を介 して排出する排出手段を有する。供給手段はスラリ密度を調整する装置を有し、 本実施例におけるこの装置は、振動供給装置7、又はこれに相当する供給装置と 、振動供給装置によって供給される固体物質の重量測定のためその供給装置に接 続して設けたバランス8(秤)と、水タンク9又はこれに類するものと、水タン クの重量測定をするバランス10と、水を汲み上げるポンプ11とからなる。振 動供給装置7の出口はミル1の供給経路12に接続され、供給経路は更に供給用 開口部4を介し粉砕チャンバ2に接続される。同様に、水ポンプ11の出口は供 給経路12に接続される。又、スラリ密度を調整する装置は固体物質と水を適正 な比率で、更に適切な総体積として分配する制御ユニット42を有する。 前述した供給部材によって、ミル1に供給しようとするかなり大きな粒度の固 体物質と水は、供給経路12の内部である重量比率に混合されるため、材料にと って必要なスラリ密度が得られる。スラリ密度の調整は制御ユニット42を介し バランス8、10から与えられる重量情報に従い振動供給装置7とポンプ11を 調整して行われる。 明らかなことだが、供給部材は材料、即ち水と固体物質をミルの内部に分配し 、スラリ密度を確定、調整するため前掲したものとは別個の装置によって実施す ることができる。 こうして粒状固体物質と水で構成する材料は供給経路12と供給用開口部4か らミル1の粉砕チャンバ2に導かれる。粉砕プロセスにあって、粉砕チャンバ2 は回転装置6によって長軸B−Bを中心に回転する。ボール13のような個々の 粉砕体で構成するボール・チャージのような粉砕チャージ3は直ちに粉砕チャン バ2の底部で揺り動かされ、粉砕チャージが揺り動かされ、ローリングする間に 粉砕チャージは粉砕チャンバ2の内部に供給された固体物質をより小さい粒子に 粉砕する。 ローリング装置6は二本の水平な平行軸6(6a、6b)からなり、その内の 一方、例えば回転軸6aは電動機と適当な伝導装置とによって最も好適な状態で 回転する。実動力、即ちミル1が必要とする回転動力を確実に測定するため、適 切なトルク測定装置を回転軸6aに接続し、その装置にあてられたトルク歪みの 測定が行われる。このようなトルク測定装置は回転軸6aに装着する、例えば歪 みゲージ検出装置である。猶予なく、回転動力は電動機又はこれに類するアクチ ュエータによって回転する回転軸から直接測定され、この場合正確には、ミルが 必要とする動力が直接測定される。 ミル1の粉砕チャンバ2の排出用開口部5との関連で、図2に記載の実施例で は排出手段が設けられる。排出手段は好適な状態でポンプ装置を有し、図2、図 3に記載する実施例において、このポンプ装置はポンピング/スクリーニング分 粒装置14によって実現化される。粉砕チャンバ2を通って排出用開口部5まで の粗粒固体物質の進行は分粒装置14によって防止され、これらは粉砕チャンバ 2に戻され、ボール・チャージ3によって更に微粉砕される。所定の粒度に分粒 されるミル製品に含まれるこのようなエレメントは分粒装置14からミルの外部 に排出される。 分粒装置14は若干数のスクリーン・セグメント、即ち有利な状態で四つの類 似する共に大きなスクリーン・セグメント16、17、18、19に分割される スクリーン15からなる。このスクリーン・セグメントは円筒形シェル20の内 部に配される。各スクリーン・セグメント16、17、18、19は軸B−Bか ら半径方向外側に向けたセグメント側部22、23、24、25を含む。スクリ ーン面26、27、28、29は軸B−Bに対する垂直面にある前記側部22、 23、24、25相互間に配されるため、スクリーン面は第一セグメント側部2 2から第二セグメント側部23等に広がり、またセグメント側部の固定点は軸B −Bに対し異なるレベルになる。 スクリーン15には前部プレート21が設けられている。前部プレート21に は開口部があるため、第一グループの開口部30、31、32、33は各スクリ ーン・セグメントの周辺の近傍に、円筒形シェル20の近く、更にセグメント側 部22、23、24、25に隣接し、回転方向Cに対して問題の側部の次に位置 する。第二グループの開口部34、35、36、37はそれぞれ軸B−Bと排出 用開口部5の近傍に各スクリーン・セグメントとの関連で配置されるため、これ ら開口部は図3に記載されるように、セグメント側部22、23、24、25に 接近し、回転方向Cで見たときに前記側部の前方に配置される。スクリーン15 のスクリーン面26、27、28、29の目のサイズは粉砕しようとする鉱石材 料に従い好適な状態で10〜200μmの面積で選択ができる。スクリーンの目 のサイズの選択は分粒が行われている粒度に直接影響する。 粉砕プロセスにおいて、材料のスラリ密度はスラリの乾性含有量が重量比で4 5%のオーダー又はそれ以下になるよう設定される。その場合、ミル1において 、特に粉砕チャンバ2の内部で処理しようとするスラリの乾性含有量は安定状態 のパルプ密度に設定される。前記安定状態のパルプ密度は有利な状態では重量比 で45〜60%の範囲内にある材料のスラリ密度よりも高い。スラリ密度の差か ら生じる過剰水は処理がされているスラリよりも、ミル1の粉砕チャンバ2の内 部を一層急速に流れる。ミルの出口側では、処理しようとする製品は本実施例で は分粒装置14の内部でも分粒されるため、スラリに含まれる粗粒エレメントは 粉砕プロセスに戻される。分粒装置14と、特にそのスクリーン構造15は粉砕 チャンバ2がC方向に回転しているときポンピング機能を生じる。各開口部30 、31、32、33がスラリ面L以下になると、粉砕チャンバ2で処理しようと するスラリは、チャンバの出口端で、分粒装置14の前部プレート21に設けた 前記各開口部を通って各スクリーン・セグメント16、17、18、19の前部 空間38、39にシフトされる。最も低い位置にあるとき、各開口部(例えば3 2)はスラリ面Lから距離heffの点にある。この位置にあって、粉砕チャンバ 2からスクリーン・セグメント(例えば19)の前部空間(例えば38)にスラ リをシ フトする油圧は最大値にある。開口部がスラリ面Lの上部まで上昇すると、スク リーン・セグメント(例えば19)の前部空間(例えば38)はスクリーン・セ グメントの開口部(例えば32)がミルと装填端の回転と共にスラリ面Lの下部 に降下した直後に装填をスタートさせる。セグメント側部(例えば25)は回転 方向Cにあるスクリーン・セグメント(例えば13)の一つの前部空間から連続 するスクリーン・セグメント(例えば16)の前部空間までスラリが移送される のを防止する。他方、セグメント側部(例えば25)によって、スラリはスラリ 面Lの上部にある前部空間(例えば19)に引き上げられ、そこでスラリの篩い 分け(スクリーニング)が主として行われ、同時にスラリは一部がスクリーン面 (例えば28)を介し各スクリーン・セグメントの前部空間(例えば38)から スクリーン・セグメントの後部空間(例えば40)までシフトされる。スクリー ン15の目のサイズよりも小さな粒度を有するスラリの一部は、スクリーン面2 6、27、28、29を介し、更にスクリーンの後部空間40,41にまで、そ こからスクリーンの排出用開口部46を介してミルの排出用開口部5等までシフ トされる。スクリーン面26、27、28、29にある開口部内にサイズが適合 しない材料は第二スクリーン開口部34、35、36、37を介し、前部空間3 8、39、40、41から粉砕チャンバ2まで戻されて更に粉砕される。 ミル1の出口、即ち粉砕チャンバ2の排出用開口部5は出口経路47を介しミ ル製品収集タンク48又はこれに類するものに接続される。本実施例では、収集 タンク48との関連で、ミル1から得られたミル製品の重量を測定するバランス 49が設備される。 ミル1の供給経路12へは固体物質と水の供給の他に、ケミカル・ユニット5 1から適切な化学薬品を粉砕プロセスに供給するため、一本又は数本の経路50 を接続することができる。ケミカル・ユニット51には例えば多数のケミカル・ ポンプ52が含まれ、コンテナ53が接続される。 ミル1の出口経路47との関連で、特にpH測定ユニット54とレドックス(R edox)電位測定ユニット55も適切な状態で設けられ、ミル製品の性状が明確に される。 図1、図2、図3に記載する粉砕装置に設けたミル1は、連続運転されて分粒 をする実験室用のミルである。このミル1の粉砕チャンバ2の外径Dは190m mで、粉砕部の長さLは220mmである。粉砕部の連続としてミル1に対して 分粒装置14を接続するとミルの全長Ltolは255mmにまで拡大された。前 述したように、分粒装置14は原理的にはスクリーンである。分粒装置はミルの 端面プレートのレベルに配した4、5又は6個のスクリーン・セグメントからな る。ミル容量の総体積は約6.6lで、その内の粉砕チャンバは6.24l、分 粒部分は0.36lである。ミル1の粉砕チャンバ2は、このサイズのミルでは 一般に60rpmであるが、調整可能な標準速度にて、回転ローラ6によって回 転させられる。 本発明による粉砕方法は上述の装置と数種の異なる鉱石サンプルを用いて詳し く検討された。これらの鉱石サンプルは以下のものである: (1)Talvivaara、Sotkamo産のニッケル鉱石(硬いひ石)(2)Kemi産のクロ ーム鉱石(硬いひ石)(3)Kemi産のクローム鉱石(柔らかいひ石)(4)Hitu ra産のニッケル鉱石(柔らかいひ石)(5)Zaldivar産の酸化銅鉱石(中間硬度 のひ石)(6)Vuonos産のタルク鉱石。 研究所実験段階における材料の場合に慣例となっているものと同一の粗さ度で ある1mmまで鉱石材料は、全量(100%)が破砕された。 ミル容量、ミル装填体積及び製品の微粉度のような各種要素に対するミル内部 のボール・チャージのサイズの有意性について、ミル内部の粉砕チャージのサイ ズを3〜12kg(粉砕部の6〜24%体積)の範囲にわたり段階的に変化させ て調査した。それぞれ材料のスラリ密度の有意性を、重量比45〜35%の範囲 内でスラリ密度を段階的に変化させて検討した。Hitura 産鉱石(材料4)の場 合、テストしたスラリの最小密度は重量比で25%であった。実験に採用された 最大 のスラリ密度は、重量比で僅かに45%であったという事実の根拠は予備テスト での観察の結果にある。即ち水量が少なすぎた場合(例えば重量比でスラリ密度 の60%)、若干種類の材料(4がHitura産、3がKemi産のクローム鉱石/ソフ トなひ石)を混合してハンドリングが極めて困難であった高濃度塊を調製した。 明白なことだが、ミル内部にある材料の動き、及び/又はミルの篩い分け性能は 前記の凝結した状態に達する前にすでに際立って困難になる。 第一段階ではミル容量に対するボール・チャージのサイズの影響を検討し、ミ ル内部のボール・チャージ3〜12キロまで段階的に変化させ、更に、ミル装填 速度の展開を同時に観察しながら各ボール・チャージに対する最大容量を探る事 によって本発明による粉砕方法を究明した。認められた容量値としては、バラン スのとれた状況(時間とは関係なく、ミル装填体積は標準的な供給量で所定の定 常状態のレベルまで安定化された)に到るそのような供給量値が確認されたに過 ぎない。この手順によって、検討中の各種材料1〜5に対しボール・チャージの サイズへの容量依存関係が求められた。その結果は例えば図4〜7に提示されて いる。図面に記載した曲線は各種鉱石材料1〜5の特殊曲線と呼ぶことができる 。これらの鉱石材料は同じ様な挙動を示さず、概して各鉱石材料は、個々の材料 でその独特な様式に従い挙動することが前記曲線で示される。 図4に記載する曲線では、ポール・チャージのサイズを3キロから12キロま で拡大すると、テスト済み材料の場合の容量は各鉱石材料毎の傾斜特性をもって 最初は線状に増加したことが理解される。一般に、角度係数はある限界まで、即 ち変化点までに限り一定であり、その後角度係数は別な定数値まで減少する。図 4の曲線グラフでは、Kemi産クロム鉄鋼(材料2と3)及びTalvivaara産ニッケ ル鉱石(材料1)の両ケースでは、変化点の位置はミル内部のボール・チャージ が8kgになるところにある。他方、Zaldivar産の銅鉱石(材料5)では、際立 った変化点は検出されなかったが、角度係数のより小さな数値に向かう僅かな変 化はボール・チャージが6kgのときに生じた。Hitura産鉱石(材料4)に関し ては、鉱石材料が容易に粉砕されるため、角度係数における何らかの明らかな変 化は検出されなかった。 しかし、図4の曲線グラフに基づき、変化点は最適ボール・チャージのサイズ を示すと主張できる。変化点を越してボール・チャージのサイズを拡大しても変 化点について以前のようにミル容量を同じような範囲まで増加させることはない 。ボール・チャージに関し最適サイズを探し出すこともできるが、その最適サイ ズを越えるとミル容量の減少に到る(図7を比較参照)。 標準スラリ密度の場合のボール・チャージのサイズに対するミル装填体積の依 存関係を図5、図6、図7に示す。勿論、ボール・チャージのサイズの拡大には 、これがミル容量に対するような効果、即ちミル容量を増大させる効果がミル装 填体積に関しても存在する。ミル装填体積は二つの要素の総和、つまり、合計装 填体積=ボール体積+スラリ体積、である。その結果、スラリ装填量が増加しな くとも合計装填体積はボール装填量の増大と共に既に増加する。 図5を観察すると、材料のスラリ密度が重量比で45.5%から35%まで減 少する間に、4〜10キロ範囲にあるボール・チャージではミル容量は顕著に増 大することが分かる。サンプル鉱石がHitura産ニッケル鉱石(材料4)で、材料 の二つの異なるスラリ密度が重量比で25%と45.5%である場合、図6に記 載する曲線グラフに基づき同じ観察ができる。Hitura産鉱石の場合に得られる容 量値は、主としてこの鉱石材料がよく粉砕されるという事実のために最大である ことが指摘される。 図7において、ある一種類の鉱石材料の場合(材料6:Vuonos産タルク鉱石) 、ある限界値、ほぼ8kgを越えてボール・チャージのサイズを拡大させると、 ミル容量は減少することが理解される。更に、材料のスラリ密度を重量比で45 .5%から35%まで減少させると、ミル容量は明らかに増加し、更に、ボール ・チャージに関し、ほぼ8kgの最適サイズが確認できることが図7に示されて いる。粉砕容量はボール・チャージのサイズ拡大と共に線状に増大はしないこと が 理解されよう(図4も比較参照する)。曲線の角度係数は変化点までは一定であ るが、その後は激しく変化する。 実施の原理として、本発明による粉砕方法を達成するミルは分粒を行う(水に よる分粒、複合水による分粒及び篩い分け)。ミルは直ちに粒度に関し標準製品 を製造し、ボール・チャージのサイズを変化させても製品の微粉度に顕著な差は ない。これはミルの微粉砕容量がスクリーニング容量とスラリ・ポンピングの共 通した上限を凌駕しないという条件のもとでは正しい。この条件は正規のミル容 量で満たされることが確認された。その上研究により、様々な場合において、材 料のスラリ密度が標準値に維持されたとき、異なるサイズのチャージで得られた 製品と比較し、ミル製品の微粉度の差は極く僅かであったことが分かった。ミル 製品の微粉度(最大粗粒度)はミル分粒装置のスクリーンの目のサイズを変化さ せることによってのみ変えることができる。 本発明による粉砕方法では、ミルにおける定常状態のパルプ密度は概してミル に供給される鉱石材料のスラリ密度には関係がない。従って、粉砕プロセスのバ ランスのとれた状況にあって、自由水は定常状態のパルプ密度のより高濃度のス ラリよりも、更にそのプロセスに沿い固体物質よりも際立って速くミルの内部を 通過する。この高濃度のエレメントは粉砕体相互間の中間マトリックス間に形成 され、自由スラリの空間は粉砕体の上部に形成される。当然ながら、これにより 、固体物質よりも速い速度で進行する水がミルの内部で粉砕しようとする鉱石材 料の微細粒度のものを効率よく搬送する。 ミル材料における固体物質が100g、150g及び200gであるとき、材 料のスラリ密度に対応する自由水のフラッシング流を図8に示す。材料のスラリ 密度が重量比で45から25%に減少する間に、固体物質の供給量が200g/ 分であればミルの内部を通過する自由水の体積は、せいぜい100ml/分から 350ml/分まで、供給量が増大することが、これらの曲線に基づき観察され る。 材料のスラリ密度が重量比で35から45%に変化する場合、ミル内部におけ る固体物質と水の遅延時間に関する測定値に基づく計算結果を図9に示す。測定 された値では、それぞれ固体物質(k.a.)の遅延時間は粉砕チャージが3キ ロの鉄ボール(Fe)のとき11分であり、水の遅延時間は約3.7分であるこ とが観察される。曲線の他の点は同様に検討することができる。 その結果、水は粉砕プロセスの期間にミルの内部をフラッシングし、このフラ ッシングによって最小粒度の粒子は過剰粉砕を免れ、結果として、エネルギーが 節約され、より優れた製品が得られる。微細粒度の材料を更に粒度の微細なもの に粉砕すると、大量のエネルギーを消費することは公知な事項である。フラッシ ングは既に粉砕された材料を洗い流してミルを空にするが、新たな材料を送り込 む余地が生まれ、こうしてミル容量が拡大される。この現象は材料のスラリ密度 がミルの定常状態のパルプ密度から、より低濃度のスラリ密度の方向に偏向すれ ばするほど顕著になる。これらの事実は図6、図7、図8の曲線グラフにおいて も観察できる。 製造プロセスにおける通常のミルにあって、材料のスラリ密度は重量比で50 〜65%のオーダーであり、その場合、供給される固体物質と水の比率は実際上 ミルの内部に形成される定常状態のパルプ密度に等しい。その場合、水と固体物 質が同じ速度でミルの内部を進行するいわゆるプラグ流で鉱石材料はミルの内部 を通過し、フラッシング現象は見られない。本発明による粉砕方法では、ミル内 部での鉱石材料の流れは分粒流に切り替えられるため、ミルの内部に供給しよう とする鉱石材料のスラリ密度は従来の技術に比べ著しく低下する。新規の粉砕方 法でも産業スケールのミル容量は相当拡大され、ミル製品における過剰微細粒子 エレメントが減少し、これもまたプロセスにおけるエネルギー消費量を減じる。 実験において、バランスのとれた状況でのミル内部のスラリ密度は、即ち、定 常状態のパルプ密度は、重量比で約60%(重量比で58%〜62%)で主とし てほぼ一定であり、その値は材料のスラリ密度とはほとんど無関係であることが 確認された。これは例えばTalviaara産の鉱石(材料1)の場合である。Hitura 産の鉱石(材料4)でも同様な現象が検出されたが、材料のスラリ密度が降下す るにつれて、ミル内部でバランスのとれた状況に対応する定常状態のパルプ密度 は下がった。この鉱石材料の場合、材料のスラリ密度が重量比で45と24%の とき、重量比で60と45%という二種の異なる定常状態のパルプ密度がミルの 内部で形成された。それぞれ、Talvivaara鉱石サンプルで得られたミル・スラリ 装填体積対固体物質の最大供給量の関係を図10に示し、図11にHitura鉱石サ ンプルで得られたミル・スラリ装填体積対固体物質の最大供給量の関係を記載す る。これら両鉱石材料では、ミル容量の増加に関わらず材料のスラリ密度が下が るとミル装填容量が減少したことがわかった。以上から、Hitura鉱石材料で得ら れた結果では、Hitura鉱石スラリの流動度は強くスラリ密度に依存(反比例)す るため、材料のスラリ密度の降下には際立った一層確実な影響があった。Hitura 鉱石の場合ミル内部の定常状態のパルプ密度の減少は主として軟質のひ石(gang ue)材料による。 本発明による粉砕プロセスでは、ミル材料のスラリ密度が低下すると、ミルの 粉砕容量は増加する。これは前述したように、既に粉砕された鉱石材料をミルか ら一層効率よく排出する結果であり、その排出によってミル内部を一層容易に移 送されるエレメント(微細粒エレメントおよび/又は軽いエレメント)の遅延時 間が短縮される。材料のスラリ密度がミル内部の定常状態のパルプ密度から一層 低い方向に偏向すればするほど、ミル内部で行われるフラッシングが強力になり 、ミル内部における最小の微細粒エレメントの遅延時間は一層短くなる。これは 図12はもとより、図8、図9から既に明らかである。 材料における固体物質の供給量が異なる場合のミル内部の固体物質と水の遅延 時間を図12に示す。ミル製品における粒度のより微細なエレメントの遅延時間 を短縮すると、製品に含まれるこれらエレメントの割合は勿論減少することにな る。これは重量比で35と45.5%という二種のスラリ密度の場合の製品の平 均化したスクリーン分析を示す添付図面13に提示されている。これらの結果か ら、スラリ密度の低下が、明らかに微細粒エレメントの貫通値を減少させること が理解される。粒度が一層微細なエレメントでは、ミル製品の粒度分布の関数の 角度係数が更に有利になる(より大きな角度係数=比較的微細粒度に劣るエレメ ント)。 図9、図12に記載する曲線グラフは供給量と材料のスラリ密度の関数として 固体物質と水の遅延時間を計算することによって得られる。その計算は測定した 定常状態のミル装填体積と定常状態のパルプ密度に基づき行われる。従って、そ の結果は大まかな推定値に過ぎないが、これら推定値からフラッシング現象の存 在と材料のスラリ密度がより低い値に向けてシフトされると、その現象が強化さ れることが明確に証明される。 図2に示すミル1では、排出用開口部5に接続して設けられる排出手段は既に 述べたように、分粒装置14に代えてポンピング装置にすることができる。その 場合、ポンピング装置ではスクリーン15が使用されないという差異はあるが、 分粒装置14に類似する。粉砕チャンバ2の内部を自由に通過するスラリは排出 用開口部5からポンピング装置を介し引き上げられる。 ミルの直径Dに対する図2に記載するミルの長さLの比率は、ほぼ1である。 直径Dが大きくなると容量に対比して横断面積が減少するため、ミルのD/L比 が増大することで、ミルチャンバ内の水の流量を増加させることができるのが理 解されよう。これにはミル内部の粒度が極めて微細な固体物質の遅延時間を一層 短縮する効果がある。ミル直径Dが大きくなると、分粒装置(分粒装置が使用さ れていれば)に接続した開口部のサイズはもとより、供給用開口部4と排出用開 口部5のサイズをそれぞれ拡大することができる。必要に応じ、スクリーン15 の目のサイズは適正に調整ができる。一般に、クリーン15のスクリーン・セグ メントにおける目のサイズはミルのサイズに従い決まり、研究所スケールのミル では、スクリーンの目のサイズは例えば10〜200μmのオーダーであるのに 対し、産業スケールのミルにおけるスクリーンの目のサイズは例えば0.5〜1 0mmのオーダーにすることができる。ミル1aの長さLに対するその粉砕チャ ンバ2aの直径Dの比率は図14に記載するように、D/L≧2になるよう有利 に調整される。こうして、前述したように、ミルの最適形状、特に材料が小さな 値のスラリ密度で一層活用される粉砕チャンバの最適形状が得られる。その場合 、図2のミルにおけるように、ミルの排出側に必ずしも分粒装置が必要とされな いが、勿論、必要に応じ分粒装置を加えることができる。 前述したテスト結果に基づき、本発明による粉砕方法の利点を要約することに する。 −研究段階にあっては、硬度の異なる鉱石材料は個々の材料として分離し、硬質 グループ(図4:角度係数の変化点はもとより、固体物質、ミル容量及びボール チャージの異なる角度係数)に分粒することができる。得られた結果に基づき、 各鉱石材料毎に利用の予測ができる。 −粉砕チャージの最適サイズは異なる鉱石材料(図4、図5、図7)に対し決め ることができる。 −材料の最適スラリ密度は異なる鉱石材料(図6、図7、図8、図9)に対し決 めることができる。 −材料のスラリ密度を下げることによって、ミル装填体積の減少と粉砕容量の増 加を共に達成することができる(図7、図11に加えて、図6と図10)。 −ミル製品の粒度分布は必要とされる方向に向けて変化させる、即ち粒度の極め て微細なエレメントの比率を下げる(図13)。 −粉砕プロセスにあって、過剰粉砕の防止に寄与する要素であるミルの粉砕チャ ンバ内での移送と分粒が改善される(図8、図9、図13)。これによってエネ ルギーが節約され、更なるプロセスでの過剰な微細粒度の比率が低下する。微少 粒度(スライム)は濃縮におけるプロセスのコストを上昇させ、一般に濃縮結果 を悪化させる。 更に、本発明の粉砕プロセスはそれだけでは分粒に過ぎず、そのため、例えば 図2、図3のミル1との関係で解説した分粒装置14は必ずしもミルに必要とは されない。水流自体は粉砕チャンバ2の内部で粉砕しようとする鉱石材料を分粒 し、粉砕した鉱石材料の粒度がより微細で軽いエレメントを他の鉱石材料より速 く搬送する。分粒装置の主たる目的はミルの内部に過大サイズの粒子が入るのを 防止し、二段構成の分粒が行われる分粒閉回路を形成することである。これはミ ルの寸法、即ち粉砕部分の長さLに対するミル直径Dの比率が1未満である場合 、特に重要である。 上記の明細書において、本発明と、その若干の変形を一つの好ましいミル実施 例とテスト結果のみに関し解説した。しかし、付属する特許請求項に記載する発 明思想の範囲内に収まる多くの異なる方法で本発明が適用できることは明白であ る。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】1997年6月11日 【補正内容】 請求の範囲 1.粒状の材料、特に鉱石材料を粉砕する方法であって、 使用される材料は予備微粉砕した鉱石材料、又はこれに対応する固体物質と水で あり、粉砕チャージを備え、内部で固体物質が粉砕され、決められた粒度分布を 有するミル製品が得られる粉砕チャンバからなる粉砕装置として機能するミルの 内部に供給され、破砕チャンバの内部で処理しようとするスラリの固体物質含有 量が材料のスラリ密度より大きく、重量比で45〜65%範囲内に好適に収まる ような定常状態のパルプ密度で設定され、重量比で45%のオーダー又はそれ以 下になるよう固体物質含有量、即ち材料におけるスラリ密が調整されること、更 に、過剰水が固体物質よりも速い平均速度で粉砕チャンバの内部を流れることを 特徴とする粒状の材料、特に鉱石材料を粉砕する方法。 2.材料の固体物質含有量が重量比で25%以下であっても、その重量比で2 5〜45%の範囲内に有利に収まるように材料のスラリ密度が調整されることを 特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 3.破砕チャンバの出口にあって、粗粒度エレメントが戻されて粉砕され、し かるに決められた粒度以下の微細粒度エレメントが過剰水と共に粉砕チャンバか ら外部に排出されるようミル製品の分粒されることを特徴とする請求の範囲第1 又は第2項に記載の方法。 4.固体物質の最大供給量/ボール・チャージに曲線に最大角度係数が小さく なる、あるいは容量最大値が存在する(図4、図5、図6及び図7)変化点が得 られるよう粉砕チャージのサイズが確定されることを特徴とする請求の範囲第1 、第2、又は第3項に記載の方法。 5.粉砕チャンバから得られる製品の分粒を改善するために、製品をシフトし て所定のスクリーンの開口のサイズを有するスクリーンを通過させることを特徴 とする前記の請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。 6.例えば重量の測定によって粉砕プロセスに供給される固体物質と水の体積 を連続測定し、更に、その重量比を確定することによって材料のスラリ密度が適 正になるよう調整されることを特徴とする前記の請求の範囲のいずれか一項に記 載の方法。 7.粉砕装置であって、 粉砕チャンバ(2)と、本来の粉砕を達成するためにその内部に収容した粉砕チ ャージ(3)とを備えたミル(1)からなり、該ミルは供給用と排出用の開口部 (4、5)と、予備粉砕した鉱石材料又は類似する固体物質と水とで構成する材 料を供給用開口部(5)を介しミル(1)に供給する供給部材と、ミル(1)か ら外部にミル製品を排出する排出手段からなり、該ミル製品は決められた粒度分 布を有し、材料のスラリ密度を重量比で45%のオーダー又はそれ以下の密度に 設定するもので、供給部材が材料のスラリ密度を調整する調整装置(7、8、9 10、11、12)からなることを特徴とする粉砕装置。 8.供給部材が固体物質と水を配分する手段(7、8、9、10、11)と、 スラリ密度を決定し、固体物質と水とで構成する材料を調整する測定および制御 ユニット(42)とからなることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の粉砕装 置。 9.排出用開口部(5)の上流側にある粉砕チャンバ(2)との関連で配され 所定の粒度以上の粗粒度固体物質を粉砕チャンバ(2)に戻し、該粒度以下の固 体物質をミル(1)から外部に排出させる分粒装置(14)からなる排出手段で あることを特徴とする請求の範囲第7又は第8項に記載の粉砕装置。 10.分粒装置(14)はスクリーン(15)を有することを特徴とする請求 の範囲第9項に記載の粉砕装置。 11.粉砕チャンバ(2)の長さ(L)に対するその直径(D)の比率が1又 はそれ以上、有利な状態では2のオーダーであることを特徴とする請求の範囲第 7〜10項のいずれか一項に記載の粉砕装置。 12.ミル(1)の効率が歪みゲージ検出装置のようなトルク測定装置を介し て回転装置の回転軸(6;6a)から測定されることを特徴とする前記の請求の 範囲第7〜11項のいずれか一項に記載の粉砕装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN, MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT ,UA,UG,US,UZ,VN (72)発明者 タハヴァナイネン,ライモ タピオ フィンランド,エフ アイ エヌ−83500 オウトクンプ,ポイッキカトゥ 7 エ ー番地 (72)発明者 クーシスト,マルック エリアス フィンランド,エフ アイ エヌ−83500 オウトクンプ,カウッパランカトゥ 11 番地 (72)発明者 モルスキュ,ペッカ パルットゥリ フィンランド,エフ アイ エヌ−83500 オウトクンプ,スータリンカトゥ 19 シー番地 (72)発明者 クヌーッティネン,ヴェリ タピオ フィンランド,エフ アイ エヌ−83500 オウトクンプ,ヴァンハ カラットマン ティエ 21番地

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.粒状の材料、特に鉱石材料を粉砕する方法であって、 使用される材料は予備微粉砕した鉱石材料又はこれに対応するもので、決められ た粒度分布を有するミル製品に合わせて粉砕される固体物質と水であり、材料の 粉砕と、ミル製品の微細粒度と粗粒度の固体物質への分粒が固体物質に比例して 非常に多量の水が使用される粉砕装置の内部で行われ、決められた粒度に達した ミル製品のエレメントが、粗粒度のエレメントより速く粉砕装置の粉砕チャンバ から外部にフラッシングで洗い流され、この粗粒度のエレメントが必要とされる 粒度に粉砕されるまで粉砕チャンバの内部に留まることを特徴とする粒状の材料 、特に鉱石材料を粉砕する方法。 2.粒状の材料、特に鉱石材料を粉砕する方法であって、 使用される材料は予備微粉砕した鉱石材料又はこれに対応する固体物質と水であ り、粉砕チャージを備え、内部で固体物質が粉砕され、決められた粒度分布を有 するミル製品が得られる粉砕チャンバからなる粉砕装置として機能するミルの内 部に供給され、破砕チャンバの内部で処理しようとするスラリの固体物質含有量 が材料のスラリ密度より大きく、重量比で45〜65%範囲内に有利に収まるよ うな定常状態のパルプ密度で設定され、重量比で45%のオーダー又はそれ以下 になるよう固体物質含有量、即ち材料におけるスラリ密度が調整されることと、 更に、過剰水が固体物質よりも速い平均速度で粉砕チャンバの内部を流れること を特徴とする粒状の材料、特に鉱石材料を粉砕する方法。 3.材料の固体物質含有量が重量比で25〜45%の範囲内に有利に収まるよ う、重量比で25%以下でさえも材料のスラリ密度が調整されることを特徴とす る請求の範囲第2項に記載の方法。 4.破砕チャンバの出口にあって、粗粒度エレメントが戻されて粉砕され、し かるに決められた粒度以下の微細粒度エレメントが過剰水と共に粉砕チャンバか ら外部に排出されるようにミル製品の分粒が行われることを特徴とする請求の範 囲第2又は第3項に記載の方法。 5.固体物質の最大供給量/ボール・チャージの曲線に最大角度係数が小さく なる、あるいは容量最大値が存在する(図4、図5、図6、及び図7)変化点が 得られるよう粉砕チャージのサイズが確定されることを特徴とする請求の範囲第 2、第3、又は第4項に記載の方法。 6.粉砕チャンバから得られる製品の分粒を改善するため、製品をシフトして 所定のスクリーンの開口サイズを有するスクリーンを通過させることを特徴とす る前記の請求の範囲のいずれか一項に記載の方法。 7.例えば重量の測定によって粉砕プロセスに供給される固体物質と水の体積 を連続測定し、更に、その重量比を確定することによって材料のスラリ密度が適 正になるよう調整されることを特徴とする前記の請求の範囲のいずれか一項に記 載の方法。 8.粉砕装置であって、 粉砕チャンバ(2)と、本来の粉砕を達成するためにその内部に収容した粉砕チ ャージ(3)とを備えたミル(1)からなり、該ミルは供給用と排出用の開口部 (4、5)と、予備粉砕した鉱石材料又は類似する固体物質と水とで構成する材 料を供給用開口部(5)を介しミル(1)に供給する供給部材と、ミル(1)か ら外部にミル製品を排出する排出手段とを有し、該ミル製品は決められた粒度分 布を有し、材料のスラリ密度を比較的低レベルに設定するもので、材料のスラリ 密度を調整する調整装置(7、8、9、10、11、12)からなる供給部材で あることを特徴とする粉砕装置。 9.供給部材が固体物質と水を配分する手段(7、8、9、10、11)と、 スラリ密度を決定し、固体物質と水とで構成する材料を調整する測定および制御 ユニット(42)とからなることを特徴とする請求の範囲第8項に記載の粉砕装 置。 10.排出用開口部(5)の上流側にある粉砕チャンバ(2)との関連で配さ れ、所定の粒度以上の粗粒度固体物質を粉砕チャンバ(2)に戻し、該粒度以下 の固体物質をミル(1)から外部に排出させる分粒装置(14)からなる排出手 段であることを特徴とする請求の範囲第8又は第9項に記載の粉砕装置。 11.分粒装置(14)がスクリーン(15)を有することを特徴とする請求 の範囲第10項に記載の粉砕装置。 12.粉砕チャンバ(2)の長さ(L)に対するその直径(D)の比率が1又 はそれ以上、好ましくは2のオーダーであることを特徴とする請求の範囲第8〜 11項のいずれか一項に記載の粉砕装置。 13.ミル(1)の効率が歪みゲージ検出装置のようなトルク測定装置を介し て回転装置の回転軸(6;6a)から測定されることを特徴とする前記の請求の 範囲第8〜12項のいずれか一項に記載の粉砕装置。
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