RU2203738C2

RU2203738C2 - Method of grinding rebellious ores and cavitation disperser for method embodiment

Info

Publication number: RU2203738C2
Application number: RU2001121131/03A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Анушенков; Г.Р. Бочкарев; Ю.М. Леконцев; А.М. Фрейдин; В.А. Шалауров
Original assignee: Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-05-10

Abstract

FIELD: mining industry; applicable in fine grinding of rebellious ores for their preparation to concentration. SUBSTANCE: method includes dosed supply of water-ore suspension and grinding it with opening of mineral grains by natural defects. Ore grinding is performed in cavitation disperser successively generating the hydro-impact loads and cavitation pulses formed by widening of flow channel curd and vibrations of resonators with frequency of ore particle natural oscillations. Cavitation disperser has body accommodating rotor and stator with slots in side walls and working chamber. Said slots in rotor are made in the form of subsonic nozzles narrowing towards stator whose slots are widening towards body and have concave surfaces. Cavitation disperser has resonators controlled by vibration frequency and secured in working chamber coaxially to stator slots. Numbers of slots in rotor and stator are different. EFFECT: reduced power consumption and time of ore grinding and specific quantity of metal due to provision of conditions for breakage of ore particles in water suspension under regime of resonant breakage. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для тонкого измельчения труднообогатимых руд при подготовке к обогащению. The invention relates to the mining industry and is intended for fine grinding of refractory ores in preparation for processing.

Известен способ подготовки полезных ископаемых к обогащению (а.с. СССР 1382492, В 02 С 19/18, опубл. в БИ 11 за 1988 г.), включающий их механическое измельчение с предварительным или одновременным облучением импульсным пучком ускоренных электронов определенной дозы и мощности. A known method of preparing minerals for enrichment (AS USSR 1382492, B 02 C 19/18, published in BI 11 for 1988), including their mechanical grinding with preliminary or simultaneous irradiation by a pulsed beam of accelerated electrons of a certain dose and power .

Недостатком способа является возможность использования его только в комбинации с другими способами, например с мельничным измельчением - процессом весьма энерго- и металлоемким. The disadvantage of this method is the possibility of using it only in combination with other methods, for example with mill grinding - a very energy and metal-intensive process.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ измельчения труднообогатимых руд, реализованный в способе флотации труднообогатимых медных руд по патенту РФ 2151010, кл. B 03 D 1/00, опубл. 20.06.2000 г., включающий дозированную подачу суспензии руда-вода и измельчение ее со вскрытием зерен полезного ископаемого по естественным дефектам. The closest in technical essence and the achieved result is a method of grinding refractory ores, implemented in the method of flotation of refractory copper ores according to the patent of the Russian Federation 2151010, cl. B 03 D 1/00, publ. 06/20/2000, including the dosed supply of a suspension of ore-water and its grinding with the opening of grains of minerals due to natural defects.

Недостатком способа является снижение доли извлечения полезного ископаемого за счет неравномерного измельчения руды в шаровых мельницах и большого выхода шламовых фракций, уходящих в отходы. The disadvantage of this method is to reduce the share of mineral extraction due to uneven grinding of ore in ball mills and a large output of sludge fractions that go to waste.

Известны стержневые, шаровые и циплепсовые мельницы (Закладочные работы в шахтах. Справочник. М.: Недра, 1989, с. 85-87), содержащие цилиндрический корпус с горизонтально ориентированной образующей цилиндра и внутренней футеровкой, загрузочное и выпускное отверстия в противоположных торцах, мелющие тела (стержни, шары, циплепсы). Known rod, ball and cipleps mills (Bookmark work in the mines. Handbook. M: Nedra, 1989, p. 85-87), containing a cylindrical body with a horizontally oriented generatrix of the cylinder and the inner lining, feed and outlet openings in opposite ends, grinding bodies (rods, balls, ciplepses).

Недостатки известных мельниц - большая металлоемкость, высокое энергопотребление и время измельчения, большой выход шламовых фракций. The disadvantages of the known mills are large metal consumption, high energy consumption and grinding time, large output of slurry fractions.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является роторный аппарат гидроударного действия (а.с. СССР 1586759, В 01 F 7/12, опубл. в БИ 31 за 1990 г.), содержащий корпус, внутри которого концентрично установлены ротор и статор со щелями в боковых стенках, причем щели в роторе выполнены в виде дозвуковых сопл, сужающихся в сторону статора, щели которого выполнены расширяющимися в сторону корпуса и имеют вогнутые поверхности. The closest set of essential features is the rotary apparatus of hydropercussion (A.S. USSR 1586759, 01 F 7/12, published in BI 31 for 1990), containing a housing inside which the rotor and stator are concentrically mounted with slots in side walls, and the slots in the rotor are made in the form of subsonic nozzles, tapering towards the stator, the slots of which are made expanding towards the body and have concave surfaces.

Недостатком известного роторного аппарата гидроударного действия является ограниченная, строго детерминированная частота кавитационных импульсов, определяемая формой щелей в стенках ротора и статора. Другим его недостатком является отсутствие устройства настройки частоты кавитации в рабочей камере, так как достигаемая частота f гидроударных импульсов, равная
f = nk,
где n - частота вращения ротора,
k - количество щелей в статоре,
не поддается какому-либо изменению в кавитационной зоне.A disadvantage of the known rotary apparatus of hydropercussion is the limited, strictly determined frequency of cavitation pulses, determined by the shape of the slots in the walls of the rotor and stator. Another disadvantage is the lack of a device for adjusting the frequency of cavitation in the working chamber, since the achieved frequency f of hydroshock pulses equal to
f = nk
where n is the rotor speed,
k is the number of slots in the stator,
not amenable to any change in the cavitation zone.

Техническая задача - снижение энергопотребления, времени измельчения руды и металлоемкости технологического оборудования за счет создания условий для разрушения частиц руды в водной суспензии в режиме резонансного разрыва. The technical task is to reduce energy consumption, ore grinding time and metal consumption of technological equipment by creating conditions for the destruction of ore particles in an aqueous suspension in the resonant rupture mode.

Задача решается за счет того, что в способе измельчения труднообогатимых руд, включающем дозированную подачу суспензии вода-руда и измельчение ее со вскрытием зерен полезного ископаемого по естественным дефектам, согласно техническому решению измельчение руды осуществляют в кавитационном диспергаторе, генерирующем последовательно гидроударные нагрузки и кавитационные импульсы, образованные расширением канала потока и колебаниями резонаторов с частотой собственных колебаний частиц руды. The problem is solved due to the fact that in the method of grinding refractory ores, including a dosed feed of a suspension of water-ore and grinding it with opening grains of minerals according to natural defects, according to the technical solution, the grinding of ores is carried out in a cavitation dispersant that generates successively hydraulic shock loads and cavitation pulses, formed by the expansion of the flow channel and oscillations of the resonators with the frequency of natural vibrations of the ore particles.

Поставленная задача решается также тем, что кавитационный диспергатор, содержащий корпус, внутри которого установлены ротор и статор со щелями в боковых стенках, и рабочую камеру, согласно техническому решению снабжен регулируемыми по частоте колебаний резонаторами, закрепленными в рабочей камере соосно со щелями статора, щели в роторе выполнены в виде дозвуковых сопл, сужающихся в сторону статора, а щели статора выполнены расширяющимися в сторону корпуса и имеют вогнутые поверхности, при этом количество щелей в роторе и статоре неодинаково. The problem is also solved by the fact that a cavitation dispersant containing a housing inside which a rotor and a stator are installed with slots in the side walls, and a working chamber, according to the technical solution, is equipped with resonators adjustable in frequency, fixed in the working chamber coaxially with the stator slots, the slots in the rotor is made in the form of subsonic nozzles tapering towards the stator, and the stator slots are made expanding towards the body and have concave surfaces, while the number of slots in the rotor and stator is unequal Covo.

Сила р гидроударного сжатия частицы рудной массы в суспензии определяется зависимостью Н.Е.Жуковского
p = ρ(V₁-V₀)•a, H/м²,
где ρ - плотность суспензии, кг/м³;
V₁ и V₀ - скорость движения потока в щели ротора после и до перекрытия, м/с;
а - скорость распространения ударной волны в щели ротора, равная скорости распространения звука в суспензии, м/с.The force p of hydroshock compression of the ore mass particle in suspension is determined by the dependence of N.E. Zhukovsky
p = ρ (V ₁ -V ₀ ) • a, H / m ² ,
where ρ is the density of the suspension, kg / m ³ ;
V ₁ and V ₀ - flow velocity in the rotor gap after and before overlapping, m / s;
and - the speed of propagation of the shock wave in the slit of the rotor, equal to the speed of propagation of sound in suspension, m / s

Известно, что разрушение рудных частиц по естественным дефектам в режиме резонансного разрыва требует меньше энергозатрат в сравнении с мельничным помолом, так как прочность на растяжение на порядок меньше, чем на сжатие. Кроме того, разрыв, например, по сросткам - наиболее благоприятный результат для обогащения труднообогатимых руд. It is known that the destruction of ore particles by natural defects in the resonant rupture mode requires less energy than mill grinding, since the tensile strength is an order of magnitude lower than the compressive strength. In addition, a gap, for example, by intergrowths is the most favorable result for the enrichment of hard-to-concentrate ores.

Возможность настройки резонаторов по частоте их колебаний делает возможным измельчать различные по прочности руды, а режим резонансного разрыва на порядок снижает энергопотребление, время переработки и металлоемкость используемого при измельчении руды комплекса оборудования. The ability to tune the resonators according to their oscillation frequency makes it possible to grind ore with different strengths, and the resonant rupture mode reduces by an order of magnitude the energy consumption, processing time and metal consumption of the equipment complex used for grinding ore.

Кавитационный диспергатор обеспечивает реализацию способа измельчения труднообогатимых руд за счет создания гидроударных нагрузок, измельчающих руду и ослабляющих прочность связей по сросткам, и на следующем этапе - резонансных кавитационных импульсов с частотой собственных колебаний частиц руды в воде, генерирующих знакопеременные нагрузки. Закрепление резонаторов соосно с щелями статора имеет целью эффективное использование скорости потока для повышения амплитуды генерируемых кавитационных импульсов. Cavitation dispersant provides the implementation of a method of grinding difficult-to-ore ores by creating hydroshock loads, grinding ore and weakening bond strength by intergrowths, and, at the next stage, resonant cavitation pulses with the frequency of natural vibrations of ore particles in water, generating alternating loads. The fixing of the resonators coaxially with the stator slots is aimed at the effective use of the flow velocity to increase the amplitude of the generated cavitation pulses.

Частота f_p колебаний резонаторов настраивается в соответствие с зависимостью

где α - коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от способа крепления резонатора: консольного или двухстороннего - α=0,162 или 2,82 соответственно;
t - толщина резонатора, м;
l - длина консольной части резонатора, м, при α=0,162 или длина двухсторонне закрепленного резонатора при α=2,82;
Е - модуль упругости материала резонатора, МПа;
ρ - плотность суспензии, Н/м³.The frequency f _p oscillations of the resonators is adjusted in accordance with the dependence

where α is the proportionality coefficient, the value of which depends on the method of mounting the resonator: cantilever or two-sided - α = 0.162 or 2.82, respectively;
t is the thickness of the resonator, m;
l is the length of the cantilever part of the resonator, m, at α = 0.162 or the length of the two-sided fixed resonator at α = 2.82;
E is the elastic modulus of the resonator material, MPa;
ρ is the density of the suspension, N / m ³ .

В набегающем потоке возникают колебания суспензии с частотой

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от соотношения V и h;
V - скорость истечения струи из щели ротора, м/с;
h - расстояние между внешним диаметром ротора и резонатором, м.In the oncoming flow, oscillations of the suspension occur with a frequency

where k is the coefficient of proportionality, depending on the ratio of V and h;
V is the velocity of the outflow of the jet from the slit of the rotor, m / s;
h is the distance between the outer diameter of the rotor and the resonator, m

Для возбуждения резонансного разрыва необходимо условие:
f_ср=f_р
Настройку на этот режим осуществляют регулировкой скорости V истечения струи из щели ротора, изменением расстояния h между внешним диаметром ротора и резонатором, толщиной t резонатора. Количество щелей в статоре и в роторе неодинаково. Разность в количестве щелей в роторе и статоре определяет число одновременно происходящих гидроударов и баланс нагрузки на ось ротора. Эта разность кратна числу щелей ротора, что обеспечивает наибольшую эффективность процесса и является ноу-хау предлагаемого технического решения.To excite a resonant discontinuity, the condition is necessary:
f _cf = f _p
The setting for this mode is carried out by adjusting the velocity V of the jet outflow from the rotor slit, by changing the distance h between the outer diameter of the rotor and the resonator, and the thickness t of the resonator. The number of slots in the stator and in the rotor is not the same. The difference in the number of slots in the rotor and stator determines the number of simultaneously occurring hydraulic shocks and the load balance on the rotor axis. This difference is a multiple of the number of slots of the rotor, which ensures the greatest efficiency of the process and is the know-how of the proposed technical solution.

Для измельчения разных по резонансной частоте руд и суспензий, требующих настройки на их собственную частоту f_cp колебаний резонаторов, кавитационный диспергатор целесообразно снабжать сменными обоймами с закрепленными в них резонаторами, настроенными на требуемую частоту f_ср колебаний, что позволяет ускорить перенастройку кавитационного диспергатора при необходимости измельчения руды с другой собственной частотой f_cp колебаний частиц.To grind ores and suspensions of different resonance frequencies that require tuning to their own frequency of resonator oscillations f _cp , it is advisable to equip the cavitation dispersant with replaceable clips mounted in them with resonators tuned to the required oscillation frequency f _cp , which makes it possible to accelerate the reconfiguration of the cavitation dispersant if grinding is necessary ores with a different natural frequency f _cp of particle oscillations.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 приведены соответственно технологическая схема измельчения труднообогатимых руд по предлагаемому способу и эскизная схема кавитационного диспергатора, а на фиг.3 - зависимость выхода в % класса крупности частиц руды менее 0,074 мм от времени измельчения для предложенного технического решения в сравнении с базовым вариантом, которым является шаровая мельница. The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings, where in Fig. 1 and Fig. 2, respectively, a flow chart of grinding refractory ores by the proposed method and a sketch diagram of a cavitation dispersant are shown, and Fig. 3 shows the dependence of the yield in% of the particle size class of ore particles less 0.074 mm from the grinding time for the proposed technical solution in comparison with the basic version, which is a ball mill.

Предлагаемый способ реализуют с помощью предлагаемого кавитационного диспергатора следующим образом. Дозированные составляющие суспензии вода-руда подают в гомогенизаторную емкость (фиг.1), например, в репульпатор 1 и далее в кавитационный диспергатор 2. В диспергаторе 2 происходит измельчение рудных частиц по естественным дефектам. Обработанную суспензию подают в рециркуляционную емкость 3, а оттуда - на обогащение (например, на флотацию). The proposed method is implemented using the proposed cavitation dispersant as follows. The dosed components of the water-ore suspension are fed into a homogenizing tank (Fig. 1), for example, to a repulpator 1 and then to a cavitation dispersant 2. In a dispersant 2, ore particles are crushed according to natural defects. The treated suspension is fed into a recirculation tank 3, and from there to enrichment (for example, flotation).

Кавитационный диспергатор (фиг.2) состоит из корпуса 4 с входным 5 и выходным 6 патрубками, ротора (поз. не обозначен) с лопастями 7 центробежного насоса и цилиндрическим кольцом 8, в котором равномерно по окружности в виде дозвуковых сопл выполнены щели 9, сужающиеся с сторону статора 10 с равномерно выполненными по его окружности щелями 11, расширяющимися в сторону корпуса и имеющими вогнутые поверхности, рабочей камеры 12 между статором 10 и корпусом 4, сопряженной с выходным патрубком 6, с регулируемыми по частоте колебаний резонаторами 13 (в виде пластин, стержней, отражателей), закрепленными соосно со щелями 11 статора 10. Резонаторы 13 могут быть закреплены в обойме 14, помещенной в рабочей камере 12, и настроены на собственную частоту f_cp колебаний частиц определенного сорта руды в водной суспензии. Обойма 14 концентрично охватывает статор 10 и установлена с возможностью замены на другую обойму 14 с резонаторами 13, настроенными на другую частоту f_ср.The cavitation dispersant (Fig. 2) consists of a housing 4 with inlet 5 and outlet 6 nozzles, a rotor (pos. Not indicated) with centrifugal pump vanes 7 and a cylindrical ring 8, in which slots 9 are made uniformly around the circumference in the form of subsonic nozzles, tapering from the side of the stator 10 with slots 11 evenly made around its circumference, expanding towards the housing and having concave surfaces, of the working chamber 12 between the stator 10 and the housing 4, coupled to the outlet pipe 6, with resonators 13 adjustable in oscillation frequency (in the form plates, rods, reflectors), fixed coaxially with the slots 11 of the stator 10. Resonators 13 can be fixed in the holder 14, placed in the working chamber 12, and tuned to the natural frequency f _cp oscillations of particles of a certain grade of ore in an aqueous suspension. The holder 14 concentrically covers the stator 10 and is installed with the possibility of replacement with another holder 14 with resonators 13 tuned to a different frequency f _cf.

Кавитационный диспергатор работает следующим образом. Предварительно измельченную до определенной крупности руду, смешанную в необходимой пропорции с водой в репульпаторе 1, подают через входной патрубок 5 в диспергатор 2. Лопастями 7 центробежного насоса суспензию разгоняют в направлении щелей 9 ротора 8. В момент перекрытия кольцом статора 10 щелей 9 скорость движения потока суспензии резко снижается, происходит гидравлический удар, сжимающие усилия через воду передаются на частицы руды, деформируя их. Силу р гидроударного сжатия частицы от импульса давления прямого гидравлического удара определяют по приведенной выше формуле Н.Е.Жуковского. Cavitation dispersant works as follows. Pre-crushed ore to a certain size, mixed in the required proportion with water in the repulpator 1, is fed through the inlet pipe 5 to the disperser 2. By means of the centrifugal pump blades 7, the suspension is dispersed in the direction of the slots 9 of the rotor 8. At the moment the stator ring overlaps 10 slots 9, the flow velocity the suspension decreases sharply, a hydraulic shock occurs, compressive forces are transmitted through the water to the ore particles, deforming them. The force p of hydroshock compression of a particle from a pressure pulse of direct hydraulic shock is determined by the above formula of N.E. Zhukovsky.

В момент совмещения щелей 9 ротора 8 и щелей 11 статора 10 нагрузка с частицы снимается, и она испытывает деформацию растяжения. При выходе из щели 9 в щель 11 рудный материал попадает в поле кавитационных импульсов, образованных расширением канала потока и колебаниями резонаторов 13 в рабочей камере 12, и под воздействием схлапывающихся пузырьков жидкости получает дополнительное разрушение от знакопеременных нагрузок. Частота f_ср собственных колебаний частиц и частота f_p следования импульсов, генерируемых резонаторами 13, равны или близки по значению. Под воздействием серии резонансных нагрузок в режиме "сжатие-разряжение" частицы руды дополнительно разрушаются. Меньшая прочность связи частиц руды по сросткам способствует избирательности мест разрушения и тем самым раскрытию зерен руды.At the moment of combining the slots 9 of the rotor 8 and the slots 11 of the stator 10, the load is removed from the particle, and it experiences tensile deformation. When leaving the slot 9 into the slot 11, the ore material enters the field of cavitation pulses formed by the expansion of the flow channel and the oscillations of the resonators 13 in the working chamber 12, and under the influence of collapsing liquid bubbles receives additional destruction from alternating loads. The frequency f _{cf of the} natural oscillations of the particles and the repetition frequency f _p of the pulses generated by the resonators 13 are equal or close in value. Under the influence of a series of resonant loads in the "compression-discharge" mode, the ore particles are further destroyed. The lower bond strength of the ore particles in splices contributes to the selectivity of the destruction sites and thereby the opening of ore grains.

При использовании кавитационного диспергатора для измельчения руд с разной частотой f_сp собственных колебаний используют резонаторы 13, закрепленные в обойме 14, помещенной в рабочей камере 12, и настроенные на заданную частоту f_ср колебаний. Обойма 14 с резонаторами 13 может быть заменена на другую обойму 14 с резонаторами 13, настроенными на другую частоту f_ср.When using a cavitation dispersant for grinding ores with different frequencies f _{cp of} natural vibrations, resonators 13 are used, mounted in a cage 14 placed in the working chamber 12, and tuned to a given frequency f _cf oscillations. The clip 14 with the resonators 13 can be replaced by another clip 14 with the resonators 13 tuned to a different frequency f _cf.

Использование предлагаемых решений, как показали эксперименты, создает возможность уменьшить на порядок металлоемкость и энергопотребление технологии измельчения труднообогатимых руд. Снижение металлоемкости достигается заменой шаровых мельниц весом в десятки и сотни тонн на кавитационные диспергаторы весом в доли тонны. The use of the proposed solutions, as shown by experiments, makes it possible to reduce by an order of magnitude the metal consumption and energy consumption of the technology for grinding refractory ores. Reducing metal consumption is achieved by replacing ball mills weighing tens and hundreds of tons with cavitation dispersants weighing a fraction of a ton.

Выполненные эксперименты подтверждают этот вывод (фиг.3). Объектом исследования являлась медно-никелевая руда Норильского месторождения с исходной крупностью - 3,0 мм. Конкретная цель заключалась в получении из этой руды технологического продукта для последующего обогащения методом флотации. Этот продукт по крупности должен быть представлен классом крупности менее 0,074 мм в объеме 75-80%. Измельчение одинаковых порций исходной руды проводилось двумя методами с равными приводными мощностями: "классическим" с использованием шаровой мельницы (фиг.3а) и по предложенному способу с использованием заявляемого кавитационного диспергатора (фиг.3б). Результаты представлены на фиг.3, где цифрами на графике показан выход в % класса крупности менее 0,074 мм. Анализ полученных данных свидетельствует, что для получения необходимого по технологии класса крупности на шаровой мельнице необходимо затратить 40 мин, а в заявляемом кавитационном диспергаторе - 3 мин. The performed experiments confirm this conclusion (figure 3). The object of the study was copper-nickel ore of the Norilsk deposit with an initial size of 3.0 mm. The specific goal was to obtain from this ore a technological product for subsequent enrichment by flotation. This product by size should be represented by a particle size class of less than 0.074 mm in a volume of 75-80%. Grinding of equal portions of the initial ore was carried out by two methods with equal drive powers: “classical” using a ball mill (figa) and according to the proposed method using the inventive cavitation dispersant (fig.3b). The results are presented in figure 3, where the numbers on the graph show the output in% of the size class less than 0,074 mm Analysis of the data obtained indicates that to obtain the required size class by technology in a ball mill, it is necessary to spend 40 minutes, and in the inventive cavitation dispersant - 3 minutes

Claims

1. A method of grinding refractory ores, including a dosed feed of a suspension of water-ore and grinding it with opening grains of minerals according to natural defects, characterized in that the grinding of ore is carried out in a cavitation dispersant, which generates successively hydraulic shock loads and cavitation pulses formed by the expansion of the flow channel and oscillations of resonators with the frequency of natural vibrations of ore particles.

2. A cavitation dispersant comprising a housing, inside of which a rotor and a stator are installed with slots in the side walls and a working chamber, characterized in that it is equipped with frequency-controlled resonators fixed coaxially with the stator slots in the working chamber, the slots in the rotor are made in the form subsonic nozzles tapering towards the stator, and the stator slots are made expanding towards the body and have concave surfaces, while the number of slots in the rotor and stator is not the same.

3. The dispersant according to claim 2, characterized in that the resonators tuned in terms of the oscillation frequency are fixed in a holder that concentrically covers the stator and is installed with the possibility of replacing with another holder with resonators tuned to a different frequency.