Spiegazione dei Frantoi a Cono

Frantumazione

‘Comminuzione’ è il termine utilizzato per definire il processo che riduce i materiali (soprattutto il minerale estratto). È l'azione di ridurre un materiale in minuti frammenti o particelle. Il processo viene tipicamente realizzato nelle operazioni minerarie attraverso fasi di frantumazione e molitura.

In passato, le attività minerarie erano faticose e richiedevano molta manodopera. La rottura del minerale avveniva con un piccone del minatore, punta da trapano, o mazza. Fino alla metà del 1800, le operazioni di dimensionamento e frantumazione si basavano principalmente sulla manodopera manuale; martelli a caduta azionati ad acqua divennero popolari molto più tardi, durante la Rivoluzione Industriale. Durante questo primo periodo, solo volumi relativamente piccoli di roccia e aggregato potevano essere prodotti. Queste piccole quantità venivano poi caricate in sacchi o carri per il trasporto.

Vanga e Piccone

Durante la Rivoluzione Industriale, esplosivi furono utilizzati per la prima volta nell'estrazione mineraria commerciale. L'estrazione mineraria con esplosivi era chiamata scoppio. Entro la metà del 1800, lo scoppio era una tecnica mineraria diffusa utilizzata per estrazione mineraria di massa e sarebbe stata seguita a breve dal scavatrice a vapore. Queste nuove tecniche minerarie rivoluzionarono l'industria mineraria, permettendo la produzione di quantità sempre maggiori di materiali liberati.

L'industria mineraria ha visto una crescita nel secolo scorso a causa del rapido aumento della domanda di minerali; questa crescita ha richiesto un significativo ampliamento dei tonnellaggi di produzione. L'aumento della domanda ha portato allo sviluppo di nuovi e più efficienti frantoi (macchine utilizzate per riduzione delle dimensioni). Con l'aumento dei tonnellaggi di frantumazione, sono aumentate anche le esigenze di trasporto e movimentazione dei loro input e output. Per soddisfare queste esigenze, sono stati introdotti elementi come trasportatori a letto piatto e camion da trasporto.

Trasportatori a Letto Piatto

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Storia del Frantoio a Cono

Il frantoio a cono fu sviluppato per la prima volta negli Stati Uniti negli anni '20 dai Fratelli Symons di Milwaukee. I Fratelli Symons sono accreditati come i primi progettisti e inventori del frantoio a cono a molla. Il più grande vantaggio del frantoio a cono dei Fratelli Symons era la sua durabilità e semplicità (l'intera macchina aveva solo nove parti in movimento). Dopo ulteriori anni di ricerca e sviluppo (R&D), il frantoio a cono a molla divenne una delle macchine di frantumazione più efficienti -e di conseguenza una delle più ampiamente utilizzate-.

Sezione Trasversale del Frantoio a Cono

Il design del frantoio a cono a molla è in grado di far passare materiali non frantumabili ad esempio metallo di scarto, attraverso la cavità di frantumazione utilizzando molle. Il primo frantoio a cono idraulico fu sviluppato nel 1948 e questo permise l'apertura della cavità di frantumazione idraulicamente, invece di utilizzare molle (attuazione meccanica). Entrambi i design del frantoio a cono a molla e idraulico sono ancora in uso oggi.

I frantoi a cono sono in grado di frantumare tutti i tipi di rocce minerali di media durezza e dure. Offrono anche molti vantaggi rispetto ad altri design di frantoi, come basso consumo energetico, affidabilità, alta efficienza (rispetto ad altri frantoi), e un alto rapporto di riduzione (dimensione di alimentazione/input rispetto alla dimensione del prodotto/output).

Nonostante siano presenti in molte industrie, sono più comunemente utilizzati nelle industrie costruzioni e minerarie. I frantoi a cono sono generalmente utilizzati per servizi di frantumazione secondaria, terziaria e a valle, con frantoi a mascelle e frantoi a giratoria utilizzati per operazioni di frantumazione primaria.

Frantoi a Mascelle, Cono e Giratoria

In alcuni casi, il Run of Mine (ROM) minerale dalla miniera può essere alimentato a un frantoio a cono tramite trasportatori e schermi, ma più spesso, il materiale di alimentazione proviene da frantoi primari a monte e i frantoi a cono vengono utilizzati per le fasi di frantumazione a valle.

Scopo dei Frantoi

Un frantoio è una macchina progettata per ridurre la dimensione di grandi rocce in rocce più piccole, ghiaia, sabbia, o polvere di roccia; questo è essenziale per il trasporto efficiente del prodotto tramite trasportatori ecc. La frantumazione è la prima di molte fasi che portano alla separazione dei minerali dal materiale di scarto (gangue). Il materiale di scarto può essere scartato o riciclato permettendo al prodotto ricco di minerali di essere ulteriormente processato presso l'impianto principale.

Vari tipi di frantoio e separatore di minerali possono essere impiegati a seconda del flusso, durezza, e proprietà del minerale in fase di lavorazione. In tutti i casi, la fase di frantumazione è essenzialmente realizzata trasferendo una forza meccanicamente amplificata (tramite vantaggio meccanico) a un materiale, per rompere i legami che tengono insieme il materiale.

La frantumazione è realizzata facendo passare l'alimentazione tra due superfici solide, quindi applicando una forza sufficiente per avvicinare le superfici in modo che le molecole del materiale in fase di frantumazione siano separate da (frattura), o, cambiare allineamento in relazione a (deformare), l'una rispetto all'altra.

I frantoi sono comunemente classificati in base al grado in cui frammentano il materiale di partenza, con frantoi primari e secondari che gestiscono materiali grossolani, e frantoi terziari e quaternari che riducono le particelle a gradazioni più fini. Ogni frantoio è progettato per lavorare con una certa dimensione massima del materiale grezzo, e spesso consegna il suo output a una macchina di vagliatura (vagliatore), che ordina e dirige il prodotto per ulteriori lavorazioni. In molti casi, le fasi iniziali di frantumazione sono seguite da ulteriori fasi di molitura (se i materiali devono essere ulteriormente ridotti).

Tipi di Frantoi

Ci sono tre frantoi comuni utilizzati negli impianti minerari e di lavorazione:

• Frantoi a Giratoria
• Frantoi a Mascelle
• Frantoi a Cono

Tipicamente, la fase iniziale di frantumazione è completata utilizzando o frantoi a giratoria o frantoi a mascelle. Spesso è il caso che ci sarà solo un frantoio installato, e questo sarà chiamato frantoio primario.

I frantoi a cono sono più spesso utilizzati per le fasi di frantumazione 2a, 3a e 4a (anche se non sempre).

Componenti del Frantoio a Cono (Parti del Frantoio)

I principali componenti di un frantoio a cono includono l' albero principale, mantello, concavi, cono, boccola eccentrica, trasmissione, corona dentata, telaio, e meccanismo di rilascio del materiale di scarto (attuato meccanicamente o idraulicamente).

Componenti del Frantoio a Cono

Assemblaggio del Guscio Superiore e Cappuccio del Ragno

L' alimentazione è alimentata da trasportatori a un serbatoio di alimentazione sopra il frantoio a cono montato verticalmente. L'alimentazione entra nel frantoio attraverso un'apertura nel guscio superiore. A seconda del design del frantoio a cono, una piastra di distribuzione può essere utilizzata per distribuire l'alimentazione uniformemente mentre entra nel frantoio. Un cappuccio del ragno (se presente) ospita il cuscinetto superiore dell' albero principale; l'albero è lubrificato con grasso o olio a seconda del design.

Assemblaggio del Cappuccio del Ragno

Albero Principale

L' albero principale è normalmente fabbricato in acciaio forgiato di alta qualità (ricotto per il rilascio delle tensioni). La parte superiore dell'albero è supportata da un cuscinetto autoallineante nel cappuccio del ragno (se presente). Il cuscinetto autoallineante è progettato per far fronte al movimento generato dall' albero oscillante; questo movimento oscillante è causato dall' arrangiamento di trasmissione eccentrico inferiore. Il giunto del cuscinetto del ragno è ridotto sulla parte superiore dell'albero principale.

Cuscinetto a Gradini

La parte inferiore dell'albero principale è supportata da un arrangiamento di cuscinetti a gradini a tre pezzi che oscilla con l'albero principale. Il cuscinetto a gradini supporta il peso dell'albero.

Mantello e Concavi

Il mantello è installato sopra la testa/cono, che è montato sull'albero principale. Il mantello fa parte delle superfici di usura sostituibili e oscilla con l'albero in movimento (superficie di usura in movimento). I mantelli sono tipicamente fabbricati in lega di acciaio al manganese.

Un anello concavo (liner della ciotola) è ospitato all'interno del casing superiore; forma la superficie di usura stazionaria.

Parti del Frantoio a Cono

Trasmissione Eccentrica e Boccola

Il movimento eccentrico è ottenuto dalla boccola eccentrica inferiore e dall' arrangiamento di trasmissione posizionato alla base dell' albero principale. Questo arrangiamento è simile nel design e nel principio a quello utilizzato dai frantoi a giratoria. La boccola eccentrica è fabbricata in acciaio ad alto tenore di carbonio dotato di una camicia interna di usura in bronzo. È possibile regolare il lancio eccentrico installando camicie di dimensioni diverse. Il ‘lancio’ definisce l'intervallo di movimento dell'albero e di conseguenza la distanza tra il mantello e il liner della ciotola in qualsiasi punto dato, questo è particolarmente rilevante al punto di strozzatura (il punto in cui il diametro del mantello è più grande e dove il mantello si avvicina fisicamente di più alle superfici di usura stazionarie).

Ingranaggio a Pignone e Assemblaggio dell'Albero Contro

Un ingranaggio a pignone in acciaio legato è montato su un albero di trasmissione a pignone. L'albero di trasmissione a pignone è supportato da cuscinetti dell'albero a pignone alimentati da un sistema di lubrificazione comune. Un arrangiamento di pulegge motrici esterno fornisce potenza motrice all'albero a pignone, che a sua volta ruota l'albero principale tramite questo arrangiamento di ingranaggio a pignone e corona dentata.

Guscio Inferiore

Un guscio inferiore in acciaio fuso ricotto ospita l'arrangiamento di trasmissione e i componenti di trasmissione eccentrica. Il materiale scaricato dal frantoio passa attraverso il guscio inferiore.

Come Funzionano i Frantoi a Cono

L'alimentazione da un serbatoio di alimentazione è alimentata in una grande apertura nella parte superiore del frantoio a cono. L'alimentazione poi cade a causa della gravità e viene frantumata tra il mantello e i concavi; la frantumazione avviene nella camera di frantumazione. Man mano che l'alimentazione si sposta verso l'estremità di trasmissione del frantoio a cono, la sua dimensione diminuisce (a causa dell'azione di frantumazione), e pezzi sempre più piccoli si spostano verso l'estremità di trasmissione del frantoio. Dopo essere passati attraverso il frantoio, il prodotto -ora di dimensioni notevolmente ridotte- viene scaricato attraverso un'apertura nel guscio inferiore.

Operazione del Frantoio a Giratoria

L' azione di frantumazione è prodotta dall' oscillazione o lancio (apertura e chiusura) tra il liner del mantello in movimento, montato sul cono, e i liner concavi stazionari montati all'interno del casing superiore del frantoio. Il mantello e i concavi formano le superfici di lavoro del frantoio, poiché è qui che avviene l'azione di frantumazione.

La larghezza dell'apertura di scarico detta la dimensione dell'output del prodotto di un frantoio. La dimensione dell'output del prodotto di un frantoio può essere variata alzando o abbassando il casing superiore. Questo aggiustamento varia la dimensione del prodotto di un frantoio a cono perché il gap tra il mantello e i concavi è corrispondentemente aumentato o diminuito. Alzare i concavi (liner della ciotola) aumenta quindi la dimensione dell'output del prodotto, mentre abbassare i concavi diminuisce la dimensione dell'output del prodotto.

Poiché il movimento del mantello è eccentrico, il gap tra il mantello e i concavi su un lato è diverso dal gap sul lato opposto, in qualsiasi momento dato. Quando il gap tra il mantello e i concavi è al massimo, il gap opposto è al minimo. Il gap più ampio tra il mantello e i concavi è chiamato impostazione del lato aperto (OSS), mentre il gap più stretto è chiamato impostazione del lato chiuso (CSS). Entrambe le impostazioni sono importanti perché descrivono la dimensione massima possibile dell'output del prodotto (OSS) e la dimensione minima possibile dell'output del prodotto (CSS). L'OSS può essere dato come:

CSS + Lancio = OSS

CSS e OSS Indicati

Il movimento eccentrico è ottenuto dalla boccola eccentrica inferiore e dall' arrangiamento di trasmissione alla base dell' albero principale. L' albero contro di trasmissione a pignone è supportato da cuscinetti a pignone e alimentato da un motore elettrico. Un cambio esterno o un arrangiamento di trasmissione a cinghia riduce la velocità del motore al frantoio; le velocità tipiche del frantoio variano da diverse centinaia di giri al minuto fino a circa 1000 giri al minuto. In alcuni casi, un sistema di frizione può anche essere utilizzato per assorbire gli urti. Il pignone sull' albero contro si innesta con l' ingranaggio di trasmissione eccentrico, o corona dentata.

Corona Dentata

La superficie interna della boccola eccentrica è lavorata fuori centro rispetto all'asse centrale del frantoio. Mentre la boccola eccentrica ruota, l'albero inferiore oscilla in un' orbita ellittica attorno alla linea centrale del frantoio. Questa azione causa l'apertura e la chiusura del gap tra il mantello e i liner concavi ad ogni rotazione dell'albero. All'estremità superiore del mantello questo movimento è molto piccolo, ma man mano che l'alimentazione cade più in basso, il lancio aumenta e anche la forza di frantumazione aumenta corrispondentemente.

Percorso di Viaggio del Mantello del Frantoio a Cono

L'alimentazione frantumata cade nell' assemblaggio del guscio inferiore e viene scaricata nel sistema di trasporto del prodotto per ulteriori lavorazioni. Il casing inferiore ospita anche un sistema di lubrificazione forzata e idraulico, che è fondamentale per l'arrangiamento di trasmissione e i cilindri di rilascio del materiale di scarto (se presenti).

Ulteriori lavorazioni possono coinvolgere ulteriori fasi di frantumazione (secondaria, terziaria, quaternaria ecc.), molitura, e altri passi di arricchimento per adattarsi al prodotto in fase di lavorazione.