Introduzione al Mulino a Sfere
Ci sono tre fasi principali nella lavorazione dei minerali nell'industria mineraria. Queste sono:
- Frantumazione (schiacciamento e macinazione).
- Beneficiamento (separazione e concentrazione).
- Fusione e raffinazione.
I mulini a sfere sono utilizzati nella fase di frantumazione come macchine per la macinazione (riduzione delle dimensioni). L'obiettivo dei macinatori nell'industria mineraria è ridurre la dimensione del materiale alimentato per liberare i minerali dalla roccia sterile. I mulini a sfere sono le macchine di macinazione più comuni impiegate nell'industria mineraria.
La macinazione avviene in una singola fase, o in più fasi. Più fasi possono includere un mulino a barre seguito da un mulino a sfere (circuito a due stadi), o un mulino a macinazione semi-autogena (SAG) seguito da un mulino a sfere (circuito a due stadi). Gli impianti più piccoli tendono ad aggiungere fasi di frantumazione extra per operare solo una singola fase di macinazione.
Se un mulino a sfere utilizza poca o nessuna acqua durante la macinazione, è un mulino ‘a secco’. Se un mulino a sfere utilizza acqua durante la macinazione, è un mulino ‘umido’.
Un tipico mulino a sfere avrà una lunghezza del tamburo che è 1 o 1,5 volte il diametro del tamburo. I mulini a sfere con un rapporto lunghezza-diametro del tamburo maggiore di 1,5 sono chiamati mulini a tubo.
I mulini a sfere possono essere macinatori primari o secondari. I macinatori primari sono alimentati da frantoi come un frantoio a mascelle. I macinatori secondari sono alimentati da altri macinatori, ad esempio un mulino a barre.
I mulini a sfere sono solitamente di tipo a griglia (diaframma) o a trabocco.
Componenti del Mulino a Sfere
I mulini a sfere sono costituiti dai seguenti componenti:
- Inlet – il minerale frantumato è alimentato al mulino a sfere attraverso l'inlet. Una paletta assicura che l'alimentazione al mulino sia costante.
- Scarico – il materiale ridotto esce dal mulino attraverso lo scarico.
Componenti del Mulino a Sfere
- Tamburo – il tamburo è l'involucro cilindrico del mulino a sfere. L'interno del tamburo è rivestito con piastre in lega di acciaio al manganese (‘armatura’) che proteggono il guscio d'acciaio dall'abrasione; è anche possibile utilizzare gomma come armatura invece dell'acciaio al manganese.
Vista Interna del Mulino a Sfere (le piastre di armatura sono le forme quadrate)
- Corona Dentata – una corona dentata installata sulla periferia esterna del tamburo.
- Motore Elettrico – un motore utilizzato per ruotare il tamburo. La trasmissione del motore porta a un riduttore e poi a una corona dentata. Il motore è solitamente dotato di un azionamento a velocità variabile (VSD) per controllare i giri al minuto del mulino a sfere.
- Riduttore – utilizzato per la riduzione della velocità dal motore al mulino a sfere.
- Sfere – solitamente fabbricate in lega di acciaio al manganese, ma il materiale dipende da quale materiale il mulino macinerà (lega di acciaio al cromo e gomma sono anche disponibili). La dimensione delle sfere dipende dalla dimensione del tamburo, le dimensioni tipiche delle sfere sono da due a tre pollici di diametro (sono possibili anche sfere da quattro pollici).
- Cuscinetti - i mulini a sfere più piccoli utilizzano cuscinetti a rulli cilindrici antifrizione. I mulini a sfere più grandi utilizzano cuscinetti a perno.
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Come Funzionano i Mulini a Sfere
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La seguente descrizione del processo si basa su un mulino a sfere utilizzato nell'industria mineraria delle rocce dure per liberare i minerali dal minerale, ma il principio operativo per i mulini a sfere utilizzati in altre industrie è lo stesso.
Il minerale frantumato è alimentato al mulino a sfere attraverso l'inlet; una paletta (piccolo trasportatore a vite) assicura che l'alimentazione sia costante.
Per entrambi i mulini a sfere umidi e secchi, il mulino a sfere è caricato approssimativamente al 33% con sfere (gamma 30-45%). La polpa (minerale frantumato e acqua) riempie un altro 15% del volume del tamburo in modo che il volume totale del tamburo sia caricato al 50%. La polpa è solitamente 75% solida (minerale frantumato) e 25% acqua; la polpa è anche conosciuta come ‘fanghiglia’.
Un motore elettrico è utilizzato per ruotare il mulino a sfere. Mentre il mulino a sfere ruota, le sfere ‘aderiscono’ alla superficie interna del tamburo a causa della forza centrifuga creata all'interno del tamburo. A un certo angolo, il peso delle sfere supera la forza centrifuga che le tiene contro il tamburo e iniziano a cadere verso la linea centrale del mulino a sfere (questa area è conosciuta come ‘punta’). In questo modo, il minerale è ridotto di dimensioni sia per attrito (minerale che sfrega contro altri pezzi di minerale) sia per impatto (sfere che impattano con il minerale).
Il minerale si muove gradualmente attraverso il mulino e poi esce attraverso il porto di scarico. Il porto di scarico può essere coperto da una griglia per prevenire l'uscita di minerale sovradimensionato dal mulino, o può non avere griglia (mulino a sfere di tipo a trabocco).
Man mano che le sfere si consumano a causa dell'abrasione, vengono sostituite con nuove sfere (‘sfere verdi’).
Se vengono recuperate dimensioni di particelle grandi dal mulino a sfere, il processo è conosciuto come ‘macinazione grossolana’. Se vengono recuperate dimensioni di particelle più piccole dal mulino a sfere, il processo è conosciuto come ‘macinazione fine’.
Nota
Se vengono utilizzati ciottoli duri invece di sfere d'acciaio, il mulino è chiamato ‘mulino a ciottoli’.
Se vengono utilizzate barre invece di sfere d'acciaio, il mulino è chiamato ‘mulino a barre’.
Macchine a Circuito Chiuso o Aperto
I mulini a sfere possono operare in un circuito chiuso, o circuito aperto. I circuiti chiusi restituiscono una certa quantità dell'output del mulino a sfere al mulino a sfere per un'ulteriore riduzione delle dimensioni. Un sistema chiuso tipico macina il minerale tra due e tre volte.
Idrocicloni installati direttamente dopo il mulino a sfere assicurano che solo il materiale sovradimensionato venga restituito al mulino a sfere. Altri tipi di classificatori possono essere utilizzati (rastrello e classificatori a spirale), ma l'idrociclone è ora uno dei più comuni.
Velocità Critica
La velocità critica è definita come il punto in cui la forza centrifuga applicata al carico del mulino è uguale alla forza di gravità. Alla velocità critica, il carico del mulino aderisce alla superficie interna del mulino e non cade.
La maggior parte dei mulini a sfere opera a circa il 75% della velocità critica, poiché questa è determinata essere la velocità ottimale. La vera velocità ottimale dipende dal diametro del tamburo. Diametri di tamburo più grandi operano a meno del 75% della velocità critica mentre diametri di tamburo più piccoli operano a più del 75% della velocità critica.
Note Generali
Indipendentemente dal tipo di macchina di macinazione impiegata, la macinazione è un processo a bassa efficienza e ad alta intensità energetica. Per questo motivo, la fase di macinazione di un impianto di lavorazione dei minerali può rappresentare fino al 40% dei costi operativi totali.
Come regola generale, più grande è il diametro del tamburo del mulino a sfere, più efficiente sarà il processo di macinazione. Questa regola generale si interrompe però una volta che il diametro del tamburo raggiunge circa 4m (13,1 piedi).
I mulini a sfere sono solitamente progettati con un fattore/rapporto di riduzione massimo di 60:1 anche se è possibile raggiungere rapporti di riduzione fino a 70:1.
La trasmissione elettrica per un mulino a sfere dovrebbe essere in grado di gestire carichi dove il mulino a sfere è caricato fino al 45% con sfere.
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Risorse Aggiuntive
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