___________________________________________________________________________
Badania procesu domielania półproduktów
miedziowych w młynie elektromagnetycznym
Krzysztof Szczepaniak1), Bożena Skorupska1), Norbert Kubacz1), 1)
Instytut Metali Nieżelaznych, Gliwice, e-mail: krzysztofs@imn.gliwice.pl
Streszczenie
W artykule przedstawiono opis i działanie przepływowego młyna elektromagnetycznego na stanowisku badawczym w Instytucie Metali Nieżelaznych. Istotą mielenia w młynie elektro-magnetycznym jest chaotyczny, dynamiczny ruch mielników ferromagnetycznych, powodo-wany przez silne, wirujące pole elektromagnetyczne. Przedstawiono wyniki przeprowadzo-nych testów domielania półproduktów miedziowych w młynie elektromagnetycznym, pracują-cym w układzie otwartym na mokro, i porównano je z wynikami uzyskanymi dla laboratoryjne-go młynka kulowelaboratoryjne-go, pracującelaboratoryjne-go w układzie cyklicznym na mokro. W wyniku przeprowadzo-nych badań stwierdzono wysoką skuteczność domielania półproduktu miedziowego w młynie elektromagnetycznym. Po krótkim czasie domielania, wynoszącym około 6 s, następuje przy-rost ziaren drobnych w produkcie mielenia, wyrażający się zmianą, między innymi, wielkości ziarna d(0,5) – z 54 µm do około 28 µm. Dla osiągnięcia porównywalnego zmielenia w młynie kulowym czas mielenia wynosił ok. 5 min. Wykazano zalety młyna elektromagnetycznego, wynikające głównie z wysokiej efektywności procesu mielenia oraz możliwości mielenia przy niskim zagęszczeniu materiału kierowanego do mielenia.
Słowa kluczowe: młyn elektromagnetyczny, domielanie, półprodukty miedziowe
Research into regrinding process of copper middlings
in the electromagnetic mill
Abstract
The paper presents description and operation of the electromagnetic flow mill on a test stand at the Institute of Non-Ferrous Metals. The essence of grinding in electromagnetic mill is a chaotic, dynamic movement of the ferromagnetic grinding media caused by a strong, rotating magnetic field. The results of wet grinding tests of the copper middlings in the electro-magnetic mill working in an open circuit are presented and compared with the results obtained for wet grinding in a batch laboratory ball mill. As a result of the performed investi-gations, a high effectiveness of regrinding of the copper middlings in the electromagnetic mill was found. After a short regrinding time amounting to about 6s, it occurs an increase of fine particles in the grinding product, expressed in a change among others of the particle size d(0.5) – from 54 m to about 28 m. To obtain a comparable grind in a ball mill, the grinding time was about 5min. The advantages of the electromagnetic mill are demonstrated, resulting mainly from a high effectiveness of the grinding process as well as the possibilities of grinding at low density of the material directed to the grinding.
Wstęp
Stosowane w polskich zakładach wzbogacania rud miedzi układy domielania są mało efektywne wobec konieczności uwalniania drobnych ziaren minerałów siarcz-kowych (poniżej 20-25 µm), a taka mineralizacja występuje w niektórych rejonach złoża miedzi. Dlatego poszukiwane są alternatywne rozwiązania w zakresie sku-tecznego domielania, w tym szczególnie do domielania trudno wzbogacalnych pro-duktów pośrednich. Zaliczyć do nich można prowadzenie prób w ZWR Polkowice z zastosowaniem młyna mieszalnikowego typu Vertimill firmy Metso do drobnego domielania półproduktu. Młyn ten charakteryzuje się mniejszym zapotrzebowaniem energetycznym w stosunku do tradycyjnych młynów domielających i mniejszym zużyciem mielników.
Obecnie w wielu branżach obserwowane są próby zastosowania innego sposobu rozdrabniania – w młynie elektromagnetycznym. Mielenie w młynie elektromagne-tycznym odbywa się za pomocą wirujących ferromagnetycznych mielników w zmiennym polu elektromagnetycznym, które z dużą energią uderzają w mielony materiał. Zaletą mielenia w młynie elektromagnetycznym jest krótki czas mielenia oraz możliwość prowadzenia procesu przy niskich zagęszczeniach mielonego materiału. W Instytucie Metali Nieżelaznych w Gliwicach wybudowano stanowisko doświad-czalne, wyposażone w młyn elektromagnetyczny do badań drobnego domielania półproduktów miedziowych. Młyn taki, pracujący z dużą ilością dynamicznie poru-szających się mielników, pozwala intensyfikować proces mielenia. W referacie przedstawiono wyniki domielania produktów miedziowych w nowym młynie oraz porównanie wyników mielenia z wynikami mielenia w tradycyjnym młynie kulowym.
Opis stanowiska doświadczalnego wyposażonego w młyn elektromagnetyczny
Podstawowym elementem młyna jest wzbudnik elektromagnetyczny, generujący we wnętrzu komory mielenia silne pole magnetyczne. Swoją budową młyn przypomina stojan silnika trójfazowego, w którym nie zabudowano wirnika. W miejscu wirnika umieszczono komorę mielenia, rurę z stali kwasoodpornej (niemagnetycznej). Wew-nątrz komory umieszczone są mielniki (pręciki Ø110 mm), wykonane z stali ma-gnetycznej, sprężynowej. Młyn zamocowany jest w uchwycie obrotowym z blokadą obrotu co 15, a uchwyt na wsporniku pionowym (stojaku). Komora mieląca wypo-sażona jest w kolektor dolotowy i rynnę wylewową materiału domielonego. Ujedno-rodniony produkt domielany podawany jest ze zbiornika z mieszadłem. Nadawę dostarcza pompa o regulowanej wydajności do kolektora dolotowego. Młyn na sta-nowisku badawczym przedstawiono na fot. 1.
Stanowisko doświadczalne wyposażone jest w szafę sterowniczą z automatycz-ną baterią kompensacji mocy biernej indukcyjnej (dla poprawy współczynnika mocy cos) w trójfazowej sieci przemysłowej. Działanie baterii polega na dołączaniu bądź odłączaniu kondensatorów o określonej wielkości w kompensowanym punkcie sieci energetycznej. Regulator mocy biernej porównuje aktualnie istniejący w sieci cos z wartością zadaną na skali regulatora i w zależności od potrzeb steruje ilością załą-czonych członów kondensatorowych. Ponieważ w sieciach energetycznych mogą występować szybkie zmiany obciążenia, regulator jest wyposażony w czasowy układ opóźniający. Regulacja odbywa się w sposób skokowy przez sterowanie stycznikami
poszczególnych członów, w celu uzyskania pożądanego współczynnika mocy biernej cos. Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rys. 1, a szafy sterowni-czej na fot. 2.
Fot. 1. Młyn elektromagnetyczny na stanowisku badawczym w IMN
Fot. 2. Szafa sterownicza z baterią kompensacyjną mocy biernej
Z związku z tym, że wielkością charakteryzującą pole w młynie elektromagne-tycznym jest indukcja magnetyczna, przed przystąpieniem do badań technologicz-nych wykonano pomiary indukcji magnetycznej młyna elektromagnetycznego (wzbudnika). Wyniki pomiarów przedstawia tabela 1.
Tabela 1. Wyniki pomiarów indukcji magnetycznej
Prąd [A] Napięcie [V] Indukcja magnetyczna w osi wzbudnika, [T] Indukcja magne-tyczna w osi rury
młyna, [T]
Indukcja magnetyczna przy ściance rury
młyna, [T]
L1 208 392
0,149 0,104 0,156
L2 205 394 L3 211 392
Badanie procesu domielania półproduktu miedziowego w młynie elektromagnetycznym
Badaniom domielania poddano odpad I czyszczenia pochodzący z I ciągu ZWR rejon Polkowice, który charakteryzował się wysoką zawartością miedzi, na poziomie 7%. Skład granulometryczny pobranego materiału przedstawiono w tabeli 2.
Tabela 2.Skład granulometryczny nadawy
Klasa ziarnowa (µm) Wychód % Klasa ziarnowa (µm) Wychód % Klasa ziarnowa (µm) Wychód % 17,26 8,87 9,24 7,44 21,91 13,13 19,88 2,11 0,13 0,03 0,00 0-15 45-75 300-500 15-25 75-100 500-1000 25-36 100-200 +1000 36-45 200-300
Proces domielania w młynie elektromagnetycznym prowadzony był w sposób ciągły przy zmiennym przepływie nadawy, co warunkowało zmienny czas mielenia.
W ramach badań przeprowadzono:
domielanie w młynie elektromagnetycznym zawiesiny o ciężarze 1 dm3, wynoszącym około 1200 g. Objętość komory mielącej 0,76 dm3. Przepływ zawiesiny – 2, 4, 6 i 7 dm3/min; waga mielników – 425 g,
testy w laboratoryjnym młynie kulowym, objętość komory roboczej 2,6 dm3. W celu porównania osiągniętych przemiałów w procesie domielania odpadu I czyszczenia w młynie elektromagnetycznym, określono także kinetyki mielenia tego materiału w młynie kulowym, dla czasu 2, 3, 4, 5, 7, 9 i 15 minut. Objętość komory roboczej młyna wynosiła 2,6 dm3, a ładunek kul 5,3 kg. Ilość nadawy do mielenia wynosił 331 g i 0,4 dm3 wody. Kinetykę mielenia odpadu I czyszczenia przedstawio-no na rys. 2, a porównanie przemiałów w zależności od czasu mielenia w młynie elektromagnetycznym – na rys. 2.
Stwierdzono, że porównywalnym przemiałom w młynie elektromagnetycznym w czasie 22,5; 11,25; 7,5 i 6,26 s odpowiadają czasy w młynie kulowym, wynoszące 14, 11, 7 i 5 min. Rys. 3 przedstawia krzywe składów ziarnowych porównywanych produktów po domielaniu w młynie kulowym i elektromagnetycznym.
Rys. 3. Skład ziarnowy nadawy i porównywanych produktów po domieleniu w młynie kulowym „MK” oraz elektromagnetycznym „ME”: (a) czas mielenia w MK 14 min, w ME 22,5 s, (b) czas mielenia w MK 11 min, w ME 11,5 s, (c) czas mielenia w MK 7 min, w ME 7,5 s,
(d) czas mielenia w MK 5 min, w ME 6,2 s
Domielanie półproduktu miedziowego w młynie elektromagnetycznym wykazało wysoką skuteczność tego urządzenia. Potwierdzono możliwość sterowania proce-sem domielania w aspekcie technologicznym i otrzymywania półproduktu o wyma-ganym przewidywanym uziarnieniu.
Podsumowanie
W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono wysoką skuteczność domielania półproduktu miedziowego w młynie elektromagnetycznym. Po krótkim czasie domie-lania, wynoszącym zaledwie około 6,2 s, następuje przyrost ziaren drobnych, wyra-żający się zmianą między innymi wielkości ziarna d(0,5) – z 54 µm do około 28 µm (zmiana około 52,5%). Dla osiągnięcia porównywalnych wyników w młynie kulowym czas mielenia wynosił ponad 48 razy więcej (5 min). Dla dłuższych czasów mielenia w młynie elektromagnetycznym przyrosty ziaren drobnych są odpowiednio wyższe – przy czasie mielenia około 22,5 s ziarno d(0,5) wyniosło poniżej 16 µm.
Wysoka efektywność mielenia w młynie elektromagnetycznym, w przeciwień-stwie do tradycyjnego młyna kulowego, została osiągnięta przy niskim zagęszczeniu materiału. W prowadzonych testach zagęszczenie to było na poziomie – 331 g su-chego materiału w dm3.
Parametry urządzenia po zestawieniu z parametrami obecnie stosowanych mły-nów pozwalają przypuszczać, że młyn elektromagnetyczny stanowić może alterna-tywę dla klasycznego mielenia kulowego [1].
Należy wnioskować, że technologia domielania półproduktów miedziowych w młynie elektromagnetycznym może stanowić konkurencyjne rozwiązanie w aspekcie tech-nologicznym i ekonomicznym. Obecnie prowadzone prace badawcze pozwolą na ocenę realnych możliwości zastosowania i wykorzystania innowacyjnej technologii.
Bibliografia
[1] Sławiński K., Knaś K., Gandor M., Balt B., Nowak W., 2014, Młyn elektromagnetyczny i jego zastosowanie do mielenia i suszenia węgli. Piece przemysłowe & kotły, I/II 2014 rok wydania 2014, numer 17.
[2] Sosiński R., 2006, Opracowanie metodyki projektowania trójfazowych wzbudników wiru-jącego pola do młynów elektromagnetycznych. praca doktorska, Wydział Elektryczny Po-litechniki Częstochowskiej, promotor prof. dr hab. inż. Paweł Rolicz, Częstochowa. [3] Sosiński R., Nowak W., Rolicz P., Szczypiorowski A., 2007, Młyn elekromagnetyczny,
Zgłoszenie w UP RP z 08.06.2007 r., nr P382610, Polska.
[4] Szczepaniak K., 2011, Badania nowego sposobu domielania przepływowego z wyko-rzystaniem młyna elektromagnetycznego w aspekcie przygotowania nadawy do flotacji, Sprawozdanie IMN nr 6943/2011, Gliwice.
[5] Szczepaniak K., 2013, Badania nad poprawą efektywności flotacji półproduktów o zróżni-cowanych charakterystykach wzbogacalności wskutek domielania w zmodernizowanym młynie elektromagnetycznym, Sprawozdanie IMN nr 7135/2013, Gliwice.
