Spezifikationen des Mahlkreislaufs für die Erzaufbereitung

Die Spezifikationen des Mahlkreislaufs sind das Rückgrat jedes mineralverarbeitenden Fließschemas, denn die Mühle bestimmt die Partikelgrößenverteilung, mit der alle nachgelagerten Einheiten arbeiten müssen. Ein Spezifikationsdokument ist kein Marketingblatt, sondern eine präzise Aufzeichnung der Anforderungen, die eine Mühle erfüllen muss. Wer diese Zahlen bereits in der Planungsphase richtig festlegt, erspart sich jahrelange Probleme im Betrieb.

Dieser Leitfaden erklärt, wie Spezifikationen für Mahlkreisläufe erstellt und wie sie gelesen werden. Er behandelt die Kreislaufkonfiguration, die wichtigsten Parameter einer Kugelmühle, die Produktziele, die nachgelagerte Stufen fordern, sowie die Dimensionierungsmethode, die Durchsatz mit Leistung verbindet. Der Leitfaden endet mit praktischen Fragen und einem Rechenbeispiel aus realen Projekten.

1. Konfigurationen des Mahlkreislaufs und ihre Spezifikationen

Drei Konfigurationen decken die meisten Aufbereitungsanlagen ab, und jede erzeugt ein anderes Spezifikationsblatt. Ein einstufiger geschlossener Kreislauf verbindet eine Mühle mit einem Klassierer oder Hydrozyklon in einem Kreislauf – die einfachste Anordnung. Zweistufige geschlossene Kreisläufe teilen die Grob- und Feinmahlung auf zwei Mühlen auf, was sich für harte Erze eignet, die ein feines Produkt benötigen. Eine SAG-Mühle gefolgt von einer Kugelmühle verarbeitet große Mengen variablen Erzes in einer kürzeren Linie.

Diese Kreisläufe erreichen je nach Erz und Anlagengröße Durchsatzraten von 100 tpd bis 100.000 tpd. Die Spezifikation für die Mahlkreislaufkapazität muss daher die Auslegungstonnage klar angeben. Die Kapazität wird üblicherweise sowohl in Tonnen pro Stunde als auch in Tonnen pro Tag angegeben, und beide Werte müssen mit den angenommenen Betriebsstunden übereinstimmen.

Die Klassierung ist die andere Hälfte des Kreislaufs. Hydrozyklone sind die Standardwahl für die Feinmahlung und trennen den Mühlenaustrag in ein Überlaufprodukt und einen Unterlauf, der zur Mühle zurückgeführt wird. Spiral Klassierer oder Siebe können für gröbere Aufgaben oder für Erze, die empfindlich auf Schlamm reagieren, verwendet werden. Unabhängig vom gewählten Gerät bestimmen dessen Trenngrenze und Umlauflast die Produktgröße, die der Kreislauf halten kann.

Eine gut ausgearbeitete Spezifikation legt daher vier Dinge gleichzeitig fest: die Frischaufgaberate, die Aufgabegröße, die Zielproduktgröße und das Klassiergerät. Alles andere im Dokument folgt aus diesen vier Eckpfeilern.

2. Kugelmühlenspezifikationen und Schlüsselparameter

Eine Kugelmühlenspezifikation ist eine Liste von Abmessungen und Aufgaben, die gemeinsam definieren, wie die Maschine funktionieren wird, und die Kugelmühlenparameter sind das, was ein Ingenieur zuerst liest. Schalendurchmesser und -länge bestimmen das Innenvolumen, das wiederum die Verweilzeit für eine gegebene Zufuhrrate festlegt. Amill Machinery Equipment arbeitet aus diesem Grund mit dem effektiven Volumen statt dem Schalenvolumen, weil der nutzbare Raum nach Abzug von Auskleidungen und Mahlkörpern tatsächlich die Verweilzeit bestimmt.

Die Rotationsgeschwindigkeit wird normalerweise als Prozentsatz der kritischen Geschwindigkeit angegeben, der Geschwindigkeit, bei der die Mahlkörper gegen die Schale zentrifugieren würden. Die meisten Kugelmühlen laufen irgendwo zwischen etwa 65 und 78 Prozent der kritischen Geschwindigkeit, und dieser Bereich balanciert die Kataraktwirkung, die grobe Partikel bricht, gegen den Abrieb, der Feinstoffe mahlt. Zu langsam und die Mahlkörper gleiten nur, während zu schnell die Kugeln an der Schale haften und keine nützliche Arbeit leisten. Diese Kugelmühlenparameter werden zusammen gelesen.

Die Kugelfüllungsmasse wird in Tonnen angegeben und üblicherweise als Prozentsatz des Innenvolumens der Mühle ausgedrückt, typischerweise zwischen 30 und 45 Prozent. Der Kugeldurchmesser und die Größenverteilung, bekannt als Kugelfüllungszusammensetzung, werden anhand der Aufgabegröße und des Zielprodukts festgelegt. Große Kugeln zerkleinern das grobe Aufgabegut, während kleinere Kugeln die feineren Fraktionen mahlen, weshalb die meisten Mühlen eine abgestufte Füllung führen.

Die Auskleidungsgestaltung beeinflusst Hubwirkung, Verschleißlebensdauer und Leistungsaufnahme. Die Betreiber wählen je nach Erz und Einsatzbedingungen zwischen Wellen-, Heber- und Gummi-Profilen. Die Motorleistung, ausgedrückt in Kilowatt, ist der zentrale Kugelmühlenparameter, der alle geometrischen Größen mit dem erreichbaren Durchsatz verbindet. Die Austragsanordnung, entweder als Gitter- oder Überlauftyp, steuert, wie schnell das Material die Mühle verlässt.

Die folgende Tabelle fasst die Parameter zusammen, die eine typische Kugelmühlen-Spezifikation angeben muss. Die aufgeführten Werte sind übliche Planungsbereiche für den mineralverarbeitenden Betrieb, und jedes Projekt sollte seine eigenen Kugelmühlenparameter auf Basis von Versuchsarbeiten festlegen.

Jede Zeile in dieser Tabelle interagiert mit den anderen, sodass eine Änderung eines Wertes in der Regel eine Überarbeitung der übrigen Werte erzwingt. Die Dimensionierung erfolgt nie isoliert, und eine korrekte Spezifikation zeigt die Kompromisse auf, anstatt eine einzelne feste Antwort zu liefern.

3. Mahlproduktspezifikationen und Zielgröße

Die Produktspezifikation wird rückwärts vom nachgelagerten Prozess aus geschrieben, da die Mühle dazu dient, Flotation, Schwerkraft- oder Cyanidlaugung in der richtigen Größe zu versorgen. Die übliche Einheit ist P80, die Siebgröße, durch die 80 Prozent des Produkts hindurchgehen, und sie ist die wichtigste Zahl auf dem Datenblatt. Für Flotation und Cyanidlaugung von Gold- und Kupfererzen ist ein P80 zwischen 75 und 150 Mikrometern üblich, obwohl bestimmte Lagerstätten außerhalb dieses Bereichs liegen können.

Feineres Mahlen setzt mehr Mineral frei, kostet jedoch weit mehr Energie und erzeugt mehr Schlämme, die Flotation und Eindicker stören. Das optimale P80 ist daher die gröbste Größe, die immer noch die Zielausbeute erreicht, und dieser Punkt wird durch Testarbeiten und nicht durch Annahmen ermittelt.

Die Umlauflast und das Rückgutverhältnis beschreiben, wie viel Material durch die Mühle recycelt wird, und sie sind zuverlässige Indikatoren für die Stabilität des Kreislaufs. Eine Umlauflast von etwa 250 Prozent ist in geschlossenen Kugelmühlenkreisläufen üblich, und deutlich höhere Werte deuten in der Regel auf ein Klassierungsproblem oder eine überladene Mühle hin. Das Rückgutverhältnis beschreibt den Anteil der Mühlenaufgabe, der aus zurückgeführtem Überkorn und nicht aus frischer Aufgabe besteht.

Die Klassierungseffizienz misst, wie gut der Klassierer das Feingut vom groben Rückgut trennt, und ein schlechter Trennschnitt verschwendet Mahlenergie an Material, das bereits fein genug ist. Zusammen ermöglichen P80, Umlauflast und Klassierungseffizienz dem Bediener, zu beurteilen, ob der Mahlkreislauf seine Aufgabe erfüllt, ohne die Mühle jemals zu öffnen.

4. Dimensionierung der Mühle mit Bond-Arbeitsindex und Durchsatz

Die Mühlendimensionierung beginnt mit dem Bond-Kugelmühlen-Arbeitsindex, einem Labormaß dafür, wie viel Energie das Erz benötigt, um von einer Korngröße auf eine andere gemahlen zu werden. Der Index wird in Kilowattstunden pro Tonne ausgedrückt und ermöglicht es einem Ingenieur, den spezifischen Energiebedarf für eine bestimmte Zerkleinerung abzuschätzen. Daraus folgt die erforderliche Motorleistung direkt aus dem Durchsatz.

Die Berechnung ist unkompliziert, sobald die Zahlen bekannt sind. Multiplizieren Sie die spezifische Mahlenergie, üblicherweise in Kilowattstunden pro Tonne, mit dem Auslegungsdurchsatz in Tonnen pro Stunde, um die erforderliche Leistung in Kilowatt zu erhalten. Da der Durchsatz oft in Tonnen pro Tag angegeben wird, bringt eine schnelle Division durch die Betriebsstunden den Wert auf dieselbe Basis.

Ein durchgerechnetes Beispiel verdeutlicht dies. Wenn ein Erz etwa 14 Kilowattstunden pro Tonne benötigt, um die Ziel-P80 zu erreichen, und die Anlage 2.000 Tonnen pro Tag über 20 Stunden verarbeitet, beträgt die stündliche Rate etwa 100 Tonnen pro Stunde. Die Multiplikation der beiden Werte ergibt ungefähr 1.400 Kilowatt erforderlicher Mahlleistung, was dann die Motorgröße mit einem moderaten Zuschlag für Verluste festlegt.

Zwei Überprüfungen schließen dann den Kreislauf. Erstens: Bestätigen Sie, dass das gewählte Mühlenvolumen genügend Mahlkreislaufkapazität für die Verweilzeit bietet, die sich aus der Umlauflast ergibt. Zweitens: Bestätigen Sie, dass die Kugelfüllung und die Drehzahl zur Erzhärte passen. Unser Team bei Henan Amill Machinery Equipment Co Ltd führt diese Berechnungen der Mahlkreislaufkapazität während der Geräteauswahl durch.

4.1 Umrechnung zwischen Tonnen pro Stunde und Tonnen pro Tag

Die Kapazität wird sowohl stündlich als auch täglich angegeben, und die Umrechnung hängt vollständig von den angenommenen Betriebsstunden ab. Eine Mühle mit einer Leistung von 100 Tonnen pro Stunde liefert bei 24-stündigem Betrieb etwa 2.400 Tonnen pro Tag, aber nur etwa 1.600 Tonnen pro Tag, wenn Verfügbarkeit und Wartung auf 16 Stunden begrenzt sind. Die Spezifikationen müssen die Annahme zur Kapazität des Mahlkreislaufs angeben, sonst wirken die beiden Zahlen inkonsistent und führen zu kostspieligen Fehlern.

Verfügbarkeitsfaktoren sind ebenso wichtig wie die Rechenoperation, da Auskleidungswechsel und Wartung produktive Stunden vom Kalender entfernen. Anlagen planen mit einer realistischen Verfügbarkeit statt eines theoretischen Maximums, und diese Zahl gehört auf das Datenblatt neben die Tonnage.

5. Abstimmung des Mahlprodukts auf die Anforderungen nachgelagerter Prozesse

Die Produktgröße aus der Mühle muss der Freilegungsgröße entsprechen, die jeder nachgelagerte Prozess benötigt, und diese Anforderungen sind selten identisch. Die Flotation bevorzugt in der Regel einen gröberen Mahlgrad als die Cyanidlaugung, da übermäßiges Mahlen Schlämme erzeugt, die die Ausbeute verringern und das Konzentrat verdünnen. Ein Cyanidlaugungskreislauf hingegen verlangt oft ein feineres Produkt, damit Gold schnell der Laugungslösung ausgesetzt ist.

Wenn eine Anlage ein einzelnes Erz über beide Wege verarbeitet, muss die Mahlvorgabe die strengere der beiden Anforderungen erfüllen, ohne die andere zu beeinträchtigen. Konstrukteure legen oft einen mittleren P80-Wert fest und akzeptieren einen geringen Rückgewinnungsverlust in einer Stufe, oder sie installieren eine Nachmühle vor der Stufe, die feineres Aufgabegut benötigt. Die Wahl hängt vom Erz und dem Wert des Metalls ab.

Die Schwerkrafttrennung liegt am groben Ende und benötigt eine ziemlich breite Korngrößenverteilung, damit grobes Gold erfasst werden kann, bevor es zu fein gemahlen wird, um es zurückzugewinnen. Dies ist einer der Gründe, warum Schwerkraftgeräte oft direkt in den Mahlkreislauf integriert werden, und eine Mühle, die ausschließlich für feine Flotationsaufgabe spezifiziert ist, kann weniger grobes Gold zurückgewinnen.

Wasserchemie und Pulpedichte gehen ebenfalls mit der Produktspezifikation einher, da Eindicker und Laugungsbehälter eine konstante Aufgabedichte benötigen, um gut zu funktionieren. Ein Mahlkreislauf, der stark in der Dichte schwankt, stört alles nachgelagerte, egal wie gut seine Korngrößenverteilung ist.

Vor einigen Jahren betrieb ein Kupfer-Gold-Betrieb in Südamerika eine Kugelmühle, die für einen P80 von etwa 120 Mikrometern ausgelegt war, mit einer Umlauflast von nahezu 260 Prozent und einer installierten Leistung von rund 1.800 kW. Die Flotationsausbeute für Kupfer lag bei etwa 88 Prozent, und der Goldanteil im Konzentrat blieb hinter den Erwartungen zurück. Testarbeiten zeigten, dass der Mahlgrad für das Gold zu grob war, weshalb das Projekt eine Nachmahlmühle hinzufügte und den primären P80 auf etwa 75 Mikrometer verschärfte. Die Kupferausbeute stieg auf etwa 91 Prozent, und die Goldausbeute verbesserte sich um rund drei Prozentpunkte, während die zusätzliche Leistung durch die vorhandene Motorenreserve abgedeckt wurde.

Ein zweiter Fall betraf vor einiger Zeit ein afrikanisches Golderz, das härter war als der in der Konstruktion angenommene Arbeitsindex. Amill Machinery überprüfte den Bond-Arbeitsindex des neuen Erzes erneut, berechnete die Leistungsaufnahme anhand des gemessenen Werts statt der ursprünglichen Annahme neu und bestätigte, dass die Mühle bei einem konstruktiven P80 von 100 Mikrometern mit etwa 900 kW ausgelegt war. Das Werk hatte Schwierigkeiten, diese Korngröße zu halten, da das Erz härter wurde.

6. FAQ: Mahlkreislauf-Spezifikationen

Diese Fragen spiegeln die Punkte wider, die Anlagenbesitzer und Metallurgen am häufigsten ansprechen, wenn sie eine Mahl-Spezifikation überprüfen. Die Antworten gehen von typischem Hartgesteinsbetrieb aus, passen Sie die Zahlen daher an Ihre eigenen Erz- und Testergebnisse an, bevor Sie eine Ausrüstungsbestellung aufgeben.

6.1 Was muss ein Spezifikationsblatt für einen Mahlkreislauf enthalten?

Ein vollständiges Spezifikationsblatt für einen Mahlkreislauf sollte die Frischaufgaberate, die Aufgabegröße, die Zielproduktgröße als P80-Wert und die Klassieranlage angeben. Es sollte die Mühlenabmessungen, das effektive Volumen, die Drehzahl, das Kugelfüllungsgewicht, den Kugeldurchmesserbereich, die Auskleidungsart, die Motorleistung in Kilowatt und die Austragsanordnung enthalten. Die Umlauflast und die angenommenen Betriebsstunden gehören ebenfalls auf das Blatt.

Ohne diese Zahlen ist das Dokument eher ein Katalogeintrag als eine Spezifikation und kann nicht gegen das Erz oder die nachgelagerte Aufgabe geprüft werden. Amill Machinery Equipment erstellt diese Blätter auf Basis von Testdaten.

6.2 Wie beeinflussen Kugelmühlenparameter die Produktgröße?

Die Parameter der Kugelmühle steuern die Produktgröße über drei Haupthebel: Mühlendrehzahl, Kugelfüllung und Kugeldurchmesser. Eine Drehzahl nahe dem oberen Ende des üblichen Bereichs erhöht die Kataraktwirkung und erzeugt ein feineres Produkt, während eine niedrigere Drehzahl mehr grobes Material zurücklässt. Eine abgestufte Kugelfüllung mit großen und kleinen Kugeln mahlt sowohl grobe als auch feine Fraktionen, daher muss die Nachfüllung auf den Aufgabegut und die Zielgröße abgestimmt sein.

Längere Trommeln und höhere Füllungsgrade bieten mehr Mahlenergie und ein feineres Produkt, erhöhen jedoch auch den Leistungsbedarf und den Verschleiß der Auskleidung. Die richtigen Kugelmühlenparameter ergeben sich aus Versuchsarbeit und nicht aus einer festen Regel.

6.3 Wie wird die Kapazität des Mahlkreislaufs aus dem Durchsatz berechnet?

Die Kapazität des Mahlkreislaufs wird berechnet, indem zunächst die spezifische Mahlenergie für das Erz, üblicherweise aus dem Bond-Arbeitsindex, ermittelt und dann mit dem Auslegungsdurchsatz in Tonnen pro Stunde multipliziert wird. Dieses Produkt ergibt die erforderliche Motorleistung in Kilowatt. Wenn der Durchsatz in Tonnen pro Tag angegeben ist, teilen Sie ihn durch die angenommenen Betriebsstunden, um ihn auf eine stündliche Basis zu bringen, bevor Sie multiplizieren.

Anschließend wird ein Aufschlag für Wirkungsgradverluste und Lastspitzen hinzugefügt, und das Mühlenvolumen wird gegen die Verweilzeit geprüft, die sich aus der Umlauffracht ergibt. Da die Tagesmenge von den Betriebsstunden abhängt, muss die Annahme klar angegeben werden, sonst stimmen die beiden Kapazitätsangaben nicht überein.

6.4 Warum ist P80 wichtiger als ein einzelner Größenwert?

P80 ist wichtig, weil keine Mühle eine einheitliche Partikelgröße erzeugt, sodass ein Trennpunkt, der die Größe beschreibt, durch die 80 Prozent des Produkts hindurchgehen, weitaus nützlicher ist als ein Durchschnittswert. Er steht in direktem Zusammenhang mit der Aufschließung, da der grobe Schwanz der Verteilung oft Mineralien enthält, die noch mit Gangart verbunden sind. Nachgeschaltete Einheiten wie Flotationszellen und Laugungsbehälter werden dann um diesen P80 und die dahinterliegende Verteilung herum ausgelegt.

Feinere P80-Werte erhöhen den Energiebedarf und den Verschleiß, daher wird das Ziel in der Regel als die gröbste Korngröße festgelegt, die noch die erforderliche Ausbeute erreicht, und geeignete Kugelmühlenparameter folgen aus diesem Ziel. Nur durch Testarbeit lässt sich dieser Wert zuverlässig bestimmen.

6.5 Wie sollte die Mahlfeinheit auf die Anforderungen der Flotation und der CIL-Beschickung abgestimmt sein?

Die Mahlfeinheit sollte die strengere der nachgelagerten Anforderungen erfüllen, da Flotation und CIL selten identische Produkte verlangen. Die Flotation bevorzugt in der Regel eine gröbere Beschickung, die Feinstoffe begrenzt und die Konzentratqualität schützt, während CIL oft eine feinere Beschickung wünscht, damit sich Gold schnell in der Laugungslösung löst. Wenn eine Anlage beide Prozesse bedient, setzen die Konstrukteure entweder einen mittleren P80-Wert fest oder installieren eine Nachmahlmühle vor der feineren Stufe.

Die Schwerkrafttrennung liegt am gröberen Ende und profitiert von einer breiten Partikelgrößenverteilung, weshalb Schwerkraftgeräte oft direkt im Mahlkreislauf integriert sind. Die Abstimmung des Produkts auf jede nachgelagerte Stufe ist der eigentliche Kern der Spezifikation.