این جلسه با موضوع بررسی نقش رطوبت در خوراک آسیاهای غلتکی فشار بالا (HPGR) خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷برگزار شد؛ موضوعاتی که در این جلسه موردبحث قرار گرفتند به شرح ذیل هستند:

• معرفی مدار خردایش ابتدای خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷
• مشخصات آسیاهای غلتکی فشار بالا
• بررسی عوامل موثر بر عملکرد آسیاهای غلتکی فشار بالا
• بررسی رطوبت خوراک آسیاهای غلتکی فشار بالا و اقدامات انجام شده

معرفی مدار بخش خردایش ابتدای خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷

در خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷ آسیای غلتکی فشار بالای ابتدای خط توسط چهار خوراک‌دهنده واقع در زیر مخزن نوسان‌گیر خوراک‌دهی می‌شود که این آسیا در یک مدار بسته با سرند لرزان دوطبقه قرار دارد. مواد باقی‌مانده روی طبقه اول سرند ریجکتی، مواد عبوری از طبقه اول و باقی‌مانده روی طبقه دوم آن بار برگشتی به آسیای غلتکی فشار بالا و مواد عبوری از طبقه دوم سرند وارد آسیای گلوله‌ای می‌شوند. پس از خردایش در آسیای گلوله‌ای محصول روی سرند ترومل ریخته و مواد بزرگتر از رونه سرند که ابعاد آن‌ها بزرگتر از ۵ میلی‌متر می‌باشد به عنوان بار برگشتی مجددا به آسیای گلوله‌ای بازمی‌گردند. مواد عبوری از سرند ترومل نیز خوراک جداکننده‌های مغناطیسی بخش پیش‌پر‌عیارکنی را تشکیل می‌دهند که باطله این بخش باطله نهایی و کنسانتره آن برای طبقه‌بندی وارد خوشه هیدروسیکلون‌ها می‌گردد. ته‌ریز هیدروسیکلون‌های خطوط ۵، ۶ و ۷ وارد آسیای گلوله‌ای شده و سرریز برای جدایش وارد جداکننده‌های مغناطیسی بخش پرعیارکنی اولیه می‌گردند. شکل۱.

شکل۱. مدار بخش خردایش خطوط تولید کنسانتره  ۵، ۶ و ۷

مشخصات آسیاهای غلتکی فشار بالا و عوامل موثر بر عملکرد آن‌ها

آسیای غلتکی فشار بالا از یک غلتک ثابت و یک غلتک متحرک که بر روی یاتاقان می‌چرخند، دو موتور برای تأمین نیروی لازم جهت چرخاندن غلتک‌های آسیا، دو میل‌گاردان که وظیفه انتقال نیروی موتورها به غلتک‌ها را بر عهده دارند، یک سیستم هیدرولیکی شامل دو سیلندر و پیستون برای تأمین نیروی پشت غلتک متحرک، دو سیستم کاهش دنده (گیربکس)، دو کوپل اطمینان که در مواقعی مانند ورود قطعه فلزی به داخل آسیا ارتباط بین موتور و گیربکس را قطع کند، دو صفحه مانع (Cheek plate) که از میان‌بر زدن مواد در لبه‌های غلتک جلوگیری می‌کند و یک قاب که تجهیزات درون آن قرار می‌گیرند تشکیل شده است. مشخصات آسیاهای غلتکی فشار بالای ابتدای خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷ در جدول۱ آمده است.

جدول۱. مشخصات آسیاهای غلتکی فشار بالای ابتدای خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و۷

عملکرد مناسب یک HPGR زمانی حاصل می‌شود کـه علیـرغم نوسـانات پیوسته خوراک، محصولی تقریباً همگن و با ویژگی‌های مورد نظر ارائه دهـد که رسیدن بـه ایـن هـدف در گـروی کنترل و برقراری توازن میان پارامترهایی است که بر کارایی کلی فرایند مؤثر می‌باشند. بـه طـور کلـی پارامترهای موثر بر عملکرد HPGR در شکل۲ نشان داده شده است.

شکل۲. عوامل موثر بر عملکرد آسیای غلتکی فشار بالا

رطوبت خوراک ورودی به آسیاهای غلتکی فشار بالا، یکی از پارامترهای بسیار تأثیرگذار بر کارآیی خردایش آن‌ها است. طبق پژوهش‌های انجام شده، رطوبت بین ۳ الی ۵ درصد برای خوراک HPGR اولیه، بالاترین کارآیی خردایش را ایجاد می‌کند. رطوبت بیش از این حد، باعث سر خوردن مواد می‌شود و درنتیجه سایش غلتک‌ها را افزایش می‌دهد. رطوبت کمتر نیز باعث کاهش ضخامت لایه خود محافظتی روی غلتک‌ها می‌شود. درنتیجه، افزایش و کاهش رطوبت نسبت به رطوبت استاندارد باعث کاهش کارآیی خردایش می‌شود. رطوبت خوراک بر متغیرهای عملیاتی و طراحی آسیای غلتکی فشار بالا، ماهیت توزیع اندازه محصول، و راندمان انرژی خرد کردن تأثیر دارد. فاصله بین غلتک‌ها با افزایش رطوبت خوراک کاهش می‌یابد. در سطوح انرژی پایین، انرژی ویژه اندازه گیری شده با افزایش رطوبت در خوراک کاهش می یابد، اما در سطوح انرژی بالاتر افزایش می یابد. در سطوح پایین انرژی اعمال شده، تولید ذرات ریزدانه با افزودن رطوبت به سیستم تا حدودی کاهش می یابد. در نیروهای فشاری اعمال شده کم، و در نتیجه انرژی ویژه اعمال شده کم، میزان خرد شدن با افزایش رطوبت کاهش می یابد. در نیروهای فشاری اعمال شده بیشتر، با افزایش سطح رطوبت، راندمان شکستن ذرات درشت بیشتر می شود. همچنین در سطوح بالاتر انرژی اعمال شده، نسبت کاهش با افزایش رطوبت خوراک به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد شکل۳.

شکل۳. رابطه بین نسبت کاهش و رطوبت در نیروهای فشاری مختلف

غلتک‌های میخچه‌دار نسبت به انوع صاف حساسیت کمتری به رطوبت خوراک دارند. بعلاوه، تأثیر رطوبت بر ذرات ریز به دلیل تخلخل کمتر، بیشتر از ذرات درشت است. معمولاً حد مجاز رطوبت برای کانه‌های خام طلا، مس و آهـن ۵-۳  درصد، است. افزایش رطوبت تأثیر قابل توجهی بر بخش ریز دانه محصول نـدارد. تغییرات رطوبت بیشترین تأثیر را بر بخـش دانـه درشـت محـصول دارد. در سطوح پایین انرژی، برونرانی حضور ذرات درشت در محصول را افزایش میدهد؛ ولی بـا افـزایش رطوبـت و انرژی، خردایش ذرات درشت افزایش یافته و مقدار آن‌ها در محصول به شدت کاهش می‌یابد. بنابراین یکی از پارامترهای بسیار تأثیرگذار بر کارآیی خردایش HPGR رطوبت خوراک آن است که کمتر مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. با توجه به نقش رطوبت در خوراک آسیاهای غلتکی فشار بالا و اهمیت آن در این اراپه رطوبت خوراک آسیاهای غلتکی فشار بالای خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷ مورد بررسی قرار گرفت.

بررسی رطوبت خوراک ورودی به آسیاهای غلتکی فشار بالا و اقدامات انجام شده

به منظور بررسی رطوبت خوراک آسیاهای غلتکی فشار بالای ابتدای خطوط از نوار ورودی به آن‌ها نمونه‌هایی گرفته شد که پس از توزین آن‌ها به مدت ۴ ساعت داخل خشک‌کن آزمایشگاهی قرار گرفته و مجددا وزن آن‌ها اندازه‌گیری شد که نتایج مقدار رطوبت بدست آمده در جدول ۲ آمده است.

جدول۲.مقدار رطوبت خوراک آسیاهای غلتکی فشار بالا

این مقدار پایین رطوبت خوراک موجب بوجود آمدن مشکلاتی مانند تشکیل نشدن لایه خودحفاظتی روی غلتک‌ها و سایش زمینه آن‌ها شده است که در نهایت منجر به تعویض زودهنگام غلتک‌ها خواهد شد شکل۴. تشکیل یک لایه محافظ روی سطح غلتک‌ها برای جلوگیری از سایش بیش از حدآن‌ها ضروری است و توزیع اندازه و رطوبت خوراک باید طوری کنترل شود که این لایه تشکیل شود. هنگامی که آسیای غلتکی فشار بالا بدون تشکیل یک لایه محافظ کار کند، میزان سایش زمینه آن بیشتر از سایش میخچه‌ها است که باعث می‌شود شکستگی میخچه‌ها افزایش یابد.

شکل۴. تشکیل نشدن لایه خودحفاظتی و سایش زمینه غلتک‌ها

طی بررسی‌هایی که انجام شد مشخص گردید که برای افزایش رطوبت خوراک، اردکی‌هایی روی نوار ورودی به آسیاهای غلتکی فشار بالا قرارگرفته است که از آن‌ها استفاده‌ای نمی‌شود. همچنین در صورت استفاده از این اردکی‌ها تنها رطوبت سطح بالایی مواد افزایش می‌یابد و رطوبت موادی که از مخزن نوسان‌گیر به خطوط خوراک‌دهی می‌شوند و دارای ذرات ریزتر با سطح ویژه بالاتر هستند افزایش پیدا نخواهد کرد. بنابراین تصمیم گرفته شد تا پیش از اضافه شدن بار برگشتی نیز افشانه‌ایی روی نوار نصب شوند. شکل۵ نوار ورودی به آسیای غلتکی فشار بالا و محل نصب افشانه‌ها و اردکی‌ها را نشان می‌دهد. با پیگیری‌های انجام شده در خطوط ۵ و ۷ لوله شکسته شده در محل نصب افشانه‌های جدید تعمیر و دو افشانه آب در محل اشاره نصب شدند شکل۶.

شکل۵. محل نصب افشانه‌ها و اردکی‌ها

شکل۶. نصب افشانه‌های آب در خط۷

با توجه به نصب افشانه‌های جدید در خطوط ۵ و ۷ و وجود اردکی‌ها در خطوط ۶ و ۷ وضعیت تجهیزاتی که برای افزایش رطوبت، آب به نوار ورودی آسیاهای غلتکی فشار بالا اضافه می‌کنند در جدول ۳ آمده است. با این وجود از اردکی‌های خط۶ به دلیل گرفتگی نمی‌توان استفاده کرد و اردکی‌های خط ۷ نیز نیاز به تنظیم زاویه پاشش دارند تا آب به بیرون نوار نریزد. همچنین از دو افشانه نصب شده روی نوار این خط تنها یک عدد موجود است شکل۷.

جدول۳. وضعیت اردکی‌ها و افشانه‌ها در خطوط ۵، ۶ و ۷

شکل۷. ۱) استفاده از یک افشانه در خط۷ ۲) تنظیم نبودن زاویه اردکی‌ها ۳) گرفتگی اردکی‌های خط ۶

پس از پیگیری رفع این مشکلات در خط ۷ برای بررسی افزایش رطوبت، یک لوله آب دیگر که دارای چند سوراخ است روی نوار این خط تعبیه شد شکل۸. پس از نصب این لوله در حالت‌های مختلف اضافه شدن آب به روی نوار از خوراک نمونه‌گیری شد و وزن آن‌ها اندازه‌گیری شد. نمونه‌ها به مدت ۴ ساعت داخل خشک‌کن آزمایشگاهی قرار گرفته و مجددا وزن شدند. نتایج این آزمایش در جدول۴ آمده است.

شکل۸. لوله آب جدید اضافه شده روی نوار پس از اردکی‌ها

جدول۴. نتایج محاسبه رطوبت در شرایط مختلف

طبق نتایج بدست آمده با افزودن آب توسط افشانه‌ها، اردکی‌ها و لوله آب جدید رطوبت خوراک ۶/۱ درصد افزایش می‌یابد. این افزایش رطوبت سبب تشکیل لایه خودحفاظتی روی غلتک‌های آسیا و افزایش توان موتورهای آسیا شده است که نشان‌دهنده خردایش بیشتر مواد است شکل۹.

شکل۹. تشکیل لایه خودحفاظتی روی غلتک‌ها و افزایش توان موتورهای آسیا با افزایش رطوبت

این جلسه با موضوع بررسی چالش‌های عملیاتی آسیای غلتکی فشار بالا (HPGR) برگزار شد؛ موضوعاتی که در این جلسه موردبحث قرار گرفتند به شرح ذیل هستند:

1. معرفی مدار خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷
2. مکانیزم خردایش در آسیای غلتکی فشار بالا و نواحی آسیاکنی بین غلتک‌های آن
3. چالش‌های عملیاتی آسیای غلتکی فشار بالای ابتدای خطوط
4. اقدامات انجام شده در خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و۷
5. بررسی حلقه کنترلی آسیای غلتکی فشار‌بالا

معرفی مدار خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷

خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و ۷ (شکل۱) از سه خط موازی و مشابه هم تشکیل شده است. در ابتدای هر خط یک مخزن وجود دارد که خوراک‌دهی به آسیای غلتکی فشار بالای ابتدای خط را انجام می‌دهد. مواد پس از خردایش در این آسیا وارد یک سرند لرزان دوطبقه خواهند شد که پس از طبقه‌بندی توسط سرند‌، به سه دسته ذرات بزرگ‌تر از ۵۰ میلی‌متر، ۵۰-۸ میلی‌متر و کوچک‌تر از ۸ میلی‌متر تقسیم‌بندی می‌شوند که به ترتیب مواد بافی مانده روی طبقه اول سرند (ریجکتی)، بار برگشتی ‌به ‌HPGR‌ و ‌خوراک‌آسیای‌گلوله‌‌ای را تشکیل می‌دهند. ‌مواد پس از خردایش در آسیای گلوله‌ای وارد چهار جداکننده مغناطیسی تر شدت متوسط (مرحله کوبر) می‌شود که هدف این بخش، جدا کردن ذرات فاقد خاصیت مغناطیسی و ارسال آن‌ها به باطله نهایی است. کنسانتره جداکننده‌ مرحله کوبر که حاوی ذرات با خاصیت مغناطیسی کم تا زیاد است، برای طبقه‌بندی به هیدروسیکلون منتقل می‌شود. ته‌ریز هیدروسیکلون (ذرات درشت و قفل‌شده) برای رسیدن به درجه آزادی مطلوب به آسیای گلوله‌ای برگردانده می‌شود و سرریز هیدروسیکلون به جداکننده‌های مغناطیسی پرعیارکنی اولیه ارسال می‌شود. در این مرحله، از سه جداکننده مغناطیسی تر با شدت کم استفاده شده است. کنسانتره این بخش برای رسیدن به عیار مدنظر، وارد سه جداکننده‌های مغناطیسی تر شدت پایین (مرحله شستشو) می‌شود. کنسانتره مرحله شستشو برای سولفورزدایی وارد سلول‌های فلوتاسیون می‌شود. روش فلوتاسیون در این کارخانه، از نوع فلوتاسیون معکوس است، یعنی سولفور شناور می‌شود و مواد با ارزش (کنسانتره آهن) به‌عنوان باطله از آخرین سلول خارج می‌گردد. باطله مراحل پرعیارکنی اولیه و شستشو و نیز بخش شناور شده مرحله فلوتاسیون، جهت آبگیری و ارسال به تیکنرهای باطله، وارد مخزن شماره ۸ می‌شود. کنسانتره آهن پس از رسیدن به حد مجاز عیار سولفور، برای آبگیری و ارسال به فیلترهای نواری ابتدا وارد سه جداکننده مغناطیسی‌ تر شدت پایین می‌شود. کنسانتره این بخش به ‌عنوان کنسانتره نهایی به سمت فیلترهای نواری ارسال می‌شود و باطله نیز برای جلوگیری از هدرروی مواد باارزش و نیز تأمین درصد جامد خوراک .جداکننده‌های مغناطیسی مرحله کوبر به مخزن محصول آسیا باز می‌گردد.

شکل۱: مدار تولید کنسانتره خطوط ۵، ۶ و ۷

مکانیزم خردایش در آسیای غلتکی فشار بالا و نواحی آسیاکنی بین غلتک‌های آن

در شکل۲ عملکرد نیروهای خردایش در آسیای غلتکی فشاربالا و سایر تجهیزات خردایش مقایسه شده است که تفاوت مکانیزم خردایش در آن‌ها را نشان می‌دهد.

شکل۲: مقایسه عملکرد نیروهای خردایش در آسیای غلتکی فشاربالا و سایر تجهیزات خردایش

 اصلی‌ترین علت این تفاوت وجود خردایش درون ذره‌ای در آسیای غلتکی فشار بالا است. خردایش درون ذره‌ای به مکانیزم خردایشی گفته می‌شود که در آن انتقال نیرو به ذره در بستر فشرده‌ای از مواد توسط ذرات احاطه‌کننده آن صورت می‌گیرد که می‌توان این مکانیزم حردایش را نوسط یک سیلندر و پیستون در آزمایشگاه شبیه‌سازی کرد (شکل۳).

شکل۳: آزمایش سیلندر و پیستون برای شبیه‌سازی حردایش درون ذره‌ای

بر اساس تغییر پروفیل فشار در امتداد طول غلتک‌های آسیای غلتکی فشار بالا، طول غلتک‌ها را می‌توان به دو ناحیه مرکزی و لبه تقسیم‌بندی نمود (شکل۴).

شکل۴: تقسیم بندی نواحی آسیاکنی بین غلتک‌ها

هر چه از مرکز غلتک‌ها به سمت لبه آن پیش برویم فشار کاهش یافته و ممکن است مواد بدون خردایش کافی از شکاف بین غلتک‌ها عبور کنند که علت آن وارد شدن نیرو به ذرات در بستر متراکم و انتقال نیرو از طریق تماس ذرات به یکدیگر در ناحیه مرکزی است که در ناحیه لبه وجود ندارد.

چالش‌های عملیاتی آسیای غلتکی فشار بالای ابتدای خطوط

برای بررسی چالش‌های آسیای غلتکی فشار بالای ابتدای خط مدل ۳ بعدی تجهیزات بالای آسیا در نرم‌افزار سالیدورکس رسم شد(شکل۵). در بالای قیف آسیا از سه حسگر وزن که با رنگ آبی مشخص شده‌اند برای تعیین ارتفاع مواد داخل قیف استفاده می‌شود که عملکرد نامناسب آن سبب بوجود آمدن مشکلاتی مانند تشکیل نشدن بستر مواد در بالای غلتک‌های آسیا و خردایش نامناسب مواد، برخورد مستقیم مواد با غلتک‌ها، سایش غلتک‌ها و تعویض زودهنگام آن‌ها می‌شود. در حالت کلی تجهیزاتی که در شکل۵ نمایش داده شده است و در بالای آسیا قرار دارند و وزن آن‌ها توسط حسگر وزن اندازه‌گیری می‌شود، نباید هیچ‌گونه اتصالی به محلی داشته باشند و باید همیشه حالت شناوری خود را حفظ کنند.

شکل۵: مدل ۳بعدی از تجهیزات بالای آسیای غلتکی فشار بالا

از مشکلاتی که در آسیاهای غلتکی فشار بالای ابتدای خطوط ۵، ۶ و ۷ مشاهده شد استفاده از یک حسگر وزن به جای استفاده از هر سه حسگر موجود می‌‌باشد (شکل۶) که باعث کاهش دقت اندازه‌گیری وزن و ارتفاع مواد داخل قیف خواهد شد.

شکل۶: استفاده از یک حسگر وزن برای اندازه‌گیری ارتفاع مواد داخل قیف

در قسمت بالای غلتک‌ها و زیر قیف یک صفحه هیدرولیکی (Slide gate) وجود دارد که هنگام کاهش ارتفاع مواد داخل قیف بسته می‌شود. در چهار سمت قیف بالای آسیا چهار چرخ تعبیه شده است تا در صورت لزوم بر روی ریل کنار آن قرار گرفته و از محل خود خارج گردد. در صورت اتصال این چرخ‌ها با ریل کنار آن، حسگر وزن ارتفاع مواد داخل قیف را به درستی نشان نخواهد داد. شکل ۷ چرخ‌های بالای قیف آسیا را هنگام اتصال با ریل و بدون اتصال با آن نمایش می‌دهد.

شکل۷: الف) اتصال نداشتن چرخ با ریل در یک سمت قیف ب) اتصال چرخ با ریل در سمت دیگر قیف

اقدامات انجام شده در خطوط تولید کنسانتره ۵، ۶ و۷

به منظور جلوگیری از خم شدن قیف بالای آسیای غلتکی فشار بالا به یک سمت و اتصال یافتن چرخ‌های مخزن با ریل کنار آن از یک شیم ۱۲ میلی‌متری در زیر حسگر وزن استفاده شد(شکل۸). با انجام این کار تعداد دفعات مشاهده برخورد مستقیم مواد با غلتک‌ها کاهش یافت.

شکل۸: شیم ۱۲ میلی‌متری در زیر حسگر وزن

همچنین با پیگیری‌های که انجام شد تمیزکاری زیر چرخ‌ها به صورت روزانه برای جلوگیری از گیر کردن سنگ در زیر چرخ‌ها و همچنین بررسی اتصال چرخ‌ها با ریل انجام می‌گردد (شکل۹).

شکل۹: تمیزکاری روزانه زیر چرخ‌ها برای جلوگیری از اتصال آن‌ها به ریل کنار آن

بررسی حلقه کنترلی آسیای غلتکی فشار‌بالا

حلقه کنترلی که در آسیای غلتکی خطوط ۵، ۶ و ۷ وجود دارد به این صورت است که ارتفاع مواد داخل قیف بالای آسیا با دور موتور آن در یک حلقه کنترلی قرار دارند. با کاهش ارتفاع مواد داخل قیف سرعت موتور آسیا کاهش و با افزایش آن سرعت موتور افزایش خواهد یافت. در صورت عملکرد نامناسب حسگر وزن که در بالای قیف وجود دارد و ارتفاع مواد داخل آن را اندازه‌گیری می‌کند، هنگامی که ارتفاع مواد داخل قیف کم است آن را بیشتر نشان داده و سرعت موتور نیز بیشتر خواهد شد که منجر به از دست رفتن بستر مواد در بالای غلتک‌ها و برخورد مستقیم مواد با غلتک‌ها خواهد شد. برای جلوگیری از این اتفاق، هنگامی که توان موتور آسیا بیش از حد کاهش پیدا کند صغحه هیدرولیکی بالای غلتک‌ها (Slide gate) بسته خواهد شد تا ارتفاع مواد افزایش پیدا کند. مشکلی که در این حلقه کنترلی وجود دارد به این صورت است که با کاهش توان موتور، برای جلوگیری از بسته شدن صفحه هیدرولیکی و توقف تولید، توان موتور روی عدد ثابتی تنظیم شده و حلقه کنترلی به صورت حلقه باز در خواهد آمد(شکل۱۰) که باعث برخورد مستفیم مواد با غلتک‌ها، سایش و تعویض زودهنگام آن‌ها و همچنین خردایش نامناسب مواد می‌شود.

شکل۱۰: حلقه کنترلی آسیای غلتکی فشار بالا و مشکلات آن