reichert-gutbettzerkleinerung-energiesparende technologien

Prof. Dr. Holger Lieberwirth und Mathis Reichert

GUTBETTZERKLEINERUNG –ENERGIESPARENDE TECHNOLOGIEN ZUR FEINZERKLEINERUNG

INSTITUT FÜRAUFBEREITUNGSMASCHINEN

Grundlagen der Gutbettzerkleinerung

Bruchphänomene bei der Druckbeanspruchung

Definition eines Gutbettes

Beanspruchung eines Gutbettes

Vorteile der Gutbettzerkleinerung

Maschinen zur Gutbettzerkleinerung

Wälzmühlen

Gutbettwalzenmühlen

Zusammenfassung

2

Gliederung

TU Bergakademie Freiberg | Institut für Aufbereitungsmaschinen | Lampadiusstraße 4, 09599 Freiberg | Telefon: 03731 / 39-2528 | http://tu-freiberg.de/fakult4/iam | Vortragender: Mathis Reichert | 20.06.2014




3

Primärbrüche

F

F

Feingutbereiche


Eine Anordnung von Partikeln bei der es zu Partikel-Partikel-Kontakten orthogonal zur Werkzeugoberfläche kommt, wird als Partikelbett oder Gutbett bezeichnet [SCHÖNERT1996].



4

Klassifizierung von Gutbetten

monodispers

polydispers mit Partikeln, die beide

Werkzeugoberflächen berühren

polydispers mit Partikeln, die kleiner

sind als der Werkzeug-

oberflächenabstand


Eine Anordnung von Partikeln bei der es zu Partikel-Partikel-Kontakten orthogonal zur Werkzeugoberfläche kommt, wird als Partikelbett oder Gutbett bezeichnet [SCHÖNERT1996].



5

Klassifizierung von Gutbetten

seitlich begrenzt seitlich unbegrenzt




6

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

h0

1




7

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

2




8

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

2




9

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

2




10

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

2




11

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

2




12

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

3




13

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

F

h0

hmax

3




14

Kra

ft F

Hub s

Gutbetthöhe h

send smax

hend hmax 0h0

h0

hmax hend

0

100

200

300

400

500

600

700

15 20 25 30

Kra

ft F

in k

N

Hub s in mm




15




16

niedrigerspezifischer

Energiebedarf

steile Partikelgrößen-

verteilung

guter mineralischer

Aufschluss Q3(

x) in

%

x in µm0 100 1000

0

100

50

optimalerFlotationsbereich

konventionelleZerkleinerung

Gutbett-zerkleinerung




17


Energiebedarf


verteilung

guter mineralischer

Aufschluss

Quelle Material Maschine Gutbett

Maschinekonventionell

verbesserterAufschluss

Clarke1989 Zinkerz HPGR Stabmühle jaMoersky1995 Chromerz HPGR Stabmühle neinApling1997 Blei-Zink-Erz Stempelpresse Stabmühle jaHoşten1997 Chromerz Stempelpresse Stabmühle jaApling2000 Blei-Zink-Erz Stempelpresse Stabmühle jaViljoen2001 Kupfer-, Nickelerz Wälzmühle Kugelmühle jaCelik2006 Klinker HPGR Kugelmühle jaVizcarra2008 Kupfererz Stempelpresse Prallmühle jaPalm2010 Kupfererz HPGR Kegelbrecher jaVizcarra2010 Kupfer-, Zinkerz Stempelpresse Prallmühle neinChapman2011 Platinerz HPGR Kegelbrecher jaOzcan2013 Kupfererz Stempelpresse DWT jaReichert2014 Eisenerz Wälzmühle Pebblemühle ja

Literaturübersicht zum Vergleich der Aufschlussverhältnissevon Gutbettzerkleinerung und konventioneller Zerkleinerung




18


Energiebedarf


verteilung

guter mineralischer

Aufschluss F F

Einzelpartikel-zerkleinerung

Gutbett-zerkleinerung

Zerkleinerung inSturzmühlen

30-60 J/m² 150-250 J/m² 350-500 J/m²

nicht machbar machbar

Flächenspezifischer Energiebedarf für die Zementmahlung

Quelle: Fuerstenau1992







Wälzmühlen


Zusammenfassung

19

Gliederung



Übersicht


20

Wälzmühlen

Stempelpresse



Wälzmühle


21

Mühlenparameter Mahlschüsseldrehzahl Flächenpressung Staurandhöhe Volumenstrom Sichterdrehzahl Temperatur nach Mühle Mühlendifferenzdruck

Aufgabematerial

Prozess-luft

Prozessluft+ Produkt



22

Wälzmühle

Einziehen undVerdichten

Grob-zerklein-erung

Fein-zerklein-erung

Expansion


Wälzmühle, Luftstrommodus


23

Quelle: Drunick2010


Wälzmühle, Überlaufmodus


24

Quelle: Drunick2010


Wälzmühle, schergeminderte Beanspruchung


25

Vorteile reduzierter Verschleiß reduzierter Leistungsbedarf steilere Partikelgrößenverteilung Verbesserung des Sortierprozesses


Wälzmühle, Beispiel


26

Zhairem, Kasachstan

Material Baryterz

Baujahr 2011

Schüsseldurchmesser 1,5 m

Walzen 2

max. Aufgabepartikel 50 mm

Materialfeuchte < 15%

Produkt 4% R71µm

Durchsatz 21 t/h

Spez. Arbeitsbedarf 14,5 kWh/t


Gutbettwalzenmühle


27

Mühlenparameter Flächenpressung Walzendrehzahl Nullspalt Materialsäule

Aufgabematerial

Produkt (Schülpen)


Gutbettwalzenmühle


28

Mühlenparameter Flächenpressung Walzendrehzahl Nullspalt Materialsäule

Quelle: Polysius

Quelle: Van Der Meer2010


Gutbettwalzenmühle


29


Gutbettwalzenmühle


30

Quelle: Polysius


Gutbettwalzenmühle


31

Quelle: Kleeberg2007

FertigmahlungVormahlung CombimahlungHybridmahlung

Produkt

Aufgabe


Gutbettwalzenmühle


32



ProduktAufgabe


Gutbettwalzenmühle


33



ProduktAufgabe


Gutbettwalzenmühle


34


ProduktAufgabe



Gutbettwalzenmühle


35

Quelle: Polysius


Gutbettwalzenmühle Wälzmühle

Beanspruchung Druck Druck + Scherung

Flächenpressung 3…4 MPa für Erze7…8 MPa für Zement 1 0,4…1,2 MPa

Partikelbelastung 50…250 MPa 2 3…25 MPa 2

Umfangsgeschwindigkeit im Walzenspalt 0,5…2,5 m/s 1 3…7 m/s

Vergleich der Beanspruchungsbedingungen


36

Quellen: (1) Erpelding 2014, (2) Unland 2005







Wälzmühlen


Zusammenfassung

37

Gliederung


Zusammenfassung


38

Nach der Einzelpartikelzerkleinerung ist die Gutbettzerkleinerung dasenergieeffizienteste Zerkleinerungsprinzip.

Die Gutbettzerkleinerung unterstützt steile Partikelgrößenverteilungen undselektive Zerkleinerung.

Industriell genutzte Maschinentypen zur Gutbettzerkleinerung sindWälzmühlen und Gutbettwalzenmühlen.

Mit Wälzmühlen können sehr große Zerkleinerungsschritte in einerkompakten Maschine erzielt werden. Sie bieten eine sehr guteProzesskontrolle und können flexibel auf sich ändernde Rahmenbedingungenreagieren.

Gutbettwalzenmühlen sind vergleichsweise einfach aufgebaut. Sie können zurFertigmahlung eingesetzt werden oder in Kombination mit einerkonventionellen Sturzmühle arbeiten.

Mit beiden Maschinentypen können Energieeinsparungen von bis zu 40%erreicht werden.

Apling1997 APLING, A. ; BWALYA, M.: Evaluating high pressure milling for liberation enhancement and energy saving. In: Minerals Engineering 10 (1997), Nr. 9, S. 1013–1022. – ISSN 08926875

Apling2000 APLING, A.C.; RAISSI, A.: Evaluation of enhanced liberation by comminution under high pressure. In: Transactions of the Institutions of Mining and Metallurgy, Section C: Mineral Processing and Extractive Metallurgy 109 (2000), S. C117–C120. – ISSN 03719553

Celik2006 CELIK, I.B. ; ONER, M.: The influence of grinding mechanism on the liberation characteristics of clinker minerals. In: Cement and Concrete Research 36 (2006), Nr. 3, S. 422–427. – ISSN 00088846

Chapman2011 CHAPMAN, N.A.; SHACKLETON, N.J.; MALYSIAK, V.; O’CONNOR, C.T.: The effect ofusing different comminution procedures on the flotation of Platinum-Group Minerals. In: Minerals Engineering 24 (2011), Nr. 8, S. 731–736. – ISSN 08926875

Clarke1989 CLARKE, A.J. ; WILLS, B.A.: Technical note Enhancement of cassiterite liberation by high pressure roller comminution. In: Minerals Engineering 2 (1989), Nr. 2, S. 259–262. – ISSN 08926875

Drunick2010 VAN DRUNICK, W.; GEROLD, C. & PALM, N.: The Development of a Dry, Energy Efficient Grinding Circuit for Anglo American. In: Comminution '10, Cape Town, South Africa, 2010

Erpelding2014 ERPELDING, R.; VOß, U.: Der Einsatz von Gutbettwalzenmühlen in der trockenen Aufbereitung. In: Symposium für Aufbereitungstechnik, Freiberg, 2014

Fuerstenau1992 FUERSTENAU, D.: Comminution: past developments, current innovation andfuture challenges. In: AusIMM Extractive Metallurgy Conference, Publ byAustralasian Inst of Mining & Metallurgy, Parkville, 1992, S. 15-21

Literatur


39

Hosten1998 HOSTEN, C. ; OZBAY, C.: A comparison of particle bed breakage and rod mill grinding with regard to mineral liberation and particle shape effects. In: Minerals Engineering 11 (1998), Nr. 9, S. 871–874. – ISSN 08926875

Kleeberg2007 KLEEBERG, J.: Untersuchungen zur Oberflächenbelastung der Walzen von Gutbett-Walzenmühlen. Technische Universität Bergakademie Freiberg, Dissertation, 2007

Moersky1995 MÖRSKY, P. ; KLEMETTI, M. ; KNUUTINEN, T.: A comparison of high pressure roller mill and conventional grinding. In: XIX International Minerals Processing Congress Littleton, Colorado USA, 1995, S. 55–58

Ozcan2013 OZCAN, O. ; BENZER, H.: Comparison of different breakage mechanisms in terms of product particle size distribution and mineral liberation. In: Minerals Engineering 49 (2013), S. 103–108

Palm2010 PALM, N.A. ; SHACKLETON, N.J. ; MALYSIAK, V. ; O’CONNOR, C.T.: The effect ofusing different comminution procedures on the flotation of sphalerite. In: Minerals Engineering 23 (2010), Nr. 11-13, S. 1053–1057. – ISSN 08926875

Reichert2014 REICHERT, M.; GEROLD, C.; Fredrikkson, A.; Adolfsson, G.; Lieberwirth, H.: Research of iron ore grinding in vertical roller mill. In: Proceedings of Comminution '14, Cape Town, South Africa, 2014

Schönert1996 SCHÖNERT, K.: The influence of particle bed configurations and confinements on particle breakage. In: International Journal of Mineral Processing 44-45 (1996), S. 1-16

Unland2005 UNLAND, G.; HARTMANN, B.: Die Druckzerkleinerung von Steinkohle. In: Aufbereitungs-Technik 46(2005), S. 28-32

Literatur


40

Van Der Meer2010 VAN DER MEER, F. & GRUENDKEN, A.: Flowsheet considerations for optimal use of high pressure grinding rolls. In: Minerals Engineering, 23 (2010), Nr. 5, S. 663-669

Viljoen2001 VILJOEN, R.M. ; SMIT, J.T. ; DU PLESSIS, I. ; SER, V.: The development and application of in-bed compression breakage principles. In: Minerals Engineering14 (2001), Nr. 5, S. 465–471. – ISSN 08926875

Vizcarra2008 VIZCARRA, T.G. ; WIGHTMAN, E.M.: Assessing the effect of breakage mechanism on the liberation properties of a copper porphyry ore. In: XXIV International Minerals Processing Congress Beijing, China, 2008, S. 3213–3218

Vizcarra2010 VIZCARRA, T.G. ; WIGHTMAN, E.M. ; JOHNSON, N.W. ; MANLAPIG, E.V.: The effectof breakage mechanism on the mineral liberation properties of sulphide ores. In: Minerals Engineering 23 (2010), Nr. 5, S. 374–382. – ISSN 08926875

Literatur


41

reichert-gutbettzerkleinerung-energiesparende technologien

Documents