دليل تصميم دائرة مطحنة الكرات والهيدروسيكلون

تُعدّ دائرة مطحنة الكرات والهيدروسيكلون نظام طحن مغلق شائع في معالجة المعادن. ومع ذلك، فإن الأداء الجيد لا يعتمد فقط على توصيل المطحنة بالهيدروسيكلون، بل يجب أن تبقى طاقة الطحن، وتوصيل الملاط، والتصنيف، والحمل المتداول متوازنة.

عندما يختل توازنها، قد يعاني المصنع من عدم استقرار P80، وتدفق خشن، وتكوين حبال إعصارية، وانخفاض سعة التغذية الطازجة، والطحن المفرط، وزيادة استهلاك الطاقة.

النهج الصحيح هو تصميم وتشغيل مطحنة الكرات، والحوض، والمضخة، والهيدروسيكلون، ونظام المياه، والعملية اللاحقة كدائرة متصلة واحدة.

كيف تعمل الدائرة المغلقة لطاحونة الكرات - الهيدروسيكلون؟

تتبع دائرة الطحن الرطب النموذجية هذا المسار:

خام طازج ← مطحنة كروية ← حوض تجميع ← مضخة الطين ← فاصل هيدروليكي

ثم يقوم جهاز الهيدروسيكلون بتقسيم المادة اللزجة إلى تيارين:

الفائض ← منتج عالي الجودة ← عملية لاحقة

التدفق السفلي ← مواد خشنة ← العودة إلى مطحنة الكرات

تعمل مطحنة الكرات على تقليل حجم الجسيمات من خلال الصدم والتآكل. أما جهاز الهيدروسيكلون فلا يطحن الخام، بل يحدد الجسيمات التي يمكن أن تغادر الدائرة والجسيمات التي تعود لمزيد من الطحن.

قد لا يؤدي التدفق الزائد للمواد الخشنة إلى تحرير المعادن بشكل كافٍ. كما أن زيادة كمية المواد الناعمة العائدة تجعل المطحنة تستهلك الطاقة دون إنتاجية مفيدة مماثلة.

في العديد من أجهزة التركيز، يستمر الفائض المؤهل في التدفق إلى دائرة آلة التعويم . يجب أن يأتي معدل P80 المطلوب من اختبارات التحرير واحتياجات المراحل اللاحقة. قد يؤدي الطحن بدرجة أنعم من اللازم إلى زيادة الرواسب واستهلاك الطاقة دون تحسين الاستخلاص.

لا تُعدّ الفواصل الهيدروليكية المصنفات الرطبة الوحيدة. قد يناسب المصنف الحلزوني دوائر محددة؛ ويوضح قسم "المصنف الحلزوني مقابل الفاصل الهيدروليكي" الاختلافات الرئيسية في الاختيار.

ما الذي يجب عليك تحديده قبل تصميم دائرة الطحن؟

لا ينبغي أن يبدأ تصميم الدائرة بقطر الإعصار أو سعة مطحنة الكرات الموجودة في الكتالوج.

أولاً، حدد الواجب الكامل:

خصائص الخام ← الإنتاجية ← تغذية F80 ← P80 المطلوب ← عملية الطحن ← عملية التصنيف

مدخلات التصميم	لماذا يهم
نوع الخام والمعادن	حدد سلوك التحرر وخصائص الملاط
صلابة الخام وقابلية الطحن	حدد الطاقة اللازمة لتقليل الحجم
تغذية F80	يحدد حجم التغذية الأقصى فقط كمية الطحن الواردة بدقة أكبر
الإنتاجية المطلوبة	يحدد حمولة المواد الصلبة الطازجة وحمل المعدات الأولي
الهدف P80	يحدد حجم منتج الدائرة المطلوب
كثافة المادة اللزجة وخواصها الريولوجية	يؤثر على الضخ والخلط والتصنيف
مياه المعالجة المتاحة	يؤثر على التحكم في الكثافة والحمل الهيدروليكي الكلي
عملية المصب	يحدد حجم المنتج المقبول وحالة المادة اللزجة
تباين الخام	يحدد نطاق التشغيل، وليس فقط نقطة التصميم

قد تصبح الدائرة المصممة لعينة واحدة سهلة الطحن غير كافية عند دخول خام أكثر صلابة. كما قد تفقد المطحنة المختارة لعينة F80 واحدة جزءًا من طاقتها الإنتاجية عند استخدام مواد تكسير خشنة في المراحل السابقة.

عندها فقط ينبغي الانتهاء من تصميم المطحنة، ومجموعة الفواصل الإعصارية، وحوض التجميع، والمضخة، والأنابيب، وأنظمة التحكم في المياه. للاطلاع على الأحجام الأولية، راجع كيفية حساب سعة مطحنة الكرات.

كيف تختار جهاز الفصل الهيدروليكي المناسب لحجم المنتج المطلوب؟

لا يمكن اختزال اختيار الهيدروسيكلون إلى قاعدة مثل:

قطر الإعصار الواحد يساوي حجم منتج واحد.

يعتمد التصنيف على:

• قطر الإعصار وهندسته الداخلية
• ضغط التغذية
• معدل تدفق التغذية
• تركيز المواد الصلبة في العلف
• كثافة ولزوجة الملاط
• حجم القمة أو الصنبور
• أبعاد جهاز البحث عن الدوامات
• توزيع حجم جسيمات العلف
• الكثافة المعدنية
• عدد الأعاصير العاملة

ومن أهم الفروقات ما يلي:

المنتج المستهدف P80 ≠ حجم القطع في جهاز القطع الهيدروليكي

يمثل P80 الحجم الذي يمر من خلاله 80% من كتلة المنتج. أما حجم القطع في الإعصار، والذي يُعبر عنه غالبًا بقيمة من نوع d50، فيصف سلوك الفصل. وهما مصطلحان مرتبطان لكنهما ليسا قابلين للتبادل.

نظراً لعدم اكتمال عملية الفصل، تصل بعض الجزيئات الدقيقة إلى التدفق السفلي، وقد تدخل بعض الجزيئات الخشنة إلى التدفق العلوي. اختر الإعصار المناسب للمهمة المشتركة:

التدفق الهيدروليكي + حمولة المواد الصلبة الجافة + خصائص الملاط + الفصل المطلوب

عند اختلاف معدل التدفق، يمكن لمجموعة من الوحدات تشغيلها أو إيقافها للحفاظ على كل إعصار ضمن نطاق مناسب. تحقق من كل تغيير في الهندسة أو التشغيل مقابل معدل التدفق الزائد P80، وحالة التدفق الناقص، وحمل الدوران، ومعدل التدفق.

لإجراء مقارنة أوسع للمصنفات المتاحة، راجع دليل معدات الفحص والتصنيف.

كيف يتم حساب الحمل المتداول وتفسير النتيجة؟

تستقبل مطحنة الكرات تيارين من المواد الصلبة:

تغذية طازجة + تدفق سفلي إعصاري

يُشكّل التدفق السفلي العائد الحملَ المتداول. عند قياس تدفق المواد الصلبة الجافة مباشرةً، تُقارن الكمية العائدة في التدفق السفلي للإعصار مع كمية التغذية الجافة الجديدة الداخلة إلى الدائرة. على سبيل المثال، إذا كانت كمية المواد العائدة في التدفق السفلي 60 طن/ساعة بينما تبلغ كمية التغذية الجديدة 30 طن/ساعة، فإن الحمل المتداول يبلغ 200%. وبالتالي، فإن المطحنة تُعالج ما يقارب 90 طن/ساعة من المواد الصلبة إجمالاً.

عند عدم توفر بيانات قياسات التدفق، يمكن استخدام موازنة منتجين في حالة الاستقرار لتقدير الكمية المطلوبة من عينات تمثيلية من مدخلات الإعصار، والفيضان، والتدفق السفلي. قِس نسبة الكتلة المارة من نفس حجم المنخل في التدفقات الثلاثة. اطرح نسبة مرور مدخلات الإعصار من قيمة الفيضان، ثم اقسم الناتج على الفرق بين قيمتي مدخلات الإعصار والتدفق السفلي.

على سبيل المثال، إذا كانت نسبة مرور تغذية الإعصار 45٪، ونسبة مرور الفائض 90٪، ونسبة مرور التدفق السفلي 15٪، فإن هذه الطريقة تعطي حملاً دورانياً مقدراً بنسبة 150٪.

استخدم هذا التقدير فقط عندما:

• تكون الدائرة مستقرة أثناء أخذ العينات التمثيلية
• تستخدم جميع القيم نفس حجم المنخل ونفس أساس الكتلة الجافة
• لا يوجد تيار مواد صلبة غير محسوب يعبر حدود التوازن.

لإجراء مسح رسمي، استخدم تدفقات المواد الصلبة الجافة وموازنة الكتلة المُعدّلة. قد تكون الكثافة وحدها مُضللة عندما يكون الوزن النوعي للملاط أو جودة العينة غير مؤكدة.

لا توجد نسبة مثالية عالمية. يعتمد الحمل المقبول على صلابة الخام، وقوة المطحنة، وF80، وP80 المستهدف، والتصنيف، وسعة المضخة، ومتطلبات المعالجة اللاحقة.

غالباً ما يكون الحمل الدوراني المرتفع عرضاً وليس السبب الجذري. تشمل الأسباب المحتملة عدم كفاية الطحن، أو استخدام مواد تغذية خشنة أو صلبة، أو سوء التصنيف، أو وجود مسار جانبي دقيق إلى التدفق السفلي، أو عدم استقرار تغذية الإعصار.

قيّم النتيجة باستخدام معدل التدفق الزائد P80، وكفاءة التصنيف، ومعدل إنتاجية التغذية الطازجة، واستهلاك الطاقة في مطحنة الكرات لكل طن . يوفر دليل تحسين الحمل المتداول المنفصل مناقشة تشغيلية أكثر تفصيلاً.

كيف ينبغي أن تعمل المضخة، ومضخة المياه، وجهاز الإعصار معًا؟

إن دائرة الطحن الحقيقية ليست مجرد مطحنة كروية متصلة بفاصل إعصاري. فالمعدات الوسيطة هي التي تتحكم في استقرار عملية التصنيف.

مطحنة الكرات ← حوض التجميع ← مضخة الطين ← مجموعة الإعصار

يُخفف حوض التجميع من تغيرات تصريف المطحنة. وتُزود المضخة تدفق وضغط الإعصار. وتؤثر إضافة الماء على الكثافة واللزوجة والحمل الهيدروليكي والتصنيف.

تؤدي التغيرات السريعة في مستوى حوض التجميع إلى تقلبات في المضخة والضغط. ويمكن أن يؤدي تآكل المضخة، ودخول الهواء، وانسداد الأنابيب، وتغيرات الكثافة، أو العدد غير المناسب من الأعاصير النشطة إلى زعزعة استقرار الفائض حتى عندما تكون أجسام الأعاصير سليمة.

الماء هو متغير تحكم، لكن زيادة كمية الماء لا تؤدي تلقائياً إلى تحسين التصنيف.

يؤدي التخفيف المفرط إلى زيادة حجم الضخ والتصنيف. أما نقص الماء فقد يؤدي إلى لزوجة عالية أو ضعف النقل. والهدف هو تحقيق كثافة وتدفق مستقرين للخام المحدد ونظام الفصل الإعصاري.

العلاقة المفيدة هي: حوض تجميع مستقر ← مضخة مستقرة ← تغذية مستقرة للإعصار ← تصنيف أكثر استقرارًا

قبل تغيير هندسة الإعصار، تحقق مما يلي:

• استقرار مستوى حوض التصريف
• حالة المضخة وسرعتها
• ضغط وتدفق تغذية الإعصار
• كثافة المادة اللزجة وخواصها الريولوجية
• نقاط إضافة المياه
• عدد الأعاصير العاملة
• حالة الأنابيب والصمامات والمشعب

ما الذي يسبب التدفق الزائد الخشن، والتشابك، والتصنيف غير المستقر؟

ينبغي أن تبدأ عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها بالأعراض والعينات وقياسات التشغيل - وليس بتغيير المعدات على الفور.

عرض	أهم المجالات التي يجب فحصها	لماذا يهم
يصبح الفائض خشنًا جدًا	F80 للتغذية الطازجة، PSD مخرج المطحنة، ضغط وكثافة الإعصار	قد يكون السبب هو الطحن أو التصنيف أو كليهما
الغرامات المفرطة تعود إلى التدفق السفلي	تقسيم الماء، التجاوز، الهندسة، كثافة طاقة الإشارة للتغذية	يمكن طحن المواد الناعمة بالفعل بشكل متكرر
يتذبذب ضغط الإعصار	حوض التجميع، المضخة، سحب الهواء، الكثافة	يؤدي تغيير ظروف التغذية إلى تحريك نقطة الفصل
يصبح التدفق السفلي أشبه بالحبل	تحميل المواد الصلبة، التقييد، حالة الذروة	يمكن أن يؤدي استخدام الحبال إلى زيادة سوء التوزيع الخشن إلى الفائض
ارتفاع الحمل المتداول	صلابة الخام، سعة المطحنة، أداء المصنف	قد يؤدي زيادة الحمل العائد إلى تقليل سعة العلف الطازج
انخفاض الإنتاجية	حجم التغذية، صلابة الخام، قدرة المطحنة، الحمل الداخلي	لا يمكن لضبط الإعصار أن يخلق طاقة طحن مفقودة
يختلف معدل التدفق الزائد P80	تباين التغذية، ومعدل تصريف المطحنة، واستقرار المضخة والفاصل الإعصاري	تتطلب مراقبة المنتج فحص الدائرة بأكملها

يُعدّ التذبذب علامة تحذيرية مرئية، ولكن يجب التأكد من سببه. قبل تغيير رأس المضخة، تحقق من الضغط، وتركيز المواد الصلبة، وحمل المواد الصلبة، وحالة الصنبور، والانسداد، وأداء المضخة، وسلوك حوض التجميع.

لا يعني التدفق الزائد للمواد الخشنة بالضرورة وجود خلل في جهاز الفصل الهيدروليكي. فإذا كانت المواد الخارجة من المطحنة خشنة بالفعل بسبب صلابة الخام، أو ارتفاع قيمة F80، أو عدم كفاية طاقة المطحنة، فلن يُجدي تعديل المصنف في توفير طاقة التكسير المفقودة. أما إذا كانت المواد الخارجة من المطحنة مقبولة ولكن المواد الخشنة تصل إلى منطقة التدفق الزائد، فإن التصنيف هو الاحتمال الأرجح.

قارن العينات بالتسلسل:

تغذية طازجة ← مخرج المطحنة ← تغذية الإعصار ← فيضان ← تدفق سفلي

هذا يفصل بين مشاكل الطحن ومشاكل التصنيف. للاطلاع على فحوصات خاصة بالأعراض، راجع: فيضان الهيدروسيكلون الخشن: الأسباب والحلول.

كيف يمكنك تحسين دائرة الطحن الكاملة؟

تبدأ عملية التحسين بخط أساس مُقاس من فترة تمثيلية مستقرة إلى حد معقول.

التسلسل التشخيصي العملي هو:

1. تحقق من التغذية الطازجة F80. تأكد من أن عمليات التكسير والغربلة في المراحل الأولية توفر الكمية المطلوبة للتغذية.
2. افحص تصريف المطحنة. حدد ما إذا كانت عملية الطحن تنتج مادة تغذية مناسبة للمصنف.
3. تحقق من استقرار حوض التجميع والمضخة. تحديد تقلبات مستوى السطح، ودخول الهواء، والتآكل، أو قيود السرعة.
4. تحقق من ظروف تغذية الإعصار. تحقق من الضغط والكثافة والتدفق وتكوين الإعصار النشط.
5. قارن بين كثافة القدرة الطيفية للفيضان والتدفق السفلي. تأكد من عودة المواد الدقيقة والجسيمات التي تتطلب المزيد من الطحن.
6. موازنة الحمل المتداول. استخدم عينات تمثيلية أو تدفقات المواد الصلبة الجافة بدلاً من قراءة واحدة للكثافة.
7. قارن بين معدل النقل، وP80، والطاقة. لا يكون التغيير مفيداً إلا إذا تحسنت الدائرة بأكملها.

قم بتغيير متغير رئيسي واحد في كل مرة حيثما كان ذلك عمليًا، ثم قارن النتائج:

F80 ← مخرج المطحنة ← فيضان P80 ← تدفق سفلي PSD ← الحمل المتداول ← طن/ساعة ← كيلوواط ساعة/طن

يمكن لأجهزة قياس الضغط والكثافة والطاقة والتدفق وحجم الجسيمات عبر الإنترنت تقصير دورة التغذية الراجعة. وقد تُنسق أنظمة التحكم المتقدمة معدل التغذية ومياه الحوض وسرعة المضخة والفواصل الإعصارية النشطة. ومع ذلك، لا يُغني التشغيل الآلي عن أخذ العينات التمثيلية أو المعايرة أو موازنة الكتلة.

يظل الهدف التشغيلي هو تحقيق التوازن:

لا ينتج عن دائرة مطحنة الكرات الجيدة المزودة بفاصل هيدروسيكلون أفضل تدفق ممكن، بل تنتج قيمة P80 المطلوبة بمعدل إنتاجية ثابت، وتصنيف فعال، واستهلاك مقبول للطاقة.

الأسئلة الشائعة

ما هو الغرض من جهاز الهيدروسيكلون في دائرة مطحنة الكرات؟

يقوم جهاز الفصل الهيدروليكي بتصنيف مخرجات مطحنة الكرات. تخرج نسبة أكبر من المواد الناعمة عبر فتحة الفائض، بينما تعود نسبة أكبر من المواد الخشنة عبر فتحة التصريف السفلي لمزيد من الطحن.

هل يذهب فائض الهيدروسيكلون دائمًا إلى عملية التعويم؟

لا. غالباً ما يُستخدم هذا المنتج في عملية التعويم في وحدات التركيز، ولكنه قد يُستخدم أيضاً في عمليات الفصل بالجاذبية، أو الفصل المغناطيسي، أو الترشيح، أو التكثيف، أو أي مرحلة أخرى. ويحدد مخطط التدفق وجهته النهائية.

ما هو الحمل المتداول الذي يجب أن تستخدمه مطحنة الكرات؟

لا يوجد هدف عالمي. يعتمد نطاق التشغيل المناسب على قابلية طحن الخام، وقوة المطحنة، وF80، وP80 المستهدف، وأداء المصنف، وسعة المضخة والفاصل الإعصاري، ومتطلبات المراحل اللاحقة.

ما الذي يجب عليّ فحصه عندما يبدأ تدفق الماء السفلي من جهاز الفصل الهيدروليكي بالانسداد؟

افحص ضغط التغذية، وكثافة الملاط، وحمل المواد الصلبة، وحالة قمة المضخة، والانسداد، وأداء المضخة، واستقرار حوض التجميع. لا توسّع قمة المضخة قبل التأكد من السبب وقياس تأثير ذلك على ضغط الفائض P80 وحمل الدوران.

كيف يمكنني التحكم في فيضان الهيدروسيكلون P80؟

تحقق من كل من الطحن والتصنيف: صلابة الخام، F80 للتغذية الطازجة، PSD لتفريغ المطحنة، طاقة المطحنة، ضغط وكثافة تغذية الإعصار، إضافة الماء، هندسة الإعصار، عدد الأعاصير النشطة، والحمل المتداول.

الوجبات السريعة الرئيسية

• تقوم مطحنة الكرات بعملية الطحن؛ ويقوم جهاز الهيدروسيكلون بعملية التصنيف.
• ينبغي أن يأتي الهدف P80 من متطلبات التحرير والعمليات اللاحقة.
• يرتبط المنتج P80 وحجم القطع الإعصاري، لكنهما ليسا بنفس القيمة.
• يمكن حساب الحمل المتداول من تدفق المواد الصلبة الجافة أو تقديره من موازنة المنخل في حالة الاستقرار.
• لا يوجد هدف عالمي لحمل الدوران أو الضغط أو كثافة الملاط لكل خام ودائرة.
• غالباً ما يكون ارتفاع الحمل المتداول عرضاً وليس السبب الجذري.
• يجب تقييم استقرار الحوض والمضخة والماء والضغط واستقرار الإعصار معًا.
• يمكن أن ينتج التدفق الخشن عن عدم كفاية الطحن أو سوء التصنيف أو كليهما.
• ينبغي أن تبدأ عملية التحسين بقياسات تمثيلية وخط أساس على مستوى الدائرة بأكملها.

حول تقسيم المناطق

تقوم شركة ZONEDING بتصنيع معدات الطحن والتصنيف والتعويم ومعالجة المعادن لدوائر التخصيب.

بالنسبة لمشروع مطحنة الكرات مع الإعصار المائي، يرجى تقديم ما يلي:

• نوع الخام، وعلم المعادن، وتقارير الاختبارات المتاحة
• صلابة الخام أو مؤشر عمل بوند، إن وجد
• أقصى حجم للتغذية و F80
• السعة المطلوبة بالطن لكل ساعة أو طن يوميًا
• الهدف P80 والعملية اللاحقة
• خصائص الطين والماء المتاح
• المعدات الحالية وبيانات التشغيل اللازمة للتحديث
• تخطيط الموقع، وإمدادات الطاقة، وموقع المشروع

تسمح هذه المدخلات بتقييم مطحنة الكرات، والحوض، ومضخة الطين، ومجموعة الهيدروسيكلون، ونظام المياه، والعملية اللاحقة كدائرة متصلة واحدة بدلاً من كونها آلات منفصلة.