Nghiền đá trong khai thác mỏ: dây chuyền, cỡ hạt và chi phí điện

Vật liệu đầu vàoĐá vôi, đá sét, bazan, đá hoa

Cỡ hạt đầu vào≤ 50 mm sau đập hai cấp

Độ ẩm đầu vào≤ 6% (mùa mưa cần sấy)

Độ mịn sản phẩm80 - 325 mesh

Chỉ số nghiền Bond10 - 16 kWh/tấn

Vì sao khai thác mỏ cần công đoạn nghiền riêng

Nghiền đá trong khai thác mỏ là bài toán cân bằng giữa ba biến số: cỡ hạt đầu vào, cấp hạt bán ra và điện năng tiêu thụ. Trong hầu hết nhà máy chế biến khoáng sản, khâu đập và nghiền chiếm 40 - 60% tổng điện năng toàn trạm, nên chỉ cần lệch vài kWh mỗi tấn là chênh lệch chi phí đã đáng kể theo năm. Điểm khác biệt so với trạm nghiền độc lập nằm ở chỗ nguyên liệu luôn biến động: tầng trên cùng thường cứng hơn, tầng dưới giàu sét hơn, có khu vực lẫn silic khiến đá mài mòn nhanh hơn.

Với mỏ đá vôi, chỉ số nghiền Bond phổ biến 10 - 15 kWh/tấn; đá cứng lẫn silic có thể lên 16 kWh/tấn. Với bazan, chỉ số này cao hơn rõ rệt và thường vượt 20 kWh/tấn, buộc phải chọn thiết bị có lực nghiền lớn và vật liệu chống mài mòn. Chính vì thế, quyết định đầu tiên khi thiết kế là cấp hạt ra chứ không phải model máy.

Cần phân biệt hai hướng sản phẩm. Nhóm thứ nhất là bột khoáng mịn 80 - 325 mesh dùng làm phụ gia xi măng, chất độn, xử lý nước. Nhóm thứ hai là cốt liệu nghiền 0 - 5 mm dùng cho bê tông và đường. Hai hướng này dùng hai loại máy khác nhau và rất hiếm khi gộp chung một tuyến vì đường cong cấp hạt không tương thích.

Quy trình nghiền đá tại mỏ

Đá sau nổ mìn được xúc lên xe ben và rót vào bin tiếp liệu có thành chống mài mòn.
Máy đập hàm giảm cỡ cục lớn xuống dưới 100 mm; băng tải có nam châm tách sắt đưa đá sang cấp đập côn.
Đập côn hạ cỡ xuống 10 - 30 mm, qua sàng phân loại; hạt quá cỡ quay lại vòng đập.
Đá cỡ chuẩn vào bin chứa, qua cân định lượng và van khóa khí cấp vào máy nghiền.
Bột theo dòng khí tới bộ phân loại rotor; hạt thô quay lại buồng nghiền, hạt đạt chuẩn vào lốc thu bụi.
Khí thừa qua lọc túi vải xử lý sạch; bột về xi lô thành phẩm hoặc máy đóng bao.

Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật

Đá khai thác mỏ có ba đặc tính ảnh hưởng trực tiếp tới chọn máy: độ cứng, độ mài mòn và độ ẩm. Độ cứng quyết định lực nghiền và công suất động cơ. Độ mài mòn quyết định chu kỳ thay con lăn, tấm lót và tuổi thọ vít tải. Độ ẩm quyết định có cần tích hợp sấy hay không. Ba yếu tố này phải được xác định bằng mẫu thử chứ không dựa trên cảm nhận vận hành.

Về cấp hạt đầu vào, kinh nghiệm thực địa cho thấy mỗi 10 mm tăng ở d95 làm suất điện tăng khoảng 0,9 kWh/tấn với cùng độ mịn Blaine. Cỡ vào từ 40 mm lên 70 mm có thể làm áp suất nghiền cần thêm 0,5 MPa và đội chi phí điện 1,2 kWh/tấn. Vì vậy đập chuẩn bị liệu luôn rẻ hơn tăng công suất động cơ máy nghiền.

Về độ ẩm, đá vôi ẩm trên 6% làm tăng suất điện đập khoảng 12 - 15% và dễ gây bết cửa cấp liệu, treo bin. Mùa mưa ở các mỏ nhiệt đới có thể đẩy độ ẩm bề mặt lên 8 - 15%, vượt khả năng sấy của máy nghiền kiểu Raymond. Trường hợp này nên chọn máy nghiền đứng có cấp khí nóng hoặc bổ sung máy sấy băng tải trước nghiền.

Thông số chọn cấu hình theo mục đích

Cấu hình tham chiếu cho dây nghiền đá tại mỏ
Mục đích sản phẩm	Độ mịn	Công suất	Suất điện	Ghi chú
Phụ gia xi măng, chất độn thô	80 - 150 mesh	20 - 45 t/h	18 - 22 kWh/tấn	MTW hoặc LM, vốn đầu tư vừa
Chất độn nhựa, sơn, giấy	200 - 325 mesh	8 - 25 t/h	22 - 28 kWh/tấn	Cần biên hạt hẹp, điều chỉnh tần số
Xử lý nước, trung hòa	khoảng 200 mesh	5 - 15 t/h	20 - 26 kWh/tấn	Ưu tiên độ hoạt tính, không cần siêu mịn
Cốt liệu nghiền 0 - 5 mm	0 - 5 mm	80 - 200 t/h	3,2 - 3,8 kWh/tấn	Không dùng máy nghiền bột

Cấu hình thiết bị

Với dây nghiền bột tại mỏ quy mô trung bình 10 - 25 t/h ở 200 - 325 mesh, phương án cân bằng giữa vốn và vận hành là một máy nghiền châu Âu MTW kết hợp đập hàm và đập côn phía trước. Dòng MTW có rotor lồng điều chỉnh vô cấp, giữ được biên hạt chặt và xử lý liệu dưới 40 mm.

Khi sản lượng cần vượt 25 t/h hoặc liệu có độ ẩm dao động mạnh, máy nghiền đứng LM hợp lý hơn vì tích hợp sấy trong buồng nghiền, diện tích xây dựng giảm và có thể bố trí ngoài trời. Với yêu cầu siêu mịn trên 400 mesh như bột phụ gia cao cấp, cần chuyển sang máy nghiền siêu mịn đứng LUM hoặc máy SCM.

Thiết bị phụ trợ đi kèm không thể bỏ qua: bin liệu có mái che, cân định lượng kiểu vành đai, sàng rung phân loại, quạt cao áp thiết kế riêng cho cột áp vận chuyển, lốc thu bụi ly tâm, lọc túi vải xung khí nén và hệ điều khiển PLC liên động tải, gió và nhiệt độ.

Kinh nghiệm vận hành tại mỏ

Khai thác theo tầng nên đặt máy đập hàm cạnh gương tầng; băng tải dốc xuống sân công nghiệp giảm mạnh quãng chạy xe ben.
Tồn tại một mỏ Thanh Hóa chạy dây 20 t/h ở 250 mesh: khi cỡ vào tăng từ 30 lên 55 mm do sàng bị thủng, suất điện tăng 1,5 kWh/tấn và phải thay lưới sàng.
Luôn bố trí nam châm tách sắt trước máy nghiền; mảnh mũi khoan lẫn vào liệu là nguyên nhân phổ biến gây vỡ con lăn.
Đo độ ẩm liệu mỗi ca trong mùa mưa và ghi vào nhật ký; đây là dữ liệu để quyết định có cần nâng nhiệt khí sấy.
Đặt chế độ công thức vận hành cho từng tầng khai thác để giảm thời gian chỉnh tay khi đổi diện khai thác.

Câu hỏi thường gặp

Mỏ đá nên đặt trạm đập thô ở mặt tầng hay ở sân công nghiệp?

Với mỏ khai thác theo tầng, nên bố trí máy đập hàm cạnh gương tầng và dùng băng tải dốc chuyển xuống sân công nghiệp. Cách này giảm quãng đường xe ben, nhưng phải tính lại kết cấu sàng cố định và hệ thống thu bụi tại điểm rót.

Cỡ hạt đầu vào bao nhiêu thì nên thêm một cấp đập?

Nếu đá sau nổ mìn còn cục trên 400 mm, thời gian kẹt hàm tăng rõ rệt và suất điện đập cũng tăng. Đập hai cấp đưa cỡ vào dưới 40 mm là cách rẻ hơn so với tăng công suất động cơ máy nghiền.

Suất điện của dây nghiền đá tại mỏ thường bao nhiêu?

Đập thô bằng hàm cho đá cứng tiêu tốn 1,2 - 1,8 kWh/tấn, đập côn xuống 10 - 30 mm khoảng 2,1 - 2,7 kWh/tấn. Riêng công đoạn nghiền bột mịn dao động 18 - 35 kWh/tấn tùy độ mịn và mức non tải của hệ.

Đá có độ ẩm theo mùa mưa thì xử lý thế nào?

Độ ẩm trên 6% làm tăng suất điện đập khoảng 12 - 15% và gây bết cửa cấp liệu. Nên che mái bin liệu, dùng máy nghiền đứng có sấy khí nóng hoặc bổ sung máy sấy băng tải dùng khí thải nhiệt độ thấp.