خردایش و سنگ شکنی در معدن: انواع و روش ها

خردایش مواد معدنی  و انواع سنگ شکن

کانی ها و مواد معدنی که از دل زمین استخراج می‌شوند پیش از فرآوری و پرعیارسازی باید به ابعاد کوچکتر تبدیل شوند. این عمل طی فرآیند خردایش یا سنگ شکنی انجام می‌شود. خردایش یا سنگ شکنی به فرایند کاهش اندازه مواد معدنی خام گفته می‌شود. سنگ‌های بزرگ و خشن، که اغلب به‌صورت کلوخه‌هایی عظیم از دل معادن استخراج می‌شوند، باید به ذراتی کوچک‌تر تبدیل گردند تا در مراحل بعدی مانند آسیا، فلوتاسیون یا ذوب قابل استفاده باشند.
طبق برآوردها بیش از 70 درصد انرژی مصرفی در واحدهای فرآوری متعلق به واحد خردایش و آسیا است. از این رو توجه به نحوه انتخاب و نصب تجهیزات خردایش و میکرونیزه بسیار حائز اهمیت خواهد بود. در این مطلب از سایت ماناماین به بررسی فرآیند خردایش و انواع سنگ شکن ها و کاربرد هریک می‌پردازیم.

نحوه خردایش سنگ در معدن

معمولاً سنگ های معدنی طی دو مرحله خردایش اولیه و ثانویه خرد شده و ابعاد کوچکتر تقسیم می‌شوند اما در موارد نادر که سنگ بسیار سخت است ممکن است عمل خردایش تا چهار بار نیز تکرار شود. خرد کردن سنگ عملی است مکانیکی که در آن نیروی کافی به ذرات جامد وارد می‌شود چنانچه نیروهای وارده بیش از نیروی اتصال بین اجزای سنگ باشد، سنگ خرد شده و از هم گسسته می‌شود. به طور کلی به دلیل تفاوت در خصوصیات فیزیکی و مکانیکی سنگ های مختلف تجهیزات خردایش نیز متفاوت خواهند بود معمولاً برای سنگ های با سختی بالا باید از تجهیزات مقاوم تر با قدرت بالا استفاده کرد و در خصوص مواد معدنی نرم تر میتوان از تجهیزات و سنگ شکن های با قدرت پایین نیز استفاده کرد. از مهمترین خصوصیات یک سنگ معدن که در انتخاب نوع سنگ شکن مهم است می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

1-    نوع سنگ: شناخت نوع سنگی که می¬خواهیم خرد کنیم و ویژگی های آن مانند سختی و میزان سایندگی مهم ترین پارامتر در انتخاب سنگ شکن و کنترل هزینه های خردایش است.
2-    کاربرد سنگ: با توجه به اینکه سنگ خردایش شده در کجا قرار است استفاده شود نحوه خردایش، ابعاد نهایی و تجهیزات مورد نیاز متفاوت خواهد بود در پروژه های عمرانی که خردایش عملی است موقت معمولاً از سنگ شکن های پرتابل استفاده می¬شود اما در معادن که خردایش امری مهم و همیشگی است معمولاً از سنگ شکن های ثابت با قدرت و بهره وری بیشتر استفاده می¬شود.
3-    ظرفیت تولید: ظرفیت تولید موردنظر ما نقش مهمی در انتخاب تجهیزات خردایش خواهد داشت بدیهی است پروژه های بزرگ با ظرفیت تولید بالاتر نسبت به عملیات های کوچک مقیاس نیاز به تجهیزات بیشتر و قدرتمندتری نیاز دارند.
4-    تعمیر و نگهداری: تعمیر و نگهداری تجهیزات خردایش و سنگ شکن امری اجتناب ناپذیر است. برخی از تجهیزات هزینه تعمیر و نگهداری بالاتری داشته که این هزینه ها قبل از انتخاب تجهیزات مناسب باید محاسبه گردد و در نهایت تجهیزات با کمترین هزینه تعمیر و نگهداری و بالاترین راندمان تولید، انتخاب شوند. 

خردایش سنگ های معدنی هنگامی با راندمان بالا و هزینه نگهداری پایین خواهد بود که فرآیند خردایش به خوبی طراحی و اجرا شده باشد. برای طراحی و اجرای خط خردایش ایده آل مهندسین و متخصصین باید با انواع سنگ شکن و کاربرد هریک از قبل به خوبی آشنا باشند.

مطلب پیشنهادی: نحوه خرید و فروش معدن

درجه بندی سنگ‌ها از نظر سختی بر اساس مقیاس موس

در صورت نیاز به مشاوره در خصوص انتخاب یا خرید تجهیزات خردایش و سنگ شکنی می‌توانید با تیم پشتیبانی ما به شماره 03591090535 تماس حاصل فرمایید.

سنگ شکن های اولیه و ثانویه

سنگ شکن‌ها بر اساس کاربرد، ابعاد سنگ ورودی و محل استقرار در خط خردایش به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند.

سنگ شکن اولیه:

سنگ شکن های اولیه وظیفه خردایش مواد معدنی سخت با ابعاد بزرگ در حجم زیاد را بر عهده دارند و معمولاً در مراحل اولیه خردایش از آنها استفاده می¬شود. محصول خروجی این سنگ شکن ها خود خوراک ورودی سنگ شکن های ثانویه می‌باشد.

سنگ شکن ثانویه :  

سنگ شکن‌های ثانویه پس از سنگ شکن‌های اولیه در خط خردایش قرار می‌گیرند و وظیفه اصلی آنها خردایش مجدد سنگ‌ها و ریزتر کردن آنهاست. ظرفیت ورودی این سنگ شکن‌ها از سنگ شکن‌های اولیه کمتر بوده و محصول خروجی آنها معمولاً به واحد آسیا جهت میکرونیزه شده منتقل می‌گردد.

مطلب پیشنهادی: گندله آهن چیست؟

انواع سنگ شکن اولیه

سنگ شکن های اولیه با توجه به نحوه خردایش مواد، ظرفیت تولید و کاربرد به دو دسته کلی سنگ شکن های فکی و چرخشی یا ژیراتوری تقسیم می‌شوند.

1-    سنگ شکن های فکی (Jaw Crusher):

سنگ شکن فکی بسیار قدرتمند است و برای خرد کردن سنگ‌های بزرگ و سخت مانند سنگ طبیعی، گرانیت و بازالت ایده‌آل است. این سنگ شکن دارای یک فک ثابت و یک فک متحرک است.
مواد معدنی بین این دو فک قرار گرفته و با اعمال نیروی فشاری توسط فک متحرک مواد خرد می‌شوند. این نوع سنگ شکن‌ها به دلیل ساختار ساده، انتخاب اول برای خردایش اولیه در مواردی است که با اندازه‌های بزرگ سنگ مواجه هستیم، می‌باشد. این نوع سنگ شکن بیشتر در معادن فلزی و غیرفلزی، صنایع ساختمانی، راهسازی و بازیافت مواد سخت استفاده می‌شود.

    مشخصات فنی سنگ شکن فکی
-    اندازه خوراک ورودی : بسته به دهانه ورودی سنگ شکن حداکثر تا 1500 میلی متر
-    ظرفیت خردایش : بسته به ظرفیت سنگ شکن تا 1000 تن در ساعت
-    اندازه محصول خروجی : 10 تا 350 میلی متر
-    قدرت موتور : 5.5 تا 250 کیلووات بسته به نوع دستگاه

مطالعه کنید: بزرگترین معادن لیتیوم جهان

    مزایا و معایب سنگ شکن فکی
    مزایا: ساختار ساده و مقاوم، عملکرد مطمئن و پایدار، هزینه و زمان تعمیر و نگهداری پایین، قابلیت خردایش مواد معدنی بسیار سخت
   معایب: نیاز به زیرسازی و فونداسیون جهت نصب، محدودیت در کنترل ابعاد بار خروجی، انرژی مصرفی بالا، در برخی موارد گرفتگی و مسدودی

 سنگ شکن

2-    سنگ شکن‌های چرخشی یا ژیراتوری (Gyratory Crusher)

از این نوع سنگ شکن برای خردایش سنگ‌های با سختی بالا تا متوسط استفاده می‌شود. چنانچه تناژ بار ورودی زیاد باشد و کارخانه فرآوری نیاز به تأمین بار بی‌وقفه داشته باشد، سنگ شکن ژیراتوری به دلیل اینکه نیاز به سیستم خوراک دهی (فیدر) نداشته و ظرفیت تولید بالایی دارد می‌تواند گزینه بهتری باشد. سنگ شکن ژیراتوری داری یک مخروط مرکزی است مواد معدنی بین فضای خالی و دیواره سنگ شکن قرار گرفته و با اعمال نیروی چرخشی و فشاری به طور همزمان توسط این مخروط، خرد می¬شوند. 
از این نوع سنگ شکن بیشتر در معادن فلزی بزرگ مقیاس و صنایع تولید سیمان و مصالح ساختمانی استفاده می‌شود.

•    مشخصات فنی سنگ شکن ژیراتوری
-    اندازه خوراک ورودی : بسته به دهانه ورودی حداکثر تا 2900 میلی متر
-    ظرفیت خردایش : بسته به ظرفیت سنگ شکن تا 15.000 تن در ساعت
-    اندازه محصول خروجی : 10 تا 200 میلی متر
-    قدرت موتور : 300 تا 1500 کیلووات بسته به نوع دستگاه

•    مزایا و معایب سنگ شکن ژیراتوری
-    مزایا: ساختار مقاوم و عمر عملیاتی بالا، راندمان و ظرفیت تولید بالا (تقریباً دو برابر سنگ شکن فکی)، امکان کنترل ابعاد بار خروجی با تغییر سرعت شفت دستگاه، عدم نیاز به سیستم خوراک دهی (فیدر)، انرژی مصرفی کمتر نسبت به سنگ شکن فکی
-    معایب: قیمت بالا، سایش و استهلاک بیشتر قطعات نسبت به سایر سنگ شکن ها و به دنبال آن افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری

3-    سنگ شکن های ضربه ای:

سنگ شکن‌های ضربه‌ای که یک سنگ شکن ثانویه قلمداد می¬شوند، توانایی خرد کردن مؤثر انواع سنگ‌های نرم تا متوسط، مانند سنگ آهک و مواد با سایش کم را دارند. این دستگاه‌ها با پرتاب مواد به سمت سطوح سخت عمل می‌کنند تا آن‌ها را به قطعات کوچکتر تبدیل کنند، این امر این سنگ شکن را برای تولید ذرات با فرم مناسب برای پروژه‌های ساخت و ساز و عمرانی مناسب می‌سازد.

4-    سنگ شکن‌های مخروطی:

این نوع سنگ شکن ها برای مراحل خردایش ثانویه به بعد مناسب هستند و عملکردی شبیه سنگ شکن های ژیراتوری دارند. این سنگ شکن ها توانایی خردایش سنگ‌های با سختی متوسط تا زیاد را دارند. طراحی آن‌ها به گونه‌ای است که می‌توانند مواد را با فشرده‌سازی آن‌ها بین یک محور گردان نامتقارن و یک قیف مقعر خرد کنند. سنگ شکن های مخروطی در اشکال مختلف تولید می‌شوند. هیدروکن یکی از انواع سنگ شکن های مخروطی است.

هیدروکن از دو محفظه مخروطی شکل به نام‌های منتل و کانکیو تشکیل شده است. هنگامی که این دو مخروط در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند بار ورودی بین فضای خالی دو محفظه قرار گرفته و با چرخش مخروط درونی و ایجاد فشار سنگ‌ها خرد می‌شوند. 

5-    سنگ شکن های چکشی:

سنگ شکن چکشی در واقع نوعی سنگ شکن ضربه ای است که معمولاً به عنوان سنگ شکن ثانویه و ثالثیه استفاده می¬شود. از این سنگ شکن معمولاً برای خردایش سنگ¬های نرم تر مانند ماسه سنگ استفاده می‌شود. مکانیزم خردایش در این دستگاه‌ها بدین شکل است که با ضربات مکرر چکش‌هایی که به یک روتور چرخان متصل هستند سنگ‌ها به دیواره و سندان برخورد کرده و خرد می‌شوند. 
این نوع سنگ شکن بیشتر در معادن زغالسنگ، گچ، خاک های صنعتی و شن و ماسه استفاده می‌شود. از مهمترین سنگ شکن‌های چکشی می‌توان به کوبیت اشاره کرد.
کوبیت دارای یک روتور با 2 تا 6 ردیف پره چکش مانند است. این پره های چکشی با سرعت بسیار زیاد چرخیده و سنگ و مواد معدنی را به جداره داخلی سنگ شکن می‌کوبند تا عمل خردایش صورت گیرد. کوبیت برای خردایش مصالح کوهی و رودخانه ای انتخاب بسیار مناسبی است.

سایر اجزای واحد خردایش

علاوه بر سنگ شکن، واحد خردایش دارای قطعات و دستگاه‌های مهم دیگری است که بر عملکرد کلی خردایش تأثیر بسزایی خواهند داشت. از مهم‌ترین این تجهیزات می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

1-    سرندها: سرند نقش جداسازی مواد معدنی خردایش شده بر اساس ابعاد سنگ را بر عهده دارد. به کمک سرند، سنگ ها در اندازه های بزرگ، کوچک و ریز طبقه بندی می¬شوند. در صورت نیاز سنگ های بزرگ برای خردایش ثانویه مجدداً به سنگ شکن بر می¬گردند. سرند معمولاً به کمک لرزش و نیروی جاذبه مواد خرد شده را الک کرده و در سایزهای مختلف جدا می‌کند.

2-    نوار نقاله: نوار نقاله وظیفه حمل نقل مواد معدنی خام و خرد شده را بین اجزای مختلف واحد خردایش بر عهده دارد. 

3-    فیدر: فیدر وظیفه باردهی و تغذیه سنگ شکن را برعهده دارد. فیدر همواره مقدار قابل توجهی ماده معدنی را در خود ذخیره می¬کند تا در زمانی که سنگ شکن نیاز به خوراک بیشتری داشته باشد آن را تأمین کند. در صورت حذف فیدر خوراک دهی مداوم و مستمر به سنگ شکن باید به کمک ماشین‌آلاتی مانند لودر صورت گیرد که این امر هزینه تولید را افزایش خواهد داد. در سنگ شکن های ژیراتوری یا چرخشی نیازی به سیستم فیدر نیست.

مطالعه کنید: ژئوفیزیک در معدن

تصویری از فیدر در ابتدای خط خردایش

4-    ماسه شور: ماسه شور گرد و غبار و گل و لای موجود در شن و ماسه را شسته و باعث افزایش کیفیت محصول نهایی می‌گردد. تمیز بودن شن و ماسه به خصوص در صنایع بتن و آسفالت بسیار حائز اهمیت است. در برخی موارد تنها به کمک این دستگاه می‌توان اقدام به تولید شن و ماسه از مصالح رودخانه ای کرد بدون اینکه به سایر تجهیزات خردایش نیازی باشد.

نمایی کلی از خط خردایش

نتیجه گیری: خردایش به عنوان اولین گام فرآوری مواد معدنی تأثیر بسیار زیادی در مراحل بعدی و هزینه های تولید خواهد داشت. با توجه به تنوع بسیار زیاد تجهیزات خردایش و هزینه بالای خرید، تعمیر و نگهداری آن انتخاب تجهیزات، طراحی و نصب خطوط خردایش همواره باید مورد توجه معدن‌کاران و تولیدکنندگان قرار گیرد.