دستگاه آسیای غلتکی فشار بالا یا HPGR چیست؟

از اولین صنایع که به کمک انسان آمد صنعت آسیاب کردن بود. آب، باد و حیوانات وظیفه داشتند تا نیروی چرخش سنگ آسیاب را تأمین کنند. اگرچه آسیاب کردن ابتدا برای مواد غذایی بود، اما با دسترسی به مواد معدنی در دل طبیعت آسیاب در صنایع معدنی نیز استفاده شد. خرد کردن سنگ معدن و بهره‌برداری کامل از آن امری بود که قرن‌ها ذهن انسان را به خود مشغول کرد.

اما امروزه این کار توسط دستگاه‌های مکانیزه انجام می‌شود. یکی از مهم‌ترین دستگاه‌ها ماشین آسیای غلتکی فشار بالا یا  hpgr است. در این مقاله توضیح خواهیم داد که HPGR چیست و استفاده از این دستگاه چه تأثیری در صنعت دارد.

HPGR چیست؟

HPGR، مخفف عبارت High pressure Grinding Rolls است که در فارسی به آن، آسیای غلتکی فشار بالا می‌گوییم. درواقع، یک تکنولوژی محبوب در صنایع معدنی محسوب می‌شود که در ۳۰ سال گذشته بسیار متداول شده است. با این فناوری کار خرد کردن مواد و سنگ‌های معدنی انجام می‌شود.

در سال 1980 پرفسور کلاوس شونرت، با مطالعه روی فیزیک شکست مواد به این نتیجه رسید که بهترین و مؤثرترین روش برای خردایش مواد، حرکت آن‌ها در یک بستر تحت فشار است. نتیجه تحقیقات شونرت منجر به اختراع دستگاه High pressure Grinding Rolls شد.

در آسیای غلتکی فشار بالا، دو غلتک با فاصله قابل تنظیم در کنار هم قرار می‌گیرند و مواد در فاصله شکاف بین این دو غلتک ریخته می‌شود. بر اثر حرکت دوار گونه غلتک‌ها که برخلاف هم می‌چرخند، مواد آرام ‌آرام وارد فضای خالی‌شده و توسط نیروی وارده از بین دو غلتک، مواد معدنی خرد می‌شود.

هرچه مدت ‌زمان قرارگیری مواد بین دو غلتک بیشتر شود، عملیات خردایش مواد نیز بیشتر خواهد شد تا جایی که حدود 80 درصد حجم مواد خرد و آسیاب می‌شود.

کاربرد آسیای غلتکی با فشار بالا

بعد از آنکه دانستیم HPGR چیست، باید به این پرسش پاسخ دهیم که چرا از آن استفاده می‌کنیم. زمانی که دستگاه آسیای غلتکی فشار بالا اختراع شد، از این دستگاه در کارخانه‌های سیمان استفاده می‌شد؛ اما گذر زمان کاربرد این دستگاه را در بخش‌های دیگر نیز گسترده کرد.

خردایش سنگ الماس

یکی از مشکلات آسیاب کردن در معادن الماس، پودر شدن الماس‌ها در زمان آسیاب کردن سنگ‌های معدنی بود. تحقیقات در معادن شرکت Debrees نشان داد، با تغییر فاصله بین غلتک خردشونده و غلتک بزرگ می‌توان از خرد شدن و ریز شدن سنگ‌های الماس جلوگیری شود.

فرآوری سنگ آهن

کاربرد آسیاب غلتکی فشارقوی در زمینه فرآوری سنگ ‌آهن، عمدتاً شامل پیش‌تصفیه قبل از گلوله‌های کنسانتره سنگ‌ آهن و خرد کردن یا ریز خرد شدن مواد سنگ معدن است. امروزه استفاده از سنگ‌شکن hpgr به‌جای آسیاب توپی یا استفاده آسیاب توپی همراه با HPGR در معادن آهن به ‌منظور فرآوری کنسانتره سنگ‌آهن مورد استقبال قرار گرفته است. توضیح آنکه آسیاب توپی نوعی آسیاب است که برای تولید پودر نرم یا تهیه یک مخلوط یکنواخت از سنگ معدن به کار گرفته می‌شود.

خرد کردن طلا

یکی دیگر از کاربردهای آن نیز در معادن طلا است. خرد کردن سنگ‌های طلا بهتر است با سنگ‌شکن HPGR انجام شود. نه ‌تنها طلا، بلکه هر فلز غیر آهنی که از ارزش بالایی برخوردار است با فشار غلتک بالا، بهتر خرد می‌شود. استفاده از غلتک‌های دیگر در معادن طلا موجب می‌شود که فشار زیادی به سطح غلتک وارد شود و عمر غلتک کوتاه شود. برای همین از غلتک‌های فشار بالا استفاده می‌شود.

بررسی تأثیر آسیای غلتکی فشار بالا (HPGR)

همان‌طور که در قسمت HPGR چیست توضیح داده شد، دستگاه از دو غلتک ساخته‌شده است که روی یاتاقان‌های مخصوص سوار شده و در اثر حرکت شافت، غلتک‌ها نیز حرکت کرده و عمل خردایش انجام می‌شود.

• سازندگان دستگاه وابسته به نوع مواد معدنی و نوع سنگی که نیاز دارند، فاصله این دو غلتک را تغییر می‌دهند که همین تغییر در فواصل غلتک‌ها موجب می‌شود از پودر شدن و خرد شدن بیش از حد مواد معدنی جلوگیری شود.
• تأثیر دیگر استفاده از سنگ‌شکن HPGR، مصرف کمتر انرژی الکتریکی در معادن است. همان‌طور که می‌دانید خردایش یک سنگ، نیاز به انرژی الکتریکی بالایی دارد که استفاده از آسیای غلتکی فشار بالا موجب کاهش مصرف انرژی الکتریکی در کارخانه‌ها و معادن می‌شود.
• همچنین یکی از مهم‌ترین تأثیرات استفاده از آن نیز کاهش هزینه‌های خردایش در معادن است. با استفاده از رول hpgr میزان هزینه‌های یک معدن تا 53% و هزینه‌های کارخانه سنگ‌شکنی تا 10% کم می‌شود. کاهش هزینه در زمانی که بازار به ‌شدت رقابتی است، موجب کاهش هزینه تمام ‌شده می‌شود. در معادن یا شرکت‌هایی که در صادرات کالا حضور دارند، استفاده از HPGR می‌تواند یک مزیت رقابتی برای آن‌ها محسوب شود.
• یکی از مراحل مهم در فرآوری سنگ‌های معدنی فلوتاسیون یا شناورسازی است. استفاده از آسیای غلتکی فشار بالا موجب افزایش بهره‌وری در فلوتاسیون می‌شود.
• زمانی که از دستگاه hpgr استفاده می‌شود مقدار ذرات با ابعاد بحرانی کمتر می‌شود. اصولاً دستگاه‌های نرم‌کنی به‌ویژه مدارهای نرم‌کنی از نوع خودشکن به دلیل وجود ذرات با ابعاد بحرانی دچار مشکل می‌شوند. استفاده از سنگ‌شکن hgpr موجب می‌شود ذرات با ابعاد بحرانی، کاملاً خردایش شده و خارج‌سازی انجام شود.
• یکی دیگر از هزینه‌های جاری که با استفاده از این دستگاه کاهش پیدا می‌کند، مصرف آب است. در رول HPGR  میزان آب تا حدی بسیار زیادی کاهش پیدا می‌کند.

مقایسه استفاده از HPGR و روش‌های معمول سنگ‌شکنی

متأسفانه تمام کشورهای دنیا نمی‌توانند از رول HPGR استفاده کنند زیرا فناوری به‌کاررفته در این دستگاه بسیار استثنایی و بی‌نظیر است؛ اما خوشبختانه در ایران این امکان وجود دارد و در حال حاضر چندین شرکت از آسیای غلتکی فشار بالا استفاده می‌کنند. در خطوطی که از رول HPGR استفاده نمی‌شود، از دستگاه سنگ‌شکن بهره‌برداری می‌شود. طبیعی است که خرید رول HPGR کمتر از دستگاه سنگ‌شکن معمولی خواهد بود. اما اگر در مقام مقایسه بین این دو دستگاه بربیاییم باید به موارد زیر اشاره کنیم:

• سازوکار شکست مواد معدنی در HPGR  متفاوت از سنگ‌شکن معمولی است. در دستگاه سنگ‌شکن غلتکی معمولی، سنگ‌ها در تماس مستقیم با استوانه‌ها خرد می‌شوند؛ درحالی‌که در دستگاه آسیای غلتکی فشار بالا مواد در اثر فشرده شدن بین ذرات دیگر خرد می‌شوند؛ درواقع مواد بین غلتک قرار نمی‌گیرند.
• فرایند شکست در سنگ‌شکن hpgr موجب آزاد شدن کانی‌های ارزشمند خواهد شد. سازوکار شکست در آسیای غلتکی فشار بالا موجب ریزترک در محور مرز دانه‌ها می‌شود. در حالی که در سنگ‌شکن معمولی به دلیل فشار نامتقارن روی مواد معدنی این اتفاق کمتر رخ می‌دهد.
• همچنین این ریز ترک‌ها موجب بهبود خاصیت لیچینگ و فلوتاسیون می‌شود. یکی دیگر از تفاوت‌های سنگ‌شکن معمولی در مقایسه با HPGR زمان قرارگیری مواد در رول HPGR است. به دلیل نوع چرخش و فشار در غلتک فشار بالا، مواد در زمان کمتری بین غلتک‌ها قرار می‌گیرند که همین امر موجب پودر نشدن مواد ارزشمند می‌شود.
• یکی دیگر از مقایسه‌هایی که شرکت‌های تولیدکننده HPRG بازگو می‌کنند، عمر مفید دستگاه در مقایسه با سنگ‌شکن معمولی است. سنگ‌شکن معمولی نیاز به توقف و غلتک‌زنی دارد و عمر غلتک‌ها به دلیل تماس مستقیم با مواد معدنی بسیار پایین است؛ اما دستگاه آسیای غلتکی فشار بالا، عمر مفید بالاتر و هزینه نگهداری کمتر دارد.

برای آشنایی با انواع و خرید آسیاب معدنی در سایت ممتاز سنگ شکن کلیک کنید

نتیجه‌گیری

کارایی و کارکرد بهینه تجهیزات، یکی از مهمترین عوامل کیفی در تولیدات صنایع معدنی است. شکست مواد در هنگام خرد شدن سنگ‌های معدنی، عامل مهمی در استخراج کانی‌های ارزشمند مثل سیلیسیم و پلاتینیوم است. یکی از مسائل مهم در تولید فولاد سنگ‌های معدنی این است که بلور مواد دچار تغییر نشود. ثبات در آرایش مولکولی مواد آهن به زمان خرد شدن بستگی دارد. امروزه مایه خوشبختی است که فناوری تولید سنگ‌شکن HPGR در ایران انجام می‌شود و همین امر می‌تواند کیفیت مواد فولادی و فلزی در کشور را بالا ببرد. در حال حاضر بسیاری از محققان کشورمان در حال مطالعه اثرات رول HPRG بر روی شکست مواد هستند. اینکه چه میزان فشار و چه میزان فاصله بین غلتک‌ها، موجب کیفیت بهتر مواد تولیدی می‌شود.