حدود ۵ درصد از برق تولیدی جهان سالانه در کارخانه­‌های فرآوری مواد معدنی مصرف می­‌شود. از این مصرف انرژی قابل توجه، تقریباً ۸۰٪ در واحدهای خرد کردن معادن (خرد کردن و آسیاب کردن) صرف می­‌شود.

از دهه ۱۹۸۰، دستگاه رول­‌های­ خردایش فشار بالا (High Pressure Grinding Rolls) که با اسم اختصار HPGR شناخته می­‌شود به عنوان یک نوع اصلاح‌‌شده از سنگ شکن‌‌های غلتکی برای کاهش نسبی مصرف انرژی (حدود ۱۰ تا ۴۰ درصد) به کارخانه‌‌های استخراج سنگ معرفی شدند.

بلوک‌ها و استاد کاربید تنگستن در دستگاه HPGR

HPGR جایگزینی برای سنگ شکن‌­های درجه سوم و آسیاب­‌های مختلف (SAG، آسیاب گلوله­‌ای و میله­‌ای) در نظر گرفته شده است. استفاده از HPGR، علاوه بر بهبود بهره‌وری انرژی، چندین مزیت برای یک کارخانه فرآوری سنگ معدن دارد:

در دسترس بودن بالا
ظرفیت بالا
ایجاد ریز ترک
بهبود آزادسازی ذرات
ورود HPGR به صنایع معدنی سال­‌ها به‌طول انجامیده و در ابتدا برای آزادسازی الماس استفاده شده و سپس آزادسازی سنگ آهن برای گندله­‌سازی و درنهایت برای کاربرد­های معادنی دیگر مانند مس، طلا و پلاتین آماده شده است.

اجزاء تشکیل­‌دهنده و نحوه عملکرد دستگاه HPGR

دستگاه HPGR از قسمت­های مختلفی مانند: رول­‌ها، تغذیه، موتور رول­‌ها و … تشکیل شده که در شکل(۳) نشان داده شده است.

دستگاه (HPGR) با یک جفت رول چرخشی که در یک قاب محکم نصب شده‌­اند، کار می­‌کند. یکی از رول­‌ها روی محور ثابت می­‌چرخد، درحالی‌که رول دیگر روی بلبرینگ­‌های شناور نصب شده و به صورت افقی حرکت می­‌کند. سیلندرهای هیدرولیک نیروی فشاری (تا ۳۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع) را به دو رول وارد می­‌کنند.

مواد توسط گرانش از قیف تغذیه به شکاف بین رول متحرک و رول ثابت تغذیه می‌‌شوند و بستر فشرده‌‌ای از مواد ایجاد می‌‌کنند. سپس بستر ماده توسط مکانیسم شکستن بین ذره‌­ای خرد می­‌شود. قسمت تغذیه خود از قطعات ضد سایش به نام چک پلیت (cheek plate) که در طرح‌­های متفاوتی ساخته می­‌شوند تشکیل شده است (شکل۴).

این قطعات معمولاً از روکش‌های کاربید تنگستن لحیم‌کاری شده پوشیده شده است که مقاومت به سایش بالایی را از خود نشان می‌دهد.

اجزا تشکیل دهنده HPGR
شکل ۳-اجزا تشکیل دهنده HPGR
انواع مختلف چک پلیت‌های تغذیه دستگاه HPGR
شکل ۴-انواع مختلف چک پلیت‌های تغذیه دستگاه HPGR

از جمله قسمت­‌های اصلی HPGR، رول­‌های آن هستند که خود رول­‌ها از چندین قسمت مختلف تشکیل شده‌اند (شکل ۵):

الف) شافت(Shaft)
ب) اسلیو (Sleeve) یا غلطک‌­ها (Tier)
پ) استاد (Stud)
ت) بلوک کناره (Edge Block)
اجزاء مختلف رول HPGR
شکل ۵-اجزاء مختلف رول HPGR

اسلیوها یا غلطک­‌های HPGR به علت تماس مستقیم با ذرات سنگ معدنی دچار آسیب­‌های خوردگی و سایشی زیادی می­‌شوند؛ به‌همین‌علت برای جلوگیری از تخریب اسلیو، سطح این اسلیوها را با استادهای کاربید تنگستن می­‌پوشانند. لازم به ذکر است در بعضی از صنایع، روکش اسلیوها به جای استادهای کاربید تنگستن، از مواد و روش دیگری برای مقاوم کردن سطح استفاده می­‌کنند که در سه مدل موجود هستند:

A- اسلیو با پوشش ضدسایش به روش جوشکاری (معمولاً PTA).
B- اسلیو با سطح کامپوزیتی که به روش ریخته­‌گری گریز از مرکز تولید می­‌شوند.
C- اسلیو پوشیده از بلوک‌­های کناری کاربید تنگستن و استادهای کاربید تنگستنی (Tungsten Carbide Studs).
شکل 6- غلطک‌های HPGR جوشکاری شده، ریخته‌گری کامپوزیتی و پوشیده از استادهای کاربید تنگستن
شکل ۶- غلطک‌های HPGR شامل A)جوشکاری شده B)ریخته‌گری کامپوزیتی C)پوشیده از استادهای کاربید تنگستن
استاد کاربید تنگستن و عملکرد HPGR
از دیگر موارد تأثیر گذار روی عملکرد HPGR، عمر استادها هستند. استادها از ذرات سخت کاربید تنگستن و کبالت تشکیل شده­‌اند که بسته میزان مقاومت به ضربه و سایش مورد نیاز، درصد کبالت تغییر می­‌کند. اسلیوهایی که دارای استادهای کاربید تنگستنی هستند از اسلیوهای معمولی عمر بیشتری دارند (حدوداً ۶ برابر). پارامترهای بهینه سازی زیادی مانند قطر، تعداد و شکل برای استادهای رول وجود دارد.