Технические науки/4. Транспорт

К.т.н. Мауленов Н.О., магистранты: Оразбекова К.Т. и Азибаев М.Б.

Казахстанский университет «Алатау», Казахстан

Особенности измельчения полезных ископаемых

Полезные ископаемые непосредственно после добычи не могут быть использованы для строительного производства, так как они чаще всего не соответствуют требованиям стандартов строительных материалов. Поэтому возникает необходимость измельчения добытого материала.

Измельчение – это тонкое дробление какого–либо твёрдого материала до частиц требуемого размера. Измельчение в основном широко применяется для обогащения полезных ископаемых в горном деле, а также в металлургии, химической, строительной и других отраслях промышленности.

Измельчение происходит в стадии дробления и помола.

Дробление – это получение кускового продукта необходимой крупности и гранулометрического или фракционного состава, и, при необходимости, подготовка его к помолу.

Помол – это процесс увеличения дисперсности твердого материала, придание ему определенного гранулометрического состава и формы частиц и дезагрегирование (разъединение слипшихся частиц).

Одним из основных показателей, характеризующих работу дробильной машины является степень измельчения ί. Под степенью измельчения подразумевается отношение первоначального размера кусков материала к размеру ее кусков после прохождения материала через дробильную машину, т.е. степень измельчения характеризует, во сколько раз первоначальный размер куска материала уменьшился в результате дробления [1-3].

ί = а / а, (1)

где а - размер кусков материала, загружаемых в машину, мм; а- размер кусков материала после дробления, мм.

В дробильных и измельчительных машинах полезные ископаемые измельчаются за счет процессов раздавливания, удара, истирания, при которых основное значение имеют деформации сжатия и сдвига.

Под действием внешних сил в куске измельчаемого материала возникают напряжения, вызывающие микротрещины, которые способны частично закрываться при снятии нагрузки. Некоторая предельная концентрация микротрещин в единице объёма может привести к возникновению по крайней мере одной большой трещины, которая приводит к распадению куска на части. При повторном нагружении куска такие трещины могут дать начало большой трещине и т. д. По мере уменьшения размера кусков в процессе измельчения их прочность возрастает, так как в мелких частицах оказывается меньше структурных дефектов. При очень тонком измельчении частицы размерами в несколько мкм и мельче могут под действием сил молекулярного сцепления образовывать хлопья и сростки. В этом случае при измельчении одновременно возникают новые мелкие кусочки, происходит их частичное укрупнение вследствие агрегатирования. Для предотвращения агрегатирования добавляют поверхностно-активные вещества, покрывающие частицы тончайшей плёнкой, которая препятствует слипанию.

Степень измельчения так же определяется как отношение среднего размера кусков (зерен) исходного материала к среднему размеру кусков (зерен, частиц) измельченного продукта. Главные характеристики продукта измельчения – гранулометрический состав (в %) и удельная поверхность (в см 2/г).

Измельчение способствует улучшению однородности смесей; улучшению физико-механических свойств и структуры материалов; ускорению и повышению глубины протекания химических реакций; повышению интенсивности сочетаемых с измельчением других технологических процессов; По размеру частиц получаемого продукта измельчение классифицируют:

Дробление:

• 300 – 100 мм – грубое;
• 100 – 25 мм – среднее;
• 25 – 1 мм – мелкое.

Помол:

• 1000 – 500 мкм – грубый;
• 500 – 100 мкм – средний;
• 100 – 40 мкм – тонкий;
• менее 40 мкм – сверхтонкий.

Среди машин для измельчения в основном используют

• дробилки;
• измельчители;
• мельницы.

Основными показателями производительности машин для измельчения являются масса и крупность исходного материала и продукта. Расход энергии на измельчение зависит от прочности (измельчаемости) материала, крупности исходного материала, степени загрузки мельницы и др.

Процесс измельчения может происходить в открытом или замкнутом цикле, а так же в одну или несколько стадий.

В открытом цикле материал проходит через измельчитель один раз, а в замкнутом цикле материал повторно поступает в измельчитель, пока не измельчиться до нужного размера. Для повышения производительности дробильного оборудования, уменьшения энергозатрат и уменьшения переизмельчения материала, измельчение осуществляют в замкнутом цикле с классифицирующим аппаратом, при этом из материала, разгружающегося из мельницы, выделяется готовый измельченный продукт, а крупный материал возвращается в мельницу. Замкнутый цикл позволяет получить продукт тонкого измельчения, а открытый цикл – продукт грубого и среднего измельчения.

Дробильное оборудование эффективно работает только при определённой степени измельчения, поэтому для получения тонкого продукта измельчение часто ведут в два, реже в три стадии, направляя материал в установленные последовательно дробилки или мельницы для грубого, среднего и тонкого измельчения. Такой подход позволяет снизить энергопотребление. При этом возможны разные схемы измельчения, например, при двухстадийной схеме мельница первой стадии может работать в открытом цикле, а мельница второй – в замкнутом.

В связи с этим для решения проблемы повышения качества и эффективности процесса измельчения материалов возникает необходимость в создании рациональных и перспективных конструкций измельчителей путем усовершенствования их рабочих органов.

Литература:

1. Андреев С. Е., Зверевич В. В., Перов В. А., Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых, 2 изд., М., 1986.

2. Труды Европейского совещания по измельчению, пер. с нем., М., 1986г.

3. Пономарев И. В., Дробление и грохочение углей, М., 1980.