Дробление в процессе переработки полезных ископаемых и немного о дробилках.
Завод нестандартного оборудования «Машинопромышленное объединение» проектирует и изготавливает оборудование для Обогатительных фабрик и ГОК’ов. Один из важнейших процессов в технологии, используемой при обогащении полезных ископаемых это дробление, а важное оборудованием участвующее в этом процессе — дробильное оборудование или дробилки. В этом материале речь пойдет об общих принципах.
Дробилка это специальное оборудование, предназначенное для измельчение минерального сырья и различных твёрдых материалов.
Процессы дробления и измельчения.
Дробление — процесс разрушения крупных твердых элементов, например кусков руды или угля с целью уменьшения их размеров до заданных, обеспечения определенного гранулометрического состава фракций. Так же в результате дробления происходит раскрытие зерен минерала до заданной степени.
Дробление крупнокускового материала на более мелкий происходит под действии внешних сил. Для того чтобы произошло разрушение исходный материал в процессе дробления сжимают, растягивают, изгибают или обеспечивают сдвиг одной части относительно другой. В результате такого воздействия происходит разрушение исходного материала в слабых местах структуры имеющих дефекты.
Разрушение произойдет после того, как будет достигнут и превышен предел прочности материала от напряжений, возникающих при упругих деформациях. Как известно предел прочности это такое значение напряжения, при превышении которого материал разрушается практически мгновенно.
В зависимости от предела прочности при сжатии или раздавливании полезные ископаемые подразделяют на четыре группы:
- мягкие полезные ископаемые (уголь, сланец), у которых разрушающее напряжение на сжатие 1000 кг/см2.
Дробление — это наука.
В первую очередь она пытается дать ответ на вопрос о количестве работы, требуемой для получения результата. Теория дробления позволяет описать процессы дробления, происходящие в дробилках различных типов и рассчитать для производителей их основные параметры — мощность двигателя, производительность, наибольшие усилия дробления. Наиболее важные для дробления характеристики материала — его прочность и дробимость, т.е. способность делиться при ударе на части различных размеров и форм.
В общем, как с точки зрения конечного результата, так и процессов происходящих во время дробления современные дробилки подразделяются на машины крупного дробления (размер на выходе 100-350 мм), среднего дробления (размер 40-100 мм) и мелкого дробления (5-40 мм). Если в требуется получить фракцию конечного продукта менее 5 мм, то эти процессы относятся к истиранию.
При этом при крупном дроблении, когда приращение поверхности достаточно мало работу необходимую для дробления определяют по гипотезе Кирпичёва, согласно которой работа требуемая для деформации куска пропорциональна изменению его первоначального объёма.
При среднем дроблении в основу расчетов кладется гипотеза Бонда утверждающая, что требуемая работа дробления пропорциональна среднегеометрическому приращению объёма и площади поверхности матеиала.
При мелком дроблении (измельчении, истирании) отлично работает гипотеза Риттингера о пропорциональности необходимой затрачиваемой работы для дробления увеличению площади поверхности материала. 
Различные способы дробления и измельчения отличаются видом основной необратимой деформации, вызывающей разрушение материала. В соответствии с этим способы разрушения делятся на:
- Раздавливание – деформация материала наступает после достижения предела прочности на сжатие. Раздавливание применяется, как правило, при крупном и среднем дроблении твёрдых горных пород и углей;
- Раскалывание – деформация материала наступает после достижения предела прочности на растяжение. Раскалывание преимущественно применяется для хрупких и вязких пород (углей, известняков, асбестовых руд и т.п.).
- Излом — деформация материала наступает после достижения предела прочности на изгиб.
- Срез и Истирание — деформация материала наступает после достижения предела прочности на сдвиг.
- Удар – воздействие динамических нагрузок на материал, деформация материала наступает после достижения предела прочности на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг.
Предел прочности материала на растяжение значительно ниже чем на сжатие, но в современной практике дробления основным разрушающим воздействием остается раздавливание. Это связано с конструктивным особенностями, определяемыми уровнем развития технологий.
Классификация процессов дробления.
По виду реализации дробления его методы делят на:
- Ручное дробление. Это трудоемкая и дорогая операция, применяется лишь в особых случаях, например при обнаружении отдельных крупных кусков породы, размер которых превышает загрузочное отверстие дробилки.
- Механическое дробление. Наиболее распространённый вид дробления, при котором к материалу прилагаются усилия от движущегося дробящего тела.
- Пневматическое, или взрывное дробление. При этом происходит разрушение материалов, за счёт энергии взрыва.
- Электрогидравлическое дробление, при котором материал погружается в воду и его разрушение производится ударной волной, от мощного электрического разряда.
- Электроимпульсное дробление специальным электрическим пробоем материала.
- Электротермическое дробление нагревом материала электрическим током и последующим тепловым или электрическим пробоем.
По способу воздействия на материал процессы дробления подразделяются на:
- Статические способы механического дробления — раздавливание, раскалывание, излом, происходящие в щёковых, конусных и валковых дробилках.
- Динамические способы дробления — удар и истирание, происходящие в роторных дробилках; раскалывание, раздавливание в стержневых дробилках — дезинтеграторах.
По крупности конечного продукта дробление делятся на:
- Крупное дробление (100-350 мм),
- Среднее дробление (40-100 мм),
- Мелкое дробление (5-40 мм),
- Измельчение, истирание (менее 5 мм).
По технологическому назначению процессы дробления подразделяются:
- Подготовительное дробление для подготовки материала к обогащению или дальнейшей переработке.
- Окончательное дробление, в результате которого получаются товарные продукты дробления, например, при выпуске сортовых углей.
- Избирательное дробление, при котором один из компонентов материала, с меньшей прочностью, под действием одинаковой нагрузки разрушается раньше и сильнее другого, более прочного.
Процессы дробления могут быть в открытом или замкнутом цикле. Процесс дробления как правило идет в сочетании с предварительным грохочением, когда весь исходный материал сначала поступает на грохот, а в дробилку направляются лишь крупные куски, а остальное идет далее, не требуя дробления.
При открытом цикле дробления продукт подается в дробилку только один раз, при замкнутом цикле дробления — материал из дробилки поступает на грохот, где происходит его сортировка и крупные куски возвращаются на следующий цикл дробления, а мелкие — на дальнейшую обработку. При замкнутом цикле дробления достигается лучший результат, так как получаемый гранулометрический состав однороден, так же уменьшается расход энергии и износ частей дробилки.
В зависимости от требуемого размера готового продукта, применяют последовательно несколько этапов дробления, например при дроблении руд цветных металлов, дробление происходит 2 — 4 раза, руд чёрных металлов и угля 2 или 3 раза.
Дробилки и их конструкция.
Основная классификация дробилок производится по особенностям конструктивного исполнения рабочего органа.
- Щёковые дробилки, в которых дробление материала происходит при помощи двух прямоугольных плит (шёк). Одна из щёк или обе одновременно совершают колебательные движения.
- Конусные дробилки, в которых материал для дробления проходит между двумя конусами внутренней поверхностью неподвижного и внешней поверхностью подвижного.
- Валковые дробилки, в которых материал для дробления поступает между парой цилиндрических валков или подвижным валком и плитой.
- Дробилки ударного действия, такие как роторные дробилки, молотковые дробилки. Дробление в них происходит специальными битами (молотками), закреплёнными на корпусе быстро вращающегося ротора).
- Существуют так же комбинированные дробилок оборудованные рабочими органами двух видов в одном корпусе.
Каждый вид дробильного оборудования в свою очередь можно разделить на подвиды по конструктивному исполнению и особенностям устройства рабочего органа. Щёковые дробилки могут быть оборудованы простым или сложным движением щеки. Конусные дробилки оборудуются консольными или подвесными валами. Валковые дробилки могут быть одновалковые, двухвалковые, трёхвалковые и четырёхвалковые. Роторные — одно- и двухроторные.
Основа конструкции дробилки любого типа — наличие камеры дробления, которая образована главным рабочим органом, передающим энергию на дробление материала и вспомогательным, сужающимся от приёмного отверстия к выходному. Ширина приёмного отверстия дробилки должна превышать допустимый размер наибольшего куска исходного материала.
В процессе дробления материал в камере дробления непрерывно перемещается, постепенно измельчаясь и поступая в более узкую её часть. Частицы, достигшие заданного размера, выгружаются из зоны дробления через выходное отверстие.
Выбор типа дробилки зависит от типа материала и поставленных задач.
- Щёковые и конусные дробилки применяются для дробления абразивных материалов прочных и средней прочности.
- Валковые дробилки хорошо себя зарекомендовали при обработке материалов средней прочности.
- Ударные дробилки хороши для малоабразивных материалов, мягких и средней прочности.
Путь совершенствование дробилок направлен в сторону увеличения мощности, срока службы, снижения уровня шума и запылённости. Это достигается применением в их конструкции гидравлических систем защиты от поломок и регулирования размеров дробления. На современные дробилки устанавливаются системы автоматического контроля и управления режимами работы дробилок. На смену классическим механическим дробилкам постоянно разрабатываются дробилки с электрическим, термическим, взрывным и другими способами дробления.
Завод нестандартного оборудования «Машинопромышленное объединение», имея высококвалифицированные кадры и огромный опыт всегда готов прийти на помощь на любом этапе эксплуатации и обслуживания дробильного оборудования различных конструкций. Более подробно о дробилках определенных конструкции будет написано в следующих наших статьях. О некоторых дробилках, которые мы производим читайте в разделе нашего сайта ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДРОБИЛОК
Источник
СПОСОБЫ И ПРОЦЕССЫ ДРОБЛЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.
Цель: Изучение процессов и способов дробления полезных ископаемых.
План:
1.
Назначение операций дробления.
2.
Законы дробления.
Ключевые слова: дробление, качество дробления, мягкие руды, средние, твердые руды, методы разрушения, раскалывание, излом, удар, истирание, срезывание, крупное, среднее, мелкое дробление, степень дробления, работа дробления, уравнение Риттингера.
1. Дробление и измельчение – процессы разрушения полезных ископаемых под действием внешних сил до заданной крупности, требуемого гранулометрического состава или необходимой степени раскрытия минералов. При дроблении и измельчении не следует допускать переизмельчения материала, так как это ухудшает результаты обогащения полезных ископаемых (тонкие частицы крупностью менее 20 – 10 мкм обогащаются неудовлетворительно) и удорожает процесс. Дробление — это процесс уменьшения размеров кусков руды путем разрушения их под действием внешних сил, преодолевающих силы внутреннего сцепления кристаллов твердого вещества. Условно считают, что при дроблении получают продукты крупностью до 5мм. Для дробления применяют дробилки различных конструкций. Дробление производится как сухим способом (основным), так и мокрым (для глинистых руд).
Иногда дробление полезных ископаемых производится вручную.Однако это трудоемкая и дорогая операция, и поэтому она целесообразна лишь в некоторых особых случаях, а именно:
а) при наличии в добытом ископаемом небольшого количества отдельных крупных кусков, размер которых превышает загрузочное отверстие дробильных машин;
б) при ручной рудоразборке — для разъединения сростков. В первом случае дробление чаще всего ведут на колосниковых решетках, перекрывающих бункеры.
Производительность труда рабочего при ручном дроблении колеблется в широких пределах. При дроблении, твердой породы она составляет в смену 1,0- 1,5. При дроблении отдельных кусков па колосниковых решетках с отверстиями размеров 450х360 мм бригада в 10—12 рабочих может обеспечить подачу на фабрику до 400 т руды в смену.
Механическое дробление и измельчение
Основным способом дробления является механическое дробление, при котором к материалу прилагаются усилия за счет энергии движения дробящего тела. Расход энергии колеблется к весьма широких пределах в зависимости от свойств руды, главным образом от крупности дробления. Он становится особенно большим при тонком и сверхтонком измельчении.
Дезинтеграция в водной среде
Особой разновидностью дроблении является дезинтеграция— разрыхление в виде слабоцементированных пород, главным образом глинистых. Она ведется для высвобождения зерен минералов, входящих в состав породы, без их дробления. Преодолеваемые в процессе дезинтеграции силы значительно меньше, чем силы молекулярного сцепления и твердых породах. Присутствие небольших количеств влаги резко повышает прочность глинистые пород. При насыщении же породы водой связь между отдельными зернами уменьшается в результате набухания глины и ослабления ее цементирующего действия, что в конечном счете приводит к полному разрыхлению породы. Степень пластичности глины оказывает большое влияние на скорость разрушения пород, определяя различную их «промывистость».
Мокрая дезинтеграция обычно усиливается и ускоряется дополнительным механическим воздействием — протиркой, ударом, динамическим ударом водной струп и т. д.
Процессы дробления и измельчения могут быть подготовительными процессами (например на обогатительных фабриках перед обогащением полезного ископаемого) или иметь самостоятельное значение (дробильно –сортировочные фабрики, дробление и измельчение угля перед коксованием, перед пылевидным его сжиганием и т.д.).
При дроблении материала необходимо учитывать его прочность, т.е. способность оказывать сопротивление разрушению под; внешним воздействием. По прочности все полезные ископаемые делятся на четыре категории в зависимости от предела прочности при > сжатии или раздавливании:
— мягкие (уголь, сланец), у которых разрушающее напряжение на сжатие 2 ;
— средней твердости (песчаники, известняки) 100. 500 кг/см 2 ;
— твердые (гранит, мрамор) 500. 1000 кг/см 2 ;
— весьма твердые (руды цветных и редких металлов) > 1000 кг/см 2 .
Прочность полезных ископаемых зависит от вида деформации, минералогического состава, размера кристаллов, трещиноватости, пористости, выветренности. Под способом дробления понимается вид воздействия разрушающей силы на куски дробимого материала.
При дроблении и измельчении применяют следующие способы разрушения (см. рис. 10): раздавливание (а), раскалывание (б), излом (в), срезывание (г), истирание (д) и удар (е). Тот или иной способ разрушения выбирается в зависимости от физико-механических свойств, дробимого материала и крупности его кусков.
Рис.10. Способы разрушения кусков руды:
а — раздавливание; б — раскалывание; в — излом; г — срезывание;
д — истирание; е – удар
— раздавливание, наступающее после перехода напряжении запредел прочности на сжатие; применяется для твердой руды различной крупности;
— раскалывание в результате расклинивания (при этом в материале появляются напряжения от растяжения) и последующего разрыва кусков; применяется для мягких и хрупких руд;
—излом в результате изгиба и срезывание; применяются для материалов различной крупности и прочности;
— истирание кусков скользящей рабочей поверхностью машины, при котором внешние слои куска подвергаются деформации сдвига и постепенно срезаются вследствие перехода касательных;
— напряжений за пределы прочности: применяется для мягких руд и руд средней твердости;
—удар применяется для материала любой крупности, особенно часто — для хрупких руд (бокситов, известняка).
Основное правило «не дробить ничего лишнего» на практике осуществляется путем стадиального построения схем дробления: не за одну операцию, а в несколько стадий, многократно, последовательно уменьшать размеры куска. Раздробить куски руды в одну стадию невозможно в силу конструктивных особенностей дробильных аппаратов, которые эффективно работают только при ограниченных степенях дробления. Поэтому рациональнее дробить и измельчать материал от исходной крупности до требуемого размера в нескольких последовательно работающих дробильных и измельчающих аппаратах. В каждом из таких аппаратов осуществляется лишь часть общего процесса, дробления или измельчения, называемая стадией дробления или измельчения.
В зависимости от крупности дробимого материала и дробленого продукта различают следующие стадии дробления:
— крупное дробление (от 1100. 300 до 350. 100 мм);
— среднее дробление (от 350. 100 до 100. 40 мм);
— мелкое дробление (от 100. 40 до 30. 5 мм).
Степень дробления (или измельчения) показывает степень сокращения крупности в процессе разрушения кускового материала. Она характеризуется отношением размеров максимальных кусков в дробимом и дробленном материале или, что более точнее, отношением средних диаметров до и после дробления, подсчитанных с учетом характеристик крупности материала,
где i – степень дробления; Dmax и Dср – соответственно максимальный и средний размеры дробимого материала; dmax и dср – соответственно максимальный и средний размеры дробленого материала.
Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной. Общая степень дробления получается как произведение частных степеней
Число стадий дробления определяется начальной и конечной крупностью дробимого материала. Число стадий дробления при подготовке руд к измельчению обычно бывает равным двум или трем. Одно- или четырехстадийное дробление применяется при переработке калийных солей, на железорудных дробильно-сортировочных фабриках, четырехстадийное – на крупных магнитно-обогатительных фабриках мощностью 40 — 60 тыс. т/сут, перерабатывающих крепкие магнетитовые руды плитняковой формы.
2. Процесс дробления отличается большой сложностью и зависит от множества факторов, к которым можно отнести: прочность и вязкость руды, влажность, форма и размер кусков и др.
Чем прочнее и тверже полезное ископаемое, тем больше усилие необходимо приложить для того, чтобы преодолеть внутренние силы сцепления частиц руды и раздробить его на части. Силы сцепления между кристаллами значительно меньше сил сцепления внутри кристаллов. При приложении внешних сил разрушение происходит преимущественно по ослабленным сечениям, имеющим различные дефекты структуры (трещины).
Коэффициент полезного действия дробления очень мал. Большая часть энергии затрачивается на трение между кусками дробимого материала, частями машины и расходуется в виде выделяемого тепла. Полезная работа при дроблении расходуется на образование новых обнаженных поверхностей и пропорциональна величину этой поверхности.
Законы дробления (измельчения) характеризуют зависимость работы, затрачиваемой на дробление (измельчение), от результатов дробления (измельчения), т.е. крупности продукта.
Работа А (Дж), затрачиваемая на дробление (измельчение), пропорциональна вновь образованной поверхности кусков (частиц) дробленного продукта
где — временное сопротивление сжатию Н . м/м 2 ;
— площадь вновь образованной поверхности, м 2 ;
КR – коэффициент пропорциональности, Н . м/м 2 ;
D – характерный размер куска, м.
Уравнение соответствует гипотезе Риттингера (1867 г.).
Если при разрушении куска кубической формы энергия затрачивается в основном на деформацию объема, то в этом случае производимая работа прямо пропорциональна изменению его первоначального объема и определяется по формуле – Кика
где: К и Кк – коэффициенты пропорциональности, Н . м/м 3 ;
V – деформированный объем, м 3 ;
П.А. Ребиндер (1941 г.) объединил обе гипотезы и в этом случае полная работа дробления
По гипотезе Бонда (1950 г.) полная работа дробления пропорциональна среднему геометрическому между объемом и площадью поверхности куска:
Все формулы различаются коэффициентами пропорциональности и показателями степени диаметра дробимого куска. По обобщающей гипотезе работу дробления можно представить в виде
где, К – коэффициент пропорциональности в общем виде; m = 2 3.
Когда степень дробления велика (мелкое дробление, измельчение), можно пренебречь работой деформации объема и в этом случае применяют закон Риттингера. Когда степень дробления мала (крупное дробление), можно пренебречь работой образования новых поверхностей и тогда подходит закон Кирпичева – Кика. Формула П.А. Ребиндера имеет универсальное значение. Закон Бонда занимает промежуточное положение.
В связи с крайним разнообразием физических свойств горных пород, а также с необходимостью дробить исходное сырье и получать продукты различной крупности создано очень много конструкций дробильных машин. В настоящее время стремятся строить не универсальные дробильные машины, а специализированные, дающие возможность достичь наилучших результатов п каждой отдельной операции.
Дробильные машины должны удовлетворять следующим требованиям:
Конструкция и размеры машины должны соответствовать размерам кусков и свойствам обрабатываемого материала, назначению данной операции и заданной производительности.
Разгрузка дробленого материала должна производиться непрерывно. Периодическая разгрузка снижает экономичности дробления.
Дробление должно осуществляться равномерно и с минимальным пылеобразованием. Степень дробления должна регулироваться достаточно просто.
Расход энергии должен быть, возможно меньшим.
Обслуживание должно быть просто и безопасно, смена изнашиваемых частей — легка.
Наиболее ценные детали дробилки должны быть предохранены от поломки дешевыми предохранительными устройствами.
Основы теории дробильных машин были созданы проф. Л. Бевенсоном и 3. Б. Канторовичем. Исследованию условий работы отдельных дробильных машин были посвящены работы многих других советских ученых и инженеров, приведшие к выявлению оптимальных условий работы дробильно-измельчительных машин и создание новых конструкций.
Выводы:
Дробление — это процесс уменьшения размеров кусков руды путем разрушения их под действием внешних сил, преодолевающих силы внутреннего сцепления кристаллов твердого вещества. Условно считают, что при дроблении получают продукты крупностью до 5мм. Для дробления применяют дробилки различных конструкций. Дробление производится как сухим способом (основным), так и мокрым (для глинистых руд).
Иногда дробление полезных ископаемых производится вручную.Однако это трудоемкая и дорогая операция, и поэтому она целесообразна лишь в некоторых особых случаях, а именно:
а) при наличии в добытом ископаемом небольшого количества отдельных крупных кусков, размер которых превышает загрузочное отверстие дробильных машин;
б) при ручной рудоразборке — для разъединения сростков. В первом случае дробление чаще всего ведут на колосниковых решетках, перекрывающих бункеры.
При дроблении и измельчении применяют следующие способы разрушения: раздавливание, раскалывание, излом, срезывание, истирание и удар. Тот или иной способ разрушения выбирается в зависимости от физико-механических свойств, дробимого материала и крупности его кусков.
В зависимости от крупности дробимого материала и дробленого продукта различают следующие стадии дробления:
— крупное дробление (от 1100. 300 до 350. 100 мм);
— среднее дробление (от 350. 100 до 100. 40 мм);
— мелкое дробление (от 100. 40 до 30. 5 мм).
Процесс дробления отличается большой сложностью и зависит от множества факторов, к которым можно отнести: прочность и вязкость руды, влажность, форма и размер кусков и др.
Контрольные вопросы:
1.
Что называется дроблением?
2.
Какие способы разрушения существуют при дроблении?
3.
Как различаются процессы разрушения, между собой?
4.
Что такое ручное дробление и в каких случаях оно проводится?
5.
Что означает степень дробления, как она определяется?
6. Что характеризуют законы дробления?
7. Чем отличаются формулы Риттингера и Кирпичева – Кика?
8. Какие требования предъявляются дробильным аппаратам, при подготовке их к эксплуатации?
Темы семинаров:
Дробление как неотъемлемый процесс подготовки к обогащению.
Процессы дробления. Общая характеристика.
Ручное и механизированное дробление.
Источник
