Дробление и измельчение полезных ископаемых это
Дробление и измельчение применяют для доведения минерального сырья (и других материалов) до необходимой крупности, требуемого гранулометрического состава или заданной степени раскрытия минералов.
Между дроблением и измельчением нет принципиальных различий. Условно считают, что при дроблении получают продукт с максимальным размером зерен более 5 мм, а при измельчении — менее 5 мм.
Дробление — процесс разрушения кускового минерального сырья под действием внешних механических сил путем раздавливания, раскалывания, удара или их сочетания, его осуществляют в специальных машинах, называемых дробилками.
Измельчение — процесс уменьшения размеров кусков минерального сырья в результате ударного и истирающего воздействия внешних механических сил для раскрытия сростков минералов, его осуществляют в специальных машинах, называемых мельницами.
Дробление и измельчение являются подготовительными операциями обогащения и предназначены для разъединения, называемого раскрытием, рудных зерен различных минералов, содержащихся в полезном ископаемом в виде тесно переплетенных сростков. Чем полнее раскрываются, освобождаются один от другого минералы при дроблении и измельчении, тем успешнее идет последующее обогащение полезного ископаемого.
Оценку результатов дробления и измельчения выполняют по степени дробления, измельчения и эффективности работы дробилок и мельниц.
Степень дробления или измельчения і — отношение диаметра максимального куска исходного материала Dmax к диаметру максимального куска продукта дробления или измельчения dmax
i = Dmax/dmax. (12.1)
На обогатительных фабриках дробление и измельчение руд обычно производят последовательно в несколько приемов (стадий), так как получить необходимую степень дробления для полного раскрытия рудного минерала в одной дробильной машине не представляется возможным.
Стадии дробления и измельчения различают в зависимости от номинальной крупности исходного материала и конечного продукта (табл. 12.1).
Конечная крупность дробленого и измельченного материала, направляемого на обогащение, определяется размером вкрапленности полезных минералов, представляющей собой крупность зерен и агрегатов в массиве.
Эффективность работы Э, т/(кВт•ч), дробилок и мельниц характеризуется отношением массы дробленого и измельченного продукта М, т, к израсходованной энергии Q, кВт•ч:
Э=М/Q. (12.2)
Величина обратная Э называется удельным расходом энергии, кВт•ч/т:
Еуд = Q/М. (12.3)
Энергия, расходуемая на дробление и измельчение, поглощается упругими и пластическими деформациями, преобразуется в поверхностную энергию вновь образуемых поверхностей измельченных зерен и рассеивается в окружающей среде в виде тепловых, звуковых и других потерь.
Известно несколько закономерностей дробления, характеризующих зависимость работы, которую затрачивают на дробление и измельчение, от результатов дробления и измельчения, т. е. от крупности конечного продукта:
Все предложенные законы дробления практически описывают различные участки графика изменения удельного расхода энергии на дробление и измельчение Е = f(S), где S — площадь вновь образованной поверхности.
Общие сведения
Важнейшей операцией подготовки полезного ископаемого к обогащению или непосредственному использованию является уменьшение крупности.
Когда полезное ископаемое предназначено для непосредственного применения, необходимая крупность его определяется требованиями соответствующей отрасли производства.
Если полезное ископаемое поступает на обогащение, то уменьшение его крупности или разрыхление должно быть осуществлено до такой степени, чтобы зерна минералов были освобождены от взаимного срастания, т. е. было достигнуто необходимое раскрытие зерен. Необходимая крупность полезного ископаемого, подлежащего обогащению, определяется главным образом вкрапленностью ценного минерала в руде и применяемыми методами обогащения.
Уменьшение крупности полезного ископаемого осуществляется дроблением, измельчением, дезинтеграцией.
Дроблением и измельчением называется совокупность операции уменьшения размеров кусков (зерен) полезного ископаемого под действием значительных внешних механических усилий, способных преодолеть силы сцепления частиц горной породы.
Если получаемый при этом продукт имеет крупность более 2- 5 мм, то операция уменьшения крупности называетсядроблением,при получении продукта менее 2-5 мм–измельчением.
Дезинтеграцией называется разрыхление полезного ископаемого, состоящего из слабосвязанных между собой частей. Уменьшение крупности при этом обычно достигается размыванием водой, т. е. под действием небольших внешних механических усилий.
Разрушение горных пород, осуществляемое в процессах дробления и измельчения, производится путем раскалывания, раздавливания, истирания, удара и сочетания этих методов в зависимости от физико-механических свойств дробимого материала и его крупности.
Дробление твердых пород целесообразно вести раздавливанием, мягких и непрочных хрупких пород – раскалыванием и ударом. Измельчение производится главным образом ударом, раздавливанием, и истиранием.
Дробление и измельчение могут проводиться сухим способом и в водной среде.
Процессы дробления и измельчения являются наиболее дорогостоящими в обогащении: они составляют около 40% эксплуатационных расходов и 60% стоимости оборудования обогатительных фабрик. Поэтому в схемах дробления и измельчения должен строго соблюдаться принцип«не дробить ничего лишнего».
Дробление и измельчение осуществляются последовательно в несколько стадий, между которыми производится операция выделения готового по крупности продукта – грохочение или классификация. Иногда между стадиями включаются также операции обогащения.
Различают:
а) крупное дробление – дробление материала крупностью 1500-300 мм до крупности 350-100 мм-
б) среднее дробление – дробление материала крупностью 350-100 мм до крупности 50-20 мм
в) мелкое дробление – дробление материала крупностью от 50-30 мм до крупности 6-3 мм.
Машины, предназначенные для дробления, называютсядробилками, машины для измельчения – мельницами.
Машины для дробления
Машины для дробления можно классифицировать:
1. по крупности поступающего материала(дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления);
2. по характеру дробимого материала(дробилки для прочных горных пород, для мягкого и хрупкого материала);
3. по конструктивным элементам машин(щековые, конусные, валковые дробилки, дробилки ударного действия и др.).
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 < 100 кг/см2;
– средней твердости (песчаники, известняки) 100…500 кг/см2;
– твердые (гранит, мрамор) 500…1000 кг/см2;
– весьма твердые (руды цветных и редких металлов) > 1000 кг/см2.
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,
max / dmax;
или
i=Dср/dср,
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
iобщ = i1 i2,…,in.
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
KRD3,
где – временное сопротивление сжатию Н. м/м2;
– площадь вновь образованной поверхности, м2;
КR – коэффициент пропорциональности, Н. м/м2;
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
А = = KkD3,
где: К и Кк – коэффициенты пропорциональности, Н.м/м3;
V – деформированный объем, м3;
П.А. Ребиндер (1941 г.) объединил обе гипотезы и в этом случае полная работа дробления
А = KRD2 + KkD3.
По гипотезе Бонда (1950 г.) полная работа дробления пропорциональна среднему геометрическому между объемом и площадью поверхности куска:
А = КВ = КВD2,5
Все формулы различаются коэффициентами пропорциональности и показателями степени диаметра дробимого куска. По обобщающей гипотезе работу дробления можно представить в виде
A = KDm,
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.
Законы дробления.
Домашнее задание:
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту: