Существует несколько типов классификации процесса дробления.

По характеру образования и расположению бластомеров:

Полное (голобластическое) - характерно для зигот, содержащих мало желтка (мезо- и изолецитальные яйца), при этом борозды дробления проходят через все яйцо, а имеющийся у них желток включается в вегетативные бластомеры;

Неполное (меробластическое) - характерно для зигот, содержащих большие запасы белков желтка (полилецитальные яйца), при этом борозды дробления не проникают в богатую желтком область цитоплазмы.

В зависимости от размеров образовавшихся бластомеров:

равномерное - бластомеры на анимальном и вегетативном полюсе имеют одинаковые размеры;

неравномерное - на анимальном полюсе сосредоточены более мелкие бластомеры, чем на вегетативном.

По скорости формирования бластомеров:

синхронное - при одинаковой скорости образования бластомеров на обоих полюсах зиготы;

асинхронное - на анимальном полюсе скорость образования бласто­меров выше, чем на вегетативном.

Выделяют четыре основных типа голобластического дробления . Данная классификация основана на взаимном пространственном расположении бластомеров:

Радиальное;

Спиральное;

Билатерально-симметричное;

Неправильное (анархическое).

Радиальный тип дробления присущ голобластическим хордовым (ланцетник, круглоротые, осетровые рыбы, амфибии), иглокожим и некоторым другим группам.

При этом типе дробления бластомеры разных широтных ярусов располагаются, по крайней мере на ранних стадиях, довольно точно один над другим, так что полярная ось яйца служит осью поворотной симметрии.

Радиальный равномерный тип дробления характерен для яиц иглокожих (рис. 23).

У яйца лягушки наблюдается радиальный неравномерный тип дробления. Борозда первого деления дробления еще не завершила разделения богатой желтком цитоплазмы вегетативного полушария, а борозды второго деления уже закладываются вблизи от анимального полюса. Из-за большой концентрации желтка в вегетативной области борозды третьего деления дробления располагаются значительно ближе к анимальному полюсу (рис. 24).

В результате возникают область быстро делящихся бластомеров вблизи анимального полюса и область более медленно делящихся бластомеров вегетативного полюса.

Спиральный тип дробления характеризуется утерей элементов симметрии уже на стадии четырех, а иногда и двух бластомеров и присущ беспозвоночным (моллюски, кольчатые и ресничные черви), объединяемым в группу Spiralia.

Свое название этот тип дробления получил из-за того, что при взгляде с анимального полюса последовательно отделяющиеся четверки (квартеты) бластомеров поворачиваются относительно анимально-вегетативной оси то в правую, то в левую сторону, как бы образуя при наложении друг на друга спираль (рис. 25).

Знак спирального дробления, его дексио-(право-) или лео-(лево-) тропность, т. е. «закрученность», определяется геномом матери данной особи. Оно во многом отличается от радиального типа дробления.

Во-первых, яйца не делятся параллельно или перпендикулярно анимально-вегетативной оси. Плоскости делений дробления ориентированы наклонно, что приводит к спиральному расположению дочерних бластомеров.

Во-вторых, число контактов между клетками больше, чем при радиальном дроблении. В-третьих, зародыши со спиральным типом дробления проходят меньше делений до начала гаструляции. Возникающие таким образом бластулы обычно не имеют бластоцели (стерробластула).

Билатеральный тип дробления (круглые черви, оболочники) характеризуется наличием одной плоскости симметрии. Наиболее примечательная особенность этого типа дробления заключается в том, что плоскость первого деления устанавливает единственную плоскость симметрии зародыша (рис. 26).

Каждое последующее деление ориентируется по отношению к этой плоскости симметрии так, что половина зародыша по одну сторону от первой борозды представляет собой зеркальное отражение половины зародыша по другую ее сторону.

рис. 27. Анархическое дробление (по Токину, 1987)

При билатеральном типе дробления формируется одна плоскость симметрии: первая борозда проходит экваториально, далее анимальный бластомер делится меридиональной бороздой, а вегетативный - широтной. В результате получается Т - образная фигура из четырех бластомеров, не обладающая поворотной симметрией.

Путем поворота вегетативной пары бластомеров Т-образная фигура преобразуется в ромбическую. Этот поворот происходит в промежутке между делениями, в интерфазе.

При этом они могут распадаться, например под ударами волн, но из отдельных участков образуются полноценные зародыши. В результате плотного объединения бластомеров друг с другом в конце дробления образуется морула.

Основными типами меробластического дробления являются:

Поверхностное;

Дискоидальное.

При поверхностном дроблении после слияния пронуклеусов ядро зиготы делится на много ядер, которые с небольшим количеством цитоплазмы по цитоплазматическим мостикам переходят во внешний слой свободной от желтка цитоплазмы (периплазму) и равномерно там распределяются

(речь идет о центролецитальных яйцеклетках). Здесь ядра еще несколько раз синхронно делятся, располагаясь довольно близко друг к другу (рис. 28).

На этой стадии, еще до возникновения клеточных перегородок (так называемой синцитиальной бластодермы), ядра окружаются особыми структурами из микротрубочек, затем деление ядер становится асинхронным, между ними формируются клеточные перегородки и образуется базальная мембрана, отделяющая периплазму от центральной массы желтка. Борозды дробления появляются, но они не заходят глубоко в яйцо. Возникший поверхностный слой клеток называется клеточной бластодермой . Этот тип дробления характерен для большинства насекомых.

Первые две борозды проходят перпендикулярно друг другу, но далее строгий порядок прохождения борозд нарушается. При этом на бластомеры делится лишь тонкий диск цитоплазмы (бластодиск), расположенный на анимальном полюсе.

Процесс дробления

Лекция 5. ДРОБЛЕНИЕ

План лекции

5.1 Процесс дробления

5.2 Стадии и степень дробления

5.3 Способы дробления

5.4 Технология дробления

Дроблением называется процесс уменьшения размеров кусков руды под действием внешних механических сил. При этом получается продукт крупностью 15 мм. Такая крупность граничного зерна условна и может колебаться в зависимости от вида полезного ископаемого. Дальнейшее уменьшение крупности материала называется измельчением.

Дробление производится не только на обогатительных фабриках. Дроблению подвергаются: уголь или сланец на электростанциях, сжигающих топливо в пылевидном состоянии; уголь на коксохимических заводах перед коксованием; известняки и доломиты в качестве флюсов на металлургических заводах; камень с целью приготовления щебня для промышленного и дорожного строительства и т.д. В этих случаях продукты дробления используются непосредственно, и процесс дробления имеет самостоятельное значение. Крупность получаемых при этом продуктов устанавливается исходя из требований технологии потребляющих производств.

Процессы дробления применяются, главным образом, для подготовки сырья к дальнейшему измельчению. Единой целью этих операций является раскрытие зерен ценных компонентов перед обогащением.

Процессы дробления осуществляются обычно в три стадии:

Крупное дробление – от 1200 до 300 мм

Среднее дробление – от 300 до 75 мм

Мелкое дробление – от 75 до 15 мм

Каждая стадия характеризуется степенью дробления (i), то есть отношением диаметра максимальных кусков руды, поступающих на дробление (Д max) к диаметру максимальных кусков руды после дробления (d max):

Степень дробления, посчитанная по формуле, характеризует процессы дробления и измельчения недостаточно полно, допустим, что при дроблении или измельчении двух материалов, имеющих одинаковые характеристики крупности, получены продукты с одинаковыми максимальными кусками, но с различными характеристиками крупности. Суммарная характеристика по плюсу для одного продукта выпуклая, а для другого – вогнутая. Это означает, что второй продукт раздроблен мельче, чем первый, но если подсчитать степени дробления по отношению размеров максимальных кусков, то они окажутся одинаковыми. Отсюда видно, что степень дробления правильнее вычислять как отношение средних диаметров, которые находятся с учетом характеристик крупности исходного материала и продукта дробления.

Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной степенью дробления.

i 1 = = 4; i 2 = = 4; i 3 = = 5.

Общая степень дробления равна произведению частных степеней дробления.

i общ. = i 1 * i 2 * i 3 = 4 * 4 * 5 = 80

Степень дробления определяется возможностью дробильного оборудования.

Обычно для

I стадии дробления i = 3-5

II стадии дробления i = 3-5

III стадии дробления i = 3-8 (10)

Стадия дробления – это одна операция дробления или совокупность операции дробления с грохочением.

ТЕМА 5 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

1. Способы разрушения горных пород при дроблении и измельчении.

2. Свойства горных пород, имеющие значение при разрушении.

3. Стадии дробления. Степень дробления.

4. Гипотезы дробления и измельчения.

Процессы дробления и измельчения применяются для доведения материала до необходимой крупности, гранулометрического состава или заданной степени раскрытия минералов, т. е. для получения свободных минеральных зерен. При этом куски горных пород разрушаются внешними силами. Разрушение – это процесс зарождения и роста трещин и пор. Происходит по ослабленным сечениям, имеющим трещиноватости или другие дефекты структуры. Разрушение наступает после перехода за предел прочности нормальных и касательных напряжений, возникающих в материале при его упругих деформациях: сжатии, растяжении, изгибе или сдвиге. Предел прочности – предельное значение напряжения, выше которого образец разрушается практически мгновенно, а ниже – живет неограниченно долго .

Различные способы дробления и измельчения отличаются видом основной необратимой деформации, вызвавшей разрушение. В соответствии с этим способы разрушения делятся на (рис. 2.1):

1) раздавливание – наступает после перехода напряжений за предел прочности на сжатие;

2) раскалывание – после перехода напряжений за предел прочности на растяжение;

3) излом - после перехода напряжений за предел прочности на изгиб;

4) срезывание - после перехода напряжений за предел прочности на сдвиг;

5) истирание - после перехода напряжений во внешних слоях кусков за предел прочности на сдвиг;

6) удар – воздействие динамических нагрузок на материал, деформации возникают те же: сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг.

Рисунок 2.1 – Способы разрушения материалов

Эти способы разрушения являются общими и для операций дробления, и для операций измельчения, однако эти процессы различаются по своему технологическому назначению. Принято считать дроблением такой процесс разрушения, в результате которого большая часть продукта имеет крупность выше 5 мм. При измельчении получают продукт мельче 5 мм. Размер 5 мм принят условно.

Все машины, применяемые для разрушения кусков горных пород делятся по технологическому назначению на дробилки и мельницы. Отличительными особенностями этих типов машин являются:

Дробилки – 1) между дробящими телами всегда есть зазор, который свободен на холостом ходу и заполнен материалом на рабочем ходу; 2) выдают в основном кусковой продукт с преобладанием крупных фракций.

Мельницы – 1) измельчающие детали соприкасаются на холостом ходу, а на рабочем – разделены слоем материала; 2) выдают порошкообразный продукт с преобладанием мелких фракций.

В различных конструкциях машин могут использоваться сразу несколько способов разрушения, но преобладающим является один из них:

Раздавливание – в щековых, валковых и конусных дробилках;

Раскалывание – в зубчатых и игольчатых дробилках;

Удар – в молотковых дробилках и дезынтеграторах;

Истирание – в мельницах.

Для процессов разрушения наиболее важны прочность (крепость), дробимость, измельчаемость и абразивность горных пород. Прочность – способность твердого тела сопротивляться разрушению от действия внешних сил. Характеризуется предельными напряжениями, которые могут быть созданы в опасном сечении тела.

С точки зрения физико-механических свойств пород наиболее выгодно разрушать их растяжением. Но по конструктивным соображениям в основном используется раздавливание. Поэтому для сравнения прочностных свойств пород используют напряжение на сжатие или коэффициент крепости, разработанный проф. Протодьяконовым М. М. По шкале Протодьяконова все породы делятся на 10 категорий с коэффициентами крепости от 0.3 для самых слабых до 20 для наиболее прочных пород.

Дробимость – это обобщающий параметр для многих механических свойств пород и выражает энергоемкость процесса дробления.

Измельчаемость оценивают по удельной производительности мельницы по вновь образованному расчетному классу.

Абразивность оценивают по износу материала рабочих поверхностей машин в процессе дробления (измельчения) при трении.

Оценка результатов дробления (измельчения) производится по степени дробления (измельчения) и эффективности работы машин. Степень дробления – отношение размеров кусков исходного материала к размеру кусков продукта дробления.

I = D / d, (2.1)

Где i – степень дробления, D, d – средний или максимальный размер куска в питании и дробленом продукте, соответственно.

Нет таких дробильных машин, которые могли бы принимать исходную руду и выдавать конечный продукт. Поэтому применяют несколько приемов (стадий) дробления (см. схему). В зависимости от крупности исходного и дробленого материала различают следующие стадии дробления и измельчения, показатели для которых приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Стадии дробления и измельчения

При дроблении (измельчении) в несколько последовательных стадий общая степень дробления (измельчения) определяется как произведение всех степеней дробления в отдельных стадиях:

I = i 1 i 2 i 3 i n. (2.2)

Дробилки (мельницы) могут работать в открытом или замкнутом цикле. При открытом цикле материал проходит дробилку один раз, при замкнутом - надрешетный продукт грохота непрерывно возвращается в дробилку на додрабливание, образуя циркулирующую нагрузку. В случае мельниц – пески (крупный продукт) гидроциклона или классификатора возвращаются на доизмельчение. Замкнутые циклы обеспечивают более высокую степень дробления (измельчения) по сравнению с открытыми.

Если продукт дробления представляет собой свободные зерна полезного минерала, то дальнейшее дробление не имеет смысла, т. к. будет только приводить к переизмельчению материала. Процесс является энергоемким, поэтому проф. Г. О. Чечет сформулировал принцип НЕ ДРОБИТЬ НИЧЕГО ЛИШНЕГО. При разрушении происходит преодоление сил сцепления между частицами и образование новой поверхности. Энергия, потребляемая при дроблении (измельчении) расходуется на: 1) упругую деформацию разрушаемых зерен, т. е. рассеивается в окружающее пространство в виде тепла; 2) образование новой поверхности, т. е. превращается в свободную поверхностную энергию измельченных зерен. При измельчении расход полезной энергии – на образование новой поверхности – составляет около 1% общего ее расхода.

Пусть разрушается зерно в виде куба с размером d, представленное на рис. 2.2.

Рисунок 2.2 – Изменение суммарной поверхности зерен при дроблении

Тогда поверхность частиц будет:

До дробления: S 1 = 6 d 2 1Кубик. (2.3)

После дробления: S 2 = 6 (d / 2) 2 8Кубиков = 6 d 2 2; (2.4)

S 3 = 6 (d / 3) 2 27 = 6 d 2 3; (2.5)

………………….. ; (2.6)

S n = 6 d 2 n. (2.7)

Здесь n – количество частиц.

Таким образом, при уменьшении размеров кусков руды происходит увеличение общей поверхности частиц.

Для оценки порошкообразных материалов используется понятие удельной поверхности, т. е. поверхности, приходящейся на единицу веса материала. В данном случае:

S yд = 6 d 2 / d 3 δ = 6 /d δ . (2.8)

Обозначим 6 / δ = К. Для частиц малого размера К = соnst.

При дроблении Q весовых единиц материала со средним размером кусков D получим столько же весовых единиц материала со средним размером d. Поверхность материала до дробления:

S 1 yд = K Q / D. (2.9)

После дробления:

S 2 yд = K Q / d. (2.10)

Вновь образованная при дроблении поверхность будет:

ΔS = S 2 – S 1 = K Q / d – K Q / D = K (1 / d – 1 / D) Q (2.11)

Известно несколько гипотез энергетической оценки процессов дробления и измельчения. Одна из них – гипотеза Риттингера (1867г): Расход энергии на дробление пропорционален величине вновь образованной поверхности. В математическом выражении имеет вид:

E = K 0 ΔS = K 0 К (1 / d – 1 / D) Q. (2.12)

Здесь E – расход энергии, K 0 – коэффициент пропорциональности, по физическому смыслу представляет собой расход энергии на образование одной квадратной единицы новой поверхности.

Обозначим: Ko K = K1 . (2.13)

Тогда E = K1 (1/d – 1/D) Q. (2.14)

Умножим и разделим правую часть уравнения (2.14) на D, получим

E = K1 (1/d – 1/D) Q D/ D = K1 (D /d – D /D) Q / D = K1 (i – 1) Q / D. (2.15)

Таким образом, по Риттингеру расход энергии на дробление одной весовой единицы материала пропорционален степени дробления i минус единица.

По гипотезе Кирпичева (1874г.) и Кика (1885г.) энергия, необходимая для дробления и измельчения материала пропорциональна его весу (или объему):

E1 = K0 Q. (2.16)

Из выражения (2.16) следует, что затрачиваемая энергия не зависит от крупности материала. Коэффициент Ко выражает расход энергии на единицу веса при данной степени измельчения. Можно выбрать схему с одинаковыми степенями дробления в каждой стадии:

I 1 = i 2 = i 3 = …..= i n. (2.17)

Тогда с учетом (2.17) общая степень дробления составит:

Где n – число стадий дробления.

При этом энергии дробления в каждой стадии будут равны между собой:

E 1 = E 2 = E 3 . (2.19)

С учетом выражений (2.16) и (2.19) общая энергия дробления по всей схеме будет:

E = K0 Q n. (2.20)

Для исключения степени в выражении (2.18) выполним его логарифмирование и выразим n:

Lg I = n lg i, (2.21)

N = lg I / lg i (2.22)

Подставим соотношение (2.22) в формулу (2.20) и получим:

E = K0 Q lg I / lg i. (2.23)

Для одного и того же материала и при одной и той же степени дробления в каждой стадии величины К0 и i будут постоянными, поэтому можно обозначить

K2 = K0 / lg I, (2.24)

Тогда энергия дробления (измельчения) определится с учетом соотношения (2.23) как:

E = K2 Q lg I, (2.25)

Математическое выражение для степени дробления (2.1) можно представить в виде

D / d = (1/d) / (1/D). (2.26)

Lg I = lg [ (1/d) / (1 / D)] = lg (1 / d) – lg (1 / D). (2.27)

С учетом соотношений (2.25) и (2.27) выражение для энергии дробления будет иметь вид:

E = K2 [ lg (1 / d) – lg (1 / D) ] Q. (2.28)

Формула (2.28) представляет собой математическое выражение гипотезы Кика-Кирпичева аналогично выражению гипотезы Риттингера. По Риттингеру расход энергии пропорционален поверхности, по Кику-Кирпичеву – объему. Соответственно эти законы носят название поверхностного и объемного законов дробления (измельчения). Данные экспериментов и промышленной практики показали, что эти законы справедливы лишь в определенных диапазонах крупности. Гипотеза Риттингера хорошо согласуется с практикой при тонком измельчении, а гипотеза Кика-Кирпичева – при крупном дроблении.

Академик Ребиндер (1941г.) предложил гипотезу, охватывающую любой случай разрушения полезных ископаемых, математическое выражение которой имеет вид:

A = σ ΔS + K ΔV. (2.29)

Здесь A – работа, затрачиваемая на разрушение твердого тела, σ – поверхностная энергия на единицу твердой поверхности (σ - избыток свободной энергии в пограничном слое), ΔS – поверхность, вновь образуемая при разрушении, ΔV – часть объема тела, подвергшаяся деформации, K – работа упругой и пластической деформации, приходящаяся на единицу объема.

При крупном дроблении больших кусков руды K ΔV >> σ ΔS, т. к. приращение поверхности незначительно, и работа будет в основном пропорциональна объему (гипотеза Кирпичева):

AK ≈ K ΔV = КK D 3. (2.30)

При разрушении мелких кусков руды (измельчение) σ ΔS >> K ΔV, т. к. приращение поверхности значительно. При этом работа почти пропорциональна величине новой образованной поверхности (гипотеза Риттингера):

AR ≈ σ ΔS = KR D 2. (2.31)

Гипотеза Ребиндера связывает процесс разрушения с физико-механическими свойствами пород и минералов (поверхностная энергия, твердость).

Разделим обе части уравнения (2.29) на ΔS и получим:

A / ΔS = σ ΔS / ΔS + K ΔV / ΔS, (2.32)

A / ΔS = σ + K ΔV / ΔS. (2.33)

Обозначим в выражении (2.33):

σ + K ΔV / ΔS = H s . (2.34)

Тогда с учетом соотношений (2.33) и (2.34) получим:

H s = A / ΔS. (2.35)

Величину H s надо рассматривать как коэффициент твердости, равный работе образования единицы новой поверхности. Вместе с тем величина H s связана с поверхностной энергией соотношением (2.34). Таким образом, чем больше поверхностная энергия твердого тела, тем больше его твердость, а, следовательно, и больше работа, которую надо затратить на разрушение – образование новой поверхности.

Гипотеза Ребиндера пригодна для любого диапазона крупности, т. к. она сводится к закону Риттингера или Кирпичева при определенных значениях крупности. Эта гипотеза учитывает оба вида энергии – поверхностную и потенциальную энергию деформации в объеме дробимого тела.

Американский ученый Бонд (1950г.) предложил гипотезу, промежуточную по отношению к законам Риттингера и Кирпичева:

По гипотезе Бонда элементарная работа пропорциональна приращению параметра, являющегося среднегеометрическим между объемом и поверхностью:

Практика показывает определенную связь между индексом работы по Бонду и коэффициентом крепости пород по Протодьяконову.

Выбор способов дробления.

Способ дробления горной породы зависит от физико-механических свойств дробимого материала и крупности его кусков. Способность горных пород противостоять разрушению зависит от прочности, наличия трещин в кусках, способов воздействия на них разрушающих усилий. Наибольшее сопротивление оказывают горные породы раздавливанию, меньшее - изгибу и особенно растяжению.

В настоящее время применяют дробилки, работающие главным образом по принципу раздавливания и удара при добавочных истирающих и изгибающих воздействиях на дробильный материал.

Технологические схемы камнедробильных заводов (КДЗ) многообразны и зависят в первую очередь от прочности камня и загрязнения вредными примесями. При выборе технологической схемы производства на КДЗ учитывают тип перерабатываемой горной породы (рис. 29.1):

I - однородные магматические горные породы (граниты, диориты, сиениты и др.) с пределом прочности при сжатии 600 МПа и более, метаморфические (осадочные) породы с прочностью 60...250 МПа;

II - прочные однородные осадочные породы с пределом прочности при сжатии 60...200 МПа;

III - неоднородные малоабразивные породы с прочностью от 10 до 150 МПа с содержанием труднопромываемых включений.

Степень дробления и измельчения.

Количественной характеристикой процесса дробления служит степень дробления, показывающая, во сколько раз уменьшились куски материала при дроблении.

Со степенью дробления связаны расходы энергии и производительность дробилок.

Степень дробления определяется по формуле

где D max - наибольший диаметр куска до дробления; d max - наибольший диаметр куска после дробления.

Рис. 29.1.

Для конкретных дробилок в технических паспортах приводится график выходов сортов щебня в зависимости от ширины выходной щели дробилки для условно принятой плотности горной породы.

Получение высоких степеней дробления в одной дробилке практически невозможно, поскольку каждая дробилка работает только при ограниченной степени дробления. Рационально материал от большего размера до требуемого дробить в нескольких последовательно расположенных дробилках (рис. 29.2).

Рис. 29.2. I, II, III - одно-, двух- и трехстадийные:

1 - грохот; 2 - конусная дробилка; 3 - щековая дробилка; 4 - валковая дробилка

Степень дробления, получаемую в каждой стадии, называют частной, во всех стадиях - общей степенью дробления.

В материалах, поступающих на дробление, всегда имеются куски мельче того размера, до которого идет дробление в данной стадии. Такие куски выделяют из исходного материала исходя из принципа «не дроби ничего лишнего». Дробилки могут работать в открытом или замкнутом цикле. При открытом цикле материал проходит через дробилку один раз и в конечном продукте всегда присутствует некоторое количество кусков избыточного размера. При замкнутом цикле материал неоднократно проходит через дробилку. Раздробленный материал подается на грохот, выделяющий из него куски избыточного размера, которые возвращаются для повторного дробления в ту же или вторичную дробилку. На практике наибольшеее распространение получило двухстадийное (двухступенчатое дробление).

Дробление каменных материалов производится в специальных дробилках, мельницах и дробильно-сортировочных установках.

По конструкции и способу дробления различают дробилки: щеко- вые, конусные, гирационные, ударные (молотковые и роторные).

По степени измельчения мельницы подразделяются на струйные, вибрационные и шаровые.

Щековые дробилки отличаются простотой конструкции и относительно несложным уходом при эксплуатации. В них измельчение происходит в пространстве между двумя щеками при сравнительно медленном нарастании давления. Щековые дробилки подразделяются по характеру движения подвижной щеки на два класса: дробилки с простым (по закону маятника) и сложным (эллипсоидным) движением подвижной щеки относительно оси подвеса. Щековые дробилки - прочные и надежные механизмы, используемые в качестве оборудования первичного дробления. К недостаткам щековых дробилок следует отнести большое количество движущихся деталей, что предопределяет устройство массивных фундаментов для их монтажа.

В последнее время появились усовершенствованные модели щековых дробилок - вибрационные щековые дробилки.

Конусные дробилки измельчают горную породу путем совместного воздействия истирания и сжатия материала между двумя поверхностями в камере дробления.

Основное действие конусной дробилки - раздавливание в сочетании с размолом кусков при изгибе, возникающем, когда кусок зажат между вогнутой поверхностью чаши и выпуклой поверхностью дробящего конуса. Конусные дробилки используются для мелкого дробления на второй и третьей стадиях измельчения. Они особенно эффективны для изготовления щебня из гравия. Модификации конусных дробилок могут использоваться для получения щебня кубовидной формы.

Гирационные дробилки оборудованы гидравлической системой, регулирующей ширину разгрузочной щели, влияющей на крупность продукта. В сравнении с конусными вторичными дробилками гирацион- ная дробилка имеет камеру дробления, предназначенную для приема питающего материала относительно большего размера по сравнению с диаметром подвижного конуса.

Молотковые и роторные дробилки относятся к дробилкам ударного действия. В молотковых дробилках камень измельчается силой ударов, нанесенных молотками. Они служат для дробления известняков и хрупких каменных материалов с прочностью на сжатие до 150 МПа.

В роторных дробилках материал разрушается за счет кинетической энергии жестко закрепленных на роторе движущихся тел. Промышленность выпускает однороторные и двухроторные дробилки. Производительность двухроторных дробилок выше, чем однороторных, в 1,5 раза.

Рис. 29.3. а - с использованием конусной дробилки; б - с использованием параллельно работающих конусной и ударной дробилок; в - с использованием последовательно работающих конусной и ударной дробилок

В настоящее время большое внимание уделяется производству щебня узких фракций кубовидной формы. Для получения щебня узких фракций кубовидной формы следует в качестве исходного материала использовать щебень из изверженных горных пород фракций 20...70,

• 40.. .70 и 20...40 мм. Целесообразнее использование фракций щебня
• 20.. .40 мм, в процессе переработки которого получается меньшее количество отсевов дробления фракций 0...5 мм.

Получение щебня кубовидной формы осуществляется на специальных дробильно-сортировочных установках, комплектация которых зависит от вида и крупности исходной породы, количества и номинального размера фракций щебня в готовой продукции, содержания зерен пластинчатой и игловатой (лещадной) формы в готовой продукции и требуемой производительности дробильно-сортировочного оборудования (рис. 29.3).

Дробильно-сортировочная установка при содержании зерен пластинчатой и игловатой формы до 10... 12% должна включать в свой состав бункер-питатель, две параллельно работающие дробилки (специальную конусную и ударного действия) и виброгрохот (см. рис. 29.3, б).

При уменьшении зерен пластинчатой и игловатой (лещадной) формы в готовой продукции до 5...7% можно рекомендовать схему дробильно-сортировочной установки с использованием последовательно работающих специальной конусной и ударной дробилок (см. рис. 29.3, в).

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 -

.

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/см 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.

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 / d max;

i=D ср /d ср,

где i – степень дробления; D max и D ср – соответственно максимальный и средний размеры дробимого материала; d max и d ср – соответственно максимальный и средний размеры дробленого материала.

Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной. Общая степень дробления получается как произведение частных степеней

i общ = i 1 i 2 ,…,i n .

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.

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 ;

К R – 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

А = = K k D 3 ,

где: К и К к – 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

А = K R D 2 + K k D 3 .

По гипотезе Бонда (1950 г.) полная работа дробления пропорциональна среднему геометрическому между объемом и площадью поверхности куска:

А = К В = К В D 2,5

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.

Законы дробления.

Домашнее задание:

Главная » Заработок в Интернете » Степень дробления и измельчения. Дробление (эмбриология) Выбор оборудования I стадии – дробления