Дробление и измельчение

В зависимости от размера кусков исходного материала и конечного продукта измельчение условно делят на несколько классов (табл. 3.1).

Под степенью i дробления и измельчения понимают отношение размеров наибольших кусков исходных твердых отходов и конечных продуктов дробления, измельчения. Дробление и измельчение могут быть сухим и мокрым.

Для дробления и измельчения твердых отходов на минеральной осноdе применяют машины, в которых используются способы измельчения, основанные на раздавливании, раскалывании, разламывании, истирании и ударе.

Дробление и измельчение осуществляют с помощью машин, называемых дробилками и мельницами. Классификация основного оборудования для измельчения твердых продуктов следующая:

- измельчители раскалывающего и разламывающего действия - щековые, конусные, зубовалковые и другие дробилки;

- измельчители раздавливающего действия - гладковалковые дробилки, ролико-кольцевые, вертикальные, горизонтальные и другие мельницы;

- измельчители истирающе-раздавливающего действия - гнерковые измельчители, бегуны, катково-тарельчатые, шаро-кольцевые, бисерные и другие мельницы;

- измельчители ударного действия - молотковые измельчители, бильные, шахтные мельницы, дезинтеграторы и дисмебраторы, центробежные барабанные, газоструйные мельницы;

- ударно-истирающие и коллоидные измельчители — вибрационные, планетарные, виброкавитационные и прочие мельницы; реактроны;

- прочие измельчители (пуансоны, пилы и т.д.).

Для дробления применяют щековые, конусные, валковые дробилки, работающие по принципу раздавливания, и ударные дробилки (молотковые, роторные, дезинтеграторы).

Щековые дробилки периодически раздавливают материал между металлической неподвижной и качающейся поверхностью (щеками). Неподвижная щека устанавливается вертикально, подвижная - под углом к ней. Такой тип дробилок применяется для крупного, реже - среднего дробления. Их производительность достигает 1000 т/ч при размере пасти (загрузочного отверстия) 1500× 2100 мм.

Конусные дробилки используют на стадиях крупного, среднего и мелкого дробления. Дробящие поверхности их выполнены в виде двух усеченных конусов, меньший из которых расширяющейся верхней частью входит в сужающуюся верхнюю часть большого конуса и эксцентрично движется (но не вращается) в последнем. Максимальный размер загрузочных отверстий конусной дробилки 2000 мм.

Конусные дробилки по высоте (7…10 м) значительно превышают щековые (3…5 м) и требуют более высокого здания. Их конструкция сложнее. Однако они более производительны (до 4500 т/ч руды), менее энергоемки, хорошо приспособлены к дроблению плитняка, который через прямоугольное сечение рабочего пространства щековой дробилки может проскочить без разрушения.

Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления. В них материал раздавливают между двумя вращающимися навстречу друг другу гладкими, рифлеными или зубчатыми цилиндрическими валками с зазором между ними от 1 до 100 мм. Скорость вращения валков варьирует от 0, 5 м/с в тихоходных конструкциях до 4…6 м/с, в быстроходных при диаметре валков до 1500 мм и производительности до 250 т/ч. Валки предпочтительнее при дроблении хрупких пород, так как дают минимальное переизмельчение материала. Их используют для дробления агломерата, кокса, марганцевых руд.

Ударные дробилки молоткового типа разрушают отходы ударами молотков, находящихся на валу вращающегося со скоростью 800…1000 мин-1 барабана. Молотки закреплены шарнирно и при ударе по куску отклоняются. Молотковые дробилки применяют для крупного дробления хрупких и пластичных материалов (известняк, мергель, гипсовый камень, сухая глина, уголь, агломерат и др.).

В ряде случаев практикуют жесткое закрепление молотков, что обеспечивает вложение кинетической энергии всего ротора в дробление материала. Дробилки такого типа называют роторными.

Дезинтеграторы состоят из двух роторов типа беличьего колеса большего (до 1500 мм) и меньшего диаметров. Роторы вставлены друг в друга и соосно вращаются в противоположных направлениях со скоростью до 3000 мин-1. Эти аппараты используют для среднего и мелкого дробления хрупких и сравнительно мягких материалов. Ободы дезинтегратора стягивают горизонтально расположенные элементы (пальцы) из прутков круглого сечения или клиновидных.

Помимо дробления с помощью механических средств нашли применение специальные способы, основанные на различных физических явлениях, в частности разрушение материалов с помощью электрогидравлического эффекта, сжатой средой, декриптацией и др.

Электрогидравлический эффект основан на использовании высоковольтного разряда в жидкости. Значительная тепловая мощность, выделяемая при разряде, приводит к нагреву вещества до десятков тысяч градусов, его испарению и ионизации. Продукты разряда ведут себя подобно газообразным продуктам взрыва. Это приводит к появлению сверхвысоких гидравлических ударных волн, кавитации, ультразвукового излучения, резонансных эффектов, разрушающих материал. В качестве источника электрического разряда служат генераторы импульсов тока с емкостными накопителями энергии.

В настоящее время электрогидравлический эффект применяют в металлообработке (формование трубчатых и полых изделий, деталей из малопластичных материалов), горном деле (бурение, дробление и измельчение), сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в процессах химической технологии, в алмазодобывающей и других отраслях промышленности.

Разрушение сжатой средой (взрывом) состоит в создании избыточного давления в кусках дробимого материала, последующей их выдержке под ним и его резком сбросе. Взрывной способ используют для разрушения таких материалов, как уголь, асбест, руда, дерево.

При высоком давлении газообразная среда (пар, воздух) проникает в поры и трещины куска, уже на этой стадии разупрочняя материал за счет адсорбционных процессов в порах, трещинах, плоскостях срастания минералов и образования микротрещин в более слабых участках. При последующем резком сбросе давления газ, расширяясь, разрушает материал.

Более высокая дисперсность в процессе измельчения может быть достигнута при использовании измельчителей (мельниц) других конструкций, которые основаны на ударном, ударно-режущем или ударно-импульсном действии.

Для измельчения применяют мельницы (барабанные, вибрационные, струйные) и бегуны. Более распространены барабанные конструкции.

В барабанных мельницах измельчение происходит при горизонтальном вращении барабана, внутрь которого загружают материал и мелющие тела - обычно стальные шары, короткие цилиндры или стержни. Внутреннюю поверхность барабана футеруют стальными или чугунными износоустойчивыми плитами.

При вращении барабана мелющие тела поднимаются на некоторую высоту и падают, разбивая куски материалов. Для хорошей работы мельницы необходимо правильно выбрать частоту вращения. При слишком большой (критической) скорости вращения дробящие тела центробежной силой прижимаются к стенкам барабана и вращаются вместе с ним, не измельчая полезные ископаемые. При недостаточном числе оборотов мелющие тела перекатывается в нижней части барабана при незначительном эффекте измельчения. Оптимальная скорость составляет 75…80% критической.

Известны классификации барабанных мельниц по нескольким признакам. В зависимости от вида измельчающей нагрузки их подразделяют на стержневые, шаровые, галечные и самоизмельчения.

Вибрационные и струйные мельницы предназначены для сверхтонкого помола материалов (до нескольких микрон и менее).

Принцип действия вибромельницы заключается в том, что материал и мелющие тела загружают в барабан, которому сообщают колебательные движения с ускорением, значительно превосходящим ускорение силы тяжести. Это ускорение передается мелющим телам, что значительно интенсифицирует разрушение материала. Частота колебаний составляет 25…50 мин-1, их амплитуда равна 2…4 мм.

Принцип действия струйных мельниц, состоит в самоизмельчении частиц материала, двигающегося с большой скоростью (до нескольких сотен метров в секунду) в воздушном потоке по пересекающимся или встречным направлениям. Их используют в тех случаях, когда недопустимо загрязнение конечного продукта металлическими примесями.

Измельчение материалов в бегунах является одним из наиболее давних способов. Оно реализуется за счет раздавливающих и истирающих нагрузок, возникающих при качении тяжелых жерновов по твердой кольцеобразной плите. Бегуны используют для измельчения, с одновременным растиранием и перемешиванием, вязких и мягких пластичных масс (сухой и увлажненной глины, шамота, распушки асбеста, приготовления формо- вочных смесей и т.п.) и для грубого помола (не тоньше 0, 1 мм) других материалов. Они могут работать в сухом и мокром вариантах измельчения, непрерывно и периодически, но, как правило, в открытом цикле.