Дробление

Дробление (и измельчение) – процессы уменьшения размеров кусков (зерен) полезных ископаемых путем разрушения их действием внешних сил. Принципиально процессы дробления и измельчения не различаются между собой. Условно считают, что при дроблении получают продукты преимущественно крупнее 5 мм, а при измельчении - мельче 5 мм. Для дробления применяют дробилки, а для измельчения – мельницы.

Крупность зерен, до которой надо дробить или измельчать исходный материал перед обогащением, определяется размером вкрапленности полезных минералов и процессом, принятым для обогащения данного ископаемого. Необходимая крупность устанавливается опытным путем при исследованиях обогатимости каждого полезного ископаемого.

Способы дробления различаются видом воздействия разрушающей силы на куски дробимого материала. Известны четыре основных способа разрушения материалов: раздавливание, раскалывание, истирание и удар (рис. 1.1).

Процесс дробления характеризуют степенью дробления i, которая показывает, во сколько раз уменьшается размер куска при дроблении:

i = ,

где D и d - максимальный размер куска соответственно до и после дробления.

На обогатительных фабриках дробление и измельчение полезных ископаемых перед обогащением производят с высокой степенью сокращения крупности. Например, перед флотационным обогащением полезное ископаемое иногда измельчают до крупности менее 0, 1 мм. Если при этом руда поступает из карьеров, то размер максимальных кусков в исходном материале может доходить до 1500 мм. Тогда степень измельчения i = 1500/0, 1 = 15000.

Получение таких высоких степеней дробления в одной дробильной машине практически невозможно. Вследствие конструктивных особенностей машины для дробления и измельчения эффективно работают только при ограниченных степенях измельчения, поэтому рациональнее дробить и измельчать материал от исходной крупности до требуемого размера в нескольких последовательно работающих дробильных и измельчающих машинах. В каждой из таких машин будет осуществлена лишь часть общего процесса дробления или измельчения, называемая стадией дробления или измельчения.

Наиболее часто в практике обогащения руд используется трех стадиальное дробление.

В зависимости от крупности дробимого материала и дробленого продукта стадии дробления имеют особые названия: первая стадия - крупное дробление (материал дробится приблизительно до 300 мм); вторая стадия – среднее дробление (приблизительно до 100 мм); третья стадия – мелкое дробление (приблизительно до 15 мм).

Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной, а во всех стадиях – общей,

i ₀ = i ₁ i ₂ … i_n.

Основными типами применяемых дробящих аппаратов являются щековые, конусные, валковые и молотковые (роторные) дробилки.

Щековые дробилки выпускают двух типов - с простым и сложным качанием щеки. В щековой дробилке с простым качанием щеки (рис. 1.2, 1.4 а) материал раздавливается между двумя щеками, из которых одна неподвижная, а другая подвижная – качающаяся. Подвижная щека шарнирно подвешена на неподвижной оси и попеременно то приближается к неподвижной щеке, то удаляется от нее. При сближении щек находящиеся между ними куски дробимого материала раздавливаются. Качательные движения щеки создаются вращающимся эксцентриковым валом через передаточный механизм (шатун и распорные плиты). Исходный материал поступает в пространство между щеками сверху. Дробленый продукт разгружается снизу при отходе подвижной щеки.

В дробилках со сложным качанием щеки (рис. 1.3., 1.4 б) подвижная щека висит эксцентрично на вращающемся валу, вращение которого сообщает щеке колебательные движения, достаточные для дробления материала. При этом подвижная щека совершает более сложные движения, чем в предыдущем случае, дополнительно к раздавливанию как бы растирая руду.

Щековые дробилки находят применение на обогатительных фабриках, в основном, для крупного и среднего дробления. Степень дробления у них составляет 4-5. Существенным недостатком щековых дробилок является наличие холостого хода, при разгрузке дробленого материала. Поэтому они имеют меньшую удельную производительность по сравнению с конусными. Кроме того, эти дробилки не могут работать «под завалом» и следовательно нуждаются в питателе (пластинчатом).

Вибрационные щековые дробилки являются высокопроизводительными технологическими агрегатами, способными дробить особо прочные материалы. Дробилка характеризуется: ударно-вибрационным воздействием щек, при котором для разрушения материала требуются меньшие усилия, чем в обычных щековых дробилках; высокой частотой ударов щек, обеспечивающих повышенную степень дробления до 10-20 и выше; повышенной производительностью за счет направленного вибрационного воздействия щек на материал; возможностью работы, как при дозированном питании, так и под завалом с полностью заполненной камерой дробления; автоматическим пропуском недробимых тел, размеры которых превышают размер разгрузочной щели без использования предохранительных устройств; простотой конструкции за счет использования самосинхронизирующихся вибровозбудителей; динамической уравновешенностью и мягкой виброизоляцией, что исключает передачу динамических нагрузок на основание и необходимость сооружения массивного фундамента; низкой удельной энерго- и металлоемкостью по сравнению с серийными щековыми дробилками, что позволяет снизить эксплуатационные затраты.

Конусные дробилки выпускаются трех типов: конусные дробилки крупного, среднего, и мелкого дробления.

Название дробилок состоит из трех букв и двух чисел. Например, ККД – 1500/180. Буквы означают тип дробилки, в данном случае – конусная крупного дробления, первое число для дробилок крупного дробления, это размер загрузочной щели l дробилки, мм (см. рис. 1.5), а вторая это размер разгрузочной щели; для дробилок среднего (КСД) и мелкого (КМД) дробления это диаметр основания дробящего конуса (см. рис. 1.7). Самая большая дробилка крупного дробления выпускаемая в нашей стране ККД 1500 (следующие ККД 1350, 1200 и т.д.)

В конусных дробилках материал 2дробится в кольцевом пространстве, образованном наружной неподвижной конической чашей 1 (рис. 1.5, 1.6) (верхней частью станины дробилки) и расположенным внутри этой чаши подвижным дробящим конусом 4, насажанным на вал 3. У дробилок для крупного дробления вал 3подвешивается к верхней траверсе, а у дробилок для среднего и мелкого дробления – на сферический подпятник, на который опирается дробящий конус, жестко закрепленный на валу 3. Так как нижний конец вала 3 входит эксцентрично в стакан 6, то при вращении стакана вокруг вертикальной оси дробящий конус начинает “обтекать” чашу, и происходит дробление материала. Основное дробящее действие конусных дробилок – раздавливание, но имеет место и разлом кусков при изгибе, возникающем, когда кусок зажат между вогнутой поверхностью чаши и выпуклой поверхностью дробящего конуса.

Конусные дробилки для среднего (рис 1.7) и мелкого дробления конструктивно схожи и отличаются в основном размерами загрузочных и разгрузочных отверстий. От дробилок крупного дробления кроме размеров, дробилки среднего и мелкого дробления отличаются тем, что дробящий конус имеет больший угол конусности (до 100°), а неподвижная чаша имеет вершину конуса вверху. Кроме того, весьма часто дробящий конус не подвешивают, а опирают на специальные подпятники. Степень дробления у конусных дробилок 5-7.

Самые большие КСД (КМД) 3000 (на 4 фабриках «Карельский окатыш», Костомукша; Эрдэнэт, Монголия; АНОФ 3, Апатиты; Алмалык). Дальше КСД (КМД) 2200, 1750 и т.д.

Конусные дробилки являются наиболее распространенными в горнодобывающей промышленности.

Конусные инерционные дробилки (КИД) предназначены для дробления хрупких прочных материалов в сухом или мокром режимах с высокой степенью дробления. Дробление материала осуществляется между наружным конусом и внутренним конусом, совершающим гирационное движение под действием центробежной силы вибровозбудителя. Преимущества: степень дробления в 1, 5-2 раза выше, чем в известных конусных дробилках; легко настраиваются на заданную крупность продукта дробления в соответствии с требованиями потребителя (например, с помощью системы дистанционного управления крупностью продукта); обеспечивается работа «под завалом» (без специальных дозирующих устройств) за счет кинематических особенностей и оригинальной формы камеры дробления; благодаря «мягкой» виброизоляции не требуется массивных фундаментов; попадание в камеру дробления случайного недробимого тела не приводит к перегрузке механизма привода; возможно дистанционное регулирование разгрузочной щели на рабочем ходу для компенсации износа броней; при мокром дроблении увеличивается диапазон регулирования производительности и крупности дробленого продукта путем изменения дробящей силы и расхода воды.

Валковые дробилки используют принцип раздавливания и раскалывания материала, находящегося в рабочем пространстве между движущимися гладкими, рифлеными или зубчатыми цилиндрическими поверхностями.

В зависимости от конструктивных особенностей и назначения применяют валковые дробилки следующих типов: одновалковые – для дробления агломерата и угля; двухвалковые (рис.1.8, а) – для дробления горных пород и руд; двухвалковые с зубчатыми валками (рис. 1.9) – для дробления угля и мягких пород; четырехвалковые с гладкими валками для дробления кокса и известняка (на аглофабриках). Наибольшее распространение получили двухвалковые дробилки. В зубчатых дробилках каждый валок состоит из вала и жестко засаженного на него многогранника, к которому болтами крепятся сменные зубчатые сегменты (бандажи) в виде отливок из марганцовистой стали. В последнее время стали применять так называемые пресс валковые дробилки в которых валки сильно прижимаются друг к другу за счет гидравлического привода, а дробимый материал подается в дробилку под давлением.

К дробилкам ударного действия относят молотковые, роторные и дезинтеграторные дробилки. В молотковых дробилках к вращающемуся ударному ротору шарнирно подвешены молотки, в роторных – жестко закрепленные лопатки (била) – (рис.1.8, б, в). Молотковые – развивают несколько большую степень дробления, чем роторные, но роторные позволяют дробить несколько более крупный и твердый материал.

В дезинтеграторах (рис. 1.10) для разрушения материала используется вращение двух или более движущихся навстречу друг другу роторов, цилиндрическая поверхность которых состоит из отдельных стержней (полос).

Дробилки ударного действия применяют обычно для среднего и мелкого дробления хрупких, мягких полезных ископаемых (угля, солей сланцев). Достоинства этих дробилок заключаются в простоте их конструкции, компактности, надежности и относительно высокой степени дробления (10-20 и более).

Особым видом ударных дробилок являются ударно вращательные дробилки. В нашей стране выпускаются ударно- вращательные дробилки «Титан» предназначены для дробления рудных и нерудных материалов любой крепости и твердости. Производительность центробежных дробилок Титан Д составляет от 1 до 650 т/ч. Использование в конструкции дробилок высококачественных твердосплавных и чугунных закладных элементов, а также самофутеровка большинства рабочих поверхностей дробимым материалом, позволили значительно снизить затраты на износ. Основные преимущества дробилок «Титан Д»: высокая степень дробления (до 30 и выше), что позволяет в ряде случаев сократить количество стадий дробления; изменение гранулометрической характеристики дробленых продуктов простым изменением скорости ускорителя; получение материалов преимущественно кубовидной формы, что способствует повышению эффективности последующей классификации (для щебня процент зерен пластинчатой и игловатой формы составляет 2-7% и удовлетворяет ГОСТ). При этом, в отличие от других типов дробилок, включая инерционные, кубовидная форма зерен сохраняется по всем классам крупности, в том числе и мелким и не зависит от степени износа футеровки дробилки; высокая селективность раскрытия руд, что позволяет в ряде случаев начинать обогащение на стадии дробления (для железных руд можно сбросить до 20 % отвальных хвостов сухой магнитной сепарацией, не подвергая их дорогостоящему измельчению).

На обогатительных фабриках дробилки часто работают в паре с грохотами. Если грохот ставится перед дробилкой, то такое грохочение называют предварительным. В этом случае из руды перед дробилкой отсевают мелкий класс и снижают нагрузку на дробилку, реализую принцип «Не дробить ничего лишнего». Если грохот стоит после дробилки, то такое грохочение называется поверочным. При этом из дробленого продукта отсевают готовый класс крупности, а крупную фракцию (надрешетный продукт) возвращают в дробилку. Это называется замкнутым циклом дробления. Обычно поверочное грохочение используют в последней стадии дробления. При этом на измельчение поступает «гарантированный» по крупности продукт. То есть, если на грохоте стоит сито, например, 15 мм, то ни одно зерно крупнее 15 мм в подрешетный продукт не попадет. Если же дробилка работает в так называемом открытом цикле, то дробленый продукт не получается «гарантированным» по крупности. То есть, в этом продукте, всегда содержится какое то количество крупных зерен. Иногда поверочное и предварительное грохочение совмещают на одном грохоте - смешанное (совмещенное) грохочение.

Типичная трехстадиальная схема дробления приведена на рисунке 1.11.