Теоретические основы дробления
Раскрытие минералов при дроблении и измельчении происходит вследствие разрушения кусков горных пород под действием внешних нагрузок. Для разрушения кусков руды необходимо преодолеть силы сцепления между отдельными кристаллами и внутри кристаллов. Эти силы определяют прочность горных пород, которая зависит от дефектов внутренней структуры, например, наличия внутренних ослабленных зон (трещин, включений).
Применяются следующие способы разрушения или их комбинации (рис. 5.1.).
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.1.Способы дробления полезных ископаемых
Различные способы дробления и измельчения отличаются видом основной необратимой деформации:
- Раздавливание (рис. 5.1.а) - разрушение в результате сжатия куска между двумя дробящими поверхностями наступающее после перехода напряжений за предел прочности на сжатие;
- Раскалывание (рис. 5.1.б) - разрушение в результате расклинивания куска между остриями дробящих поверхностей и последующего его разрыва;
- Излом (рис. 5.1.в) – разрушение куска в результате его изгиба, при ребристой форме дробящих поверхностей;
- Срезывание (рис. 5.1.г) – разрушение, при котором материал подвергается деформации сдвига;
- Истирание (рис. 5.1.д) - разрушение кусков скользящей рабочей поверхностью машины, при котором внешние слои куска подвергаются деформации сдвига и постепенно срезаются вследствие перехода касательных напряжений за пределы прочности;
- Удар (рис. 5.1.е) - разрушение куска в результате воздействия динамических кратковременных нагрузок. Дробление ударом приводит к разрушению прежде всего по трещинам и по поверхностям соприкосновения зерен отдельных компонентов.
В зависимости от свойств горных пород (прочность, хрупкость, вязкость и другие) выбирается наиболее эффективный способ внешнего силового воздействия на куски руды с целью их дробления. Например, для прочных и не хрупких пород, наилучшим способом разрушения может быть раздавливание или удар. При наличии в породе большого числа трещин и ее хрупкости предпочтительнее разрушение ударом, однако при большой вязкости руды эффективность действия удара резко снижается.
На выбор способа дробления влияют также ценность полезного ископаемого и требования к качеству дробленого продукта. Если, например, руда содержит хрупкие и ценные полезные минералы, то при ее дроблении необходимо максимально исключить эффект истирания, приводящий к переизмельчению руды и образованию труднообогатимых шламов.
Энергия, идущая на дробление (измельчение), расходуется на упругую деформацию разрушаемых зерен, рассеивается в окружающее пространство в виде тепла и на образование новой поверхности и превращается в свободную поверхностную энергию
измельченных зерен.
В общем случае элементарная работа (А), затрачиваемая на разрушение куска материала, представляет собой сумму работ, расходуемых на его деформацию и на образование новой поверхности, определяется уравнением П.А. Ребиндера
А = АД + АS = kDv + AoDS, (5.5.)
где АД – работа упругих деформаций; АS – работа образования новой поверхности; k – коэффициент пропорциональности, представляющей собой работу деформации в единице деформируемого объема зерна; Dv – изменение объема деформируемого зерна; Ao – коэффициент пропорциональности, представляющий собой затрату работы на образование единицы новой поверхности; DS – вновь образованная поверхность при измельчении.
При крупном дроблении руды с небольшой степенью дробления площадь вновь образованной поверхности сравнительно мала и работой, затрачиваемой на образование этой поверхности, можно пренебречь. В этом случае вся работа дробления будет пропорциональна деформированному объему кусков (гипотеза Кирпичева – Кика):
A = k1DV, (5.6.)
где k1 – эмпирический коэффициент Ки.
При мелком дроблении и измельчении работа на деформацию зерен значительно меньше работы на образование новых поверхностей и ею также можно пренебречь. Тогда работа, затрачиваемая на разрушение зерен, будет пропорциональна только площади вновь образованной поверхности (гипотеза Риттингера):
A = k2DS, (5.7.)
где k2 – эмпирический коэффициент Риттингера.
По гипотезе Бонда работа, расходуемая на дробление, пропорциональна среднему геометрическому из объема и поверхности разрушаемого зерна и составляет
А = АД + АS = k = k = koD2,5, (5.8.)
где ko – эмпирический коэффициент Бонда.
Рассмотренные законы дробления, характеризуют зависимость работы, затрачиваемой на дробление (измельчение), от результатов дробления (измельчения), т.е. от крупности конечного продукта.
(5.9.)
где К – коэффициент пропорциональности, Н×м/м2;
D – характерный размер куска, м.
Показатель степени при размере кусков m по закону Кирпичева – Кика равен 3, по закону Риттингера – 2, по закону Бонда – 2,5.
В общем случае предложенные законы дробления практически описывают
различные участки кривой удельного расхода энергии на дробление и измельчение
E = f(S), где S – площадь вновь образованной поверхности.
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 408;