Уменьшение размера руды или горной породы: что такое дробление? Зачем и как оно выполняется?

Цель измельчения

Операция измельчения выполняется с тремя основными целями:

i. Получение размера или удельной поверхности, необходимых для использования руды или материала:

С этой целью при измельчении обычно подготавливают наполнитель, необходимый для керамических, дорожных, строительных и асфальтовых работ, а также сырьё, используемое в производстве цемента.

Размер частиц может иметь форму блоков, однако такие руды, как цемент, керамический полевой шпат, кальцит, кварц и барит, для возможности использования необходимо измельчать до уровней 10 µ.

ii. Разделение различных минералов, содержащихся в руде, с целью высвобождения одного от другого:

Верхний размер, при котором зёрна отделяются друг от друга в результате измельчения, определяется как размер раскрытия.

Для обогащения руд, находящихся в особенности в сложном состоянии и содержащих в своей структуре один или несколько ценных минералов, а также нежелательные примеси, совместно присутствующие минералы необходимо отделить друг от друга. При подготовке руды операции дробления и помола выполняются именно с этой целью.

Обеспечение размера или удельной поверхности, требуемых применяемым методом обогащения:

Размер раскрытия не всегда может быть достаточным для применяемой операции обогащения.

При флотации высвобождённый минерал может потребоваться повторно измельчить, чтобы он мог быть вынесен пеной на поверхность, чтобы обогащённая руда могла использоваться на следующем этапе или чтобы дополнительно обогатить полученный концентрат.

Что такое дробление?

Дробление — это операция уменьшения размера руды или горной породы. Операция измельчения начинается на месторождении с добычи руды с применением взрывчатых веществ. На последующих этапах операция уменьшения размера, выполняемая перед помолом в мельницах с помощью дробилок, называется «дроблением». Хотя чёткой границы не существует, уменьшение размера свыше 3 мм считается «дроблением», а ниже 3 мм — «помолом». Даже если руда с помощью конусных и некоторых ударных дробилок уменьшается ниже 3 мм, эта операция называется дроблением.

Операция измельчения выражается следующей формулой преобразования:

Руда, подлежащая уменьшению размера + Энергия = Руда с уменьшенным размером + Звук + Тепло

Полезная энергия, используемая при измельчении, рассчитывается путём вычитания из общей затраченной энергии энергии, преобразованной в звук и тепло. Бейк в 1964 году утверждал, что энергия, затрачиваемая на измельчение, составляет лишь 0.6% от общей энергии, а Остин утверждал, что она составляет менее 3%.

Хотя эти значения не являются точными, известным фактом является то, что энергия, затрачиваемая при измельчении, составляет очень небольшую долю от общей энергии, расходуемой на эту цель.

Помол — это последний этап уменьшения размера после дробления. Помол выполняется для высвобождения различных минералов, содержащихся в руде, и для обеспечения размера и удельной поверхности, соответствующих операции обогащения или цели использования. В зависимости от процесса обогащения помол выполняется сухим или мокрым способом, и используются различные мельницы, соответствующие цели помола.

Силы, применяемые при дроблении

Операция измельчения выражается следующей формулой преобразования:

Руда, подлежащая уменьшению размера + Энергия = Руда с уменьшенным размером + Звук + Тепло

При измельчении;

• Кручение
• Сжатие, давление или раздавливание
• Срез (сдвиг)
• Удар
• применяются ударные силы.

Дробление осуществляется с помощью машин, в которых одна или несколько из этих сил применяются совместно.

В дробильных машинах обычно применяются силы сжатия, удара и столкновения. Хотя не существует дробильных машин, применяющих силы кручения и среза, эти силы могут возникать во время дробления.

В дробилках, в которых применяется сила трения, расстояние между дробящими молотками и решётками корпуса дробилки довольно мало. Руда дробится под действием силы трения, возникающей под воздействием сил удара и среза, и удаляется из рабочей зоны.

Когда руды хрупкие, содержат мало кремнезёма и целью является получение продукта более крупного размера после дробления, применяются дробилки, работающие на силе среза. Сила среза чаще всего применяется совместно с силами удара и сжатия.

Для получения продукта крупного размера из твёрдых, абразивных, труднодробимых и не липких руд используются дробилки, работающие на силе сжатия. В этих дробилках руда сжимается между двумя поверхностями, одна или обе из которых подвижны.Щёковые дробилки являются наиболее распространёнными машинами измельчения, используемыми для дробления такого рода руд. Однако используются и щёковые дробилки, в которых наряду с силой сжатия за счёт горизонтального движения щеки применяется также сила трения. Такого рода дробилки не подходят для дробления абразивных руд.

Для контроля верхнего размера хрупких и неабразивных руд после дробления подготавливаются замкнутые цепи дробления и грохочения. Чаще всего первая стадия дробления выполняется по открытому циклу. После первой стадии дробления работа дробилок перед мельницей в замкнутом цикле облегчает управление помолом, а также значительно снижает стоимость измельчения.

Правильный выбор дробилок и цепей дробления и грохочения имеет особое значение, поскольку он непосредственно влияет на помол и последующие операции подготовки руды. Для повышения эффективности дробления, выполняемого в несколько стадий, с помощью грохотов, установленных перед дробилкой, руда подходящего размера выводится из цепи до попадания в дробилку, что предотвращает её ненужное измельчение. Эта операция одновременно увеличивает производительность дробилок и цепей дробления и грохочения. Количество подлежащей дроблению руды, её свойства и цель использования дроблёного продукта являются определяющими факторами при выборе дробилок и цепей дробления.

Свойства подлежащей дроблению руды

Каждая подлежащая дроблению руда обладает собственными характеристиками дробимости. Некоторые руды дробятся легко, а для дробления других требуется больше энергии. Физическая структура продукта, получаемого после дробления, также может изменяться: дроблёная руда может превращаться в порошок или оставаться в виде крупных кусков. Каждая руда при дроблении в определённой степени также изнашивает футеровку дробилки.

Определяющими при выборе дробилки являются свойства руды:

• Желаемый размер после дробления, P80
• Производительность дробления, Q
• Плотность руды в массиве и насыпная плотность, ρ
• Рабочий индекс подлежащей дроблению руды, Wi, и индекс абразивности, Ai
• Твёрдость руды
• Влажность руды
• Содержащиеся в руде компоненты, способные создать проблемы при измельчении
• Местные условия, в которых осуществляется измельчение

Испытания измельчения, проводимые в лаборатории, важны для предотвращения возможного неправильного выбора с самого начала. Три важных показателя, связанных со свойствами дробления руд, — химический анализ породы, индекс абразивности Ai и рабочий индекс Wi — могут быть легко определены лабораторными испытаниями.

Свойства подлежащей дроблению руды являются наиболее важным определяющим фактором при выборе дробилки. Свойства дробления одной и той же руды также могут изменяться в определённых пределах. Для осуществления выбора необходимо знать размер руды, размер, до которого она будет раздроблена, и её количество. На этапе выбора дробилки решение следует принимать, совместно оценивая стадии дробления и возможные факторы, которые могут возникнуть на каждой стадии.

Значение рабочего индекса Wi руд является важнейшей мерой их дробимости. Руды с низким рабочим индексом легко дробятся, и энергия, необходимая для их дробления, невелика. Чтобы руды с высоким рабочим индексом не создавали чрезмерной нагрузки на дробилку, необходимые настройки дробилки поддерживаются высокими.

Для руд с высоким индексом абразивности, таких как кварцит, использование ударных дробилок нецелесообразно. Ведь в цепях дробления замена изношенных деталей и обслуживание дробилок трудоёмки и затратны. Для дробления руд с низким рабочим индексом, таких как доломит, при выборе дробилки на первый план выходит производительность. Для дробления доломита крупные дробилки не требуются.

В заполнителях, которые будут использоваться при изготовлении бетона, внутренние напряжения нежелательны. Даже если на первой стадии дробления использовались щёковые дробилки, на второй стадии для доведения материала, выходящего из щёковой дробилки, до размера использования следует применять ударные дробилки.

Установлено, что щёковые дробилки с двойным рычагом (двойным коленом) обладают высокой эффективностью при дроблении руд, значение Ai которых превышает 0.7. Гираторные и конусные дробилки работают подобно щёковым дробилкам с двойным рычагом и считаются дробилками с низким износом.

Степень дробления ударных дробилок выше, чем у щёковых и конусных дробилок, и при измельчении требуется меньше стадий дробления. Однако использование ударных дробилок для дробления руд, индекс абразивности которых превышает 0.15, не рекомендуется, так как это приводит к чрезмерному износу.

Виды дробилок

Дробилки классифицируются как дробилки первичной, вторичной, третичной и даже четвертичной стадий.

Дробилки первичной стадии:

• Щёковые дробилки
• Гираторные (gyratory)
• Ударные

Дробилки вторичной, третичной и четвертичной стадий:

• Конусные дробилки
• Ударные дробилки
• Молотковые дробилки
• Вертикально-вальные (автогенные) дробилки
• Валковые дробилки
• Другие дробилки