Зменшення розміру руди або гірської породи: що таке дроблення? Навіщо і як воно виконується?

Мета зменшення розміру

Операція зменшення розміру виконується з трьома основними цілями:

i. Отримання розміру або питомої поверхні, необхідних для використання руди чи матеріалу:

З цією метою під час зменшення розміру зазвичай готують наповнювач, необхідний для керамічних, дорожніх, будівельних та асфальтних робіт, а також сировину, яка використовується у виробництві цементу.

Розмір може мати форму блоків, однак такі руди, як цемент, керамічний польовий шпат, кальцит, кварц і барит, для можливості використання необхідно подрібнювати до рівнів 10 µ.

ii. Розділення різних мінералів, що містяться в руді, для вивільнення одного від одного:

Верхній розмір, за якого зерна відокремлюються одне від одного внаслідок зменшення розміру, визначається як розмір розкриття.

Для збагачення руд, які перебувають особливо у складеному стані й містять у своїй структурі один або кілька цінних мінералів разом із небажаними домішками, спільно наявні мінерали необхідно відокремити одне від одного. Під час підготовки руди операції дроблення та помелу виконуються саме з цією метою.

Забезпечення розміру або питомої поверхні, які вимагає застосовуваний метод збагачення:

Розмір розкриття не завжди може бути достатнім для застосовуваної операції збагачення.

У флотації вивільнений мінерал може потребувати повторного подрібнення, щоб його можна було винести піною на поверхню, щоб збагачену руду можна було використати на наступному етапі або щоб додатково збагатити отриманий концентрат.

Що таке дроблення?

Дроблення — це операція зменшення розміру руди чи гірської породи. Операція зменшення розміру починається на родовищі з видобутку руди із застосуванням вибухових речовин. На наступних етапах операція зменшення розміру, яка виконується перед помелом у млинах за допомогою дробарок, називається «дробленням». Хоча чіткої межі не існує, зменшення розміру понад 3 мм вважається «дробленням», а менше 3 мм — «помелом». Навіть якщо руда за допомогою конусних та деяких ударних дробарок зменшується нижче 3 мм, ця операція називається дробленням.

Операція зменшення розміру виражається такою формулою перетворення:

Руда, що підлягає зменшенню розміру + Енергія = Руда зі зменшеним розміром + Звук + Тепло

Корисна енергія, що використовується під час зменшення розміру, обчислюється шляхом віднімання від загальної витраченої енергії енергії, перетвореної на звук і тепло. Бейк у 1964 році стверджував, що енергія, витрачена на зменшення розміру, становить лише 0.6% від загальної енергії, а Остін стверджував, що вона становить менше ніж 3%.

Хоча ці значення не є точними, відомим фактом є те, що енергія, витрачена під час зменшення розміру, становить дуже незначну частку від загальної енергії, витраченої на цю мету.

Помел — це останній етап зменшення розміру після дроблення. Помел виконується для вивільнення різних мінералів, що містяться в руді, та для забезпечення розміру й питомої поверхні, які відповідають операції збагачення чи меті використання. Залежно від процесу збагачення помел виконується сухим або мокрим способом, і використовуються різні млини, що відповідають меті помелу.

Сили, що застосовуються під час дроблення

Операція зменшення розміру виражається такою формулою перетворення:

Руда, що підлягає зменшенню розміру + Енергія = Руда зі зменшеним розміром + Звук + Тепло

Під час зменшення розміру;

• Кручення
• Стиснення, тиск або роздавлювання
• Зріз (зсув)
• Удар
• застосовуються ударні сили.

Дроблення здійснюється за допомогою машин, у яких одна або кілька з цих сил застосовуються спільно.

У дробильних машинах зазвичай застосовуються сили стиснення, удару та зіткнення. Хоча не існує дробильних машин, які застосовують сили кручення та зрізу, ці сили можуть виникати під час дроблення.

У дробарках, у яких застосовується сила тертя, відстань між дробильними молотками та решетами корпусу дробарки досить мала. Руда дробиться під дією сили тертя, що виникає під впливом сил удару та зрізу, і видаляється з робочої зони.

Коли руди крихкі, містять мало кремнезему й метою є отримання продукту більшого розміру після дроблення, застосовуються дробарки, що працюють на силі зрізу. Сила зрізу найчастіше застосовується разом із силами удару та стиснення.

Для отримання продукту великого розміру з твердих, абразивних, важкодробимих і нелипких руд використовуються дробарки, що працюють на силі стиснення. У цих дробарках руда стискається між двома поверхнями, одна або обидві з яких рухомі.Щокові дробарки є найпоширенішими машинами зменшення розміру, які використовуються для дроблення такого роду руд. Однак використовуються й щокові дробарки, у яких поряд із силою стиснення завдяки горизонтальному руху щоки застосовується також сила тертя. Такого роду дробарки не підходять для дроблення абразивних руд.

Для контролю верхнього розміру крихких і неабразивних руд після дроблення готуються замкнені цикли дроблення та грохочення. Найчастіше перша стадія дроблення виконується за відкритим циклом. Після першої стадії дроблення робота дробарок перед млином у замкненому циклі полегшує керування помелом, а також значно знижує вартість зменшення розміру.

Правильний вибір дробарок та циклів дроблення й грохочення має особливе значення, оскільки він безпосередньо впливає на помел і подальші операції підготовки руди. Для підвищення ефективності дроблення, що виконується в кілька стадій, за допомогою грохотів, встановлених перед дробаркою, руда відповідного розміру виводиться з циклу до потрапляння в дробарку, що запобігає її непотрібному зменшенню. Ця операція водночас збільшує продуктивність дробарок і циклів дроблення й грохочення. Кількість руди, що підлягає дробленню, її властивості та мета використання дробленого продукту є визначальними чинниками під час вибору дробарок і циклів дроблення.

Властивості руди, що підлягає дробленню

Кожна руда, що підлягає дробленню, має власні характеристики дробимості. Деякі руди дробляться легко, а для дроблення інших потрібно більше енергії. Фізична структура продукту, отриманого після дроблення, також може змінюватися: дроблена руда може перетворюватися на порошок або залишатися у вигляді великих шматків. Кожна руда під час дроблення певною мірою також спрацьовує футеровку дробарки.

Визначальними під час вибору дробарки є властивості руди:

• Бажаний розмір після дроблення, P80
• Продуктивність дроблення, Q
• Щільність руди в масиві та насипна щільність, ρ
• Робочий індекс руди, що підлягає дробленню, Wi, та індекс абразивності, Ai
• Твердість руди
• Вологість руди
• Наявний у руді вміст, здатний створити проблеми під час зменшення розміру
• Місцеві умови, у яких здійснюється зменшення розміру

Випробування зменшення розміру, що проводяться в лабораторії, важливі для запобігання можливому неправильному вибору від самого початку. Три важливі показники, пов'язані з властивостями дроблення руд, — хімічний аналіз породи, індекс абразивності Ai та робочий індекс Wi — можна легко визначити лабораторними випробуваннями.

Властивості руди, що підлягає дробленню, є найважливішим визначальним чинником під час вибору дробарки. Властивості дроблення однієї й тієї ж руди також можуть змінюватися в певних межах. Щоб здійснити вибір, необхідно знати розмір руди, розмір, до якого вона буде роздроблена, та її кількість. На етапі вибору дробарки рішення слід ухвалювати, спільно оцінюючи стадії дроблення та можливі чинники, які можуть виникнути на кожній стадії.

Значення робочого індексу Wi руд є найважливішою мірою їхньої дробимості. Руди з низьким робочим індексом легко дробляться, і енергія, необхідна для їх дроблення, невелика. Щоб руди з високим робочим індексом не створювали надмірного навантаження на дробарку, необхідні налаштування дробарки підтримуються високими.

Для руд із високим індексом абразивності, таких як кварцит, використання ударних дробарок недоцільне. Адже в циклах дроблення заміна зношених деталей та обслуговування дробарок трудомісткі й витратні. Для дроблення руд із низьким робочим індексом, таких як доломіт, під час вибору дробарки на перший план виходить продуктивність. Для дроблення доломіту великі дробарки не потрібні.

У заповнювачах, які будуть використовуватися для виготовлення бетону, внутрішні напруження небажані. Навіть якщо на першій стадії дроблення використовувалися щокові дробарки, на другій стадії для доведення матеріалу, що виходить зі щокової дробарки, до розміру використання слід застосовувати ударні дробарки.

Установлено, що щокові дробарки з подвійним важелем (подвійним коліном) мають високу ефективність під час дроблення руд, значення Ai яких перевищує 0.7. Гіраторні та конусні дробарки працюють подібно до щокових дробарок із подвійним важелем і вважаються дробарками з низьким зношуванням.

Ступінь дроблення ударних дробарок вищий, ніж у щокових і конусних дробарок, і під час зменшення розміру потрібно менше стадій дроблення. Однак використання ударних дробарок для дроблення руд, індекс абразивності яких перевищує 0.15, не рекомендується, оскільки це призводить до надмірного зношування.

Види дробарок

Дробарки класифікуються як дробарки першої, другої, третьої й навіть четвертої стадій.

Дробарки першої стадії:

• Щокові дробарки
• Гіраторні (gyratory)
• Ударні

Дробарки другої, третьої та четвертої стадій:

• Конусні дробарки
• Ударні дробарки
• Молоткові дробарки
• Вертикально-вальні (автогенні) дробарки
• Валкові дробарки
• Інші дробарки