автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Развитие научных основ создания техники и технологии для селективной дезинтеграции минерального сырья

г^ ск15еро - клнклзскмм государственный

топологическим университет

На правах рукописи

КЛЫКОВ Юрий Георгиевич

УДК 622.73:621.926.47

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Специальности: 05.05.06 - "Горные машины"

05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владикавказ 1997

Работа выполнена и Северо-Кавказском государственном технологическом университете

Официальные оппоненты:

Доктор техн. наук (05.05.06), профессор Н.И.Сысоев Доктор техн. наук (05.05.06), профессор Г.Ш.Хазанович Доктор техн. наук (05.15.08), профессор В.В.Кармазин.

Ведущая организация - Тыриыаузскнн вольфрамо-молибденовый

комбинат

Зашита со его I 1997 г., в

на заседании Северо-Кавказского регионального специализирован!! Совета ДО 63.12.01 при Северо-Кавказском государствен! технологическом университете по адресу: 362021, РСО-Алания, Владикавказ, ул. Николаева, 44.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печат просим направлять в адрес Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университе

Автореферат разослан

Ученый секретарь СКРС, к.т.н., доцент

1.

Г

В.В.Сер!

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Разработка полезных ископаемых является одной из важнейших отраслей народного хозяйства. Совершенствование процесса переработки добытого сырья решает комплекс проблем природопользования : технологических, энергетических, экологических, социальных, поэтому разработка технологий и оборудования, позволяющих совершенствовать переработку горного сырья, является чрезвычайно важной задачей. При добыче и переработке минерального сырья огромное внимание уделяется процессу разрушения кусков горной породы, называемому дезинтеграцией или измельчением. Это связано с подготовкой руд к обогатительному или металлургическому переделу, с переработкой сырья для химического производства и производства строительных материалов.

Дезинтеграция, в особенности Тонкая, самый энергоемкий процесс при переработке горной массы, поэтому эффективность передела в значительной степени зависит от селективности процесса, применения рационального оборудования и оптимизации режимов его работы.

В настоящее время, с целью интенсификации всего процесса рудоподготовки, широко применяются мельницы самоизмельчения. Это обусловлено тем, что такие мельницы, по данным практики, обеспечивают более полное раскрытие ценных минералов и снижение шламообразования, способствуя получению концентратов высокого качества при более высокой степени извлечения ценных минералов, меньшем расходе стали и общем снижении эксплуатационных затрат.

Центробежные мельницы самоизмельчения, обладая всеми перечисленными преимуществами,) кроме того, имеют небольшие габариты и легко поддаются регулированию по нескольким параметрам, что дает возможность оптимизировать режим селективной дезинтеграции рудных материалов. I

Учитывая вышеизложенное, разработка научно обоснованных решений по селективной дезинтеграции минерального сырья, внедрение которых позволяет снизить шламообразование и энергозатраты на дезинтеграцию, а также повысить экологичность переработки, вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса и, следовательно, является решением крупной, актуальной задачи.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание малоотходной технологии дезинтеграции минерального сырья на основе селективного раскрытия минералов путем регулирования энергетического воздействия на измельчаемый материал.

НАУЧНАЯ ИДЕЯ. Использование эффекта селективной дезинтеграции минерального сырья с определением вероятностных показателей раскрытия минералов и оптимизацией величины энергетического воздействия на частицы измельчаемого сырья.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, теоретические исследования, лабораторные и натурные эксперименты, математическая обработка с использованием ЭВМ. Достоверность выдвинутых автором научных положений оценивается сходимостью результатов 85%.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Степень раскрытия минералов определяется вероятностью выделения частиц неоднородного состава, отношением числа частиц всех размеров располагающихся вдоль границ раздела фаз, к числу частиц образовавшихся из единицы объема измельчаемого материала, решаемо уравнением с определенными интегралами.

2. Селективность дезинтеграции минерального сырья обеспечивается адгезионно - когезионным характером разрушения частиц, определяемым соотношением величин нормальных и тангенциальных сил, описываемым линейным уравнением, с оптимальной степенью раскрытия минералов при дезинтеграции кварца до 85% класса -0,200 мм, а при дезинтеграции полиметаллической руды - 85% класса -0,074 мм.

3. Энергетические затраты на селективную дезинтеграцию минерального сырья, при крупности дезинтеграции до 95% класса -

0.074, связаны с величиной вновь образованной поверхности математической зависимостью с кратным интегралом.

4. Интенсивность селективной дезинтеграции материалов с прочностью при сжатии до 10 МПа прямо пропорциональна, а удельное энергопотребление обратно пропорционально частоте вращения ротора дезинтегратора и силе нормального давления на частицу.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса дезинтеграции минерального сырья, определяющие влияние селективности дезинтеграции и вероятности выделения частиц неоднородного состава (сростков минералов) на степень раскрытия включающей фазы (выделяемого минерала).

2. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса селективной дезинтеграции минерального сырья, определяющие влияние характера разрушения частиц на селективность его дезинтеграции.

3. Теоретические и экспериментальные зависимости характеризующие влияние величины прироста удельной поверхности измельчаемого материала на удельные энергозатраты процесса дезинтеграции, с учетом гранулометрического состава измельченного материала.

4. Разработана новая методика определения технологических и энергетических показателей дезинтеграторов, основанная на выборе режимов дезинтеграции и элементов конструкций дезинтеграторов.

НАУЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ

1. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса селективной дезинтеграции минерального сырья позволили определить степень раскрытия минералов при любой начальной и конечной крупности частиц с учетом содержания выделяемых компонентов в исходном питании.

2. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса дезинтеграции минерального сырья позволили установить характер селективного разрушения частиц и величину минимально необходимых нагрузок.

3. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса дезинтеграции минерального сырья позволили установить взаимосвязь между приростом удельной поверхности любых классов крупности и удельной потребляемой энергии с учетом кинетики дезинтеграции.

4. Анализ режимов работы центробежных дезинтеграторов позволил создать новые конструкции аппаратов для селективной дезинтеграции и конструктивные элементы, определяющие их технологические и энергетические показатели.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ ■ На основании проведенных исследований значительно упрощается прогнозирование результатов рудоподготовки процессов обогащения полезных ископаемых и других процессов переработки минерального сырья.

Проведенные исследования позволили рассчитать и изготовить промышленный центробежный дезинтегратор с диаметром ротора 800 мм и производительностью до 10 т/ч и промышленную мельницу

доизмельчения с диаметром ротора 500 мм, производительностью до 5,0 т/ч.

Центробежный дезинтегратор позволяет получить измельченный материал с конечной крупностью до 80% класса -0,074мм, а мельница доизмельчения промпродуктов - 95% класса -0,074мм.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ

Предложенная конструкция центробежного дезинтегратора внедрена на заводе корпорации оборонной промышленности "Металхим" и на Краснодарском зеркально-фурнитурном комбинате (ЗФК). j

Мельница доизмельчения промпродуктов с диаметром ротора 500 мм внедрена на обогатительной фабрике Урупского горнообогатительного комбината (ГОК). j

Разработан полный комплект технической документации конструкции двухроторного центробежного дезинтегратора ориентировочной производительностью 10 т/ч.

■ АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях Северо-Кавказского

государственного технологического университета (СКГТУ)в1980 -1996 гг., на международной научно-технической конференции СКГТУ в 1994 году, на III областной научно-технической конференции Кольского филиала Академии наук СССР в 1984 году, на расширенном заседании отдела рудоподготовки института Механобр в 1985 году, на кафедре горных машин и транспорта Московского (государственного горного университета в 1997 году. '

Данное направление исследований признано в 1996 - 1997 гг. победителем конкурса грантов по фундаментальным исследованиям в области горных наук при Московском государственном горном университете по разделу "Проблемы комплексной- переработки и обогащения минерального сырья с учетом требований экологии".

ПУБЛИКАЦИИ

Основные положения диссертации опубликованы в монографии, 20 статьях, одном патенте России на изобретение и 10 авторских свидетельствах на изобретения.

Автор благодарит сотрудников СКГТУ, оказавших содействие вниманием и советами в ходе разработки и внедрения положений диссертации.

Диссертация состоит из 6 глав, изложенных на 288 страницах, содержит 96" рисунков, 35 таблиц, список литературы из 143 наименований и 10 приложений.

Основное содержание работы.

Анализ современного состояния селективной дезинтеграции минерального сырья, задачи и методы исследований

Частица минерального материала разрушается в результате воздействия на нее комбинаций различных видов усилий, реализуемых во всех способах дезинтеграции. Изучение механизма разрушения хрупких тел , природы явлений при дезинтеграции и факторов, его определяющих, занимает > значительное место в работах многих исследователей. Как правило, процесс разрушения представляется в виде трех элементарных актов силового воздействия на частицу: удара, скалывания и абразивного износа: [последние два представляют собой истирание^.

Механизмы истирания и удара различны, их исследованием занимались: В.П. Ромадин, Е. Рейнерс, Б.Беренс, Л.И. Барон и др. Предполагается , что каждому способу дезинтеграции свойственен определенный оптимум , при котором энергия, затрачиваемая на единицу вновь образованной поверхности рудного материала, минимальна.

Этот оптимум зависит от размера измельченных частиц, скорости соударения частиц и концентрации мелких частиц в объеме дезинтегратора. '

Исследования' в области влияния вида разрушения .на гранулометрический состав измельченного материала проводили Хукки, Рэдди, В.И.Горобец, Л.Ж. Горобец. Они установили, что ударом частицы размером 100-10мм разрушаются с вероятностью 0,9 , а частицы размером 1-0,01 мм с вероятностью 0,1 . Очевидно, что имеется критический размер частиц, ниже которого нельзя ожидать прироста поверхности, несмотря на расходуемую энергию, Установлено, что при снижении размера частиц истирание значительно эффективнее удара. Следовательно, одним из путей интенсификации процесса тонкой дезинтеграции минерального сырья является выбор параметров дезинтеграции для создания в частицах условий поверхностного разрушения и совершенствование конструкций дезинтеграторов.

Гранулометрический состав измельчаемых продуктов является самостоятельной, принципиально отличной от всех других, характеристикой. Закон распределения крупности материала по массе подчиняется каким либо функциям распределения плотностей вероятностей.

Универсальным описанием кумулятивных характеристик гранулометрического состава является степенной закон для выхода подрешетного продукта, который описывается равномерным или близким к нему распределением. Реальные продукты описываются асимметричными распределениями. Их можно аппроксимировать распределением Вейбулла, соответствующим ему законом Розина -Раммлера, логарифмически - нормальным распределением, биноминальным распределением, гамма — функцией и некоторыми другими. Проведенные исследования показали, что распределение крупности измельченного продукта достаточно точно характеризуется законом Розина — Раммлера, а содержание полезного компонента-биноминальным законом. Следует заметить, что кварц лучше характеризует симметричное распределение, а полиметаллическую руду-правосимметричное распределение.

Другим параметром характеризующим крупность дезинтеграции, является величина вновь образованной удельной поверхности измельченного материала. Причем удельная поверхность тонкоизмельченного материала может быть на 2 -3 порядка больше, чем исходного, и следовательно, вновь образованная поверхность является важным, часто и единственно возможным параметром, характеризующим гранулометрический состав при тонкой дезинтеграции.

Удельная поверхность может быть определена теоретически и экспериментально. Экспериментально определяется физическая поверхность частиц материала с использованием методов: растворения, адсорбции, гигроскопичности и теплоты смачивания. Эти методы сложны и используются только при очень точных измерениях.

При теоретическом определение удельной поверхности предварительно определяется удельная прверхность каждого узкого класа крупности, считая в первом приближении, что все зерна каждого узкого класса имеют сферическую форму и средний размер ( в соответствии с принципом проф. С. Е. Андреева ). Затем определяют суммарную удельную поверхность и прирост удельной поверхности.

Прирост удельной поверхности достаточно точно характеризует эффективность процесса дезинтеграции, однако при избытке усилий,

воздействующих на измельчаемый материал, наблюдается эффект называемый переизмельчением или шламообразованием, т. е. образуется класс частиц, плохо поддающихся процессам обогащения, и часть полезного минерала уходит в хвосты.

Существует несколько функции для определения степени раскрытия минералов в зависимости от степени переизмельчиния рудного сырья, предложенных в разное время различными исследователями, такими как : А. М. Годен, О. М. Тодес, А. 3. Юровский, 3. В. Волкова, К. Ф. Белоглазое, В. И. Кармазин, П. Е. Остапенко. Их анализ показывает, что в наибольшей степени селективность дезинтеграции учитывается в формулах проф. В. И. Кармазина и проф. П. Е. Остапенко. В частности, в них учитывается степень избирательности дезинтеграции по контактам слоев и по контактам зерен внутри прослоев, хотя и не учитываются функции распределения по крупности частиц. Следует также принимать во внимание, что эти формулы предназначены для анализа селективности дезинтеграции магнетитовых кварцитов, имеющих специфическое строение, и малопригодны для анализа селективности кварца, а тем более-полиметаллической руды.

Проф. С. И. Денев рекомендует определять селективность из соотношения поверхностной энергии минералов в исходном материале, поверхностной энергии всех частиц после дезинтеграции и неосвобожденной повехностной энергии в сростках.

Учитывая, что экспериментальное опаределение поверхностной энергии чрезвычайно сложно, проф. П. Е. Остапенко предлагает определять селективность дезинтеграции из соотношения соответствующих удельных поверхностей, что, хотя и менее точно, представляется весьма убедительным.

Селективная дезинтеграция предполагает разделение частиц руды на части, которое происходит преимущественно по ослабленным сечениям, находящимся на границе раздела фаз, а также трещинам в руде и другим дефектным местам после перехода нормальных и касательных напряжений за предел прочности.

Применяемое для дезинтеграции оборудование отличается • большим разнообразием, что объясняется различной вкрапленностью минералов в руде, а следовательно, и различной степенью дезинтеграции.

Существует несколько классификации оборудования для дезинтеграции. Ограничимся признаками классификации, характеризующими степень избирательности дезинтеграции.

Наименьшей избирательностью дезинтеграции обладают шаровые барабанные мельницы, являющиеся основным применяемым оборудованием. Эти мельницы имеют очень низкую эффективное^ использования, в особенности при тонком измельчении.

Мельницы самоизмельчения обладающие наибольшей селективностью, представлены барабанными мельницами, механическими центробежными мельницами, пневмомеханическими мельницами, аэродинамическими мельницами, поразделяющимися на взрывные и взрывно - струйные, в частности процесс Снайдера фирмы Лоунстариндастриз. Оценивая эти мельницы по классификации института Мехаиобр, следует отметить, что наибольшей селективностью дезинтеграции обладают взрывно - струйные мельницы. Однако они, как аэродинамические и пневмомеханические мельницы имеют такой недостаток, как очень низкий коэффициент использования и ремонтопригодности. По использованной классификации института Механобр^ оценивающей оборудование для дезинтеграции по одиннадцати основным параметрам ( с оценкой значимости по десятибальной шкале ), центробежные мельницы( мельница МАЯ) занимают одно из ведущих мест.

Требования,предъявляемые к такому оборудованию,следующие:

- высокая удельная производительность;

- высокая удельная производительность по расчетному классу крупности;

- низкая удельная потребляемая энергия;

- высокая селективность раскрытия минералов;

- простота конструкции и высокий коэффицент использования;

- небольшая занимаемая производственная площадь;

- соответствие экологическим требованиям. '

Задачи исследований: I

- определить степень раскрытия минералов при селективной дезинтеграции минерального сырья в зависимости от его гранулометрического состава;

- изучить влияние степени раскрытия и крупности измельчения на степень извлечения минералов и качество концентрата при обогащении;

- определить минимальные нормальные и тангенциальные напряжения в измельчаемом материале для обеспечения его селективной дезинтеграции;

-определить зависимость энергии, расходуемой на дезинтеграцию минерального сырья, от величин прироста удельной поверхности его частиц в широком диапазоне крупности;

- исследовать влияние наиболее значимых факторов на технологические и энергетические показатели процесса селективной дезинтеграции минерального сырья;

- разработать конструкции центробежных дезинтеграторов для селективной дезинтеграции минерального сырья, внедрение которых позволит снизить шламообразование и повысить экологичность его переработки.

Методы исследований

Теоретические исследования степени селективного раскрытия минералов в зависимости от гранулометрического состава минерального сырья. 1

Теоретические исследования энергозатрат процесса !

дезинтеграции в зависимости от общей и удельной поверхности измельченного продукта. |

Теоретические и экспериментальные исследования по \

определению рациональных технологических и энергетических параметров процесса дезинтеграции.

Флотационные эксперименты для определения извлечения и качества концентратов.

Минералогические анализы аншлифов исходной руды, измельченного продукта, концентратов и хвостов флотации.

Тензометрические измерения крутящих моментов и деформаций.

Методы математического планирования экспериментов с обработкой результатов на ЭВМ.

Теоретические исследования разделения твердых тел при |

Теоретический расчет степени раскрытия минералов весьма сложен, что объясняется сложностью строения руд и различиями в форме и размерах минералов. Для оценки степени раскрытия включенной и, преобладающей по содержанию, включающей фаз применяется метод совмещения пространственной решетки кубиков частиц с кубиками включений, равномерно распределенных в объеме' частиц ( A.M. Годен ). Если ребро решетки кубиков частиц меньше ребра кубиков включений в А: раз и отношение объема преобладающей по содержанию фазы к объему включений равной, то степень раскрытия включенной фазы равна

дезинтеграции

а степень раскрытия включающей фазы равна

л = в)

пк

Зерна включений в неоднородной по составу частице распределяются по форме и размеру. Определение функций распределения их по форме и размеру производится с помощью методов, применяемых для фазового анализа твердых тел.

Процесс образования продукта дезинтеграции регулируется статистическими закономерностями. Вероятность образования частиц неоднородного состава и степень раскрытия как включенной, так и включающей фаз можно рассчитать на основе функции распределения частиц измельченного продукта и функции распределения зерен включений в измельчаемом теле. Если Рг(г) — функция распределения зерен включений, то число их на единицу объема включенной фазы

]г3Рг{г)с1г о

где гк — максимальный размер зерен включений.

Считая, что объем включенной фазы составляет 1/п объема неоднородного твердого тела, поверхность зерен включений, содержащихся в единице объема этого тела,составляет:

ч

г а Рг(г)^г

5 =-Ык)г2Рг (г)с!г =-?к-, (4)

П 0 п\г'Рг(г)с1г

о

где а — коэффициент, зависящий от формы зерен включений.

Здесь следует принять допущения, что включения примеси . минерала представляют собой сферические частицы, расположенные в куске беспорядочно, по закону случая, измельченные частицы-также сферы всевозможных размеров. "

Результатом дезинтеграции минерального сырья является продукт с функцией распределения по размеру /*) и максимальным размером 1к. Число частиц, образовавшихся из единицы объема

Л'о = 7к------■

\1ЧЩсН

о

При этом средняя площадь сферических частиц измельченного материала размером от 0 до Ц

5/ = ^)/2/^(/)С//. (6)

4 о

Число частиц всех размеров, располагающихся вдоль границ раздела фаз

4 а\г2Рг{г)с!г

N = — =_о__(7)

А птсгУЕХ'-уг]!2!^

о о

где у — множитель усреднения площади пересечения частиц включенного компонента границей раздела фаз.

Для приближения формулы (7) к реальным условиям дезинтеграции необходимо введение коэффициента селективности дезинтеграции. Этот коэффициент определяется из соотношения (формула С.И. Денева)

(8)

где:

Е0 — поверхностная энергия всех минералов в исходных кусках, Дж; Е2 — неосвобожденная поверхностная энергия контактов между минералами в сростках, Дж;

Е\ — поверхностная энергия всех частиц после измельчения, Дж.

Величины поверхностной энергии могут быть заменены величинами удельной поверхности, что, несколько снизив достоверность результатов, значительно упростит ^определение коэффициента селективности дезинтеграции. Графики зависимости степени раскрытия рудной фазы /1 = /{п, К,К у), полученные экспериментальным путем, приведены для полиметаллической руды на рис. 1.

Степень раскрытия включенной и выключающей фазы определяется из следующих соображений. При тонкой дезинтеграции степень измельчения

к=~. (9)

/

при этом если объем одного включения равен V = 4/Злг\ то в единице объема будет находится включений

Д' - 1 ^ ' ПО)

49 «V 4 з

11 -71 Г

3

Рассмотрим произвольную измельченную частицу, имеющую объем 01 = 4/Зтс13, объемный состав которой зависит от расстояния ее центра до центра шелече^пя, ксис покиисшс из. р,.'.с(>2 *

2. С:<8!.'.а определении объемного сосгавг

и рм'.-.чьч енно й частицы

Если

к = - > 1, то: /

- при р> г + / частица не содержит включений, объемный состав с = 0;

- при р< г — /частица состоит только из включения, объемный состав с=1;

- при г + I > р> г — / частица содержит обе фазы, объемный состав 0 < с< 1.

Если к < 1, то :

- при -VI измельченная частица не содержит включения,

объемный состав с = 0;

- при г+'1>р>0 измельченная частица содержит обе фазы,

г

объемный сослав 0 < с < с„их *

I

При тонкой дезинтеграции к > 1,

/.-тЧ—-!)•

1 ~п\ п 2/

Вероятность выделения частиц неоднородного состава при дезинтеграции

4а )ггРг(г)с1г к\1'17,(1)с11

Р = ^ = -5--. (13)

дг 1 'к 4 '

0 п у Кр\гъРг{г)^ \12Р,{1)Л

'00

Вероятность перехода включенной фазы в частицы

неоднородного состава

2а)г2Рг(г^г )рР,{1)<11 1]г2Рг(Г)С!Г "

= Р + -¡¡_--+ _£--.(И)

к пГКр)гъРг{г)ёг к\12Р,{1)Л п\Рг(г)с1г

0 0 О

Вероятность перехода включающей частицы в частицы неоднородного состава

Р2=Р-РГ (15)

Расчет степени раскрытия включенной фазы/1(%) и включающей фазы^(%) проведен для полученных распределений зерен включений и распределений измельченных частиц исследуемых материалов. Результаты расчета приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты степени раскрытия включенной и включающей фаз

к /1,% /2, %

п = 2,5 п = 5,0 п = 10

Руда Квар Ц Руда Квар П Руда Квар Ц Руда Квар Ц

0,5 6,78 16,10 52,2 73,9 J 76,3 87,8 87,6 93,8

1,0 17,90 38,42 73,20 80,41 86,80 92,10 92,60 95,90

2,0 36,87 51,87 80,60 87,40 90,40 95,10 95,40 98,0

3,0 73,08 80,90 93,20 95,80 97.0 98,10 98,40 99,20

4,0 84,87 89,55 94,90 96,70 97.20 98,90 99,20 99,60

Анализ приведенных данных позволяет утверждать, что степень раскрытия включенной фазы (вмещающей породы) не зависит от содержания ее в рудном материале, степень же раскрытия включающей фазы (полезного минерала) увеличивается с уменьшением содержания включенной фазы. Степень раскрытия обеих фаз зависит от вида функций распределения зерен включений и измельченных частиц по крупности, которые должны определяться для каждого вида минерального сырья7подвергаемого дезинтеграции.

Более точная оценка разделения фаз при дезинтеграции получена на основе расчета вероятностных показателей разделения; степени извлечения выделяемого материала в концентрат и достижимого содержания его в концентрате. Характеристикой полученного при дезинтеграции продукта становится функция распределения Ф(/,с) по размеру частиц /и по содержанию в них выделяемого компонента с. Расчет показателей разделения производится по имеющейся функции распределения по размеру измельченных частиц если найти

функции распределения по содержанию \у,(с) для всех фракций измельченного материала (/¡, /,+<]/). Эти функции рассчитываются по полученым экспериментальным путем функциям распределения в неоднородном теле Л(г) зерен включений по размеру равных г при данном соотношении объема п включенной фазы к объему включающей.

Вероятность выделения частиц неоднородного состава размера от /, до /¡+с1/ равна сумме вероятностей образования их из зерен размера от г = 1\ до максимального г^ и от 0 до /,

С/Р, = с11\ + с/[\ = \р\ (/) + Г)2 (Д\и. (16)

Тогда вероятность выделения частиц неоднородного состава размера от О до 1к

Р = + (17)

Вероятность выделения свободных частиц всех размеров от 0 до 1к

-т)*- 08)

0 п]г3Рг{г)еЬ-

о

вероятность выделения свободных частиц включающей фазы-

Рс+Р + Р0 = 1. (19)

Вероятность выделения частиц неоднородного состава и свободной включенной и включающей фазы расчитаны для свинцово-цинковой руды на основе экспериментально определенных функций распределения зерен включений, функций распределения частиц неоднородного состава ряда фракций и функций распределения по содержанию выделяемого компонента.

Начальное содержание выделяемого компонента определялось при п =20 и составило С0 =5.0%. По полученным данным расчитаны вероятные значения степени извлечениям содержания выделеного компонента в концентрате. Зависимость процентного содержания выделяемого тела в концентрате от степени его извлечения приведена на рис. 3, В наиболее крупной фракции разделяются только частицы неоднородного состава и высокое содержание при весьма низком извлечении. Наиболее высокие показатели разделения достигаются в самой тонкой фракций.

Рис. з . Зависимость содержании выделяемого тела в концентрате от степени его измельчения

Исследование механизма селективной дезинтеграции кусков твердого тела при взаимном истирании

Руды, поступающие на обогатительные фабрики, преимущественно представлены сростками рудных и нерудных минералов. Между рудными и нерудными слоями залегают смешанные прослои, состоящие из тонких прослоек и вкраплений. В большинстве руд сростки весьма прочны и для достаточно полного раскрытия минералов необходимо тонкое измельчение. |

В центробежной мельнице самоизмельчения типа МАЯ разрушение сростков производится в основном соударением и тлением кусков твердого тела друг о друга. Для получения зависимостей процесса измельчения рассматриваем его как поверхностное разрушение кусков твердого тела при их взаимном трении.

Важным является определение момента начала поверхностного разрушения, необходимых ппя чтого минимальных напряг»5""", определение выходных параметров процесса, таких как удельная производительность, время измельчения и некоторых других, в зависимости от основных факторов: скорости перемещения, удельного давления, прочности измельчаемых кусков. Ограничим нашу задачу следующими условиями:

поверхностное разрушение рассматриваем как чисто механическое разрушение по площади контакта кусков измельчаемого тела, без осложняющих действий тепловых процессов;

куски измельчаемого тела считаем однородными изотропными телами с определенным пределом прочности и модулем упругости;

считаем что при воздействии нагрузки, куски измельчаемого тела ведут себя по закону Гука, т.е. при разрушении их деформации прямо пропорциональны прилагаемым нагрузкам;

модуль упругости и предел прочности являются обобщенными характеристиками физико-механических свойств измельчаемых кусков.

Считая, что часть объема измельченного тела, подвергшегося критическим деформациям, равна объему измельченного продукта, используем зависимость Киричева-Кика

„ т/

А = —V. (20)

2 Е

Работа сил трения

АТР= Ртр I = / Р Б Ь. (21)

Решая уравнение относительно V получаем

.. , ¡РБЫЕ

У-к1-5—' (22)

а

где /- коэффицент трения сцепления;

Р - удельное нормальное давление, Па; 5 - площадь контакта кусков, м2; Ь - путь трения, м; Е - модуль упругости, Па; <7— предел прочности, Па;

К - удельная объемная работа упругой деформации; V - объем измельченного продукта, м3. Продифференцировав уравнение по времени т и полагая, что Е; Б; о; Р=сопз1 получим интенсивность дезинтеграции по массе

Jm = к2^/7, ; (23)

- <7

где у - плотность измельчаемого материала, кг/м3.

Разрушение поверхностного слоя кусков измельчаемого материала начинается в момент, когда внешние нагрузки превысят прочность этого слоя.

Для вывода условий начала поверхностного разрушения нами принята"шаровая модель", в которой частицы минерала взяты в виде

шаров разного диаметра, связанные вмещающей породой в зоне контакта, имеющей вид манжет.

Отделение зерна от связующего слоя и от поверхности куска происходит под действием силы нормального давления и силы трения.

Характер разрушения может быть когезионный и адгезионно-когезионный. Они достаточно близки, но во втором случае на частице минерала остается меньше частиц включенной фазы.

Такая схема приведена на рис. 4.

Установлено, что отрыв зерна происходит по площади АВСЭ.

На площади шарового сегмента ВС происходит адгезионный отрыв пленки связующего от поверхности зерна, а на коническом кольце АВ-СО происходит когезионное разрушение пленки. Критические напряжения сжатия возникают в точках С и Б.

Условия разрушения !

^ м..

- + ■

IV

(24)

где - площадь конического кольца, м ; Г - сила нормального давления, Н; «к - число контактирующих частиц; М, - изгибающий момент, Н-м; IV - осевой момент сопротивления, м3;

[сг*] - допустимое напряжение сжатия, Н/м2. Очевидно, что

= п12Ат( 1 + Дт)зт2 а;

Ми=[{с1 + А5)-^\Г/ =

/^7(1 + 2Дт)(1 + соэа)

IV =

кй{ _ л"Г(1 + 2АтУ бш'3 а

4 32

где: / - размер частицы, м:

3— толщина связующего, м; /- коэффицент внутреннего трения;

5 /'

Подставив (25), (26), в (27) получим.

(25)

(26}

I

(27)

т -

п.

(1 + Лт)2 5та + 16/(1 + соэа)Дш(1 + Дт)

тг/2Лт( 1 + Д»г)(1 + 2 Ат)2

бш а

п

Рис. 4

Схема когезионно-адгезионного отрыва зерна

Условие адгезионно - когезиопного разрушения для полидисперсмой "шаровой " мололи имеет вид

где Slt.1к" - эквивалентная площадь когезии;

[сх"] - допустимая нагрузка при адгезионном разрушении. При дезинтеграции два куска контактируют по определенной площади, зависящей от гранулометрического состава измельчаемого материала и шероховатости поверхности кусков. Для определения числа контактов используем "стержневую" модель И.В.1 Крагельского, позволяющую описать контакт двух шероховатых поверхностей

пк = ](р{х,) < по)

О О I

где а - величина сближения поверхностей;

пк - число стержней модели; ф{Xt) - функция распределения неровности первой поверхности по глубине X,;

ф(Х2) - функция распределения неровности второй поверхности по глубине Х2 ■

Куски минерального сырья относятся к шероховатым поверхностям, хорошо аппроксимируемым степенной функцией вида

тг=Ь,Хи!, (31)

где гр - относительная опорная длина профиля; ;

bj , t>, - параметры кривой опорной поверхности контактирующих тел. I

При известных параметрах Ь; и ц , определяемых экспериментально, функция распределения имеет вид

<р,т=г,х?, (32)

ъ,

где (33)

шах

Подставив (32) и (33) в (30), и учитывая, что измельчаемые куски имеют одинаковую поверхность,

K0b2d2° 1 r2°

max

Условия разрушения для полндисиерсных систем, с учетом "стержневой" модели Крагельского, запишется

, = 1 П

экв К,,Ь~сГ о.„ п-

(35)

RÍV

mas

Экспериментальному определению параметров микрогеометрии шерховатости поверхности подвергались куски кварцевого песка в смеси с жидким натриевым стеклом. Исследуемые образцы имели кубическую форму с размерами ребра 20мм. Для проведения экспериментов была изготовлена установка, работающая по принципу профилографа. Контактная игла, повторяющая профиль поверхности, воздействует на тензодатчик, сигнал с которого усиливается тензоусилителем "Агат" и регистрируется самописцем Н 338. Параметры микрогеометрии кусков свинцово - цинковой руды определились фотографированием образцов того же размера с малой глубиной резкости, через микроскоп МБС-2. Обработка профилограмм, с целью получения параметров аппроксимации, производились с помощью метода наименьших квадратов. Получены следующие эмпирические зависимости:

1 пг v0,832

для свинцово - цинковом руды Тр =1,76 X ; для кварца тк =1,24 Хив .

Величина сближения поверхностей а определялась путем приложения переменной осевой нагрузки к двум исследуемым образцам, с подсчетом отделившихся зерен. Величина сближения в зависимости от нагрузки определялась по формуле

а =

(п ■R2иЛ

"К шах

V пКиЬ2 у

i

(36)

Используя вышеприведенные зависимости, определены условия для разрушения кусков кварцевого песка и усилие, необходимое для начала поверхостного разрушения куска,

^шах < Р=1,8МПа; Р>1,8МПа, -

^ 8,97-102Н;

для свицово- цинковой руды

^тах = КК* % ^ Р=2,4МПа; Р>2,4МПа,

Р = 10,26- 102 Н.

Экспериментальные исследования процесса селективной дезинтеграции минерального сырья проводились, на разработанной и

изготовленной лабораторной установке, в соответстини со следующими задачами:

- определение зависимости интенсивности дезинтеграции кусков материалов от комплекса определяющих факторов;

- определение начала поверхностного разрушения в зависимости от свойств связующего и шероховатости поверхности.

Изучение влияния размеров зерен частиц и содержания связующего на размеры манжет между частицами производилось на основе полного факторного эксперимента. В результате получено уравнение регрессии, используемое для определения эквивалентной площади когезии Sk'K" . Исследования по определению интенсивности дезинтеграции проводили истиранием образцов, изготовленных из исследуемых материалов. Цель исследования - определение влияния пути трения на количество измельченного материала. Установлено, что количество измельченного материала линейно зависит от пути трения, при этом не завися от скорости, с которой на данный момент времени истирались образцы.

Влияние величины осевой нагрузки на интенсивность дезинтеграции определялось при постоянной линейной скорости 0,8 м/с. Прочность образцов кварца изменялась содержанием связующего, а образцов свинцово - цинковой руды-методом подбора. Осевая нагрузка задавалась массой кольцевых разновесов. Эксперименты показали, что как при дезинтеграции кварца, так и при дезинтеграции свинцово -цинковой руды интенсивность дезинтеграции линейно зависит от величины осевой нагрузки на образец. Зависимость интенсивности дезинтеграции от прочности измельчаемого материала хорошо аппроксимируется степенной функцией

2,124 г ,2 ^-Т^даК,] = 0,867. (37)

^с'ж

С целью определения оптимальных параметров дезинтеграции проведен дисперсионный анализ позволяющий выбрать наилучшее соотношение вышеприведенных факторов. Оценка проведена по интенсивности дезинтеграции и удельной потребляемой энергии, с использованием латинского квадрата. В результате исследований определены математические модели для определения исследуемых параметров, позволившие построить поле корреляции в координатах "интенсивность дезинтеграции - потребляемая мощность".

Исследования зависимости энергетических параметров дезинтеграции от величины удельной поверхности исходного п готового продукта

Гранулометрический состав продуктов дезинтеграции характеризуется распределением кусков, зерен и частиц по отдельным классам крупности, характеризуя энергетические затраты.

Самым широко применяемым, для оценки крупности тонкоизмельченных продуктов,считается уравнение Розина - Раммлера

— = ехр(6сГ), ! (38)

R I

где:Л - суммарный остаток на данном сите, % ; )

b - постоянная, характеризующая измельчаемый материал; d - диаметр ячеек сита, мкм; ,

п - показатель степени. I

t

Основное преимущество этого уравнения в1 том, что с его помощью возможно построение постоянной, логарифмической сетки, на которой кривые функции распределения преобразуются в прямые, для каждой из которой величины Айн постоянны. Такие двойные логарифмические сетки строятся для любого измельченного материала, в нашем случае-для кварца, свинцово - цинковой руды и медно -пиритного промпродукта.

Постоянные, характеризующие измельчаемый материал, в значительной степени зависят от кинетики дезинтеграции. Эксперименты, проведенные для определения кинетики дезинтеграции используемых материалов, позволили установить, что кинетика дезинтеграции каждого класса крупности не зависит!от окружения, т.е. линейна. Это потенциальное упрощение значительно облегчает дальнейшие исследования. Эксперименты для определения параметров bun проводили " на лабораторной установке, при высоте слоя материала над ротором 200 мм и частот« вращения ротора 250 мин"'. Они показали хорошее согласование расчетных и экспериментальных результатов со сходимостью не менее 85%.

Энергия, направленная на изменение гранулометрического состава и раскрытие сростков минералов определяется известными гипотезами закона дезинтеграции, в общем случае характеризуемыми гипотезой Хукки. Суммируя работы упругих и пластических деформаций, и учитывая, что исходный и измельченный материал содержит частицы различного размера, на дезинтеграцию 1 м3 затрачивается энергия равная

Е = \у (/,)

.1' 1ПМ -

о

сЩ. (39)

Совместно решив формулы (38) и (39), после осуществления необходимых преобразовании, получим

'2 „,-1 -Й2/?2 Г 1 1 А./." «О

= Л "г - - \Ь\П\1" е — <312. (40)

о л А /

/2 А ^

Меняя порядок и пределы интегрирования^ можно получить величины потребляемой энергии, необходимые для получения частного выхода продукта любой крупности как по "плюсу", так и по "минусу".

В первом случае определяется энергия разрушения всех крупных фракций исходного продукта, дающих один мелкий класс готового продукта. Во втором - энергия разрушения одного крупного класса исходного материала, дающего все мелкие классы конечного продукта. Анализ частных величин энергий дает представление о показателях распределения энергии, расходуемой при дезинтеграции, определяющих суммарную энергию.

Учитывая, что крупность тонкого измельчения лучше всего характеризуется величиной вновь образованной поверхности, введем суммарную удельную поверхность всех зерен одной весовой единицы

з ¿и

= = (41)

где: у, - выход частного класса, г.;

8- плотность материала, г/см3;

/,- - средний размер зерна, мкм.

Разработана программа для ЭВМ, позволяющая рассчитать зависимость общей потребляемой энергии и ее частных величин от величины прироста общей удельной поверхности измельчаемого материала и прироста удельной поверхности материала каждого класса крупности.

Экспериментальные исследования дезинтеграции минеральных

материалов

Эксперементальные исследования проводили на лабораторных и промышленных установках. Цель' - проводимых исследований-уточнение основных технологических показателей процесса дезинтеграции минерального сырья, таких как: производительность по исходному питанию и расчетному классу; соответствующим удельным

2S

показателям; удельное энергопотребление по исходному питанию и расчетному классу; степень раскрытия и селективность раскрытия сростков минералов. В устройстве для доизмельчения промпродуктов также контролировались реологические параметры пульпы.

Центробежный дезинтегратор МЦ - 800 работает по принципу самоизмельчения кусков и частиц измельчаемого минерального сырья при их соударении и трении в подвижном тороидальном потоке, образующемся при движении материала между вращающимся чашеобразным ротором, неподвижным корпусом и вышележащими слоями измельчаемого материала. Схема центробежного дезинтегратора, разработанная на основе способа и мельницы для измельчения материалов проф. A.B. .Ягупова, мельницы "МАЛ", приведена на рис. 5.

Центробежный дезинтегратор состоит из неподвижного рабочего корпуса 1, с загрузочным патрубком 2 и размещенным в £го нижней части блока ротора, состоящего из рабочего органа 3, в виде полой конической чаши, разделенной радиальными ребрами на секции. Рабочий орган установлен на вертикальном валу 4, вращающимся в подшипниковой опоре 5 от асинхронного электродвигателя 6. Привод осуществляется через клиноременную передачу 7. Между ротором и фланцем 8 корпуса имеется зазор, через который осуществляется выпуск измельченного материала из мельницы. Выпуск измельченного материала может также производиться через решетки 9, встроенные в коническую поверхность рабочего органа, отдельно или одновременно с разгрузкой через зазор, если измельчение непрерывное. При цикличном измельчении выпуск измельченного материала осуществляется через люк 10 в боковой поверхности корпуса, открывающийся внутрь его с помощью пневмоцилиндра. В первом случае материал разгружается через патрубок 11, во втором - через патрубок 12. '

Экспериментальные данные работы центробежного дезинтегратора с диаметром ротора 800 мм в производственных условиях показали, что при дезинтеграции кварцевого песка в смеси с жидким натриевым стеклом прочностью 4,25 МПа максимальная удельная производительность составляет 12,5 т (м3- ч), при частоте вращения ротора 8,4 с'1. Анализ гранулометрических характеристик измельченного материала показал, что содержание фракции -0,4 +0,16мм составляет более 72%, а анализ графиков кинетики измельчения-что наиболее интенсивно убывает класс 0,315 мм. Уже при двухминутной работе дезинтегратора суммарный остаток измельченного материала на этом сите умнынился на 7%. Эти

Рис. Схема центробежной мельницы

I - корпус; 2 - загрузочный ;:убок; 3 - рабочий орган; 4 - вертикальный .ал; 5 - подшипниковая опора; б - электродвигатель; 7 - кли-ноременная передача; 8 - фланец; 9 - решетки; 10 - люк; II - разгрузочный патрубок;' Ы -разгрузочный патрубок

эксперименты представляют особый интерес, учитывая, что кварц является эта лонным материалом для определения коэффициента относительной измельчаемое™ многих видов полиметаллических руд.

Минералогический анализ аншлифов подтвердил, что зерна кварца в измельченном продукте имеют округлую форму ( более 90% зерен ). Количество сростков со связующим слоем в исходном материале 90%, а в измельченном-в среднем 3-5%. Степень раскрытия-0,88. Проведенные испытания показали хорошую сходимость расчетных и экспериментальных данных по основным технологическим и энергетическим параметрам.

Для определения оптимального соотношения определяющих параметров проведены экперименты по дезинтеграции свинцово-цинковой руды Садонского месторождения с содержанием сфалерита до 3%, а галенита до 1,3%. В процессе экспериментов варьировались: частота вращения ротора 4,8 - 8,4 с"1; высота слоя материала 0,2 - 0,6 м; ширина зазора разгрузочных решеток 2-6 мм. Дезинтеграция производилась в открытом цикле в непрерывном режиме. Контролировались - производительность дезинтегратора, потребляемая мощность, кинетика измельчения, селективность раскрытия минералов.

Анализ полученных данных показывает, что максимальная производительность при ширине зазора разгрузочной решетки 2 мм наблюдается при высоте слоя измельчаемого материала 450 мм. При монотонно возрастающей потребляемой мощности эту область можно считать оптимальной. При этом частота вращения ротора составляет 8,0с"1, а общая производительность дезинтегратора-до 8т/ч. Удельная производительность по расчетному классу 0,074 мм в лучшем опыте 1,37 т/(м3 • ч). Экперименты показали хорошую сходимость экспериментальных и теоретических данных при степени раскрытия минералов 0,8 и крупности дезинтеграции 85% класса -0,074 мм. Техническая характеристика центробежного дезинтегратора приведена в табл. 2. Опытно-промышленная мельница для доизмельчения промпродуктов также относится к классу, центробежных мельниц самоизмельченйя (рис. 6). В основу её "работы положен принцип перетирания частиц,находящихся в послойно-перемещающихся потоках пульпы. Пульпа, попадающая в мельницу через загрузочный патрубок 3, приводится во вращение ротором 1, установленным со смещением оси вращения относительно оси корпуса мельницы. Слой пульпы, соприкасающийся с футеровкой ротора, имеет максимальную окружную скорость, окружная скорость пограничного слоя футеровки корпуса 2 равна нулю.

I - ротор; г - корпус; 3 - вал; 4 - опора; 5 - электродвигатель; 6 - футеровка корпуса; 7 - клиноременная передача; 8 - подшипниковый узел; 9 - загрузочный патрубок; 10 - слиеной патрубок; II - решетка

Таблица 2

Техническая характеристика центробежного дезинтегратора

Диаметр ротора, м

Объем корпуса, м3

Частота вращения ротора, с'1

Ширина зазора решетки, мм

Мощность электродвигателя, кВт

Производительность максимальная, т/ч

Габаритные размеры, мм:

Высота

Ширина

Длина

0,8 0,35

-I

4,8 - 8,4 2,0 - 6,0

52,0 10,0

2000 1400 2000

В наиболее узкой части рабочего пространства создается зона повышенного давления и возникает градиент тангенциальных скоростей и сил, за счет которого в зону из-за своей большей инертности увлекаются, в основном, крупные частицы. Взаимное давление между частицами, при перемещении с различными скоростями приводит к их разрушениям по наиболее слабым плоскостям срастания полезных минералов и вмещающей породы. Тонкие частицы выносятся потоком жидкости в зону разгрузки и удаляются через сливной патрубок 4, а крупные, затягиваясь в кольцевую полость, доизмельчаются.

Эксперименты проводились на промпродуктах Мизурской обогатительной фабрики и промпродуктах обогатительной фабрики Урупского ГОКа. Гранулометрические характеристики этих промпродуктов, так :же как и их физические свойства близки. Для проведения экспериментов использовалась мельница доизмельчения промпродуктов с диаметром ротора 500 мм. Иследуемыми параметрами были: удельные технологические показатели, удельные энергетические показатели процесса дезинтеграции и степень раскрытия минералов в открытом и замкнутом циклах. Частота вращения ротора 4,8 - 12 с"1, ширина кольцевой полости 1 - 4 мм, плотность пульпы 2200 - 2800 кг/м3. В результате экспериментов установлено, что максимальная удельная производительность 3,18 т/(м3-ч) наблюдается при средней крупности питания 0,425 мм, при этом удельная потребляемая энергия 5,23 кВт • ч/т, а эффективность доизмельчения 0,024 т/(кВт • ч). Увеличение и снижение крупности приводит к снижению удельной производительности и повышению энергопотребления. Оптимальные показатели достигаются при частоте вращения ротора около 10 с"1,

соответствующей псевдотурбулептному режиму движения пульпы, число Рейнольдса 8450. Сравнительные испытания мельницы промпродуктов н стержневой мельницы показали,что при флотации продуктов измельчения, извлечение в концентрат меди из продукта измельчения исследуемой мельницы выше более чем на 4%, при прочих равных условиях. Минералогический анализ аншлифов концентратов показал, что зерна полезного минерала при дезинтеграции в мельнице доизмельчения промпродуктов крупнее и лучше раскрыты. Степень раскрытия 0,8. Работа мельницы в замкнутом цикле с гидроциклоном подтвердила, что удельные показатели дезинтеграции в открытом и замкнутом циклах близки, наивыгоднейшая циркуляционная нагрузка около 200% при расходе воды 1,46 т/ч. Сравнение теоретических и экспериментальных данных показывает, что сходимость результатов не менее 85%. Техническая характеристика мельницы для доизмельчения промпродуктов приведена в табл. 3.

Таблица 3

Техническая характеристика мельницы доизмельчения промпродуктов

Диаметр ротора, м 0,5

Объем корпуса, м3 0,24

Частота вращения ротора, с"1 6,3 - 8,3

Мощность электродвигателя, кВт 15,0

Габаритные размеры, мм

Высота 1500

Ширина 1200

Длина 1200

Разработка элементов конструкций дезинтеграторов, определяющих основные технологические параметры.

Результатом теоретических исследований проведенных при дезинтеграции рудного сырья и доизмельчении промпродуктов,явилась разработка двух принципиально различных дезинтеграторов, работающих по принципу самоизмельчения. Проведенные опытно -промышленные и промышленные исследования полностью подтвердили возможность теоретического определения удельных технологических показателей дезинтеграции и оптимального соотношения, влияющих на

процесс селективного измельчения основных факторов. При этом они показали возможность улучшения этих показателей при изменении некоторых конструктивных элементов используемых дезинтеграторов, влияющих на их скоростные и эвакуационные параметры. Все физические параметры используемого сырьевого материала неизменны.

Скоростные режимы движения материала в дезинтеграторе во многом определяются твердостью руды и ее крупностью. Увеличение скорости соударения кусков осуществляется в двухроторной мельнице по а.с. № 977010, в которой роторы, оси вращения которых расположены под углом 90°, вращаются во встречном направлении. При этом линейные скорости кусков материала, вылетающих из разных роторов в момент столкновения, суммируются. В объеме корпуса образуется несколько зон измельчения различной интенсивности.

Еще более повысить интенсивность дезинтеграции позволяет а.с. № 1595563, которое предусматривает выполнение разгонных перегородок каждого ротора различной высоты с возрастанием ее в сторону противоположную направлению вращения ротора.

Выполнение радиальных разгонных перегородок в форме неравнобокой трапеции позволяет расширить зону дезинтеграции за счет ориентации потоков измельчаемого материала под более острым углом к оси вращения ротора. Наклонная плоскость каждой перегородки направлена в сторону вращения, а угол наклона определяется крупностью измельчаемого материала и высотой его слоя над ротором.

Ранее проведенные исследования позволили установить, что над вращающимся чашеобразным ротором образуется "мертвая зона", движение измельчаемого материала в которой минимально. Исключение зоны, в которой не наблюдается движение материала, возможно в случае, если в чашеобразный ротор ввести коническое кольцо, установленное эквидистантно его боковой поверхности. В этом случае измельчаемый материал, находящийся в роторе, разгоняется не только по боковой поверхности ротора, но и по поверхности конического кольца, и тем самым исключается зона, в которой находится неподвижное тороидальное кольцо, позволяя повысить удельную производительность.

Селективность дезинтеграции во многом определяется кинетикой процесса, которая зависит от скорости эвакуации измельченного материала из дезинтегратора. Удаление его возможно через зазор между ротором и неподвижным кольцом ; через решетки, встроенные в ротор, и через боковой люк в корпусе при цикличном режиме работы

дезинтегратора. Выпуск измельченного материала через решетки, встроенные в боковую поверхность ротора, часто имеет значительные преимущества, однако площадь поверхности решеток ротора ограничена его размерами. Значительно увеличить площадь просеивающих поверхностей позволяет техническое решение, предусматривающее выполнение радиальных разгонных перегородок в виде полой прямоугольной трапеции.

Предложенные решения позволяют на 20-25% повысить производительность измельчения при неизменных энергетических затратах.

В мельнице доизмельчения промпродуктов применение перфорированной диафрагмы, жестко закрепленной на корпусе эквидистантно кольцу рабочего органа, позволило повысить удельную производительность на 7-10% при неизменных энергозатратах. На основе полученных результатов разработана перспективная конструкция мельницы доизмельчения промпродуктов с увеличенным объемом зоны измельчения.

Перспективной разработкой также является конструкция горизонтальной центробежной мельницы. Предварительные оценки позволяют предположить, что мельница будет иметь высокую удельную производительность. Это обусловлено значительной

энерговооруженностью мельницы, ограниченным объемом зоны измельчения и высокой частотой вращения ротора. Разработан рабочий проект мельницы ориентировочной производительностью 10 т/ч.

Заключение

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой изложены результаты исследований, посвященные разработке научно-обоснованных технологических решений, имеющих важное значение и заключающихся в интенсификации процесса селективной дезинтеграции минерального сырья, позволяющего реализовать прогрессивные технологии, а также в разработке научного метода прогноза энергетических затрат, позволяющего осуществлять оперативное управление процессом.

Получены следующие научные выводы и практические результаты:

1. Установлено, что степень раскрытия минералов, характеризуемая вероятностными показателями разделения, определяется совместным влиянием функций распределения вероятностей по крупности и содержанию выделяемых минералов и крупности измельченных частиц.

2. Установлено, что при тонкой дезинтеграции, степень раскрытия выделяемого минерала определяется вероятностью выделения частиц неоднородного состава (сростков).

3. Установлено, что максимальная селективность тонкой дезинтеграции минерального сырья обеспечивается когезионно-адгезионным характером разрушения частиц материала, при минимальных нормальных напряжениях для кварца -8,97-102 Н, а полиметаллической руды-10,26-102 Н.

4. Теоретически получена и экспериментально подтверждена зависимость для определения условий поверхностного разрушения частиц при селективной дезинтеграции минерального сырья, которая, учитывая скорость линейного перемещения частиц, их прочность и величину нормальных и тангенциальных напряжений, позволяет определять скоростные режимы процесса и геометрические параметры элементов конструкций дезинтеграторов.

5. Доказано, что относительная производительность дезинтегратора при постоянной измельчаемости остатка на контрольном сите прямо пропорциональна количеству остатка в широком диапазоне крупности.

6. Получена теоретическая зависимость для определения энергозатрат процесса селективной дезинтеграции, учитывающая величину прироста общей удельной поверхности и удельной поверхности любого узкого класса крупности измельченного материала.

7. Установлено, что при дезинтеграции кварца до крупности 85% класса -0,200 мм количество сростков не превышает 5% при степени раскрытия 0,88, а для полиметаллической руды такая степень раскрытия минералов достигается при крупности дезинтеграции до 85% класса-0,074 мм.

8. Впервые показано, что максимальная эффективность доизмельчения промпродуктов полиметаллической руды по классу -0,074 мм 'достигается в псевдотурбулентном режиме движения потока пульпы и определяется частотой вращения ротора, шириной зазора между ротором и корпусом в диапазоне плотностей пульпы 2,4-103 - 2,7-103 кг/м3. _

9. Экспериментально установлено, что перфорированная диафрагма расположённая над периферийной частью ро1ора мельницы доизмельчения, до 8% увеличивает ее производительность при тех же энергозатратах.

10. Разработаны конструкции центробежного дезинтегратора производительностью 10,0 т/ч и мельницы для измельчения промпродуктов производительностью 5,0 т/ч, отличающиеся повышенной селективностью дезинтеграции, а также их элементы.

определяющие основные технологические показатели, на которые получены авторские свидетельства и патент на изобретения. Дезинтеграторы (¡недрены в производство.

По сравнению с оборудованием,применяемым для этих целей на практике, эффективность разработанных аппаратов обеспечивается:

- снижением шламообразования;

- оперативностью регулирования режимов дезинтеграции;

компактностью конструкций и экономией производственных площадей;

- экологической безопасностью.

I

;

Основное; содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Клыков Ю.Г. Селективное измельчение минерального сырья. -Владикавказ. Терек, 1997.

2. Клыков lÖ.T. К вопросу о раскрытии минералов при тонком измельчении. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, N 1, 1995.

3. Клыков Ю.Г. Вероятностные показатели разделения фаз при измельчении твердых тел. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, N б, 1996.

4. Клыков Ю.Г. Прогнозирование энергетических затрат на дезинтеграцию минерального сырья. Труды СКГТУ, вып.2. Владикавказ, 1996.

5. Клыков Ю.Г. Анализ измельчаемости медно-пиритных промпродуктов на Урупском ГОКе. Колыма, N 9, 1987.

6. Клыков Ю|Г. Особенности раскрытия сростков руд. Научно-техническая конференция СКГТУ, посвященная 50-летию Победы. Владикавказ, 1995.

7. Клыков Ю.Г. К вопросу о селективности измельчения и геометрии кусков. Международная конференция СКГТУ. Тезисы докладов. Владикавказ, 1994.

8. Клыков Ю.Г. Вероятностные показатели дезинтеграции твердых тел и их геометрические характеристики. Труды СКГТУ, вып.1. Владикавказ, 1985.

9. Клыков Ю.Г., Карджанов Ж.Б., Евдокимов С.И. Сравнение способа доизмельчения промпродуктов по результатам их флотации. Колыма, N 3-4, 1985.

ЮЛгупов A.B., Старцев Ю.Г., Клыков Ю.Г. О новой технике измельчения и экономии металла при подготовке медных руд к

обогащению. В сб. Обогащение полезных ископаемых, N в], Киев., Техника, 1982.

11 .Ягупов A.B., Поспелов Н.Д., Клыков Ю.Г. Новое решение задачи доизмельчения промродуктов обогащения на Урупском ГОКе. В сб. научных трудов. Подземная разработка жильных месторождений. Владикавказ, 1988.

12.Ягупов A.B., Клыков Ю.Г., Амурский Ю.З., Басюлев Э.Э. О режиме движения капельной жидкости в устройстве для доизмельчения. ЦНИИЭИЦветмет, N. 1251. Деп., 1985.

13.Ягупов A.B., Клыков Ю.Г., Гарагуля В.Н. О режиме движения вязкой жидкости в зазоре между коаксильными цилиндрами. ЦНИИЭИЦветмет, N 1341. Деп., 1985.

И.Клыков Ю.Г. К вопросу определения поля скоростей в зазоре между коаксильными цилиндрами при несимметричном течении вязкой пульпы. ЦНИИЭИЦветмет, N 186. Деп., 1987.

15.Клыков Ю.Г. Разработка центробежной мельницы для регенерации формовочных песков. Международная конференция СКГТУ. Тезисы докладов, 1994.

16.Клыков Ю.Г. Устройство ДР-500 для доизмельчения промпродуктов. Северо-Осетинский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. Информационный листок N- 98-85. Владикавказ, 1985.

17.Клыков Ю.Г., Ягупов A.B., Кадржанов Ж.Б., Евдокимов С.И. Влияние способа доизмельчения промпродукта на раскрытие минералов и результаты флотации. Колыма, N 12, 1986.

18.Клыков Ю.Г. Разработка эскизного проекта центробежной мельницы. Научно-техническая конференция СКГМИ, посвященная дню советской науки. Тезисы докладов, 1989.

19.Клыков Ю.Г. О внутреннем трении в мелкозернистой руде. ЦНИИЭИЦветмет, N972. Деп., 1983.

20.Ягупов A.B., Романов Н.Р., Клыков Ю.Г. Сравнение результатов флотации медной руды, измельченной в мельницах типа "МАЯ" и стержневой. Обогащение руд, с.81, Иркутск, 1981.

21 .Ягупов A.B., Клыков Ю.Г., Я1упов A.A. Устройство для измельчения промпродуктов. Колыма, N:12,1984.

22.Клыков Ю.Г. Устройство для измельчения материалов. A.c. Nol716652 Д.С.П, 1991.

23.Ягупов A.B., Клыков Ю.Г., Ягупов A.A. Устройство для измельчения материалов. A.c. Nol045916/37,1983.

24.Ягупов A.B., Клыков 10.Г. Центробежная мельница. Л.с. N 977010/44, 1982.

25.Клыков Ю.Г., Кузьмннов А.П. Центробежная мельница. A.c. N 1595563/36,1990.

26.Клыков Ю.Г., Кузьмннов А.П. Центробежная мельница. A.c. N 1577823/26, 1990.

27.Клыков Ю.Г., Ягупов A.B., Хетагуров В.11. Центробежная мельница. A.c. N 1454495/04,1989.

28.-Ягулов A.B., Хетагуров В.Н., Гегелашвили М.В., Клыков 10.Г. Мельница динамического самоизмельчения. A.c. N 1516139/39, 1989.

29.-Ягупов A.B., Клыков Ю.Г. Устройство для измельчения материалов. A.c. N .1186250/39, 1985.

30.Ягупов A.B., Клыков Ю.Г., Ягупов A.A., Поспелов Н.Д. Устройство для измельчения материалов. A.c. N 1156734/19, 1985.

3 ¡.Клыков Ю.Г., Хетагуров В.Н. Устройство для измельчения

материалов. A.c. N .1431832/39, 1988. 32.Клыков Ю.Г., Гуриев Т.С. Центробежная мельница. Патент России на изобретение N 1793960, 1990.

Клыков Ю.Г. Эффективное доизмельчение промпродуктов на основе разработанного устройства (доизмельчителя роторного ДР-500». Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Владикавказ: СКГМИ, 19S5.

Подписано к печати Объем 2,0 п. л.

Тираж 100 экз. Заказ N Северо - Кавказский государственный технологический университет. 362021 г. Владикавказ, ул. Николаева, 44

Ротопринт СКГТУ, 362021 г. Владикавказ, ул. Николаева, 44.

А// 00......; /¡1

СЕВЕРО - КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КЛЫКОВ ЮРИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

УДК 622.73:621.926.47

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ СЕЛЕКТИВНОЙ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Специальности: 05.05.06 - "Горные машины"

05.15.08 - "Обогащение полезных ископаемых"

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора

У83ЙДЙУМ ВАК Ро.

, ■■ /лгыие от " га К:

исудал. ученую сгет

Владикавказ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 5

1. Анализ современного состояния селективной дезинтеграции минерального сырья, задачи и методы исследований 12

1.1. Исследование механизма разрушения при ударных

и истирающих нагрузках 15

1.2. Физические свойства минерального сырья и возможность его моделирования 21

1.3. Характеристики степени раскрытия минералов при селективной дезинтеграции 35

1.4. Сравнительная оценка аппаратов для дезинтеграции минерального сырья 44

Выводы, задачи и методы исследований 57

2. Теоретические исследования разделения твердых'тел при дезинтеграции 59

2.1. Основные положения теории раскрытия минералов 59

2.2. Степень раскрытия включенной и включающей фаз 69

2.3. Вероятностные показатели разделения минералов 77 Выводы 90

3. Исследование механизма селективной дезинтеграции

кусков твердого тала яр« взаимном иотщжшт 91

3.1. Основные условия селективного разделения частиц

при определении момента начала поверхностного 97

разрушения кусков измельченного материала

3.2. Анализ влияния шероховатости поверхности измельчаемых кусков на число контактов

поверхности 112

3.3. Экспериментальные исследования процесса селективного измельчения 11 б

3.4. Экспериментальное определение параметров микрогеометрии поверхности кусков 126

3.5. Изучение влияния ряда технологических параметров

на интенсивность измельчения 135

Выводы 148

4. Исследования зависимости энергетических параметров

измельчения от величины удельной поверхности

исходного и готового продукта 149

4.1. Оценка некоторых функций распределения количества частиц по размерам 149

4.2. Обзор энергокрупностных соотношений процесса дезинтеграции 166 Выводы 178

5. Экспериментальные исследования дезинтеграции минеральных материалов 179

5.1. Дезинтеграция кварца при регенерации формовочных смесей _ 181

5.2. Дезинтеграция полиметалической руды 200

5.3. Доизмельчение промпродуктов обогащения полиметаллической руды 214 Выводы 233

6. Разработка элементов конструкций дезинтеграторов

определяющих технологические параметры 234

6.1. Разработка конструктивных элементов, определяющих удельные технологические показатели центробежной мельницы 235

6.2. Разработка конструктивных элементов, определяющих основные удельные технологические показатели мельницы доизмельчения промпредуктов 245 Выводы 252

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 253

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 256

ПРИЛОЖЕНИЯ 269

ВВЕДЕНИЕ

| ■ т

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Разработка полезных ископаемых является одной из важнейших отраслей народного хозяйства. Совершенствование процесса переработки добытого сырья решает комплекс проблем природоиспользования технологических, энергетических, экологических, социальных, поэтому разработка технологий и оборудования, позволяющих совершенствовать переработку горного сырья, является чрезвычайно важной задачей. При добыче и переработке минерального сырья огромное внимание уделяется процессу разрушения кусков горной породы, называемому дезинтеграцией или измельчением. Это связано с подготовкой руд к обогатительному или металлургическому переделу, с переработкой сырья для химического производства и производства строительных-материалов.

Дезинтеграция, в особенности тонкая, самый энергоемкий процесс при переработке горной массы, поэтому эффективность передела в значительной степени зависит от селективности процесса, применения рационального оборудования и оптимизации режимов его работы.

В настоящее время, с целью интенсификации всего процесса рудоподготовки, широко применяются мельницы самоизмельчения. Эта обусловлено тем, что тики© мельницы, по данным практики, обеспечивают более полное раскрытие ценных минералов и

снижение шламообразования, способствуя получению концентратов высокого качества, при более высокой степени извлечения ценных минералов, меньшем расходе стали и общем снижении эксплуатационных затрат.

Центробежные мельницы самоизмельчения, обладая всеми перечисленными преимуществами, кроме того имеют небольшие габариты и легко поддаются регулированию по нескольким параметрам, что дает возможность оптимизировать режим селективной дезинтеграции рудных материалов.

Учитывая вышеизложенное, разработка научно-обоснованных решений по селективной дезинтеграции минерального сырья, внедрение которых позволяет снизить шламообразование и энергозатраты на дезинтеграцию, а также повысить экологичность переработки, вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса и, следовательно, является решением крупной, актуальной задачи.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Создание малоотходной, технологии дезинтеграции минерального сырья на основе селективного раскрытия минералов путем регулирования энергетического воздействия на измельчаемый материал.

НАУЧНАЯ ИДЕЯ. Использование эффекта селективной дезинтеграции минерального сырья с определением вероятностных показателей раскрытия минералов и оптимизацией величины энергетического воздействия на частицы измельчаемого сырья.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ. Критическое обобщение опыта на основе анализа литературных и патентных источников, теоретические исследования, лабораторные и натурные эксперименты, математическая обработка с использованием ЭВМ. Достоверность выдвинутых автором научных положении оценивается сходимостью Е5%.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1. Степень раскрытия минералов определяется вероятностью выделения частиц неоднородного состава, отношением числа частиц всех размеров располагающихся вдоль границ раздела фаз к числу частиц образовавщихся из единицы объема измельчаемого материала, решаемого уравнением с определенными интегралами.

2. Селективность дезинтеграции минерального сырья обеспечивается адгезионно - когезионным характером • разрушения частиц, определяемым соотношением величин нормальных и тангенциальных сил, описываемым линейным уравнением, с оптимальной степенью раскрытия минералов при дезинтеграции кварца до 85% класса -0,200 мм, а при дезинтеграции полиметаллической руды - 85% класса -0,074 мм.

3. Энергетические затраты на селективную дезинтеграцию минерального сырья, при крупности дезинтеграции до 95% класса

-0,074, связаны с величиной вновь образованной поверхности математической зависимостью с кратным интегралом.

4. Интенсивность селективной дезинтеграции материалов с прочностью при сжатии до 10 МПа прямо пропорциональна, а удельное энергопотребление обратно пропорционально частоте вращения ротора деэж-ттегрвтора и силе нормвльнего давления на частицу,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. 1. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса дезинтеграции минерального сырья, определяющие влияние селективности дезинтеграции и вероятности выделения частиц

неоднородного состава (сростков минералов) на степень раскрытия включающей фазы (выделяемого минерала).

2. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса селективной дезинтеграции минерального сырья, определяющие влияние характера разрушения частиц на селективность его дезинтеграции.

3. Теоретические и экспериментальные зависимости характеризующие влияние величины прироста удельной поверхности измельчаемого материала на удельные энергозатраты процесса дезинтеграции, с учетом гранулометрического состава измельченного материала.

4. Разработана новая методика определения технологических и энергетических показателей дезинтеграторов, основанная на выборе режимов дезинтеграции и элементов конструкций дезинтеграторов.

НАУЧНОЕ ЗНА-ЧЕНИЕ. ----------

1. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса селективной дезинтеграции минерального сырья позволили определить степень раскрытия минералов при любой начальной и конечной крупности частиц с учетом содержания выделяемых компонентов в исходном питании.

2. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса 1 дезинтеграции мшервлиио^' е^р&я позволили установить характер

селективного разрушения частиц и величину минимально необходимых

нагрузок.

3. Теоретические и экспериментальные зависимости процесса дезинтеграции минерального сырья позволили установить взаимосвязь

между приростом удельной поверхности любых классов крупности и удельной потребляемой энергии с учетом кинетики дезинтеграции. 4. Анализ режимов работы центробежных дезинтеграторов позволил создать новые конструкции аппаратов для селективной дезинтеграции и конструктивные элементы, определяющие их технологические и энергетические показатели.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.

На основании проведенных исследований значительно упрощается прогнозирование результатов рудоподготовки процессов обогащения полезных ископаемых и других процессов переработки минерального сырья.

Проведенные исследования позволили рассчитать и изготовить промышленный центробежный дезинтегратор с диаметром ротора 800 мм и производительностью до 10 т/ч и промышленную мельницу доизмельчения с диаметром ротора 500 мм, производительностью до 5,0 т/ч.

Центробежный дезинтегратор позволяет получить измельченный материал с конечной крупностью до 80% класса -0,074мм, а мельница доизмельчения промпродуктов - 95% класса -0,074мм.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

Предложения конструкция цшгтробвжтшго дезинтегратора внедрена на заводе корпорации оборонной промышленности "Металхим" и на Краснодарском зеркально-фурнитурном комбинате (ЗФК).

Мельница доизмельчения промпродуктов с диаметром ротора 500 мм внедрена на обогатительной фабрике Урупского горнообогатительного комбината (ГОК).

Разработан полный комплект технической документации конструкции двухроторного центробежного дезинтегратора ориентировочной производительностью 10 т/ч.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Материалы диссертации докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях Северо-Кавказского

государственного технологического университета в (СКГТУ) 1980 -1996 гг., на международной научно-технической конференции СКГТУ в 1994 году, на III областной научно-технической конференции Кольского филиала Академии наук СССР в 1984 году, на расширенном заседании отдела рудоподготовки института Механобр в 1985 году, на кафедре горных машин-и -транспорта Московского—государственного горного университета в 1997 году.

Данное направление исследований признано в 1996 - 1997 гг. победителем конкурса грантов по фундаментальным исследованиям в области горных наук при Московском государственном горном университете по разделу "Проблемы комплексной переработки и обогащения минерального сырья с учетом требований экологии".

ПУБЛИКАЦИИ,

Основные положения диссертации опубликованы в монографии, 20 статьях, одном патенте России на изобретение и 10 авторских свидетельствах на изобретения.

Автор благодарит сотрудников СКГТУ, оказавших содействие вниманием и советами в ходе разработки и внедрения положений диссертации.

Диссертация состоит: из 6 глав, изложенных на 288 страницах, содержит 96 рисунков, 35 таблиц, список литературы из 143 наименований и 10 приложений.

Глава 1. Анализ современного состояния селективной дезинтеграции минерального сырья, задачи и методы исследований.

Тонкое измельчение минерального сырья, являющееся одним из основных технологических процессов, проникло во _ все отрасли промышленности. Однако внедрение этой прогрессивной технологии сопряжено со значительными трудностями.

Повышение дисперсности продуктов измельчения приводит к резкому снижению производительности дезинтегратора, снижению эффективности его применения, повышению общей стоимости дезинтеграции. Коэффициент полезного действия дезинтеграторов очень низок, так у шаровой мельницы он не превышает долей процента/1/. Это значит, что энергия в основном расходуется на образование тепла и износ футеровки.

Одно из решений данной проблемы - отказ от мелющих тел, т. е. переход к мельницам самоизмельчения, обеспечивающих большую селективность процесса, а также необходимость предварительного анализа эффективности применения конкретного вида измельчительного оборудования, при измельчении данного вида минерального сырья /2/.

Другой важной проблемой процесса дезинтеграции является переизмадвдедаш с&фья. Частица измельчаемого материала раскалывается в произвольных направлениях, и при определенной требуемой крупности продукта измельчения, частицы полезного минерала могут быть переизмельчены, что нарушит дальнейший технологический процесс и часть минерального сырья будет потеряна в шламах.

Для определения параметров оптимального раскрытия руды необходимо выявление механизма ее разрушения, в частности определение преимущественных направлений разрушения. Направления разрушения, в свою очередь, зависят от прочностных свойств минералов и контактов их срастания. Свойства контактов срастания оказывают наиболее существенное влияние на рациональное раскрытие руд. Предпочтительным является разрушение кусков и частиц руды по этим контактам, поскольку одновременно вскрываются рудные и нерудные минералы. Однако в большинстве руд сростки достаточно прочны и для более или менее полного раскрытия минералов измельчение должно производится так, чтобы размер частиц после измельчения был на один

- два порядка меньше толщины мономинеральных прослоев или поперечников вкраплений рудных или нерудных минералов /3/.

Степень селективности измельчения в значительной степени определяется конструкцией аппарата для дезинтеграции. В дезинтеграторе частица металла может быть разрушена после воздействия на нее различных комбинаций усилий.

Некоторые современные методы дезинтеграции минерального сырья позволяют преимущественно применять те или иные виды нагрузок или их комбинаций.

■ . ¥

Это следующие методы:

- самоизмельчение частиц при внезапном сбросе внешнего давления;

- кавитационное разрушение частиц в жидкой среде;

- самоизмельчение частиц или кусков материала , при взаимном соударении и истирании.

Настоящая работа посвящена механическому способу самоизмельчения частиц в центробежном дезинтеграторе, применение которого рационально в том случае, когда требуется селективное разрушение частиц материала, т.е. разрушение по границам срастания минералов с вмещающей породой, а также оттирки поверхности частиц материала, когда разрушение самой частицы нецелесообразно.

Желаемый результат, как правило, может быть достигнут дозированным приложением энергии, достаточной для разрушения сростков срастания минералов.

1.1 Исследование механизма разрушения при ударных и истирающих нагрузках.

Частица минерального материала может быть разрушена в результате воздействия на нее следующих видов усилий: сжатия; растяжения; раскалывания; удара; сдвига. Комбинации этих усилий используются во всех способах измельчения. Мы ограничимся рассмотрением способа самоизмельчения, наилучшим с точки зрения селективности измельчения.

Изучение механизма разрушения хрупких тел, природы явлений при дезинтеграции и факторов, его определяющих, занимает значительное место в работе исследователей. Процесс разрушения частиц рудного материала можно представить в виде трех элементарных актов силового воздействия на частицу, называемых соответственно ударом, скалыванием и абразивным износом. В результате воздействия каждого акта получается продукт, отличающийся гранулометрическим составом.

В результате прямого удара тонкий продукт получается из внутренних слоев частицы. Скользящие, касательные удары удаляют только выступы частиц, а абразивный износ происходит при непрерывном воздействии на поверхность частицы многочисленных точечных сил, Комбинация скалывания и абразивного износа -истирание.

Механизмы истирания и удара различны. Исследования в области влияния скорости удара при разрушении обширны. Ими занимались В. П. Ромадин, Е. Рейнерс, Л. И. Барон и др. /4/.

Известно, что получение тонкого продукта ударом без удаления измельченных частиц относится к числу наименее эффективных процессов дезинтеграции. Показатель измельчаемости материала зависит от того, какой вид разрушения преобладает при дезинтеграции.

Практика измельчения показывает, что при тонком измельчении нет необходимости в ударах падающих с большой высоты измельчающих тел, так как при этом избыток энергии расходуется либо на переизмельчение м�