автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Теоретические исследования сверхтонкого измельчения в каскадных центробежных машинах и определение их параметров при получении энергонасыщенных дисперсных систем

На правах рукописи

УСОВ ГАВРИЛ АНАТОЛЬЕВИЧ

РГВ од

о /

Т0

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В КАСКАДНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИНАХ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.05.06 - "Горные машины"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЕКАТЕРИНБУРГ, 2000

Работа выполнена в Уральской государственной горно-геологической академ]

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Калашников В.Ь

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зимин А.И.

кандидат технических наук Кузнецов В.И.

Ведущая организация - ОАО "НИПИГОРМАШ"

Защита состоится " ¿?7 " декабря 2000 г. в 13 час. на заседай диссертационного совета Д 063.03.01 в зале заседаний Ученого сов« Уральской государственной горно-геологической академии по адресу: 620144 г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УГГТА.

Реферат разослан "Шфй 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 063.03.01

Е.В .Прокофьев

П

Формирование энергонасыщенных дисперсных систем является сложным изико-химическим процессом наполнения потенциальной энергией вещества повышения его химической активности за счет увеличения поверхностной 1ергии и энергии внутреннего строения при механическом измельчении ясперсной фазы. Термин "энергонасыщенные дисперсные системы" эедложен рядом исследователей, занимающихся вопросами, связанными с еханоактивацией цементов, как наиболее полно ' раскрывающий их шкальные во многих отношениях свойства. Использование повышения 1ергетического состояния дисперсных систем методом механоактивации эзволяет успешно решать многие важные технологические задачи в азличных отраслях горной промышленности (разведочное бурение, бурение на гфть и газ, обогащение полезных ископаемых, проходка подземных ^работок), в химическом, строительном, огнеупорном, керамическом и других роизводствах.

Энергонасыщенные дисперсные системы наиболее широко применяются в введочном и нефтяном бурении при приготовлении промывочных жидкостей тампонажных растворов. При этом повышенная дисперсность и физико-дмическая активность их компонентов позволяют существенно улучшить их груктурно-механические, реологические и технологические свойства.

При обогащении полезных ископаемых наиболее перспективно пользование повышения физико-химической активности минеральных :ществ тонким и сверхтонким измельчением, например, в процессах ощелачивания, экстракции, селективного и валового растворения веществ, ри совмещении операции измельчения многокомпонентной руды с ^становлением оксидов металла водородом и его выщелачиванием в 5 стоянии низшей валентности и пр. Энергетические затраты на еханоактивацию окупаются экономией времени и более полным извлечением отворяемых компонентов.

Одно из перспективных направлений использования энергонасыщенных ясперсных систем, полученных путем сверхтонкого механического змельчения твердых материалов, - подготовка композиционных смесей, омпозиционные смеси широко используются в самых различных отраслях ромышленности. Их готовят в виде шихты перед пиропроцессами, применяют ри подготовке пресс-порошков, используют при подготовке твердых 1створов для катализаторов или других целей. На их основе работает грамическая и огнеупорная промышленность, данные смеси также применяют ри подготовке формовочных земель, флюсов для покрытия электродов, для [тамповки металлокерамических деталей, клеевых композиций и т.п.

Активация сухим тонким и сверхтонким измельчением находит широкое рименение при решении вопросов комплексного использования минеральных гсурсов и снижения вредного воздействия продуктов переработки ромышленности на окружающую среду. В этом отношении ее применение грспективно при утилизации отходов производства и ликвидации отвалов, тестке сточных вод с улавливанием на активированной поверхности ценных I вредных) компонентов, облагораживании торфа, угля и горючих сланцев

перед сжиганием с одновременным извлечением металлов, серы и друга ценных компонентов, замене обжига сульфидных мышьяксодержащи. концентратов безобжиговым процессом, основанном на механоактивации.

Использование механоактивации в исследовательской работе имеет сво] перспективы. Известно, что фактически единственным способом ускорит изучаемые физико-химические процессы являлось нагревание реагентон Однако нагревание неизбежно выводит процесс в совершенно другие услови по температуре и давлению. Изучение процессов, протекающих при комнатно] (и ниже) температуре, представляет определенные трудности из-за отсутстви способа ускорения этих процессов до такого уровня, при котором наблюдаютс изменения вещества. Активация измельчением открывает возможност лабораторного изучения низкотемпературных физико-химических процессоЕ В частности, она позволяет развернуть физическое моделирование природны: процессов, протекающих на дневной поверхности со скоростью, заметной лиш в геологических отрезках времени.

Активация сухим диспергированием как новый способ интенсификаци; физико-химических процессов нуждается в соответствующем техническо; оснащении. Требуется создание измельчительных машин лабораторного ] промышленного типов для изучения и практического использования эффектов проявляемых при диспергировании, а также серийное производств! измельчителей, специально предназначенных для ускорения тех или ины: технологических процессов.

Таким образом, актуальность работы обосновывается весьма широкш применением в настоящее время энергонасыщенных дисперсных систем получаемых методом механоактивации, в технологических процессах самьг различных производств, в первую очередь, как указывалось выше, геологоразведочной, нефтегазодобывающей и горно-обогатительной отрасля: промышленности.

Данная работа выполнена в рамках гранта и в рамках межотраслево! программы по Западно-Сибирскому нефтегазовому комплексу.

Идея работы заключается в создании измельчительных машин с высоки! удельным потенциалом энергонасыщения дисперсных систем при и: механоактивации применительно к производственным условия} геологоразведочных и горных предприятий.

Цель работы состоит в установлении взаимосвязи межд;

характеристикой процесса энергонасыщения дисперсных систем, кинетико! разрушения твердых материалов при их сверхтонком измельчении 1 параметрами измельчительных машин, осуществляющих процео механоактивации при получении энергонасыщенных дисперсных систем, также разработке новых конструкций измельчительных машин с высоко) динамикой движения мелющих тел, оценке эффективности их работы.

Задачи исследований:

- теоретические исследования закономерностей эффективносп получения энергонасыщенных дисперсных систем в измельчительны; машинах;

- исследование кинетики тонкого и сверхтонкого сухого измельчения юрдых материалов и динамики движения мелющих тел вращения в каскадных ¡мельчительных машинах центробежного типа;

- теоретические исследования режимов работы каскадных ¡мельчительных машин центробежного типа при формировании [ергонасьпценных дисперсных систем;

- выбор и обоснование конструктивных и технологических параметров (скадных измельчительных машин центробежного типа, :ушествляющих процесс механоактивации твердых материалов при жготовлении энергонасыщенных дисперсных систем;

- разработка комплекса каскадных измельчительных машин :нтробежного типа при приготовлении энергонасыщенных дисперсных ¡стем в зависимости от физико-механических свойств измельчаемых твердых атериалов, влияния внешней среды и требований к качественным показателям ¡мельчаемого продукта;

- стендовые и лабораторные исследования эффективности работы !скадных измельчительных машин центробежного типа;

- оценка эффективности использования в производстве разработанных ¡мельчительных машин.

Методы исследований. В работе использованы анализ, обобщение и 1енка известных конструкций измельчительных машин для приготовления ¡ергонасьпценных дисперсных систем методом механоактивации исходного зодукта и современные теории в области тонкого и сверхтонкого юпергирования твердого тела сухим способом, теоретические, юораторные и экспериментальные исследования, дисперсный анализ зрошков, математическая статистика и теория планирования эксперимента, ¡енка эффективности применения в производстве результатов исследований и □работок.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций утверждается: достаточным объемом экспериментальных исследований; эименением апробированных методов теоретической механики и ^тематической статистики; соответствием результатов теоретических и :спериментальных исследований; результатами испытаний разработанного >мплекса измельчительных машин.

Научная новизна:

- создан и теоретически обоснован основной комплекс факторов, шлющих на процесс формирования энергонасыщенноста дисперсных систем

в измельчительных машинах, включающий: энергозатраты на совершение [боты по предельно упругому деформированию твердого тела е, [ергозатраты на пластические деформации Д зависящие от коэффициента истинности Км., затраты энергии на преодоление сил трения ]т, затраты [ергии ат/в, связанные с нарушением сплошности измельчаемого атериала, разрывом химических связей вещества и образованием новой юбодной поверхности, энергозатраты на выделение скрытой теплоты

образования новой поверхности в среде газа, влияние внешней среды, I

которой происходит формирование энергонасыщенной дисперсной системы;

- предложен новый критерий эффективности работы измельчительны? машин - показатель эффективности энергонасыщения дисперсной системы (¡уу1 твердых материалов при их измельчении, зависящий от приращения энергш (¡£р, передаваемой мелющими телами дисперсной системе в процесс« деформирования объема материала Ух до достижения в нем предельны; разрушающих нагрузок за время Л при одноактном разрушении слоя твердой материала мелющими телами вращения;

- предложена и теоретически обоснована кинетика одноактной измельчения слоя твердого материала мелющими телами вращения с учетои динамики движения мелющих тел в каскадных измельчительных машина: центробежного типа;

- предложена методика определения конструктивных, технических ] технологических параметров каскадных измельчительных маши центробежного типа на основе одноактного измельчения слоя твердоп материала мелющими телами вращения;

- создан комплекс новых конструкций каскадных измельчительны. машин центробежного типа, отличающихся от известных выполнение! рабочих органов, взаимным расположением узлов и деталей и загцищенны патентами на изобретение.

Личный вклад автора: теоретические разработки формирования интенсификации процесса получения энергонасыщенных дисперсных систе.\ создание теории тонкого и сверхтонкого измельчения в измельчительны машинах центробежного типа и обоснование на ее основе конструктивны? технических и технологических параметров измельчительных машиь разработка конструкций универсального комплекса измельчительных маши для приготовления энергонасыщенных дисперсных систем; разработк методики стендовых исследований и участие в проведении испытани разработанных конструкций.

Практическая ценность работы. На основании проведении теоретических исследований разработан комплекс измельчительных маши применительно к реальным производственным условиям их эксплуатации геологоразведочном и нефтяном бурении, горнодобывающей, горне обогатительной и других отраслях промышленности, позволяющий повысить несколько раз физико-химические и технологические показател энергонасыщенных дисперсных систем.

Реализация работы. Результаты работы использовались пр проектировании, изготовлении и внедрении опытных образцов и опытнь: серий каскадных измельчительных машин центробежного типа в различнь производственных организациях и предприятиях: ПО "Уралгеология", П "Тюменьнефтегаз", ПГО "Севказгеология" (г. Кустанай), Волжская ТЭЦ, ТМ "Ависма" (г. Березняки), ПО "Хромпик" (г. Первоуральск), Инстит; металлургии УрО РАН, Институт "Востокогнеупор", Малышеве«

удоуправление, ЖБК им. Ленинского комсомола (г. Екатеринбург), шод "Дефиребирные камни", Кировочепецкий механический завод •. Кировочепецк), ПО "Сорбент" (г. Пермь), ОАО Завод "Старт" ■.Далматово).

Апробация работы. Основные положения и отдельные этапы иссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на егиональной научно-практической конференции "Внедрение результатов аучных исследований на горных и геологоразведочных предприятиях Урала", Свердловск (1988 г.), Межреспубликанской научной конференции Проблемы физикохимии_ и технологии дисперсных систем в бурении", , Екатеринбург (1994 г.), на 3-м Международном симпозиуме по бурению кважин в осложненных условиях, г. Санкт-Петербург (1995 г.), Всероссийской аучно-технической конференции "Совершенствование технологий поиска и азведки, добычи и переработки полезных ископаемых", г. Красноярск (1999 .), региональной научно-технической конференции "Технологическое борудование для горной и нефтегазовой промышленности", г. Екатеринбург 1999 г.), региональной научно-технической конференции "Технология азведки месторождений на Урале: история, современное состояние, срспективы", г. Екатеринбург (1999 г.), региональной научно-технической онференции "Геология и минерально-сырьевые ресурсы европейской ерритории России и Урала", г. Екатеринбург (2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ и 5 атентов на изобретения.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 189 страницах <ашинописного текста, состоит из 6 разделов, в том числе введения и аключения, списка литературы из 175 наименований, содержит 5 таблиц, 40 исунков и 1 приложение.

Содержание работы. Во введении обосновывается актуальность темы 'сследований, исходя из необходимости повышения качества и [роизводительности сооружения геологоразведочных и нефтегазовых скважин [утем существенного улучшения приготовления буровых промывочных шдкостей и тампонажных растворов, а также повышения эффективности ряда ехнологических процессов в горно-обогатительной отрасли, производящей 1ли использующей энергонасыщенные дисперсные системы.

В первой главе даны характеристика и особенности получения нергонасыщенных дисперсных систем, выполнен анализ существующих еорий кинетики и энергоемкости измельчения твердых материалов как Яновной теоретической базы изучения и исследования . процессов 1еханоактивации, а также предложена классификация измельчительных машин [ля сухого тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов, юскольку именно данный способ измельчения наиболее широко применяется (ля получения энергонасыщенных дисперсных систем.

На основе выполненного аналитического обзора сформулированы цель и ;онкретные задачи исследований и разработок.

Во второй главе дано аналитическое обоснование процессо формирования энергонасыщенных дисперсных систем методо! механоактивации с учетом известных теорий кинетики измельчения разрушения твердого тела. Выполнены теоретические исследовани интенсификации процесса энергонасыщения дисперсных систем пр механоактивации. Проведены теоретические и аналитические исследовани кинетики измельчения и динамики движения рабочих органов в каскадны измельчительных машинах центробежного типа на основе предложенно кинетики одноактного измельчения изотропного слоя твердого материал мелющими телами вращения. Приведены формулы, описывающие процес измельчения в данных измельчительных машинах, динамику движения и рабочих органов, а также взаимосвязи между конструктивными, техническим и технологическими параметрами измельчительной машины и физике механическими свойствами измельчаемого твердого материала.

В третьей главе даны описание и технические характеристики комплекс каскадных измельчительных машин центробежного типа для сухого тонкого сверхтонкого измельчения твердого материала, разработанных на основе выи приведенных аналитических и теоретических исследований процессе измельчения и интенсификации энергонасыщенных дисперсных систег Предложена методика определения технических и конструктивных параметре каскадных измельчительных машин центробежного типа. Выполнен обоснование условий эксплуатации разработанных измельчительных маши применительно к различным задачам производства в геологоразведочно; нефтегазодобывающей и горно-обогатительной отраслях промышленности.

В четвертой главе описывается проведение экспериментальнь стендовых исследований разработанных каскадных измельчительных май» центробежного типа при сверхтонком измельчении эталонных твердь материалов. Даны методика проведения планированного эксперимента обработка результатов экспериментальных исследований. Эксперименталы доказана высокая эффективность разработанных измельчительных машин возможность их применения при получении энергонасыщенных дисперснь систем в промышленных объемах, что подтверждается приведенным в рабо' актом внедрения в производство данных машин в количестве 20 шт.

Защищаемые положения работы

1. Предлагаемый критерий оценки эффективности энергонасыщеш дисперсной системы при механоактивации - удельный потенцш энергонасыщения дисперсной системы сруд. - позволяет наиболее пол! установить конструктивные, технические и технологические параметр необходимые при создании новых наиболее эффективных измельчительнь машин, в том числе каскадного центробежного типа, с учетом физик механических свойств измельчаемого твердого материала.

Получение энергонасыщенных дисперсных систем путем механоактиващ дисперсной фазы является многостадийным физико-химическим процессо

'тот процесс можно характеризовать параметрами энергетического состояния, 'изического строения и химических свойств диспергируемых материалов под ействием механических сил. Используя для описания процесса ¡еханоактивации параметры энергетического состояния диспергируемого :атериала, возможно математическими выражениями оценить его оличественно, полагая, что механоактивация численно равна изменению вободной энергии А<? дисперсной системы под действием механических сил.

Проведенный анализ наиболее известных теорий кинетики и нергоемкости измельчения твердых материалов (П.Р.Реттингера, Ш.Кирпичева и Ф.Кикка, П.А.Ребиндера, Ф.С.Бонда, Р.Стедлера, [.Б.Левенсона, Р.И.Чарльза, П.М.Сиденко, Г.С.Ходакова и др.) позволил остаточно полно оценить количественно и качественно процессы юрмирования энергонасыщенных дисперсных систем.

Аналитические исследования известных теоретических закономерностей нормирования энергонасыщенных дисперсных систем позволили описать [анный процесс в виде следующего выражения:

р-уд- 2а2Е .?0

+ К2

3ь(кш - (5Ь(КГШ -1 / , _ 2 агЕ \6агЕ

0)

^ - ) + [((""Г/В + Чт/В )+ /В + Я Ж! В )- {&Т/Ж + Чем )) - )1

."1 J

•де А"; - доля удельных затрат энергии на совершение работы по предельно 'пругому деформированию, запасенная единицей объема измельченного материала; К? - доля удельных затрат энергии на пластические деформации, юкажение и сжатие кристаллической решетки, сопровождающиеся юзникновением точечных дефектов и линейных дислокаций, запасенная :диницей объема частиц твердого материала; К3 - доля удельных затрат энергии и преодоление сил трения, энергии образования и разрушения агрегатов, :оздание разности потенциалов, поляризацию частиц измельчаемого материала, ¡апасенная единицей объема частиц; К4 - доля удельных затрат энергии, :вязанных с нарушением сплошности измельчаемого материала, разрывом симических связей вещества, образованием новой свободной поверхности (с учетом влияния внешней среды и поверхностно-активных веществ на физико-иеханические свойства измельчаемого материала), выделением скрытой теплоты образования единицы новой поверхности, запасенная единицей объема измельчаемого материала; Ь - коэффициент объема, учитывающий форму зазрушаемого тела; Р - предел прочности измельчаемого материала на сжатие; 12 - коэффициент поверхности, учитывающий форму частицы; Е - модуль Юнга измельчаемого материала; 51 - удельная поверхность материала после измельчения; - удельная поверхность твердого тела до начала его измельчения; Кпл -коэффициент пластичности измельчаемого материала; // -толщина слоя, в котором совершаются пластические деформации; у> - энергия, расходуемая на преодоление сил трения; от/в~ удельная поверхностная энергия твердого тела при контакте с воздухом; - поверхностное

натяжение жидкости при контакте с воздухом; ат/х - адгезия при контакт« твердого тела с жидкостью; дт/в - скрытая теплота образования единицы ново} поверхности при разрушении твердого тела в воздухе; - то же, жидкости I воздухе; qcм - теплота смачивания твердого тела данной жидкостью.

Полученное аналитическое выражение (1) позволяет наиболее полис количественно и качественно проанализировать основные факторы, влияющи< на процесс энергонасыщения дисперсных систем, й установить возможносп интенсификации данного процесса.

На основе проведенных вышеуказанных аналитических исследований дш оценки эффективности работы измельчительных машин, осуществляющиз процесс механоактивации дисперсных систем, предлагается новый критерий -удельный потенциал энергонасыщения дисперсной системы (руд., определяемы! из выражений:

^йг2^' (2) №

УКМ т Уя

г.. (4) ^^^^Йг-ТТ1' ^

2 УКШ Ун

где (руа. - удельный потенциал энергонасыщения дисперсной системы при е механоактивации; йер - приращение энергии, передаваемой мелющими телам) дисперсной системе в процессе деформирования объема материала Ук д< достижения в нем предельных разрушающих нагрузок за время Л; Ук - объе; деформируемого материала под мелющими телами при одноактном ег разрушении; Ер уд_ - удельная энергонасыщенность дисперсной системы; I коэффициент поглощения энергии дисперсной системой в процессе е механоактивации (77<1); Т - время нагружения слоя материала объемом Ук <НУМТ - приращение кинетической энергии мелющего тела; Р - преде прочности измельчаемого материала при одноосном сжатии; Ун - скорост нарастания напряжения в материале при воздействии на него мелющего тела.

Предложенный критерий <ру<,. ■ позволяет достаточно полно установит эффективность механоактивации дисперсных систем измельчительным машинами с учетом:

- конструктивных и технологических параметров измельчительных маши (радиус кривизны мелющего тела глт., радиус футеровки корпус измельчительной машины Кф, толщина слоя измельчаемого материала 5, числ актов разрушения 1акт_, совершаемых одним мелющим телом за один оборе ротора; количество мелющих тел в измельчительной машине с одинаковым конструктивными параметрами г, производительность измельчительно машины 2);

- параметров динамики движения мелющих тел (масса мелющих те вращения скорость движения мелющих тел в момент их контакта с слоем измельчаемого материала объемом Ух, кинетическая энергия мелющи тел УУм.п);

- параметров, характеризующих физико-механические свойства [змельчаемого твердого материала (предел прочности материала на сжатие Р, еличина скорости нагружения Ун измельчаемого материала объемом Уц, юдуль полной деформации Едеф.% коэффициент Пуассона ¡л, модуль Юнга Е, :оэффициент пластичности К^ и др.).

На основе разработанной классификации измельчительных машин тонкого [ сверхтонкого сухого измельчения твердых материалов предлагаемый :ритерий эффективности работы данных машин <рУд. позволил теоретически »боснованно выбрать конкретный тип измельчительной машины как наиболее 1ерспективный для реализации процесса механоактивации дисперсных систем. Такими измельчительными машинами являются каскадные измельчительные машины центробежного типа, что и было в дальнейшем подтверждено жспериментальными исследованиями работы данных машин.

2. Применительно к каскадным измельчительным машинам <ентробежного типа с мелющими телами вращения предлагаемая шнетика одноактного тонкого и сверхтонкого измельчения в них слоя пвердого материала наиболее достоверно отражает реальный процесс его лзмельчения и позволяет наиболее полно охарактеризовать данный процесс амельчения с учетом физико-механических свойств измельчаемого материала, затрат энергии на его разрушение, динамики движения мелющих тел, конструктивных, технических и технологических параметров измельчительных машин.

В основу теоретических исследований работы каскадных

измельчительных машин положен принцип одноактного измельчения изотропного по физико-механическим свойствам слоя твердого материала мелющими телами вращения. Кинетика измельчения по данному принципу показана на рис. 1 и 2.

Предложенная кинетика одноактного измельчения слоя твердого материала, изотропного по своим физико-механическим свойствам и состоящего из множества частиц малого размера, наиболее полно отражает реальный процесс тонкого и сверхтонкого его диспергирования в каскадных измельчительных машинах центробежного типа. Поскольку при тонком и сверхтонком измельчении в процессе работы измельчительной машины в произвольно выбранный момент времени под мелющими телами вращения всегда одновременно разрушается не одна, а некоторый слой частиц объемом Ук, то при диспергаровании исходный твердый материал характеризуется в основном малыми размерами частиц. Принцип одноактного измельчения слоя исходного твердого материала мелющими телами вращения в каскадных измельчительных машинах центробежного типа позволяет всесторонне охарактеризовать процесс диспергирования материала с учетом удельных затрат энергии Еуд. на его измельчение, конструктивных и технологических параметров измельчительной машины (гм,т, Я,р , дакп, г, О) в зависимости от прочностных и деформационных свойств (Р, Ун , Едеф., ¡л, Е, и др.) как измельчаемого материала, так и рабочих органов измельчительной машины, а

также с учетом критерия эффективности работы измельчительных машин, т.е удельного потенциала энергонасыщения <руА.

Величина силы давления Ё, развиваемой мелющим тело? цилиндрической или шарообразной формы, необходимая для одноактное разрушения элементарного объема материала соответственно (¿У«.««л =Н5йЬ или (IVк.—бйцягн.п.йт), может быть записана для цилиндрических ] шарообразных мелющих тел в виде дифференциальных уравнений:

<0^ И <1ГШ = Рс1(ргмтс1г, (6

где (¡РишГ величина силы давления, развиваемой мелющим тело? цилиндрической формы при разрушении элементарного объема материал, ЛУкцил.'у - величина силы давления, развиваемой мелющим тело}

шарообразной формы при разрушении элементарного объема материала ¿К«.«. Р - величина предельной разрушающей нагрузки измельчаемого материала; А длина образующей цилиндрического мелющего тела; <й>/ - элементарны! участок ширины зоны разрушения ¡/1,В,| (см. рис. 1) при рассмотрен«! одноактного разрушения мелющим телом цилиндрической формы; й(р элементарный угол между границами шарового пояса зоны измельчения пр! рассмотрении одноактного разрушения мелющим телом в форме шара; йг элементарный радиус основания шарового пояса зоны измельчения пр] рассмотрении одноактного разрушения мелющим телом в форме шара; г^^ радиус мелющего тела в форме шара.

При рассмотрении кинетики одноактного разрушения слоя материал мелющим телом аналогично решению задачи Герца и с учетом закона Гук найдены зависимости, определяющие геометрические размеры зоны контакт мелющего тела со слоем измельчаемого материала, включая зош предварительных и разрушающих напряжений (¡А^], |2>С[, \ВС\, иД<5), а такж объем Ук измельчаемого материала за один цикл разрушения с учетом физике механических свойств измельчаемого материала (Р, Ун, Едгф., ¡л, Е и др." формы и размеров рабочих органов мельницы (гмп, Далее, на основани: законов теоретической механики (рис. 3, а, б), найдены зависимости позволяющие определить силы, действующие на слой измельчаемог материала (МВсв1 со стороны мелющих тел различной форм!

2

(шарообразной, цилиндрической, с двумя полуосями и др.) и кривизн! контактной поверхности (глп, Яф), а также рассчитать коэффициенты трени качения для каждого конкретного случая (К/, К2 и К). Составлены и решен! системы уравнений, описывающие сложное движение мелющих тел различно геометрической формы, что позволило найти толкающую силу 1 обеспечивающую процесс измельчения или режим холостого хода мелющег тела вращения.

Рис. I. Кинетика одноактного разрушения при взаимодействии мелющего тела с диспергируемым слоем материала в каскадной центробежной мельнице: ] - мелющее тело; 2 - футеровка корпуса мельницы; 3 - диспергируемый слой материала

Рис. 2. Эпюра сил, действующих на мелющее тело цилиндрической формы при перекатывании по диспергируемому слою материала

Рис. 3. Схемы к расчету сил, действующих на мелющее тело простой (а) и сложной (б) формы при измельчении твердого материала в каскадной центробежной мельнице

Согласно теории механики контактного взаимодействия и использ) методы решения контактных задач по Джонсону, при определении полис мощности на валу ротора измельчительной машины Нобщ. в рабочем режил учтены затраты энергии на деформацию самих рабочих органов мельниц путем определения момента сопротивления качению мелющего тела М^ пр

режиме работы мельницы без материала и момента Мдф, необходимого щ преодоления сопротивления качению, вызванного деформацией рабоч* органов измельчительной машины. Установление параметров кинетш измельчения (КА-,Д<5тях,Ртах,г), конструктивных и технических параметр« (гм.т.>Кф'511акт.<г><2), динамических составляющих {тм,т_,Ммт^Гмт), а таю основных сил, обеспечивающих работу измельчительной машин (.^всех > < М, Т) и др., позволило получить ряд зависимосте

определяющих полную мощность Мобщ., потребляемую измельчитель» машиной в заданном режиме, а также ее производительность с учете полезной мощности удельных затрат энергии на измельчение £уд. физико-механических свойств измельчаемого материала (Р, Ун, Едеф_, ¡л, Е др.). Основные результаты теоретических исследований предложен» кинетики одноактного измельчения могут быть записаны в виде следующ] выражений:

где Л^щ. - полная мощность на валу ротора измельчительной машины рабочем режиме; V - коэффициент потерь мощности на трение подшипниковых узлах; Я/ - модуль Юнга материала рабочих оргаь измельчительной машины; Мя • коэффициент численной оценки величи сопротивления качению при работе мельницы в холостом режиме; ;

2

тичество мелющих тел в мельнице с одинаковыми конструктивными

эаметрами; —- - скорость энергонасыщения дисперснои системы.

<Й

Полученные зависимости позволяют более глубоко проанализировать еретические, технико-технологические факторы, а также физико-ханические свойства измельчаемьгх материалов, влияющие на формирование интенсификацию процесса энергонасыщения последних применительно к :кадным измельчительным машинам центробежного типа.

3. Предложенная методика определения параметров каскадных глелъчительных машин центробежного типа, созданная на основе еретических разработок кинетики одноактного измельчения слоя гердого материала, позволяет установить конструктивные, гхнические и технологические параметры данных измельчительных ииин в зависимости от теоретических удельных затрат энергии еуд. на иельчение твердого материала и его физико-механических свойств.

Теоретической базой для определения технических и конструктивных раметров каскадных измельчительных машин центробежного типа являются (шеприведенные теоретические исследования кинетики одноактного мельчения изотропного слоя твердого материала мелющими телами ащения для данных машин. Предлагаемая методика включает в себя |ределение следующих величин: толкающей силы Т, необходимой для рекатывания по футеровке мельницы мелющего тела вращения; суммарного )мента М, на валу ротора измельчительной машины, необходимого для мельчения мелющими телами вращения слоя измельчаемого материала лщиной 8; мощности №о6щ., затрачиваемой на диспергирование и ергонасыщение перерабатываемого продукта с учетом непроизводительных трат энергии, производительности измельчительной машины <2, физико-панических свойств измельчаемого продукта и конструктивных параметров :бочих органов. Учитывая многофакторность процесса измельчения в скадных измельчительных машинах центробежного типа различных по (зико-механическим свойствам твердых материалов, удельные затраты [ергии £уь по предлагаемой методике находятся из выражения

е,л,=А + (В-В1)+С + 0, (10)

[е А - затраты энергии на упругие деформации частиц измельчаемого атериала с учетом прироста его удельной поверхности (Дж/м3); В - удельные траты энергии на пластические деформации с учетом прироста удельной эверхности (Дж/м3); В; - снижение удельных затрат энергии на пластические ¡формации с учетом уменьшения размеров частиц до величин, сопоставимых толщиной слоя пластических деформаций ¡¡; С - удельные затраты энергии на зеодоление сил трения в зависимости от прироста удельной поверхности 1,ж/м3); Б - удельные затраты энергии на разрыв химических связей вещества, фушение сплошности измельчаемого материала и образование новой зверхности с учетом влияния внешней среды и поверхностно-активных :ществ (Дж/м3). Расчетные формулы для определения величин А, В, В1г С и I)

приведены в третьей главе работы. В случае малых количественных значен: некоторых из данных величин последние при расчетах еуд. могут опускаты Таким образом, предложенная автором методика определения параметр позволяет проводить разработку измельчительных машин центробежного ти с учетом всего многообразия разносторонних требований производи энергонасыщенных дисперсных систем из различных материалов.

4. Предлагаемый комплекс каскадных измельчительных маш центробежного типа для получения энергонасыщенных дисперсных сист методом механоактивации твердых материалов выгодно отличается < аналогов увеличенным в 100-1000 раз количеством единовремен протекающих в них актов измельчения, увеличенной на поряд дисперсностью и энергонасыщенностью Ер.у1), готового продукта, высок производительностью, обеспечивающей получение энергонасыщенн систем в промышленных объемах, малой металлоемкостью, простот конструкции, удобством и возможностью эксплуатации в полев условиях при проведении геологоразведочных работ.

В соответствии с проведенными теоретическими исследованиями проце! измельчения твердых материалов и интенсификации энергонасыще! дисперсных систем в каскадных измельчительных машинах центробежш типа был разработан ряд конструкций данных машин различного назначе! (рис. 4).

В основу разработки конструкции измельчительных машин бь заложены следующие параметры с теоретически обоснованны характеристиками, обеспечивающими существенное увеличение значения щу

- кинетическая энергия мелющего тела , зависящая от мае мелющего тела тжп и угловой скорости вращения ротора мельницы со;

- площадь Як или объем Ук измельчаемого материала, на котор передается данная энергия, зависящие от формы и кривизны мелющих тел ( от радиуса мелющих тел ги толщины слоя измельчаемого материала <5;

Л*9

- скорость передачи кинетическои энергии мелющих тел И

измельчаемому материалу, зависящая от скорости вращения ротора мельш со и физико-механических свойств материала, в частности модуля пол! деформации Ещ_ и скорости нарастания напряжений в материале УИ;

- количество единовременно протекающих актов разрушения, завися! от количества мелющих тел г и времени нахождения г' определенн количества материала М зоне измельчения.

Все разработанные измельчительные машины конструкций МКЦ-1, М] 2 и МКЦ-3 обладают новизной, а предлагаемые в них технические реше являются существенными и выполнены на уровне изобретения, разработанных конструкциях измельчительных машин, в отличие от извест: конструкций, число единовременно протекающих актов измельчения выш< несколько порядков, вследствие чего данные измельчительные машины им существенно больший удельный потенциал энергонасыщения дисперс

:тем при их механоактивации <ру<). Поэтому эффективность механоактивации сперсных систем из твердых материалов в предлагаемых измельчительных шинах, в отличие от известной измельчительной техники, существенно вышена.

Энергонасыщенные дисперсные системы, получаемые при механоактивации твердых материалов

Л

Дисперсные системы с повышенной степенью чистоты

Механоактивированные дисперсные системы общего назначения

Дисперсные системы с повышенной химической активностью

Рекомендуемое измельчительное оборудование для получения энергонасыщенных дисперсных систем

(ельница чистого помола я получения специальных «атериалов конструкции МКЦ-2

Мельница общего назначения для тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов с

предварительньм разделением продукта помола по фракционному составу конструкции МКЦ-1

Измельчительная установка для получения порошкообразных материалов повышенной энергонасыщенности в защитной среде конструкции МКЦ-3

Технологические процессы, основанные на производстве или применении данного вида _энергонасыщенных дисперсных систем_

<нологические иытания; проведение бораторных экспресс-ализов проб на ркодобываюпщх предпри-иях, обогатительных .бриках, горно-метал-ргических и химических водах; производство нцентратов талька,

афита, каолина, полевого "¡ата, кварца, слюды и др.

приготовление высококачественных буровых промывочных жидкостей и тампонажных растворов; технологические испытания полезных ископаемых; обогащение полезных ископаемых; переработка различного минерального сырья и др.

производство высококачественных металлических порошков, применяемых при обогащении цветных и благородных металлов методом осаждения последних из растворов; специальные методы опробования и технологические испытания радиоактивных, ртутьсодер-жащих и других полезных ископаемых

'ис. 4. Производство и использование энергонасыщенных дисперсных систем в различных технологических процессах геологоразведочной, добывающей и обогатительной отраслей

горной промышленности ■

Предлагаемые конструкции каскадных измельчительных машин ¡нтробежного типа позволяют измельчать исходные твердые материалы до >еднего диаметра частиц 3-5 микрон (барит, доломит, известняк, гематит, [ина, тальк, слюда, графит, байделлит, циркон, полевой шпат, кварц, корунд, [инозем, древесный и каменный уголь, цемент, доменные шлаки, ферритовые эрошки, порошки черных и цветных металлов и их соединений зерросилиций, феррофосфорное железо, марганец, цинк, алюминий, магний, 1тановая губка и пр.) химически активные высокодисперсные пробы горных

пород и минералов, композитные материалы, пигменты (двуокись титан; двуокись цинка, органические красители и пр.) и др.) с весьма широки] диапазоном значений физико-механических свойств.

Эффективность работы предложенных конструкций измельчительны машин была подтверждена стендовыми исследованиями при измельчени эталонных материалов - порошков кварца и корунда (рис. 5, а, б).

С,7о Ю

8

6 Ц

2

0.1 1 10 100 а.

с л 100

80

60

кО

20

о.1 т........

Рис. 5. Дифференциальная (а) и интегральная (6) кривые содержания частиц в исследуем-пробе корунда (С, %) с размерами (с1, мкм)

Анализ взаимосвязи экспериментальных и расчетных показателей режим работы исследуемых машин производился на основе критерия Стьюден Расчеты показали сходимость расчетных и опытных данных. Имеюида отклонения не выходят за пределы критических точек критерия.

Результаты экспериментальных исследований и промышленн( внедрения разработанных измельчительных машин показали, что, в отличие большинства известных измельчительных машин для сухого сверхтонк<

\ V

ч|

\

ч

V

/

/

У /

/

/

/

юла твердых материалов, они обеспечивают получение энергонасыщенных яерсных систем в промышленных объемах.

Общее заключение по диссертации

В результате проведенных ' исследований решена задача, имеющая явственное значение для теоретического обоснования интенсификации >цесса энергонасыщения дисперсных систем методом механоактивации :ем сверхтонкого измельчения твердых материалов в каскадных (ельчительных машинах центробежного типа, определения их параметров и работки комплекса конструкций данных измельчительных машин, хпечивающих получение энергонасыщенных дисперсных систем в умышленных объемах применительно к геологоразведочной, ¡)тегазодобывающей и горно-обогатительной отраслям промышленности.

Основные выводы и рекомендации по работе сводятся к следующему:

1. Аналитически сформулировано и экспериментально подтверждено, что рмирование энергонасыщенных дисперсных систем в достаточной мере основывается энергетическими законами разрушения твердого тела при спергировании, физикохимией дисперсных систем и термодинамикой.

2. Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что лучение энергонасыщенных дисперсных систем целесообразно осуществлять тодом механоактивации путем тонкого и сверхтонкого сухого измельчения ;рдой фазы дисперсной системы. При этом установлено, что повышение гргонасыщенности дисперсных систем методом механоактивации «ано с увеличением прочности диспергированного твердого тела, его астического деформирования, конечной удельной поверхности, снижением чпературы диспергирования, интенсификацией молекулярных и волновых [зических процессов при трении диспергируемых частиц, увеличением верхностной энергии вещества под влиянием внешней среды и сокращением оков хранения получаемых дисперсных систем.

3. Предлагаемый в работе удельный потенциал энергонасыщения сперсных систем <руй. позволяет установить взаимосвязь между данными нетики измельчения, параметрами динамики движения мелющих тел, нструктивными и технологическими параметрами измельчительных машин, казателями физико-химических свойств измельчаемого материала и ешней среды, в которой происходит энергонасыщение дисперсных систем тодом механоактивации в процессе измельчения.

4. Разработанная теория измельчения твердого материала каскадными мельчительными машинами центробежного типа, в основе которой лежит >едложенная автором кинетика одноактного измельчения твердого ггериала, изотропного по своим физико-механическим свойствам и стоящего из множества частиц малого размера, наиболее полно отражает

процесс измельчения твердого материала в измельчительных машинах данно типа.

5. Предложенная методика определения параметров каскада] измельчительных машин центробежного типа на основе разработанной автор< теории измельчения в данных машинах позволяет создавать новые конструкц измельчительных машин с учетом всего многообразия разносторонн требований к конструкциям измельчительных машин и технологи производства энергонасыщенных дисперсных систем из различных материале

6. Разработан комплекс измельчительных машин, отличающихся высок эффективностью их работы и широким диапазоном технологическ возможностей: измельчительная машина общего назначения конструкц МКЦ-1, измельчительная машина чистого помола МКЦ-2 и измельчительн машина для получения энергонасыщенных дисперсных систем в защити среде конструкции МКЦ-3. Кроме того, вышеуказанные разработанн: конструкции измельчительных машин отличаются от известных выполнени рабочих органов, взаимным расположением узлов и деталей и защище; патентами РФ на изобретения.

7. Разработанные машины могут быть рекомендованы к внедрени Использование их на производстве определяется параметрами исходного конечного продуктов, производимых в технологических процесс производства. Предлагаемые измельчительные машины найдут применение геологоразведочных и нефтегазодобывающих предприятиях, гор! обогатительных фабриках и подразделениях, занимающихся переработк отходов (например, шлаков, золы, хвостов обогащения и пр.) и решающ экологические задачи.

8. Разработанные измельчительные машины могут применяться также химической, строительной, огнеупорной, керамической, металлургическ« топливной и других отраслях промышленности, т.е. везде, где стоит пробле получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем.

9. Результаты экспериментальных исследований и эксплуатац созданных измельчительных машин подтвердили их практическую ценносп возможность в ряде случаев существенно повысить эффективность производительность технологических процессов на производстве, а' так качество выпускаемой ими продукции.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Калашников В.Н., Усов Г.А., Самойлов Е.Г. Разработка переносных струй вихревых активаторов для повышения качества буровых растворов // Внедрение результа-научных исследований на горных и геолого-разведочных предприятиях Урала: Тез. до конф. - Свердловск: Изд-во СГИ, 1988. - 98 с.

2. А.с. 1823225 СССР, МКИ5 В-02С18/06. Роторная мельница / В.Н.Калашников, В Бобров, А.С.Акулов, Г.П.Шагин, М.А.Саламатов, Г.А. Усов, 1992. - б е.: ил.

3. Ельников П.И., Бобров В.А., Калашников В.Н., Усов Г.А. Определение уело! гидроакустического диспергирования глин при приготовлении буровых промывочи жидкостей // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твер;

шостей // Совершенствование техники и технология бурения скважин на твердые езные ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. - Екатеринбург: Изд-во СГИ, 1992. -т. 15.

4. Усов Г.А. Исследование влияния технологических параметров на процесс пергации твердых материалов в каскадной мельнице центробежного типа // Проблемы икохимии и технологии дисперсных систем в бурении: Тез. докл. Межреспубликанской чной конф. - Екатеринбург: Изд-во УГПГА, 1994.

5. Саламатов М.А., Фролов С.Г., Усов Г.А. Теоретические основы формирования персных систем в аппаратах центробежного типа // 3-й Международный симпозиум по ению скважин в осложненных условиях: Тез.докл. - Санкт-Петербург: Санкт-ербургский горный институт, 1995.

6. Усов Г.А. Определение теоретических зависимостей между гранулометрическим гавом конечного продукта и параметрами измельчительных машин // Совершенствование пики и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: квуз.науч.темат.сборншс. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1995. - Вып. 18

7. Саламатов М.А., Фролов С.Г., Усов Г.А. Теоретические основы измельчения в <адных аппаратах центробежного типа // Совершенствование техники и технологии ения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. теринбург: Изд-во УГГГА, 1995. - Вып. 18.

8. Калашников В.Н., Лялин С.Г., Арутюнов P.C., Усов Г.А. Пути решения проблем жтивности измельчения компонентов твердых материалов в каскадных центробежных ьницах И Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые езные ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1996. -1. 19.

9. Саламатов М.А., Фролов С.Г., Усов Г.А. Формирование разрушающих нагрузок в ельчительных аппаратах со сложным движением мелющих тел // Совершенствование шки и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: квуз.науч.темат.сборншс. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1996. - Вып. 19.

10. Усов Г.А. Разработка конструкции и определение параметров центробежной ьницы каскадного типа для модификации свойств дисперсных систем // ершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные эпаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1996. - Вып. 19.

11. Калашников В.Н., Усов Г.А. Теория формирования энергонасыщенных дисперсных гем // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные зпаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. -Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1998. - Вып. 21.

12. Патент РФ на изобретение №2110326, МКИ В02 С 15/08. Центробежная мельница / .Калашников, Г.А.Усов, М.В.Федоров // Бюл. №13. - 1998. - 12 е.: ил.

13. Патент РФ на изобретение №2110327, МКИ В02 С 15/08. Центробежная мельница / .Калашников, Г.А.Усов, М.В.Федоров // Бюл. №13. - 1998. - 12 е.: ил.

14. Калашников В.Н., Усов Г.А. Разработка теоретических основ кинетики измельчения щых материалов // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на >дые полезные ископаемые: Межвуз. науч. темат. сборник. - Екатеринбург: Изд-во ГА, 1999. - Вып. 22.

15. Калашников В.Н., Усов Г.А. Теоретические исследования интенсификации lecca экергонасыщения дисперсных систем при механоактивации // Совершенствование шки и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые: <вуз.науч.темат. сборник. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1999. - Вып. 22.

16. Усов Г.А. Теоретические исследования процессов получения энергонасыщенных lepcHbix систем // Совершенствование технологий поиска и разведки, добычи и :работки полезных ископаемых: Тез. докл. Всероссийской науч.-техн. конф. -:ноярск: КГАЦМиЗ, 1999.

17. Калашников В.Н., Усов ГЛ., Кямкин Д.В. Новое направление теоретически исследований в каскадных измеяьчительных машинах центробежного типа // Технологи разведки месторождений на Урале: история, современное состояние, перспективы: Тез. док. per. научн.-техн. конф. - Екатеринбург: Изд-во УГТТА, 1999. - 23 с.

18. Усов Г.А. Перспективы применения энергонасыщенных дисперсных систем Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Тез. док региональной науч.-техн. конф. - Екатеринбург. Изд-во УГТГА, 1999. - 76 с. .

19. Усов ГА. Исследования и разработка рекомендаций по механоактивации вяжувд при приготовлении тампонажных смесей // Совершенствование техники и технолог! бурения скважин на твердые полезные ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. Екатеринбург: Изд-во УГТТА, 2000. - Вып. 23.

20. Калашников В.Н., Усов Г.А., Крапина Л.И. Исследование и разработ: рекомендаций по модификации свойств промывочных жидкостей методом механоактиващ // Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезш ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. - Екатеринбург: Изд-во УГТГА, 2000. - Вып. 23.

21. Патент РФ на изобретение № 2154531, МКИ7 В 02С13/20. Способ измельчен; твердых материалов и устройство для его осуществления / В.Н. Калашников, Г.А. Усов Бюл. №23. - 2000. - 12 е.: ил.

22. Заявка на изобретение К» 2000122054/03 Способ измельчения твердых материалов устройство для его осуществления / В.Н. Калашников, Г.А.Усов. Положительное решение 08.11.2000 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В ОБЛАСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.

1.1. Характеристика и особенности получения энергонасыщенных дисперсных систем.

1.2. Анализ теории кинетики и энергоемкости измельчения твердых материалов.

1.3. Современное состояние разработок измельчительных машин для сухого тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов.

1.4. Постановка задачи исследований и разработок.

1.5. Выводы.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИС^Щ^ ДЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ МЕЛЮЩИХ ТЕЛ.

2.1. Аналитическое обоснование процессов формирования энергонасыщенных дисперсных систем методом механоакти-вации.'.

2.2 Теоретические исследования интенсификации процесса энергонасыщения дисперсных систем при механоактивации.

2.3. Исследование кинетики измельчения и динамики движения рабочих органов в каскадных измельчительных машинах центробежного типа.

2.4. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА КАСКАДНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИН ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА ДЛЯ СУХОГО ТОНКОГО

И СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Мельница для тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов с предварительным разделением продукта помола по фракционному составу конструкции МКЦ-1.

3.2. Мельница чистого помола для получения специальных материалов конструкции МКЦ-2.

3.3. Мельница для получения энергонасыщенных порошкообразных материалов в защитной среде при переработке минерального и других видов сырья конструкции МКЦ-3.

3.4. Методика определения технических и конструктивных параметров центробежных измельчительных машин для получения энергонасыщенных дисперсных систем.

3.5. Обоснование условий эксплуатации разработанных измельчительных машин.

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

СУХОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В КАСКАДНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА.

4.1. Контрольно-измерительные приборы и оборудование для оценки и обработки результатов экспериментальных исследований.

4.2. Характеристика лабораторного стенда и этапы проведения исследований по измельчению эталонных материалов.

4.3. Методика проведения планированного эксперимента и обработка результатов экспериментальных исследований.

4.4. Выводы.

Формирование энергонасыщенных дисперсных систем является сложным физико-химическим процессом наполнения потенциальной энергией вещества и повышения его химической активности за счет увеличения поверхностной энергией и энергии внутреннего строения при механическом измельчении дисперсной фазы. Термин «энергонасыщенные дисперсные системы» предложен рядом исследователей, занимающихся вопросами, связанными с механоактивацией цементов, как наиболее полно раскрывающий их уникальные во многих отношениях свойства. Использование повышения энергетического состояния дисперсных систем методом механоактивации позволяет успешно решать многие важные технологические задачи в различных отраслях горной промышленности (разведочное бурение, бурение на нефть и газ, обогащение полезных ископаемых, проходка подземных выработок), в химическом, строительном, огнеупорном, керамическом и других производствах [1-4].

Наиболее широкое применение энергонасыщенные дисперсные системы в разведочном и нефтяном бурении находят при приготовлении промывочных жидкостей и тампонажных растворов. При этом повышенная дисперсность и физико-химическая активность их компонентов позволяют существенно улучшить их структурно-механические, реологические и технологические свойства.

При обогащении полезных ископаемых наиболее перспективно использование повышения физико-химической активности минеральных веществ тонким и сверхтонким измельчением, например, в процессах выщелачивания, экстракции, селективного и валового растворения веществ, при совмещении операции измельчения многокомпонентной руды с восстановлением оксидов металла водородом и его выщелачиванием в состоянии низшей валентности и пр. Энергетические затраты на механоактцвацию окупаются экономией времени и более полным извлечением растворяемых компонентов [2,4, 5, 6].

Одно из перспективных направлений использования энергонасыщенных дисперсных систем, полученных путем сверхтонкого механического измельчения твердых материалов, - подготовка композиционных смесей. Композиционные смеси широко используются в самых различных отраслях промышленности. Их готовят в виде шихты перед пиропроцессами; применяют при подготовке пресс-порошков; используют при подготовке твердых растворов для катализаторов или других целей. На их основе работают керамическая и огнеупорная промышленности, данные смеси также применяют при подготовке формовочных земель, флюсов для покрытия электродов, для штамповки металлокерамических деталей, клеевых композиций и т.п. [1, 2, 7, 8].

Активация сухим тонким и сверхтонким измельчением находит широкое применение при решении вопросов комплексного использования минеральных ресурсов и снижения вредного воздействия продуктов переработки промышленности на окружающую среду. В этом отношении ее применение перспективно в следующих аспектах: утилизация отходов производства и ликвидация отвалов, очистка сточных вод с улавливанием на активированной поверхности ценных (и вредных) компонентов, облагораживание торфа, угля и горючих сланцев перед сжиганием с одновременным извлечением металлов, серы и других ценных компонентов, замена обжига сульфидных мышьяксодержащих концентратов безобжиговым процессом, основанным на механоактивации.

Использование механоактивации в исследовательской работе имеет свои перспективы. Известно, что фактически единственным способом ускорить изучаемые физико-химические процессы являлось нагревание реагентов. Однако нагревание неизбежно выводит процесс в совершенно другие условия по температуре и давлению. Изучение процессов, протекающих при комнатной (и ниже) температуре, представляет определенные трудности из-за отсутствия способа ускорения этих процессов до такого уровня, при котором наблюдаются изменения вещества. Активация измельчением открывает возможность лабораторного изучения низкотемпературных физико-химических процессов. В частности, она позволяет развернуть физическое моделирование природных процессов, протекающих на дневной поверхности со скоростью, заметной лишь в геологических отрезках времени.

Активация сухим диспергированием как новый способ интенсификации физико-химических процессов нуждается в соответствующем техническом оснащении. Требуется создание измельчительных машин лабораторного и промышленного типов для изучения и практического использования эффектов, проявляемых при диспергировании, а также серийное производство измельчителей, специально предназначенных для ускорения тех или иных технологических процессов [1, 2, 9, 10, 11].

Данная работа выполнена в рамках гранта и в рамках межотраслевой программы по Западно-Сибирскому нефтегазовому комплексу.

Идея работы заключается в создании измельчительных машин с высоким удельным потенциалом энергонасыщения дисперсных систем при их механоактивации применительно к производственным условиям геологоразведочных и горных предприятий.

Цель работы состоит в установлении взаимосвязи между характеристикой процесса энергонасыщения дисперсных систем, кинетикой разрушения твердых материалов при их сверхтонком измельчении и параметрами измельчительных машин, осуществляющих процесс механоактивации при получении энергонасыщенных дисперсных систем, а также разработке новых конструкций измельчительных машин с высокой динамикой движения мелющих тел, оценке эффективности их работы. Задачи исследований: теоретические исследования закономерностей эффективности получения энергонасыщенных дисперсных систем в измельчительных машинах; исследование кинетики тонкого и сверхтонкого сухого измельчения твердых материалов и динамики движения мелющих тел вращения в каскадных измельчительных машинах центробежного типа; теоретические исследования режимов работы каскадных измельчительных машин центробежного типа при формировании энергонасыщенных дисперсных систем; выбор и обоснование конструктивных и технологических параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа, осуществляющих процесс механоактивации твердых материалов при приготовлении энергонасыщенных дисперсных систем; разработка комплекса каскадных измельчительных машин центробежного типа при приготовлении энергонасыщенных дисперсных систем в зависимости от физико-механических свойств измельчаемых твердых материалов, влияния внешней среды и требований к качественным показателям измельчаемого продукта; стендовые и лабораторные исследования эффективности работы каскадных измельчительных машин центробежного типа; оценка эффективности использования в производстве разработанных измельчительных машин.

Методы исследований. В работе использованы анализ, обобщение и оценка известных конструкций измельчительных машин для приготовления энергонасыщенных дисперсных систем методом механоактивации исходного продукта, современные теории в области тонкого и сверхтонкого диспергирования твердого тела сухим способом, теоретические, лабораторные и экспериментальные исследования, дисперсный анализ порошков, математическая статистика и теория планирования эксперимента, оценка эффективности применения в производстве результатов исследований и разработок.

Защищаемые положения:

1. Предлагаемый критерий оценки эффективности энергонасыщения дисперсной системы при механоактивации - удельный потенциал энергонасыщения дисперсной системы <руд — позволяет наиболее полно установить конструктивные, технические и технологические параметры, необходимые при создании новых наиболее эффективных измельчительных машин, в том числе каскадного центробежного типа, с учетом физико-механических свойств измельчаемого твердого материала.

2. Применительно к каскадным измельчительным машинам центробежного типа с мелющими телами вращения предлагаемая кинетика одноактного тонкого и сверхтонкого измельчения в них слоя твердого материала наиболее достоверно отражает реальный процесс его измельчения и позволяет наиболее полно охарактеризовать данный процесс измельчения с учетом физико-механических свойств измельчаемого материала, затрат энергии на его разрушение, динамики движения мелющих тел, конструктивных, технических и технологических параметров измельчительных машин.

3. Предложенная методика определения параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа, созданная на основе теоретических разработок кинетики одноактного измельчения слоя твердого материала, позволяет установить конструктивные, технические и технологические параметры данных измельчительных машин в зависимости от теоретических удельных затрат энергии еуй на измельчение твердого материала и его физико-механических свойств.

4. Предлагаемый комплекс каскадных измельчительных машин центробежного типа для получения энергонасыщенных дисперсных систем методом механоактивации твердых материалов выгодно отличается от аналогов увеличенным в 100-1000 раз количеством единовременно протекающих в них актов измельчения, увеличенной на порядок дисперсностью и энергонасыщенностью Еруд готового продукта, высокой производительностью, обеспечивающей получение энергонасыщенных систем в промышленных объемах, малой металлоемкостью, простотой конструкции, удобством и возможностью эксплуатации в полевых условиях при проведении геологоразведочных работ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: достаточным объемом экспериментальных исследований; применением апробированных методов теоретической механики и математической статистики; соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований; результатами испытаний разработанного комплекса измельчительных машин.

Научная новизна состоит в том, что: создан и теоретически обоснован основной комплекс факторов, влияющих на процесс формирования энергонасыщенности дисперсных систем Еруд в измельчительных машинах, включающий: энергозатраты на совершение работы по предельно упругому деформированию е твердого тела, энергозатраты на пластические деформации /?, зависящие от коэффициента пластичности Кт , затраты энергии на преодоление сил трения ]Т, затраты энергии ст%, связанные с нарушением сплошности измельчаемого материала, разрывом химических связей вещества и образованием новой свободной поверхности, энергозатраты на выделение скрытой теплоты образования новой поверхности дТ/, в среде газа, влияние внешней среды, в которой происходит формирование энергонасыщенной дисперсной системы; предложен новый критерий эффективности работы измельчительных машин — показатель эффективности энергонасыщения дисперсной системы сруд из твердых материалов при их измельчении, зависящий от приращения энергии ¿£р, передаваемой мелющими телами дисперсной системе в процессе деформирования объема материала Ук до достижения в нем предельных разрушающих нагрузок за время с1 г при одноактном разрушении слоя твердого материала мелющими телами; предложена и теоретически обоснована кинетика одноактного измельчения слоя твердого материала мелющими телами вращения с учетом динамики движения мелющих тел в каскадных измельчительных машинах центробежного типа; предложена методика определения конструктивных, технических и технологических параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа на основе одноактного измельчения слоя твердого материала мелющими телами вращения; создан комплекс новых конструкций каскадных измельчительных машин центробежного типа, отличающихся от известных выполнением рабочих органов, взаимным расположением узлов и деталей и защищенных патентами на изобретение.

Личный вклад автора: теоретические разработки формирования и интенсификации процесса получения энергонасыщенных дисперсных систем; создание теории тонкого и сверхтонкого измельчения в измельчительных машинах центробежного типа и обоснование на ее основе конструктивных, технических и технологических параметров .измельчительных машин; разработка конструкций универсального комплекса измельчительных машин для приготовления энергонасыщенных дисперсных систем; разработка методики стендовых исследований и участие в проведении испытаний разработанных конструкций.

Практическая ценность работы. На основании проведенных теоретических исследований разработан комплекс измельчительных машин применительно к реальным производственным условиям их эксплуатации в геологоразведочном и нефтяном бурении, горнодобывающей и горнообогатительной отраслях и других областях промышленности, позволяющий повысить в несколько раз физико-химические и технологические показатели энергонасыщенных дисперсных систем.

Реализация работы. Результаты работы использовались при проектировании, изготовлении и внедрении опытных образцов и опытных серий каскадных измельчительных машин центробежного типа в различных производственных организациях и предприятиях: ПО «Уралгеология», ПО «Тюменьнефтегаз», ПГО «Севказгеология» (г. Кустанай), Волжская ТЭЦ, ТМК «Ависма» (г.Березники), ПО «Хромпик» (г.Первоуральск), Институт металлургии УрО РАН, Институт «Востокогнеупор», Малышевское рудоуправление, ЖБК им. Ленинского комсомола (г. Екатеринбург), завод «Дефиребирные камни», Кировочепецкий механический завод (г.Кировочепецк), ПО «Сорбент» (г.Пермь), ОАО Завод «Старт» (г.Далматово).

Апробация работы. Основные положения и отдельные этапы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на региональной научно-практической конференции «Внедрение результатов научных исследований на горных и геологоразведочных предприятиях Урала», г. Свердловск (1988 г.), Межреспубликанской научной конференции «Проблемы физикохимии и технологии дисперсных систем в бурении», г.Екатеринбург (1994 г.), на 3-м Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях, г. Санкт-Петербург (1995 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование технологий поиска и разведки, добыча и переработка полезных ископаемых», г. Красноярск (1999 г.), региональной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности», г. Екатеринбург (1999 г.), региональной научно-технической конференции «Технология разведки месторождений на Урале: история, современное состояние, перспективы», г. Екатеринбург (1999 г.), региональной научно-технической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы европейской территории России и Урала», г. Екатеринбург (2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, 7 отчетов по НИР, в том числе 5 патентов на изобретения.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из 6 разделов, в том числе введения и заключений, списка литературы из 175 наименований, содержит 5 таблиц, 40 рисунков и 1 приложение.

Основные выводы по работе

1. Аналитически сформулировано и экспериментально подтверждено, что формирование энергонасыщенных дисперсных систем в достаточной мере обосновывается энергетическими законами разрушения твердого тела при диспергировании, физикохимией дисперсных систем и термодинамикой.

2. Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что получение энергонасыщенных дисперсных систем целесообразно осуществлять методом механоактивации путем тонкого и сверхтонкого сухого измельчения твердой фазы дисперсной системы. При этом установлено, что повышение энергонасыщенности дисперсных систем методом механоактивации связано с увеличением прочности диспергированного твердого тела, его пластического деформирования, конечной удельной поверхности, снижением температуры диспергирования, интенсификацией молекулярных и волновых физических процессов при трении диспергируемых частиц, увеличением поверхностной энергии вещества под влиянием внешней среды и сокращением сроков хранения получаемых дисперсных систем.

3. Предлагаемый в работе удельный потенциал энергонасыщения дисперсных систем (руй позволяет установить взаимосвязь между данными кинетики измельчения, параметрами динамики движения мелющих тел, конструктивными и технологическими параметрами измельчительных машин, показателями физико-химических свойств измельчаемого материала и внешней среды, в которой происходит измельчение в процессе энергонасыщения дисперсных систем методом механоактивации.

4. Разработанная теория измельчения твердого материала каскадными измельчительными машинами центробежного типа, в основе которой лежит предложенная автором кинетика одноактного измельчения твердого материала, изотропного по своим физико-механическим свойствам и состоящего из множества частиц малого размера, наиболее полно отражает процесс измельчения твердого материала в измельчительных машинах данного типа.

5. Предложенная методика определения параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа на основе разработанной автором теории измельчения в данных машинах позволяет создавать новые конструкции измельчительных машин с учетом всего многообразия разносторонних требований к конструкциям измельчительных машин и технологиям производства энергонасыщенных дисперсных систем из различных материалов.

6. Разработан комплекс измельчительных машин, отличающихся высокой эффективностью их работы и широким диапазоном технологических возможностей: измельчительная машина общего назначения конструкции МКЦ-1, измельчительная машина чистого помола МКЦ-2 и измельчительная машина для получения энергонасыщенных дисперсных систем в защитной среде конструкции МКЦ-3. Кроме того, вышеуказанные разработанные конструкции измельчительных машин отличаются от известных выполнением рабочих органов, взаимным расположением узлов и деталей и защищены патентами РФ на изобретения.

7. Разработанные машины могут быть рекомендованы к внедрению. Использование их на производстве определяется параметрами исходного и конечного продуктов, производимых в технологических процессах производства. Предлагаемые измельчительные машины найдут применение на геологоразведочных и нефтегазодобывающих предприятиях, горнообогатительных фабриках и подразделениях, занимающихся переработкой отходов (например, шлаков, золы, хвостов обогащения и пр.) и вопросами экологии окружающей среды.

8. Разработанные измельчительные машины могут применяться также в химической, строительной, огнеупорной, керамической, металлургической, топливной и других отраслях производства, т.е. везде, где стоит проблема получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем.

9. Результаты экспериментальных исследований и эксплуатации созданных измельчительных машин подтвердили их практическую ценность и возможность в ряде случаев существенно повысить эффективность, производительность технологических процессов на производстве, а также качество выпускаемой ими продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на разнообразие реализуемых во многих отраслях промышленности, таких, как геологоразведочная, нефтегазодобывающая и других, технологических процессов, в основе которых лежит обязательное использование дисперсных систем, в большинстве случаев эффективность и качество работ или количество выпускаемой продукции для данных отраслей зависят от одного и того же фактора. Таким общим фактором, определяющим эффективность этих производств, является показатель удельной энергонасыщенности дисперсных систем Ер уд, используемых или получаемых в вышеуказанных производствах.

Так, проблема получения энергонасыщенных дисперсных систем, используемых при приготовлении высококачественных буровых растворов, в том числе промывочных и тампонажных растворов, становится особенно актуальной с увеличением глубин бурения и связанными с этим существенными усложнениями технологии проходки, оборудования, испытания и эксплуатации скважин как в геологоразведочной, так и в нефтегазовой отраслях. Опыт ведения буровых работ как в нашей стране, так и за рубежом показывает, что только за счет применения высококачественных буровых растворов, удовлетворяющих геолого-техническим условиям бурения, возможно увеличение механической скорости бурения на 25-40%, сокращение временных и материальных затрат на сооружение скважин до 20% и более, повышение на десятки и сотни процентов добычи жидких и газообразных ископаемых. Это достигается за счет значительного улучшения структурно-механических, реологических и технологических параметров промывочных жидкостей и тампонажных растворов, приготовляемых на основе энергонасыщенных дисперсных систем, полученных методом механоактивации. При этом достигается следующее:

- значительное снижение водоотдачи;

- повышение вязкости, статического напряжения сдвига и устойчивости промывочных жидкостей при малом содержании твердой фазы;

- обеспечение высоких структурно-механических свойств утяжеленных промывочных жидкостей или экологически чистых промывочных жидкостей на основе глин, известняка, доломита и т.п., широко используемых в нефтяном и газовом бурении;

- повышение устойчивости, снижение вязкости тампонажных растворов, увеличение их проникающей способности в мелкие трещины тампонируемых горных пород, а также увеличение адгезионной способности, прочности и долговечности тампонажного камня, значительное уменьшение его проницаемости.

Не менее актуальной является проблема получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем в горнодобывающей и горнообогатительной отраслях промышленности, обеспечивающих существенную интенсификацию основных технологических процессов в данных отраслях. Интенсификация технологических процессов в данных отраслях достигается путем повышения физико-химической активности минеральных веществ методом механоактивации, например, в процессах выщелачивания, экстракции, селективного и валового растворения веществ, при совмещении операции измельчения многокомпонентной руды с восстановлением в состоянии низшей валентности и пр. Энергетические затраты на получение энергонасыщенных дисперсных систем в данных случаях окупаются экономией времени и более полным измельчением растворяемых компонентов.

Наконец, обосновывая актуальность получения энергонасыщенных дисперсных систем, следует также отметить, что энергонасыщенные дисперсные системы в настоящее время находят все более широкое применение в нашей стране и за рубежом при решении вопросов комплексного использования минеральных ресурсов и снижения вредного воздействия- продуктов переработки горной промышленности на окружающую среду, а именно:

- при утилизации отходов производства и ликвидации отвалов;

- очистке сточных вод с улавливанием на активированной поверхности ценных (и вредных) компонентов;

- облагораживании торфа, угля, горючих сланцев перед сжиганием с одновременным извлечением металлов, серы и других компонентов;

- замене обжига сульфидных мышьяксодержащих концентратов безобжиговым процессом, основанным на механоактивации, и др.

Вышеизложенное дает основание автору утверждать, что настоящая диссертационная работа, посвященная проблеме получения энергонасыщенных дисперсных систем, является актуальной прежде всего для геологоразведочной, нефтегазовой, горно-обогатительной и экологической отраслей производства.

Практическая реализация получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем в условиях производства может быть решена наиболее рентабельно с применением метода механоактивации твердой фазы дисперсных систем, т.е. с использованием высокоэффективной измельчительной техники. Поэтому цель диссертационной работы -установление взаимосвязи между характеристикой процесса энергонасыщения дисперсных систем, кинетикой разрушения материалов при тонком и сверхтонком диспергировании и параметрами измельчительных машин, осуществляющими процесс механоактивации, а также разработка конструкций измельчительных машин с высокой динамикой движения в них мелющих тел и существенно увеличенной передачей количества энергии от последних измельчаемому твердому материалу и оценка эффективности работы предлагаемых измельчительных машин.

Анализ современного состояния уровня разработок в области измельчительных машин тонкого и сверхтонкого измельчения показывает на необходимость их дальнейшего совершенствования. Установлено, что наиболее перспективными являются разработки центробежных измельчительных машин многорядного, т.е. каскадного, типа, которые способны существенно повысить одновременно качество и производительность получения энергонасыщенных дисперсных систем из различных твердых материалов.

Рассмотрение теоретических основ формирования энергонасыщенных дисперсных систем и теории измельчения твердых материалов позволило автору выдвинуть предположение о целесообразности получения энергонасыщенных дисперсных систем методом механоактивации в измельчительных машинах с высокой динамикой движения мелющих тел и повышенной передачей энергии от мелющих тел измельчаемому твердому материалу.

Задачей настоящих исследований и разработок являлись аналитические исследования закономерностей формирования энергонасыщенных дисперсных систем, теоретические иследования интенсификации энергонапряжения дисперсных систем в измельчительных машинах методом механоактивации, разработка теории сухого измельчения твердых материалов в каскадных измельчительных машинах центробежного типа, аналитические исследования динамики движения мелющих тел в данных измельчительных машинах, разработка методики определения и обоснования параметров измельчительных машин применительно к условиям и требованиям производства, стендовые и лабораторные исследования эффективности работы измельчительных машин центробежного типа с высокой динамикой движения мелющих тел. Основные результаты исследований опубликованы в работах [38, 39, 54, 55, 82, 83, 115, 136, 137, 138].

По результатам теоретических исследований произведен выбор конструктивных параметров и . режимов работ измельчительных машин, разработаны принципиально новые конструкции каскадных мельниц центробежного типа: мельница общего назначения для тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов с предварительным разделением продуктов помола по фракционному составу типа МКЦ-1; мельница чистого помола для получения специальных материалов типа МКЦ-2; мельницы сверхтонкого измельчения для получения энергонасыщенных порошкообразных материалов в защитной среде при переработке минерального и других видов сырья типа МКЦ-3. Все разработки защищены патентами РФ на изобретения.

Разработанные машины прошли стендовые и производственные испытания с целью определения рациональных режимов и эффективности их работы, а также качественных показателей приготовленных ими дисперсных систем. Методика проведения испытаний и собственно результаты исследований опубликованы в работах [84, 85, 90, 91, 92, 114, 142, 143, 144]. Результаты эксплуатации опытных образцов машин в производственных условиях служили основным критерием оценки эффективности, работоспособности и целесообразности практического применения всех конструкторских разработок. Апробация производилась в различных регионах России и стран СНГ: ПГО «Севказгеология» (г. Кустанай), Полуйская ГРЭ, ПО «Тюменьнефтегаз» (г. Лабытнанги), АО «Ависма» (г.Березняки), Волжская ТЭЦ, ПО «Хромпик» (г. Первоуральск), АО «Сорбент» (г. Пермь), Институт металлургии УрО РАН (г.Екатеринбург), ПО «Нефтегаз» (г. Новый Уренгой), Институт «Востокогнеупор», УГТУ-УПИ, Степное ПГО, ООО «ЭнергоТелеком» (г. Екатеринбург) и др.

Требования производства при эксплуатации разработанных машин определили необходимость разработки комплекса измельчительных машин, позволяющих решать различные задачи технологии производства и качества получения дисперсных систем.

1. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов E.H. Активация минералов при измельчении. - М.: Недра, 1988.

2. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1979. - 256 с.

3. Круглицкий H.H. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. Киев: Наукова думка, 1968.

4. Корнева Т.А., Лапухова Е.С., Юсупов Т.С. Термические особенности каолинита, подвергнутого сверхтонкому измельчению // ДАН СССР.1976.-Т.231.-С. 711-713.

5. Кулебакин В.Г. Применение механохимии в гидрометаллургических процессах. Новосибирск: Наука, 1988. - 272 с.

6. Круглицкий H.H. Основы физико-химической механики. Киев: Вища школа, 1975. - 266 с.

7. Паничкина В.В. Получение, свойства и применение тонких металлических порошков. Киев: Наукова думка, 1971.

8. О перспективах применения силикальцита в гидротехническом строительстве / Хинт И., Ванаселья Л., Вайк Г. и др. // Бюллетень по водному хозяйству. 1971. - № 8. - С. 111-118.

9. Молчанов В.И., Селезнева О.Г. Технические средства активации минеральных веществ при измельчении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1979. - № 6. - С. 60-75.

10. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия,1977.

11. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. 307 с.

12. Барамбойн Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. -М.: Химия, 1971.

13. Берестецкая И.В., Бутягин П.Ю. Механохимическая активация поверхности оксида магния // ДАН СССР. 1981. - Т. 260. № 2. - С. 361364.

14. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. -М.: Недра, 1979.-319 с.

15. Нащокин B.B. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1980. - 469 с.

16. Еремин E.H. Основы химической термодинамики. М.: Высшая школа, 1978.

17. Глазов В.М. Основы физической химии. М.: Высшая школа, 1981. -456 с.

18. Адамсон А.У. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979.

19. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976. - 391 с.

20. Уиттеккер Э. Кристаллография: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. - 268 с.

21. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. -М.: Недра, 1984.

22. Ребиндер П.А. Исследование процессов образования дисперсных структур. Минск: Наука и техника, 1971. - 331 с.

23. Андреев С.Е., Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1980.-413 с.

24. Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учебник для вузов. М.: Недра, 1985.

25. Ревнивцев В.И., Хопунов ЭЛ., Костин И.М. и др. Селективное разрушение минералов. М.: Недра, 1988.

26. Горобец В.И., Горобец JI.T. Новое направление работ по измельчению. -М.: Недра, 1977.

27. Линч А.Д. Циклы дробления и измельчения. Моделирование, оптимизация, проектирование и управление: Пер. с англ. М.: Недра, 1981.

28. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упруго-пластического разрушения. М.: Наука, 1974.

29. Олевский В.А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М.: ГосНТИ по горному делу, 1963. - 447 с.

30. Инструкция по активации цемента на заводах железобетонных изделий домолом в вибромельницах. М.: Промстройиздат, 1957.

31. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1958.

32. Мельница вибрационная СВМ-320. Техническое описание. 625-00.00.000 ТО / ОЗСБ, ВНИИкровля, 1985. 20 с.

33. Моргулис М.Л. Вибрационное измельчение материалов. М.: Стройиздат, 1957.

34. Павлюченко М.М. Энергия кристаллической решетки и реакционная способность твердых тел // ДАН СССР. 1962. - Т. 143. № 1. - С. 153-155.

35. Арашкевич В.М. Основы обогащения руд. 3-е изд., перераб и доп. -М.: Недра, 1973.

36. Калашников В.Н., Усов Г.А. Теория формирования энергонасыщенных дисперсных систем // Совершенствование техники и технологии бурения скважий на твердые полезные ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. -Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1998. Вып. 21.

37. Малахова А .Я. Физическая и коллоидная химия. Минск: Высшая школа, 1981.-304 с.

38. Жуховицкий A.A., Шварцман A.A. Физическая химия. М.: Металлургия, 1976. - 544 с.

39. Томсон Р.И. Физика разрушения // Атомистика разрушения: Сб. М.: Мир, 1987. - С. 104-144.

40. Глушко А.И., Нещеретов И.И. О кинетическом подходе к разрушению горных пород // Изв. АН СССР. 1986. - № 6. - С. 140-146.

41. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. - 776 с.

42. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. М.: Наука, 1975.

43. Барон ЛИ., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962.

44. Спивак А.И., Попов А.Н. Механика горных пород. М.: Недра, 1975. -200 с.

45. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М.: Знание, 1969. -91с.

46. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука, 1979. - 381 с.

47. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 359 с.

48. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. Л.: Недра, 1977.

49. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975.

50. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976.

51. Воздвиженский Б.И., Мельничук И.П., Пешалов Ю.А. Физико-механические свойства горных пород и влияние их на эффективность бурения. М.: Недра, 1973.

52. Протасов Ю.И. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М.: Недра, 1985.

53. Протодьяконов М.М., Ватолин Е.С. Исследование физико-технических свойств горных пород // Современное состояние горной науки в СССР: Сб. М.: Наука, 1968.

54. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилка. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Недра, 1973.

55. Протодьяконов М.М., Ватолин Е.С. Исследование физико-технических свойств горных пород // Современное состояние горной науки в СССР: Сб. -М.: Наука, 1968.

56. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С. и др. 2-е изд. - Киев: Наукова думка, 1988. - 736 с.

57. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: Высш. школа, 1995.-416 с.

58. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989. -510с.

59. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Наука, 1970. - Т. 1. - 608 с.

60. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975. Т.1. - 631 с.

61. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисление характеристик гранулометрического состава. М.: Металлургиздат, 1959. - 437 с.

62. Спивак А.И., Попов А.П. Разрушение горных пород при бурении скважин: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1986. -208 с.

63. Ахмадеев Р.Г., Данюшевский B.C. Химия промывочных и тампонажных жидкостей: Учебник для вузов. М.: Недра, 1981. - 152 с.

64. Булатов А. И. Формирование и работа цементного камня в скважинах. -М.: Недра, 1990.

65. Булатов А.И., Мариампольский H.A. Регулирование технологических показателей тампонажных растворов. М.: Недра, 1968.

66. Данюшевский B.C. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М.: Недра, 1978.

67. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке / Ревнивцев В.И., Азбель Е.И., Баранов Е.Г. и др. М.: Недра, 1987.

68. Богданов О.С. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М.: Недра, 1982. - 365 с.

69. Круглицкий H.H., Агабалянц Э.Г. Методы физико-химического анализа промывочных жидкостей. Киев: Техника, 1972.

70. Любимов Н.И. Классификация горных пород и рациональное применение буровой техники. М.: Недра, 1977. - 239 с.

71. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. М.: Недра, 1978.

72. Технология и техника разведочного бурения / Шамшев Ф.А., Тараканов С.Н., Кудряшов Б.Б. и др. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1983.

73. Патент РФ на изобретение № 2110326, МКИ6 В 02С15/08. Центробежная мельница / В.Н. Калашников, Г.А.Усов, М.В. Федоров. 12 е.: ил.

74. Патент РФ на изобретение № 2110327, МКИ6 В 02С15/06. Центробежная мельница / В.Н. Калашников, Г.А. Усов, М.В. Федоров. 12с.: ил.

75. Будников П.П., Гинстлинг A.M. Реакции в смесях твердых веществ. М.: Стройиздат, 1965.

76. Булатов А.И., Рябченко В.И., Сухарев С.С. Основы физикохимии промывочных жидкостей и тампонажных растворов. М.: Недра, 1968. -176 с.

77. Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Ермилов А.Г. Исследование влияния механического активирования на разложение циркона спеканием скарбонатом кальция // Химия н металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1979. - С. 30-36.

78. Бочаров В.А., Голиков A.A. Об окжшении сульфидных минералов при измельчении // Цветные металлы. i ^7. - № 7. - С. 26-31.

79. Масленицкий И.Н., Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов. -М.: Металлургия, 1972. 367 с.

80. Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов. М.: Металлургиздат, 1958.-364 с.

81. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1972. - 528 с.

82. Полькйн С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. М.: Недра, 1983. - 399 с.

83. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А~ Якушев A.M. Общая металлургия. -М.: Металлургия, 1985. 479 с.

84. Воробьев А.А., Тонконогов М.П., Векслер Ю.А. Теоретические вопросы физики горных пород. М.: Недра, 1972.

85. Ватолин Е.С. Некоторые динамические свойства и природа деформирования горных пород. М.: Наука, 1966.

86. Спивак А.И. Механика горных пород. М.: Недра, 1967.

87. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979.

88. Меер К. Физико-химическая кристаллография: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1972.

89. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / Под ред. Н.В.Мельникова, В.В. Ржевского, М.М. Протодьяконова. М.: Недра, 1975.

90. Лаптева Е.С., Юсупов Т.С., Бергер A.C. Физико-химические изменения слоистых силикатов в процессе механической активации. Новосибирск: Наука, 1981.

91. Круглицкий H.H. Физико-химическая механика дисперсных систем в сильных импульсных полях. Киев: Наукова думка, 1983. - 188 с.

92. Голубинцев О.Н. Механические и абразивные свойства горных пород и их буримость. М.: Недра, 1968.

93. Барон Л. И. Характеристики трения горных пород. М.: Наука, 1967.

94. Корнева Т.А., Селезнева О.Г. Исследование термических превращений активированного измельчением пирита // Изв. СО АН СССР. Серия хим.наук'. 1983. - Выпуск 2. - С. 67-71.

95. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова. М.: Энергоатомиздат, 1991. -224 с.

96. Материалы Пятого Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Таллин. - 1977. - Т. 1-3.

97. Механические свойства горных пород при вдавливании и их практическое использование : Сборник статей / Под общ. ред. проф. JI.A. Шрейнера. М.: ВНИИОЭНГ, 1966.

98. Уэрт, Томсон Р. Физика твердого тела. М.: Мир, 1966.

99. Койфман М.И., Ильницкая Е.И., Карпов В.И. Прочность горных пород в объемном напряженном состоянии. М.: Наука, 1964.

100. Булатов А. И., Аветисов А. Г. Справочник инженера по бурению. М.: Недра, 1985.

101. Дедусенко Г.Я., Иванников В.И., Липкес М.И. Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы. М.: Недра, 1985. - 160 с.

102. Ивачев JIM. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. М.: Недра, 1987. - 242 с.

103. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. М.: Недра, 1979. -215 с.

104. Утяжеление буровых и тампонажных растворов / Резниченко И.И., Булатов А.И., Рябоконь С.А., Шандин С.Н. М.: Недра, 1978.

105. Паус К.Ф. Буровые промывочные жидкости. М.: Недра, 1967. - 310 с.

106. Промывочные жидкости и тампонажные растворы (физикохимия и основы применения) // Булатов А.И., Круглицкий H.H., Мариампольский H.A., Рябченко В.И. Киев.: Техника, 1974.

107. Данюшевский B.C., Толстых И.Ф., Милыптейн В.М. Справочное руководство по тампонажным материалам. М.: Недра, 1973.

108. Грей Дж.Р., Дарли Г.С. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей): Пер.с англ. М.: Недра, 1985. - 509 с.

109. Сорокер В.И., Попов А.Н. Цементы с тонкомолотыми добавками построечного изготовления. М.: Промстройиздат, 1950.

110. Новгородцев Г.А. Исследование влияния высоких степеней помола на твердение вяжущих веществ: Дис. канд. техн. н. М., 1954.

111. Пьячев В.А., Половова Э.А. Зависимость прочности цемента от его дисперсности // Цемент. -1972. №10. - С. 15-16.

112. Сыркин Я.М., Сибирякова И.А., Шатохина Л.П. Роль гранулометрии цемента в формировании его прочности // Шестой Междунар. конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1974. - С. 72-76.

113. Тимашев В.В., Цернес Р.Я. Зависимость прочности спарированных цементов от их дисперсности // Цемент. 1972. - № 2. - С. 15-16.

114. Урусов B.C. Энергетическая кристаллохимия. М.: Наука, 1975.

115. Якжин A.A. Опробование и подсчет запасов твердых полезных ископаемых. М.: Госгеолтехиздат, 1954. - 295 с.

116. Практикум по обогащению полезных ископаемых: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Н.Г.Бедраня. М.: Недра, 1991. - 526 с.

117. Зависимость скорости выщелачивания катионов при механической активации феррита цинка / Болдырев В. В., Яковлева О. В., Медиков Я.Я. // ДАН СССР. 1983. - Т. 268. - № 3. - С. 636-638.

118. A.c. 1823225 СССР, МКИ5 В02С18/06. Роторная мельница / В.Н.Калашников, В.А. Бобров, А.С.Акулов, Г.П.Шагин, М.А.Саламатов, Г.А. Усов. 6 е.: ил.

119. Патент РФ на изобретение № 2154531, МКИ7 В 02С13/20. Способ измельчения твердых материалов и устройство для его осуществления / В.Н. Калашников, Г.А. Усов. 12 е.: ил.

120. Заявка на изобретение № 2000122054/03 Способ измельчения твердых материалов и устройство для его осуществления / В.Н. Калашников, Г.А.Усов. Положительное решение от 21.10.2000 г.

121. Регламентирование свойств глинопорошков, используемых для приготовления буровых растворов / Литяев З.А., Рябченко В.И., Шишов В.А. и др. М.: ВНИИОЭНГ, 1979. - 48 с.

122. Вартацетов М.Ш. Состояние и перспективы развития оборудования для приготовления и очистки бурового раствора // Бурение. 1976. - Выпуск 10.-С. 24-27.

123. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости в разведочном бурении. М.: Недра, 1975.-216 с.

124. Литяева З.А., Рябченко В.И. Глинопорошки для буровых растворов. -М.: Недра, 1992.- 191 с.

125. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Д.: Химия, 1971.

126. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982.

127. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава: ГОСТ 12536-79. М.: Изд-во стандартов, 1982. -41 с.

128. Бей, Кортрайн Г.Д., Мула Э.К. Непрерывный гранулометрический анализ регулирования степени измерения. Фирма «Лидс Энд Нордран», США, 1981.

129. Паничкина В.В., Скороход В.В. Методы определения физических характеристик дисперсных порошков. Киев: ИПМ АН УССР, 1970.

130. Койфман М.И. Скоростной комплексный метод определения механических свойств горных пород // Механические свойства горных пород: Сб. М.: Изд-во АН СССР, 1963.

131. Иткин Г.Е. Контроль крупности минерального сырья автоматическими гранулометрами. М.: Недра, 1986.

132. Рабинович Ф.М. Кондуктометрический метод дисперсного анализа. -М.: Химия, 1970.

133. Руководство по работе на опытном фотоэлектрическом приборе для определения гранулометрического состава тонкодисперсных порошков. -Л.: ВНИИАШ, 1966.

134. Определение удельной поверхности порошкообразных тел по сопротивлению фильтрации разреженного воздуха / Дерягин Б.В., Захаваева H.H., Галаев М.В., Филиповский В.К. М.: Изд-во АН СССР, 1957.

135. Прибор для определения удельной поверхности порошковых пористых тел / Дерягий Б.В., Захаваева H.H., Галаев М.В., Макарова Е.С. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

136. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1970. - 408 с.

137. Буянова Н.Е., Карнаухов А.Г. Определение удельной поверхности порошков методом тепловой десорбции газов. Новосибирск: Ин-т катализа, 1968.

138. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. -М.: Стройиздат, 1968.

139. Барабащук В.И., Креденцер Б.П., Мирошниченко В.И. Планирование эксперимента в технике / Под ред. Б.П. Креденцера. Киев: Техника, 1984. -200 с.

140. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер и др.; Пер. с нем. М.: Мир, 1977.-552 с.

141. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1968.

142. Барон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962.

143. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

144. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 262 с.

145. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

146. Морозов Е.Ф., Мейземнек Ю.А., Шумайков В.К. Оптимизация режимов энергопотребления измельчительного оборудования обогатительных фабрик. М.: ВНИИметмаш, 1985. - 315 с.

147. Усов Г.А. Перспективы применения энергонасыщенных дисперсных систем // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Тез. докл. региональной науч.-техн. конф. Екатеринбург: Изд-во УПТА, 1999. 76 с.

148. Козловский Е.А. Оптимизация процесса разведочного бурения. М.: Недра, 1975. - 303 с.

149. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 278 с.

150. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972. - 381 с.