筛分、破碎、磨矿和分级.ppt

第二章破碎 筛分与磨矿 分级材料工程学院2010年9月 本次课内容提要 1 破碎与筛分 2 磨矿与分级 破碎作业的分类 破碎作业按破碎产物的粒度不同分为 粗碎 中碎 细碎 粉碎 可按不同的分类标准 方式 进行分类 种 破碎作业按其在选矿 煤 工艺中的作用不同可分为 准备破碎 分选前 最终破碎 分选后 破碎作业按其所消耗的能量形式不同分为 机械能破碎 即用机械力破碎物料 非机械能破碎 即应用电能 热能等进行破碎 选煤厂和选矿厂主要是采用机械能破碎 机械能破碎有五种基本方式 压碎 劈碎 折断 磨碎 击碎 破 磨 碎比 破 磨 碎比 破碎 磨矿 机的给矿最大矿块尺寸 D 与该段破碎 磨矿 机的产品中最大矿块尺寸 d 之比 i Dd 它的大小 说明矿石经破碎 磨 以后 其粒度缩小的倍数 是衡量矿石破碎前后粒度变化程度和均衡分配各段破碎 磨矿 机工作的参数 矿块的最大粒度一般以95 的该物料能通过的方形筛孔尺寸来表示 作业总破 磨 碎比等于各段破 磨 碎比的乘积 如采用三段破碎 各段破碎比分别以i1 i2 i3表示 则总破碎比i总 i1 i2 i3 一定的破碎设备 其破碎比范围一定 因此 总破碎比往往决定了破碎段数 破碎基本理论破碎理论是研究矿石在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关 并确定外力破碎矿石时所做的功的学说 也叫破碎的功耗学说 虽然人类使用破碎工具已有上千年的历史 但是 提出破碎理论还是19世纪的事情 在选矿厂中 40 60 的动力消耗是在破碎和磨碎作业中 这必然引起人们的关注 物料块破碎是沿最脆弱的断面裂开的 这些脆弱断面在物料块被破碎后就不存在了 所以在物料破碎过程中 脆弱点和脆弱面逐渐消失 随着物料粒度的减小 物料变得越来越坚固 因而 破碎较小的物料时 消耗的能量就较多 破碎物料块所消耗的功 一部分使被破碎的物料变形 并以热的形式散失于周围空间 另一部分则用于形成新表面 变成固体的自由表面能 1面积假说破碎理论的面积假说是由德国学者P R 雷廷格 P R Rittinger 于1867年提出的 这是最早的系统的破碎理论 事实上 物料表面上的质点与其内部的质点不同 物料表面相邻的质点不能使其平衡 故物料表面存在着不饱和能 破碎过程使物料增加新的表面 为此雷廷格认为 物料破碎时 外力做的功用于产生新表面 即破碎功耗与破碎过程中物料新生成表面的面积成正比 或内力的单元功dA1与物料的破断面的面积增量dS成正比 即 dA1 K1dS式中K1 一比例系数 2体积假说破碎的体积假说是由俄国学者吉尔皮切夫与德国学者基克各自独立提出的 体积假说认为 将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时 其破碎功耗与被破碎物料块的体积或质量成正比 或内力的单元功dA2与破碎物料块的变形体积的微量dV成正比 根据体积假说 破碎功只与破碎比的体积假说与虎克定律有关 3裂缝假说裂缝假说是由F C 榜德 F C Bond 在整理了破碎与磨碎的经验资料后 于1952年提出的介于面积假说和体积假说之间的一种破碎理论 裂缝假说认为破碎矿石时 外力首先使物料块产生变形 外力超过强度极限以后 物料块就产生裂缝而破碎成许多小块 榜德提出的个计算破碎功耗的公式为 式中W 将单位质量物料从粒度为F破碎到粒度为P时所用能量 F 80 的入料所能通过的方形筛孔宽 P 80 的排料所能通过的方形筛孔宽 Wi 功指数 Wi是理论上不限定的粒度破碎到80 可以通过100 m筛孔宽 或65 可以通过200网目筛孔宽 时所需的功 它在一定程度上表示物料粉碎的难易程度 即可碎性或可磨性 4破碎理论的评述以上所介绍的三种破碎理论都有局限性和误差 导出的公式还不能完全用于定量计算 因为在计算破碎功的绝对值时 比例系数为未知数 这些公式只能用于破碎和磨碎过程的定性研究 要准确地选择破碎机和磨矿机的电动机功率 必须在理论计算的基础上广泛地利用实验资料 三种假说都从某个角度解释了破碎的某一阶段 面积假说只注意了新生表面积所需要的能量 而忽视了物料破碎前先出现变形和实际中物料又是非均质的 体积假说只考虑了破碎时的变形能 没有考虑到新生表面积的增加 同样具有片面性 裂缝假说是介于面积假说与体积假说之间 提出破碎功耗与方形筛孔D1 2成正比 但没有充足的理论根据 而且由于它是根据实际资料整理出的经验公式 所以具有一定的适用范围 根据试验研究证实 粗碎时新生表面积不多 体积假说较为准确 裂缝假说结果不可靠 细碎时 破碎到10 m以下时 裂缝假说求得的数据过小 此时新生表面积增加 表面能是主要的 面积假说较为准确 在粗碎与细碎之间的广泛范围内 裂缝假说比较适用 因为榜德的经验公式是根据一般破碎设备得出结论 所以在中等破碎比情况下与它大致相符 各假说在适合各自的粒度范围内与实际情况的误差不大 因而在应用时 应正确加以选择 其中 裂缝假说较有实际意义与应用价值 因为面积假说及体积假说公式中的K1与K2分别表示单位表面积与单位体积变形所需的分离与变形功 这在目前无法确定 故这两个公式的应用受到限制 只能在矿石性质相同的情况下消去比例系数而作一些相对计算分析 定性地说明一些问题 裂缝假说使用的是破碎的净功耗 公式中的各项均是可测定的 故具有广泛的实用价值 榜德公式可应用于以下几个方面 计算破碎 磨碎功耗 在测出功指数Wi的情况下 可以计算各种粒度范围内的破碎磨碎功耗 选择破碎或磨碎机械 测出矿石的功指数Wi 可以计算设计条件下的需用功率 从需用功率的容量上选择破碎或磨碎机械 比较不同破碎设备的工作效率 如 两台破碎机消耗的功率相同 但产品粒度不同 分别计算出其操作功指数 就可以看出哪一台破碎机的效率高 总的来说 破碎过程是复杂的 三个假说均有许多因素未加考虑 因此 即使在各自适用的范围内 其结果也只是近似的 还须用实际资料加以校核 破碎机可按工作原理和结构特征划分为 颚式破碎机 圆锥破碎机 辊式破碎机和冲击式破碎机 以下为主要类型破碎和磨碎设备的原理示意图 颚式破碎机是出现较早的破碎设备 因其构造简单 坚固 工作可靠 维护和检修容易以及生产和建设费用比较少 因此 直到现在仍然广泛地在冶金 化工 建材 电力 交通等工业部门 用于破碎抗压强度在147 245MPa的各种矿石和岩石的粗 中 细碎 近年来 为满足冶金 矿山 建筑等工业部门破碎高强度 高硬度的微碳铬铁的需要 专门研制了强力颚式破碎机 颚式破碎机一般分为复摆和简摆两种 主要用于粗 中碎 近年来 又出现用于细碎的复摆颚式破碎机和破碎高强度 高硬度微碳铬铁强力破碎机 颚式破碎机主要问题是颚板寿命低 因此 要研制专用材料 为改善启动过程 避免过载损坏 还要在大型机上采用了液力偶合器 改善设备性能 颚式破碎机 鄂式破碎机的规格用给矿口宽度 B 和长度 L 表示 鄂式破碎机结构简单 不易堵矿 工作可靠 易于制造 维护方便 至今仍广泛应用 主要用于中硬以上矿石的粗碎和中碎 与旋回破碎机相比 其缺点是生产率低 破碎比 产品粒度不均 使用时 一般啮角为18 20 在保证产品粒度的要求下 适当增大排矿口 可提高生产率 适宜的偏心轴转速 应保证破碎产物从容排出 且又有较高的生产能力和较低的电耗 颚式破碎机规格与性能参数表 锤式破碎机经高速转动的锤体与物料碰撞面破碎物料 它具有结构简单 破碎比大 生产效率高等特点 可作干 湿两种形式破碎 适用于矿山 水泥 煤炭 冶金 建材 公路 燃化等部门对中等硬度及脆性物料进行细碎 该设备可根据用户要求调整蓖条间隙 改变出料粒度 以满足不同用户的不同需求 锤式破碎机 锤式破碎机转子 锤式破碎机规格与性能参数表 使用范围 反击式破碎机能处理边长不超过500mm 抗压强度不超过350MPa的各种粗 中 细物料 花岗岩 石灰石 混凝土等 广泛用于水电 高速公路 人工砂石料 破碎等行业 性能特点 反击式破碎机结构独特 无键连接 高铬板锤 独特的反击衬板 硬岩破碎 高效节能 产品形状呈立方体 排料粒度大小可调 简化破碎流程 工作原理 反击式破碎机工作时 在电动机的带动下 转子高速旋转 物料进入后 与转子上的板锤撞击破碎 然后又被反击到衬板上再次破碎 最后从出料口抛出 反击式破碎机 反击式破碎机功格与性能参数表 旋回破碎机 旋回破碎机规格 以最大给矿口宽度 B 来表示 旋回破碎机工作平稳 生产率高 易于启动 破碎比大 产品粒度均匀 同时可以挤满给矿 辅助设备少 它广泛用于粗碎 中碎各种硬度的矿石 其缺点是构造复杂 机身较高 基建费贵 中细碎圆锥破碎机 用于中碎的圆锥破碎机叫标准圆锥破碎机 用于细碎的叫短头圆锥破碎机 居于上述两者之间的叫中型圆锥破碎机 1 中 细碎圆锥破碎机的活动圆锥和固定圆锥都是正立的截头圆锥 圆锥形状缓倾 破碎腔中存在一个平行区 适应了控制排矿粒度均匀的要求 而旋回破碎机的圆锥形状是急倾斜的 活动圆锥正立 固定圆锥倒立 2 中 细碎圆锥破碎机的活动圆锥支承在球面轴承上 而旋回破碎机的活动圆锥则悬挂在机体上部的横梁上 3 中 细碎圆锥破碎机的机架由上 下两部分组成 其间用螺栓联接 在螺栓上套有弹簧 借助附有手柄的校杆和铰链 可使固定圆锥上升或下降 从而调节排矿口的大小 而旋回破碎机则利用主轴上端螺帽 调整悬挂活动圆锥上下 从而调节排矿口的大小 4 中 细碎圆锥破碎机有弹簧保险装置 可靠性大 当破碎腔中进人非破碎物时 支承在弹簧上面的固定圆锥 调整环 和上部机架 支承环 同时向上抬起 使弹簧压缩 排矿口增大 从而使非破碎物从排矿口排出 避免机器的损坏 然后 支承环和调整环借助弹簧的弹力 恢复原位 中碎和细碎圆锥破碎机的结构基本类似 只是标准型给矿口大 平行区短 短头型给矿口小 平行区长 中型则居中 中 细碎圆锥破碎机的规格用活动圆锥的底部直径表示 中 细碎圆锥破碎机生产能力大 功率消耗低 破碎比大 i 4 5 产品粒度均匀 目前广泛用于各种硬度矿石的中碎和细碎 但不宜处理粘性物料 其它破碎机械 对辊破碎机是最常见的中硬矿石中 细碎机的一种 其结构 和工作原理图如图所示 两个相向回转的圆辊 借助于摩擦力 将给入的矿石卷进两辊之间的空间 破碎腔 使矿石受到挤压和研剥而破碎 破碎后的产品靠自重排出 排矿口宽度借助增减垫片6移动可动辊轴承来调整 弹簧7为保险装置 反击式破碎机 反击式破碎机是一种高效的新型破碎设备 它主要靠冲击方式破碎 目前已广泛用于化工 煤炭 建筑等工业部门 也逐渐开始用于金属矿山工业上 其结构及工作原理示意见图 矿石通过链幕9落到反时针方向旋转的转子1上 受到锤头2的强烈冲击 矿石在锤头和反击板之间反复受到冲击 碰撞而破碎 破碎产品借自重排出 反击式破碎机结构简单 破碎比大 i 50 60 生产能力高 功率消耗低 可进行选择性破碎 适应性强 故硬性 脆性和潮湿矿石的破碎均可采用 其主要缺点是锤头磨损严重 寿命很短 反击式破碎机的规格用转子直径和转子长度 xL 来表示 筛分 筛分是利用筛子 单层或多层 将粒度范围较宽的混合物料按粒度分成若干个不同级别的过程 它主要与物料的粒度或体积有关 比重和形状的影响很小 筛分时 通过筛孔的物料称为筛下产品 留在筛上的物料 称为筛上产品 例如 筛孔尺寸为15毫米 筛上产品用 15毫米表示 筛下产品用 15毫米表示 若用n层筛面筛分物料 可得到n 1种产品 筛分 预先筛分 检查筛分 破碎前进行的筛分 称为预先筛分 其任务为预先分出合格粒度产品 使它不再进人破碎机 以避免矿石的过粉碎和提高破碎机的生产率 对破碎作业产物进行的筛分 称为检查筛分 其目的为控制破碎产品以符合粒度要求 标准筛各国标准筛之间的对应关系 筛分过程碎散物料的筛分过程 可以看做由两个阶段组成 一是小于筛孔尺寸的细颗粒通过粗颗粒所组成的物料层到达筛面 简称穿层或分层 二是细颗粒透过筛孔成为筛下物 简称透筛 同时粗颗粒也排出筛面成为筛上物 筛分过程本是一个由颗粒群体参与的错综复杂过程 但是为了便于分析问题 经常以单个颗粒为研究对象来分析其透筛过程 为此 物料和筛面之间必须存在相对运动 使粗粒层经常处于松散状态 便于细颗粒穿过粗颗粒之间的空隙 促使细颗粒透筛 同时对筛面上的物料层必须有一定的输送能力 筛分机械的类型及其主要特点 筛分机械俗称筛子 筛子的种类繁多 一般按筛面的结构形式和运动形式 将其分为以下几种类型 1 固定筛2 滚筒筛3 振动筛4 其他筛分机 振动筛 振动筛 适宜采石场筛分砂石料 也可供选煤 选矿 建材 电力及化工等行业作产品分级用 工作特点 采用块偏心作为激振力 激振力强 筛子横梁与筛箱采用高强度螺栓 结构简单 维修方便快捷 采用轮胎联轴器 柔性连接 运转平稳 采用小振幅 高频率 大倾角结构 使该机筛分效率高 振动筛技术参数 筛分效率 筛分作业中 常以生产能力和筛分效率来衡量其工作的好坏 前者是数量指标 后者是质量指标 所谓筛分效率 是指实际得到的筛下产品重量与筛分给矿中小于筛孔尺寸粒级的重量之比 用百分数表示或小数表示 筛分分析 确定物料中颗粒大小分布规律的工作叫粒度分析 根据物料粗细的不同 有筛分分析 水力分析 显微镜分析等各种方法 筛分分析是为确定粒度范围较宽物料群粒度和粒度组成所做的物料筛分 通常是采取物料的代表性试样 在一套筛孔遂渐缩小的筛子 即套筛 中进行 以测得物料中不同粒度级别的重量分布 筛分分析是选矿生产过程中最简便和常用的检查方法之一 广泛用于测定0 04 100mm散粒的粒度组成 更大粒度的物料也可编制更大筛孔的筛子 但对于小粒度的物料 一是制作相应筛孔的筛子较困难 二是很难筛得充分 一般干筛的分级粒度最小至0 1mm 0 04 100mm物料须用湿筛 筛分分析法的特点是设备简单 易于操作 但筛析结果受颗粒形状和筛分时间的影响较大 水力沉降分析法 此法是利用水力分析装置 根据不同粒度的颗粒在水介质中沉降速度不同而分成若于粒级 该法适用于测定l 75 m细粒物料的粒度组成 其特点是不像筛分分析法那样严格按颗粒几何尺寸分级 而是按沉降速度分级 因水力沉降过程受颗粒密度和形状的影响 密度大的小颗粒与密度小的大颗粒有可能进入同一个粒级 显微镜分析法 此法是利用显微镜观察微细颗粒的大小和形状 适用于0 1 50 m的物料 可检查分选产品或校正水力沉降分析结果 也可研究矿石的结构 其主要特点是直观 在选煤生产和选煤研究中 应用最广泛的是筛分分析法 磨矿磨矿作业是矿石破碎过程的继续 是分选前准备作业的重要组成部分 磨矿作业不仅于选矿工业 而且在建筑 化学和电力等工业部门中亦广泛应用 除处理某些砂矿以外的所有选矿厂 几乎都有磨矿作业 在选矿工业中 当有用矿物在矿石中呈细粒嵌布时 为了能把脉石从矿石中除去 并把各种有用矿物相互分开 必须将矿石磨细至0 1 0 3mm 甚至有时磨至0 05 0 074mm以下 磨矿细度与选矿指标有着密切的关系 在一定程度上 有用矿物的回收率随着磨矿细度的减小而增加 因此 适当减小矿石的磨碎细度能提高有用矿物的回收率和产量 磨矿所消耗的动力占选矿厂动力总消耗的30 以上 因此 磨矿作业在选矿工艺流程中占有很重要的地位 它通常在磨矿机中进行 磨机内装有磨矿介质 若介质为钢球 则叫球磨机 介质为钢棒者叫棒磨机 介质为砾石者 叫砾磨机 若以自身矿石作介质者 就叫矿石自磨机 矿石自磨机中再加入适量钢球 就构成所谓半自磨机 磨机的规格 都以筒体直径x长度表示 磨矿机的分类如图1 4 2所示 按照排矿方法不同 常用的磨矿机可以分为中心排矿磨矿机 见图1 4 2 a b c 和格子排矿磨矿机 见图1 4 2 d 两种 磨矿作业以湿式磨矿为主 而且一般与机械分级机组成闭路循环 但对于缺水地区和某些忌水工艺过程 如水泥厂 石棉厂生产过程或某些干法选矿过程 也有采用干式磨矿的 目前 选煤厂主要采用格子型球磨机和溢流型球磨机 如图1 4 3 a 所示的磨矿和分级工艺联合的流程叫闭路磨矿 它可以提高磨矿效率 与磨矿机配合使用的常用分级设备有螺旋分级机 水力旋流器等 球磨机的排矿不进入分级设备 直接进入下一作业的称为开路磨矿 如图l 4 3 b 磨矿过程的基本原理 矿机粉碎矿石的作用磨机以一定转速旋转时 处在筒体内的磨矿介质由于旋转时产生离心力 致使它与筒体之间产生一定摩擦力 摩擦力使磨矿介质随筒体旋转 并到达一定高度 当其自身重力 实际是重力的向心分力 大于离心力时 就脱离筒体抛射下落 从而击碎矿石 同时 在磨机运转过程中 磨矿介质还有滑动现象 对矿石也产生研磨作用 所以 矿石在磨矿介质产生的冲击力和研磨力联合作用下得到粉碎 磨矿介质在筒体内的运动规律磨矿介质提升的高度与抛落的运动轨迹 主要决定于磨机的转速和磨矿介质的装填量 低速运转时 磨矿介质提升高度较低 介质按照圆运动随筒体上升到一定高度后 离开筒体向下 泻落 此时 冲击作甩小 研磨作用较大 这种磨矿过程叫做泻落式磨矿 见图3 2a