《矿石准备作业》PPT课件.ppt

第一章矿石准备作业 1 1概述破碎 磨碎或粉碎在矿物加工及材料工程中非常重要 矿物颗粒的尺寸必须减小到使有用矿物与脉石充分解离或使有用矿物裸露以便化学作用程度 破碎 磨碎及粉碎在使用的方法及产物料度上有所不同 破碎产物的粒度较大 而磨矿或粉碎产物的粒度微细 任何磨碎或粉碎作业都是耗费能量大 能量效率低的作业过程 1 基本概念 1 破碎破碎是在外力作用下使物料变成小块的过程 破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中都占有重要地位 破碎作业的作用主要有以下几方面 满足分选机械对人选物料最大人选粒度的要求 满足夹矿物中的有用矿物与脉石的解离要求 满足用户对选后产品粒度的要求 破碎作业按其在矿物加工中的作用不同可分为 准备破碎 分选前 最终破碎 分选后 破碎作业按破碎产物的粒度不同分为 粗碎 中碎 细碎与粉碎 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 图 1 1概述 2 磨碎磨矿是在研磨介质产生的冲击力和研磨力的联合作用下矿石被粉碎成微细颗粒的过程 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 在选矿工业中 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 磨矿作业所用的机械设备称为磨矿机 图1 1 2为常用的圆筒型磨矿机的工作原理图 矿石的磨碎主要是靠研磨介质落下时的冲击力和运动时的磨剥作用 1 1概述 3 超细粉碎超细粉碎是将物料粉碎至微米级以下的粉碎过程 超细粉体技术是近几十年发展起来的一门新技术 人们把粒径小于100 m的粉体称为超细粉体 超细粉体通常又分为微米级 亚微米级及纳米级粉体 粒径大于l m的粉体称为微米材料 粒径小于1 m大于0 l m的粉体称为亚微米材料 粒径处于0 001 0 1 m 即l 100nm 的粉体称为纳米材料 4 矿石破碎的难易程度及破碎方法选择矿石的破碎方法主要根据矿石的物理机械性质 矿石块入料的尺寸和所要求的破碎比来选择 矿石破碎过程中所表现出来的抵抗外力的强度大小 称为矿石破碎的难易程度 它是衡量矿石可碎性的标准 主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态 影响矿石破碎难易程度的最主要因素是矿石的硬度 选矿工业常引用可碎性系数定量地衡量矿物机械强度对破碎的影响 其表示方法如下 矿石的硬度 可碎性系数及可磨性系数如表所示 矿物破碎的难易程度与矿物的力学性质有关 不同矿物集合体之间的结合力比同种矿物内部的结合力要小 在同样的矿物集合体内 晶体面上的结合力比晶体内部的要小 一般来说 矿物粒度矿物愈细愈难磨碎 脆性物料容易破碎 破裂前无变形或变形很小的物料叫脆性物料 破碎时先变形而后碎裂的物料叫塑性物料 煤和大多数矿石都是脆性物料 煤属于软矿物 1 1概述 表1 1 1矿石硬度 可碎性系和可磨性系数矿石通常都是多种不同性质矿物的共生体 破碎时 不同矿物的破碎程度是不一样的 矿石的抗压强度最大 抗弯强度次之 抗磨强度再次之 抗拉强度最小 针对矿石这一机械强度特点 选择恰当的破碎方法 可以使破碎更加有效 讨论 如何根据矿物的特性选择正确的破碎方法 1 1概述 5 破碎比及破碎产物的粒度特性在破碎过程中 入料粒度与产物粒度的比值叫做破碎比 破碎的能量消耗和处理能力均与破碎比有关 破碎比通常由入料最大颗粒直径 Dmax 与产物最大颗粒直径 dmax 的比值来确定 即在工业应用中 由式确定的破碎比并不能准确地描述破碎过程 因为粒度特性相同的物料经破碎后 虽然产物中的最大粒度是一样的 但破碎后粒度特性未必相同 选煤过程中的破碎比一般比较小 一段破碎即可满足 但对于选矿 其入选粒度很细 故破碎比i值很大 往往需要进行多次 段 破碎 其总破碎比i等于各段破碎比的乘积 为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量 必须确定它们的产品粒度组成和粒度特性曲线 1 1概述 6 破碎效果评定方法根据原煤炭工业部于1980年发布的指导性技术文件规定 选煤厂破碎设备工艺效果的评定方法 MT Z2 1979 应采用破碎效率为主要指标 细粒增量为辅助指标 综合评定破碎机的效果 破碎效率按下式计算 这里的 细粒 是针对破碎产物粒度而言的 排料粒度要求大于和等于50mm的粗碎时 细粒 是指0 13mm 排料粒度要求小于50mm的中碎和细碎 细粒 是指0 0 5mm 1 1概述 1 2破碎及粉碎理论 破碎及粉碎理论是研究物料在破碎过程中能量消耗与哪些因素有关 并确定外力破碎物料时所做的功的学说 也叫破碎的功耗学说 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 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 破碎过程的能量消耗与很多因素有关 现有的破碎理论都没有完整地解释物料被破碎的实质 均有一定的局限性 目前 公认的破碎及粉碎理论有以下几种理论和假说 一 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 雷廷格认为 破碎过程是以减小物料颗粒尺寸为目的的 破碎过程将使物料的表面积不断增加 为此 物料破碎时 外力所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 假设物料块的形状为立方体 边长为D 如顺着一个面把它破碎开 则新生成表面的面积为S D2 式可写为 dA1 K1dS K1dD2 2K1DdD破碎Q立方米物料时所作的单元功为 设原矿和破碎产物的平均直径为Dpj和dpj 将式积分 即得破碎Q立方米物料时所需要的功 式的右边取负号 因为外力功与内力功的绝对值相等 但符号相反 由式可知 当原矿的平均直径Dpj一定时 破碎功与破碎比减1之值成正比 如原矿的平均直径不同而破碎比相同 则破碎功与原矿的平均直径成反比 实践证明 当破碎比一定时 原矿粒度越小 破碎所需的能量越大 面积假说只能近似地计算破碎比很大时的破碎总功耗 也就是只能近似地用在磨矿机的磨矿中 因为它只考虑了生成新表面所需的功 1 2破碎及粉碎理论 1 2破碎及粉碎理论 二 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 kick 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 即 dA2 K2dV K2dD3 3K2D2dD破碎Q立方米物料时的单元功 破碎Q立方米物料所需之功 由式 1 2 7 可见 根据体积假说 破碎功只与破碎比有关 体积假说只能近似地计算粗碎和中碎的破碎总功耗 因为它只考虑了变形 1 2破碎及粉碎理论 三 裂缝假说裂缝假说是由F C 榜德 F C Bond 于1952年提出 它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 榜德提出的一个计算破碎功耗的公式为 Wi是理论上无限大的粒度破碎到80 可以通过100 m筛孔宽时所做的功 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 榜德认为 破碎物料时外力所做的功先是使物体变形 当变形超过一定限度后即产生裂缝 储存在物体内的变形能促使裂缝扩展并生成断面 输入功的有用部分成为新生表面上的表面能 其它部分成为热损失 因此 破所需的功 应考虑变形能和表面能两项 变形能和体积成正比 而表面能与表面积成正比 因此 根据榜德所作的解释 将质量m的矿物从D破碎到d所需的功耗A3为 1 2破碎及粉碎理论 榜德假说适用于破碎和磨碎 以上所介绍的三种破碎理论都有局限性和误差 都从某一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D5 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 粉碎时新生表面积不多 体积假说较为准确 裂缝