Измельчение

Измельчением называется процесс многократного разрушения твердого тела под действием внешних нагрузок, превышающих силы молекулярного притяжения в измельчаемом теле. Процесс измельчения сопровождается многократным увеличением удельной поверхности измельчаемого материала, что позволяет резко интенсифицировать химические и массообменные процессы, скорость которых определяется площадью межфазного взаимодействия.

Процессы измельчения широко распространены в технологии рекуперации твердых отходов при переработке отвалов полезных ископаемых, вышедших из строя строительных конструкций и изделий, некоторых видов смешанного лома изделий из черных и цветных металлов, топливных и металлургических шлаков, отходов углеобогащения, некоторых производственных шламов и отходов пластмасс, ипритных огарков и ряда других вторичных материальных ресурсов.

Процесс измельчения характеризуется степенью измельчения i — отношением среднего размера исходных твердых отходов dH до измельчения к среднему размеру материала после измельчения dK:

Поскольку исходный и измельченный материал имеют полидисперсный состав, для их оценки используют различные характеристики: наибольший с/шах и наименьший б/,,,,,,

г, б/тах ,,

диаметры частиц; размах варьирования К = -—; средний дна-

“чп in

метр частиц dcp; гранулометрический (дисперсный) состав, характеризующий долю или процент массы частиц каждого класса крупности; удельная поверхность частиц 5.

Частицы твердого материала имеют неправильную форму, поэтому под их размером понимают диаметр шара, эквивалентного по объему:

или по удельной поверхности

S

где V — объем частицы; S = — удельная поверхность частицы; 5|ЮЛ — полная поверхность частицы.

В полидисперсном сыпучем материале для описания его гранулометрического состава используются функции распределения D(x) и R(x), равные отношению массы частиц, размер которых соответственно меньше и больше d, к общей их массе. При этом справедливо равенство

Среди различных законов, описывающих аналитически функции распределения частиц сыпучего материала по тому или иному признаку, наиболее распространены законы Розина — Рамлера:

и нормально-логарифмический:

где Xj — диаметр частиц, при котором масса частиц крупнее хх составляет 36,8%, а меньше — 63,2%; п — параметр, характеризующий однородность материала по размерам; f(x) — частота значений x;N— общее число наблюдений от, х — средний диаметр частиц в пробе; а — среднеквадратическое (стандартное) отклонение значений х от х.

Степень неравномерности гранулометрического состава характеризуют коэффициентом вариации:

В зависимости от крупности исходного и измельченного твердого материала различают процессы дробления и помола. Под дроблением понимается процесс уменьшения крупности, в результате которого максимальный размер куска в измельченном материале равен или более 5 мм. Под помолом понимается процесс уменьшения крупности, в результате которого максимальный размер зерна в измельченном материале менее 5 мм. Эти процессы в зависимости от размера кусков исходного материала и конечной крупности получаемого материала условно разделены на несколько классов (табл. 18.2).

Степень измельчения при крупном измельчении составляет г = 3—8, для мелкого и тонкого измельчения — до i = 100. Дробление твердых материалов обычно осуществляют сухим способом, а тонкое измельчение — мокрым способом, что исключает пылеобразованис.

Таблица 18.2

Классы измельчения

Класс

Размер кусков, мм

Класс

Размер кусков, мм

до

измельчения

после

измельчения

до

измельчения

после

измельчения

Дробление

Помол

Крупное

> 500

100-300

Крупный

20-100

1-4

Среднее

100-500

20-100

Средний

5-50

0,1-1

Мелкое

50-100

4-20

Тонкий

1-10

0,01-0,1

Сверхтонкий

0,1-1

0,01

Принципиальные способы дробления

Рис. 18.1. Принципиальные способы дробления:

а — раздавливание; б — раскалывание; в — истирание; г — удар; д — разрывание

Основными способами измельчения являются удар, раздавливание, истирание, раскалывание, разрывание (рис. 18.1).

При ударе под действием динамических нагрузок в материале возникают динамические напряжения, приводящие к его разрушению. Различают свободный и стесненный удары. При стесненном ударе материал разрушается между двумя рабочими органами измельчителя, при свободном — в результате столкновения с рабочим органом или другим измельчаемым телом.

При раздавливании под действием статической нагрузки определяющими являются напряжения сжатия.

При истирании разрушение происходит от напряжений сдвига. Истирание в комбинации с раздавливанием — один из наиболее экономичных способов измельчения.

При раскалывании в материале возникают изгибающие напряжения.

Резание сопровождается появлением в материале напряжений сдвига.

Работа А, затраченная при измельчении на разрушение исходного материала, прямо пропорциональна вновь образованной поверхности S:

где k коэффициент пропорциональности; AS приращение поверхности.

Работа внутренних сил упругости при отсутствии потерь равна работе внешних сил, вызвавших упругую деформацию тела:

где а — напряжение, возникающее при деформации; V— объем деформированного тела; Е — модуль упругости (модуль Юнга).

Работа измельчения одного куска размером D:

где k‘2 коэффициент пропорциональности.

В обобщенном виде работа, затрачиваемая на деформацию разрушаемых кусков и образование новых поверхностей:

где у, а — коэффициенты пропорциональности; AV — деформированный объем; AS — вновь образованная поверхность.

В чистом виде работа при дроблении пропорциональна среднегеометрическому между объемом V и вновь обнаженной (образованной) поверхностью S:

где коэффициент Бонда.

Для дробления и измельчения твердых отходов на минеральной основе применяют машины, в которых используют способы измельчения, основанные на раздавливании, раскалывании, разламывании, истирании и ударе. Измельчение твердых отходов на органической основе осуществляют в машинах, принцип работы которых основан на распиливании, резании и ударе.

Дробление производится в щековых, конусных, валковых и роторных дробилках до крупности зерна ~5 мм. В зависимости от крупности исходного материала дробление может проводиться в одну, две и более стадий с использованием на каждой стадии дробилок различного типа. Схемы одно- и двухстадийного дробления приведены на рис. 18.2.

Схемы дробления кусковых отходов

Рис. 18.2. Схемы дробления кусковых отходов:

а — одностадийная; б — двухстадийная

Выбор способа дробления зависит от физических свойств дробимого материала и крупности исходного материала.

Для очень твердых материалов наиболее рационально дробление ударом или раздавливанием, для вязких — раздавливанием или ударом в соединении с истиранием. Хрупкие материалы дробят способом раскалывания, волокнистые материалы типа текстиля — разрыванием.

Что касается влияния размера исходных кусков, то для крупного дробления чаще всего применяют раздавливание и раскалывание, тонкое измельчение осуществляется главным образом ударом и истиранием.

Физическая сущность процессов дробления и измельчения одинакова, в результате дробления образуется преимущественно кусковой продукт, в результате измельчения — в основном порошкообразная масса.

Для дробления первичного сырья (руд и горных пород) в основном применяют дробилки щековые и конусные, а также ограниченно-валковые и молотковые. Щековые дробилки применяются также для дробления бетонных и железобетонных отходов (образующихся, например, при сносе старых зданий). Щековая дробилка осуществляет дробление путем раздавливания дробимых кусков между вертикальной и наклонной плоскостями (щеками). Материал загружается в приемное отверстие между щеками. 11а рис. 18.3 для примера показана щековая дробилка типа ЩДС.

Конусные дробилки различают для крупного, среднего и мелкого дробления. В конусных дробилках дробление происходит методом раздавливания и истирания между двумя усеченными конусами, причем в дробилках для крупного

Щековая дробилка типа ЩДС

Рис. 183. Щековая дробилка типа ЩДС

Распорная Вкладыш (регулировка плита разгрузочной щели) дробления внешний конус — неподвижный — установлен вниз вершиной, а внутренний — подвижный — вверх; в конусных дробилках для среднего и мелкого дробления оба конуса расположены вершинами вверх (рис. 18.4).

В конусной дробилке для среднего и мелкого дробления (см. рис. 18.4) материал подается на дробление через приемное отверстие на распределительную плиту (тарелку) 1. Тарелка, вращаясь по эксцентрику вместе с валом 2, сбрасывает материал в рабочее пространство между неподвижным конусом 3 и подвижным 5. Регулирование разгрузочного отверстия — гидравлическое. При попадании в дробилку не- дробимых тел разгрузочное отверстие раскрывается сжатием пружин 6 и за счет сброса давления под опорой вала с помощью специальной гидравлической системы 7.

В конусной дробилке для крупного дробления корпус подвижного дробящего конуса насажен на вал, подвешенный к головке крестовины. Движение дробящему конусу переда-

Конусная дробилка для среднего и мелкого дробления

Рис. 18.4. Конусная дробилка для среднего и мелкого дробления:

1 — распределительная плита (тарелка); 2 — вал; 3 — неподвижный конус; 4 — верхняя часть корпуса дробилки (поддерживается пружинами); 5 — подвижный конус; 6 — пружины; 7 — гидравлическая система (регулировка разгрузочной щели)

ется от эксцентрикового стакана, в котором закреплена нижняя часть вата. Размер разгрузочной щели (нижний зазор между конусами) регулируется за счет поднятия вала с дробящим конусом путем нагнетания масла в гидроцилиндр.

Валковые дробилки применяются для мелкого дробления нетвердых и хрупких материалов. Эти дробилки (рис. 18.5) состоят из двух валков с гладкой, рифленой или зубчатой поверхностью, вращающихся навстречу друг другу. Материал загружается в щель между ними и истирается.

Роторные дробилки, применяемые для дробления техногенного сырья — отходов, бывают: молотковые, ножевые и дисковые; значительно реже применяются растирающие дробилки (рашпили) и дробилки других типов.

Молотковые дробилки включают в свой состав дробильную камеру с решетчатой нижней частью, через которую разгружается дробленый материал, и вращающийся вал с жестко закрепленными или шарнирно подвешенными на нем билами (ударными вращающимися инструментами, часто называемыми молотками) (рис. 18.6).

Роторно-ножевые дробилки бывают двух типов — двухроторные и трехроторные. В обоих случаях роторы выполнены в виде винтов, режущие кромки которых обеспечивают дробление материала. В зарубежной практике дробилки этого типа часто используются перед сепарацией ТБО для вскрытия мешков и пакетов с отходами.

Два верхних винтовых ротора, вращающихся с небольшой скоростью навстречу друг другу, обеспечивают предварительное дробление материала, нижний ротор — его доизмельчение.

Валковая дробилка

Рис. 18.5. Валковая дробилка

Молотковая дробилка вертикального тина

Рис. 18.6. Молотковая дробилка вертикального тина

Нижний ротор образует режущую поверхность как с двумя верхними роторами, так и с неподвижными ножами, закрепленными на корпусе (за счет дополнительных многозаходных витков). Степень дробления регулируется путем изменения зазора между нижним ротором и стационарными ножами.

Скорость вращения каждого ротора (привод от гидродвигателя) можно регулировать плавно и индивидуально. Материал в роторные дробилки подается с помощью ленточного конвейера или погрузчика; при попадании недробимых предметов автоматически обеспечивается реверсивное вращение ротора. При использовании роторных дробилок характерно низкое пылеобразованис.

Роторно-дисковые дробилки включают один или два вращающихся вала, на которых закреплены предварительно напряженные режущие диски (как правило, зубчатые). Режущие кованые зубчатые диски изготавливаются из высокопрочных и износостойких материалов. Распорные кольца, насаженные между режущими дисками, защищают валы роторов от повреждений в процессе дробления.

На рис. 18.7 представлена роторно-дисковая дробилка для дробления крупногабаритных отходов (изношенные автопокрышки, громоздкая упаковка, мебель и т.п.). В этой дробилке два параллельных вала 4 и 5 вращаются встречно с различной частотой (40 и 80 мин-1). Каждый вал приводится от отдельного двигателя. На валах в шахматном порядке установлены режущие диски 8 с заостренными элементами (зубьями) 3, которые обеспечивают захват, измельчение и удаление отходов, а также их перемещение в промежутки,

Роторно-дисковая дробилка для дробления крупногабаритных отходов

Рис. 18.7. Роторно-дисковая дробилка для дробления крупногабаритных отходов:

  • 1бункер; 2ролики; 3 — зубья; 4,5 — валы; 6станина; 7рама;
  • 8 — диски

образованные между соседними дисками валов. На раме 7 смонтировано приемное и направляющее устройство в виде бункера 1 прямоугольного сечения, по боковым стенкам которого установлены ролики 2, образующие как бы наклонные рольганги, продвигающие материал к режущим зубьям. Когда в дробилку попадают слишком твердые или большие куски материала, оба вала (или один из них) на короткое время приостанавливаются, а затем начинают вращаться в обратном направлении, выталкивая материал, который не может пройти сквозь дробящие элементы, после чего работа аппарата стабилизируется.

Измельчение. Для получения зерен размером менее 5 мм чаще всего используют барабанные мельницы с загрузкой в них стержней или шаров. Мелющие тела — стержни диаметром 25—100 мм и шары диаметром 30—125 мм — изготавливают из высокоуглеродистой стали, длина стержней обычно составляет 1,2—1,6 диаметра мельницы. Мелышцы используют как для сухого, так и для мокрого помола. Мельницы могут работать в открытом и замкнутом цикле с классификаторами. Известны и другие типы устройств для измельчения (бегуны, дисковые и кольцевые мельницы).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >