Процесс дробления

Процесс дробления применяется для доведения минерального сырья (и других материалов) до необходимой крупности, требуемого гранулометрического состава или заданной степени раскрытия зерна. Применяются следующие способы разрушения:

· раздавливание, наступающее после перехода напряжений за предел прочности на сжатие (рис 1, а)

· раскалывание в результате расклинивания последующего разрыва кусков (рис 1, б)

· излом в результате изгиба (рис 1, в)

· срезывание, в котором материал подвергается деформации сдвига (рис 1, г)

· истирание кусков скользящей рабочей поверхностью. (рис 1, д)

· Удар (рис 1, е)

Перечисленные способы дробления являются общими для дробления и измельчения, однако эти процессы отличаются по своему технологическому назначению и месту в цепи последовательных операций обогатительных фабрик (далее ОФ). Условно считают, что при дроблении получают продукты крупнее 5 мм, а при измельчении - мельче 5 мм. Для дробления применяют дробилки, для измельчения - мельницы.

Дробление на ОФ является подготовительной операцией перед обогащением м служит для разъединения тесно сросшихся между собой зерен различных минералов, содержащихся в полезном ископаемом. Чем полнее раскрывается зерно, тем успешнее протекает последующее обогащение полезных ископаемых (далее ПИ).

Полного раскрытия минералов достичь не удается, т.к. для этого пришлось бы очень тонко измельчать руду перед обогащением. Крупность зерен, до которой необходимо дробить исходный материал перед обогащением, определяется размером вкрапленности полезных минералов и процессом, принятым для обогащения данного ископаемого. Переизмельчать минералы не следует, т.к. это удорожает процесс и ухудшает результаты обогащения. Эта крупность устанавливается опытным путем при исследованиях обогатимости ПИ.

Степень дробления

Степень дробления - это отношение размеров максимальных кусков или зерен исходного материала к размеру максимальных куском продукта.

Степень дробления показывает, во сколько раз уменьшился размер кусок при дроблении.

Таким образом, степень дробления вычисляется при отношении размеров предельных отверстий сит, через которые проходят куски дробимого материала и дробленого продукта.

Стадии дробления

В зависимости от крупности исходного материала и дробленого продукта, стадии дробления имеют названия:

· 1 стадия - крупное дробление

· 2 стадия - среднее дробления

· 3 стадия - мелкое дробление

В зависимости от требуемой крупности материала перед обогащением, его можно измельчать в одну, две или даже три последовательные стадии.

Рис.2.

Классификация дробилок

Щековые дробилки

Щековые дробилки разделяются на два основных класса: с простым и сложным движением подвижной щеки. Дробилки с простым движением подвижной щеки различаются между собой способом ее крепления и приводным механизмом. Различают дробилки с верхним подвесом щеки, с нижней шарнирной опорой, с кулачковым приводным механизмом, с кривошипно-шарнирным приводным механизмом. В дробилках со сложным движением подвижной щеки, последняя шарнирно подвешена на эксцентриковом приводном валу. Значительное вертикальное перемещение щек, обусловливающее их истирающее действие на куски материала, приводят к повышенному износу дробящих плит. Поэтому дробилки со сложным движением применяют преимущественно для малоабразивных материалов. Достоинства: их простота конструкции, компактность и небольшая масса.

На рис.4 изображена схема щековой дробилки со сложным движением щеки ЩДС. Станина дробилки сварная. Ее боковые стенки выполнены из стальных листов и соединены между собой передней стенкой 1 коробчатого сечения и задней балкой 2, являющейся одновременного корпусом регулировочного устройства 7. Над приемным отверстием укреплен защитный кожух 3. Подвижная щека 4 закреплена на эксцентриковой части приводного вала 5, в нижней части щеки имеется паз, куда вставляется вкладыш для упора распорной плиты 6. Другим концом распорная плита упирается во вкладыш регулировочного устройства, состоящего из ползуна 13 и двух винтов 14. Замыкающее устройство состоит их тяги 8 и цилиндрической пружины 9. Подвижная щека имеет в нижней части косой выступ, на который устанавливают дробящую футеровочную плиту 10. Неподвижная дробящая плита 11 опирается внизу на выступ передней стенки станины 1, а с боковых сторон зажата футеровочными плитами 12.

Введение

Технологическая часть

Выбор оборудования 1 ступени дробления

Дробилки, которые подходят для установки в 1 ступени дробления подбираем по исходным данным:

1. По пределу прочности материала при сжатии σ сж =50·10 6 Па

2. По максимальному размеру куска исходного материала δ н.мах =0,8м.

Выбор машины раздавливающего или ударного действия можно сделать ориентировочно по табл.1.

Таблица 1

ЩДС-12х15.

При ширине разгрузочной щели а =110мм производительность равна:

где V - величина производительности дробилки;

К р - коэффициент размолоспособности;

Изменение ширины разгрузочной щели;

а - ширина разгрузочной щели.

- принимаем 1 дробилку

0 55 110 165 220 δ, мм

Рис.2. Характеристика дисперсионного состава исходного материала

При величине зазора а =110мм максимальный размер частиц на выходе из дробилки, согласно рис.2 будет равен:

Степень измельчения равна:

Тогда при Кδ=1,2 (см. рис. 3.7) и G= 25,79 кг/с,

мощность двигателя дробилки будет:

Что не превышает величины N дв выбранной дробилки (N дв =160кВт)

Следовательно, принимаем 1 дробилку ЩДС-12х15с N дв =160 кВт (на 1 дробилку 160 кВт).

Сопоставляя эти данные, выбираем дробилку М-13-11.

Построим кривую дисперсионного состава материала на выходе из дробилки. Для этого вычислим величины, необходимые для расчета:

Окружную скорость ротора по вершинам молотков

Массу идеального молотка

Проведем расчет конечного размера частиц при трех значениях δ н:

1. 165 мм; 2. 110мм; 3. 55мм.

В первом случае δ н =165мм;

Во втором случае δ н =110мм;

В третьем случае δ н =55мм;

0 55 110 165 220 δ,мм

Рис.3. Характеристика дисперсионного состава исходного материала

По конечному размеру частиц после измельчения выбираем шаровую мельницу. В нее рекомендуется загружать материал δ н.мах ≤ 6·10 -3 м. из рис. 3 следует, что 20% материала, выходящего из дробилки, составляют частицы размером больше 6·10 -3 м, эту долю материала необходимо до измельчить до размера δ н.мах ≤ 6·10 -3 м.

Отобранную на грохоте крупную фракцию материала возвращаем на доизмельчение в молотковую дробилку М-13-11.

Тогда полная производительность дробилки составит:

Количество дробилок, необходимое для обеспечения исходной объемной производительности равно:

- принимаем 1 дробилку.

При δ к.ма x =14,6мм величина α составит:

Окончательно принимаем α=32мм.

Мощность двигателя дробилки будет:

Что не превышает величины N дв выбранной дробилки (N дв =130кВт). Следовательно, принимаем 1 дробилку М-13-11 с N дв =130 кВт.

Высота сбрасывания материала в дробилку:

Охрана окружающей среды

Природоохранные вопросы при производстве цемента и извести в первую очередь включают следующее:

Выбросы в атмосферу

Потребление энергии и топлива

Сточные воды

Образование твердых отходов

1. Требования к санитарной охране водных ресурсов.

1.Сброс сточных и дренажных (далее - сточных) вод, откачиваемых из шахт и разрезов, после использования в процессах обогащения на обогатительных и брикетных фабриках, а также хозяйственно-бытовых стоков в водоемы допускается только после их эффективной очистки и обеззараживания с лабораторным контролем взвешенных и растворенных в воде веществ. В проекте очистных сооружений должен быть представлен расчет времени отстаивания сточных вод с обоснованием применения (или отказа от применения) коагулянтов и флокулянтов. Не допускается ввод в действие технологического оборудования до пуска в эксплуатацию сооружений по очистке сточных вод.

2. Производительность сооружений по очистке вод должна рассчитываться на возможное увеличение мощности предприятий (не менее 20-летнего срока) в соответствии с требованиями СНиП "Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования" и СНиП "Канализация. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования".

3. Схемы водоснабжения предприятий должны предусматривать организацию оборотных циклов использования воды в технических целях.

4. Сброс сточных вод предприятий в водоемы должен осуществляться при строгом соблюдении требований к качеству сбрасываемой воды у первого пункта водопользования ниже по течению в соответствии с СанПиН "Охрана поверхностных вод от загрязнений", СанПиН "Санитарные нормы предельно допустимого содержания вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования" и дополнений к нему, "Методическими указаниями по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами предприятий угольной промышленности".

5. Санитарной охране подлежат реки, водохранилища, озера, ручьи, пруды, искусственные каналы, а также подземные воды, используемые для хозяйственно-питьевых, культурно-бытовых и бальнеологических целей.

6. Поверхностные сточные воды с территории предприятий и смывы с полов производственных помещений перед сбросом в водоемы должны подвергаться локальной очистке или направляться на общие очистные сооружения.

7. Очистные сооружения предприятий, должны соответствовать "Нормативным требованиям по проектированию и строительству предприятий, зданий и сооружений в условиях северной строительно-климатической зоны, вечномерзлых грунтов и отрицательных температур".

2. Требования к санитарной охране атмосферного воздуха и земельных ресурсов.

1. Санитарная охрана атмосферного воздуха в районах размещения предприятий известковой промышленности должна осуществляться в соответствии с СанПиН "Гигиенические требования к охране атмосферного воздуха населенных мест" , ГОСТ "Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями". Действующие предприятия должны иметь нормативы предельно допустимых выбросов, согласованные и утвержденные в установленном порядке.

2. Проекты эксплуатации, тушения и разработки горючего сырья должны быть разработаны в соответствии с отраслевыми инструкциями.

3. Сырьевые склады должны располагаться за пределами населенных пунктов и предприятий с подветренной (для ветров преобладающего направления) стороны к предприятию, жилым зданиям, зданиям общественного и коммунального назначения стороны.

4. Для предотвращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами горения и пылью должны приниматься эффективные меры по предупреждению самовозгорания. Запрещается эксплуатация горящего сырья и подлежит обязательному тушению.

5. Во время тушения следует производить измерение концентраций оксида углерода и сернистого ангидрида на рабочих местах в начале каждой смены. При содержании вредных газов в количестве, превышающем допустимые нормы, должны приниматься меры, обеспечивающие безопасность работ.

6. Использование твердых отходов в отраслях промышленности, в том числе в стройиндустрии, возможно только с разрешения органов Госсанэпиднадзора.

7. При перевозке извести в железнодорожных вагонах и на платформах должны быть предусмотрены меры по предотвращению просыпей и сдувания пыли.

8. Запрещается складирование и выгрузка извести и породы в неустановленных местах при их вывозке канатными дорогами, автомобильным, конвейерным или рельсовым транспортом.

9. При ликвидации предприятия в Технико-экономическом обосновании по его закрытию должны предусматриваться меры и средства на устранение неблагоприятных экологических последствий прекращения деятельности.

Охрана труда

1.Техника безопасности

1. В соответствии с Руководством "Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса". Руководитель предприятия обязан обеспечить работников, занятых на производствах с вредными и опасными условиями труда, средствами коллективной и индивидуальной защиты, смывающими и обеззараживающими препаратами в соответствии с "Типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи рабочим и служащим специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты" и ГОСТом "Средства индивидуальной защиты работающих. Общие требования и классификация", обучить правилам их применения и контролировать использование. Применение СИЗ не должно заменять требований по разработке и осуществлению технических мероприятий по снижению уровней опасных и вредных производственных факторов до допустимых гигиенических нормативов.

2. Для защиты органов дыхания от пыли все лица, занятые на работах, где возможно содержание ее в воздухе выше уровня ПДК, должны быть обеспечены респираторами, соответствующими требованиям ГОСТа ССБТ "Средства индивидуальной защиты органов дыхания". Режимы применения респираторов должны устанавливаться с учетом концентрации пыли в воздухе рабочей зоны и времени пребывания в них работающих и согласовываться с органами Госсанэпиднадзора. Должны быть определены производственные операции, выполнение которых без респираторов не допустимо. Разрешается пользование респираторами только тех типов, технические характеристики которых согласованы с органами Госсанэпиднадзора.

3. Рабочие, подвергающиеся воздействию интенсивного шума, в том числе в подземных горных выработках, должны применять индивидуальные средства защиты, соответствующие требованиям ГОСТа "Средства индивидуальной защиты органов слуха. Общие технические условия". При выборе индивидуальных средств защиты необходимо учитывать спектральную характеристику акустических колебаний (Прил. 6).

4. Рабочие должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты от вибрации (антивибрационные рукавицы, обувь и др.). Средства индивидуальной защиты от вибрации должны соответствовать ГОСТу "Средства индивидуальной защиты рук от вибрации. Общие технические требования и методы испытаний" и ГОСТу "Обувь специальная виброзащитная. Общие технические требования".

5. Для защиты кожи от воздействия вредных веществ, высокой или низкой температуры поверхностей органов управления рабочие должны обеспечиваться защитными средствами, соответствующими ГОСТу ССБТ "Одежда специальная защитная. Средства индивидуальной защиты ног и рук. Классификация". В качестве СИЗ кожи рук от пыли и вредных веществ должны применяться рукавицы, перчатки, защитные мази и пасты, соответствующие требованиям ГОСТа ССБТ "Средства дерматологические защитные. Классификация. Общие технические требования".

6. Хранение, использование, ремонт, чистка и другие виды профилактической обработки специальной одежды, обуви и других средств индивидуальной защиты должны осуществляться в соответствии с требованиями "Инструкции о порядке обеспечения рабочих и служащих специальной одеждой, специальной обувью и другими средствами индивидуальной защиты". Вынос СИЗ с предприятия запрещается.

7. Водозащитная спецодежда и влажная спец-обувь должны просушиваться при температуре не выше 50 °С после каждой смены. Кожаная спец-обувь должна после просушки смазываться смягчающей мазью.

8. Спец-обувь должна подвергаться мойке с применением 5% раствора хлорамина Б или 1% раствора фитона в течение 15 мин. или другими допущенными к применению дезинфицирующими средствами. Санитарной обработке с использованием дезинфекционных средств должны также подвергаться респираторы, защитные каски, подтяжки и носки.

9. Спецодежда и спецобувь больных гнойничковыми заболеваниями кожи и грибковыми болезнями стоп и кистей должна подвергаться ежедневной дезинфекции 5% раствором хлорамина Б или другими дезинфицирующими средствами.

2. Требования безопасности во время работы

1. Дробильщик обязан работать в установленной спецодежде и обуви, использовать средства индивидуальной защиты: респиратор, вкладыши противошумные, защитную каску.

2. Дробильщик обязан: быть внимательным и выполнять требования установленных звуковых и световых сигналов; передвигаться по установленным проходам и переходным мостикам; содержать свое рабочее место в чистоте, не допуская загромождения его посторонними предметами; при сдаче смены докладывать сменному мастеру о неполадках в работе дробилки и мерах, принятых по их устранению, сделать запись в журнале приема-сдачи смены.

3. Запуск дробилки в работу производится дробильщиком через 1 - 2 мин. после подачи установленных звуковых или световых сигналов. При дистанционном централизованном управлении технологическим оборудованием запуск дробилки производится диспетчером завода с пульта управления. Перед запуском оборудования в работу подается предупредительный световой и звуковой сигнал. Дробильщик, получив сигналы, должен отойти на безопасное расстояние от оборудования. Условные обозначения подаваемых сигналов должны быть вывешены на рабочем месте дробильщика.

4. Пуск дробилки и ее эксплуатация производятся в соответствии с инструкцией по эксплуатации. При наличии при пуске непривычного шума, стука, указывающих на неисправность дробилки, дробилку следует выключить, сообщить мастеру и не включать до устранения неисправностей.

5. Снимать и устанавливать ограждения; подтягивать пружины, болты; смазывать подшипники вручную, надевать и снимать клиновые ремни; регулировать размер разгрузочной щели; производить очистку дробилки, осмотр механизмов; выполнять ремонтные работы допускается только после полной остановки дробилки, отключения от электросети электродвигателя, снятых предохранителях. Отключение от сети производить в диэлектрических перчатках, стоя на изолирующем коврике. На пусковом устройстве следует вывесить табличку "Не включать! Работают люди!".

6. Дробильщику во время работы дробилки запрещается: заглядывать в зев дробилки; производить осмотр механизмов вблизи движущихся частей; уходить без разрешения мастера со своего рабочего места.

7. В случае прекращения подачи электроэнергии дробильщик обязан отключить электродвигатель от сети и полностью очистить дробильную камеру от материала.

8. Дробильщик должен основное время находиться в помещении (кабине), обеспечивающем достаточный обзор зоны обслуживания, оборудованном пультом управления, телефоном. Если по условиям работы дробильщик находится вне кабины, то он обязан пользоваться средствами индивидуальной защиты: защитной каской, вкладышами противошумными, респиратором.

9. Большие недробимые куски камня нужно удалять из зева подъемными средствами со специальными приспособлениями. Извлекать застрявшие в рабочем пространстве дробилки куски породы вручную и дробить их кувалдами запрещается.

10. Для предотвращения аварийных ситуаций необходимо не допускать перегрузки дробилки, следить за работой централизованной смазки конусной дробилки, следить за состоянием шкива и маховика щековой дробилки.

11. При выполнении ремонтных работ на дробилках спуск дробильщика в рабочее пространство дробилки необходимо осуществлять с использованием лестниц и применением предохранительных поясов. При этом над загрузочным отверстием дробилки должен быть устроен временный настил, исключающий падение различных предметов на людей. Прикреплять предохранительный пояс следует только к постоянным, надежно укрепленным конструкциям. Места закрепления должны быть обозначены на конструкциях.

12. При выполнении слесарных работ дробильщик обязан пользоваться исправным инструментом. Кувалды, молотки должны быть прочно насажены на деревянные ручки. Гаечные ключи должны соответствовать размерам гаек и болтов. Наращивать ключ другим ключом запрещается. При необходимости следует пользоваться ключом с удлиненной рукояткой.

13. По окончании ремонта дробильщик должен убрать с дробилки инструмент, запчасти и другие предметы.

14. Пуск дробилки в работу после ремонта дробильщик должен производить под руководством мастера или бригадира, производившего ремонтные работы.

Технико-экономическая часть

При выборе предварительного оборудования для первой стадии дробления учитывалось:

Предел прочности материала при сжатии σ сж =50·10 6 Па;

Размер загружаемого куска δ н.мах, мм;

Минимальная ширина разгрузочной щели α, мм, с учетом регулирования Δα, мм;

Соответствие исходной производительности;

Минимальная мощность двигателя N дв .

Для первой ступени дробления подходят дробилки ЩДС-12х15; ККД-1000/150 и ДДЗ-16.

Таблица 8

Варианты дробилок для 1 ступени дробления

Сопоставляя эти данные, выбираем дробилку ЩДС-12х15, потому что другие 2 дробилки потребляют мощность в два раза больше чем выбранная и максимальный размер частиц на выходе из дробилки по отношению к другим.

Для второй ступени дробления материала подходят дробилки КСД-1750Гр; ЩДС-6х9; ДДЗ-6 и М-13-11.

Таблица 9

Варианты дробилок для 2 степени дробления

Сопоставляя эти данные, выбираем дробилку М-13-11 . Другие дробилки и проходят по мощности, но максимальный размер куска на выходе из дробилки имеет минимальное значение выбранная дробилка. В результате чего не требуется дополнительной ступени дробления.

Для второй стадии измельчения с требуемой величиной мощности (1,3…1,5)N шз =334…385,5кВт выбираем шаровую мельницу сухого помола ШБМ-287/470 с N дв = 410кВт, так как другие дробилки имеют большой запас мощности (ШБМ-287/410 с N дв = 650кВт и ШБМ-320/570 с N дв = 700кВт) или не проходят по мощности и масса загружаемых шаров меньше,чем требуемая.

Приложение.

Таблица 1

Введение

ДРОБЛЕНИЕ - процесс разрушения кусков руды, угля и другого твёрдого материала с целью получения требуемой крупности (более 5 мм), гранулометрического состава или степени раскрытия минералов.

Дробление основано на действии внешних сил - сжатии, растяжении, изгибе или сдвиге, которые проявляются в максимальной степени в ослабленных сечениях куска, вызванных дефектами его структуры (размером формой), слоистостью, пористостью и трещиноватостью. Для процессов дробления наиболее важные характеристики - прочность (крепость) и дробимость кусков. Для энергетической оценки дробления выдвинуто и используется в расчётах несколько гипотез: о пропорциональности элементарной работы дробления приращению площади поверхности куска или квадрату его диаметра; о пропорциональности элементарной работы деформации куска изменению его первоначального объёма или куба его диаметра; о пропорциональности элементарной работы, затрачиваемой на дробление куска, изменению его первоначального объёма и приращению площади поверхности куска о связи напряжения на концах трещин куска и критической длиной трещины; о пропорциональности элементарной работы дробления среднегеометрического приращению объёма и площади поверхности.

Предпочтительные области применения гипотез: при крупном дроблении (приращение поверхности мало) работу дробления определяют по гипотезе Кирпичёва; при мелком дроблении (измельчении, истирании) - по гипотезе Риттингера. Закон Бонда достаточно точно применим при среднем дроблении. Теория дробления позволяет количественно описывать процессы дробления в машинах различных типов и их параметры - работу дробления, мощность двигателя, производительность, наибольшие усилия дробления и т.п.

Дробление может быть осуществлено следующими методами: раздавливания, наступающего вследствие превышения напряжений деформации предела прочности материала на сжатие; раскалывания - из-за расклинивания (растяжения) и последующего разрыва куска; излома - из-за изгиба; срезывания - из-за сдвига; истирания, проявляющегося в малой степени - из-за сдвига и последующего срезывания; удара - из-за действия напряжений сжатия, растяжения, изгиба и сдвига. Раздавливание применяется, как правило, при крупном и среднем дроблении твёрдых горных пород и углей, раскалывание или удар - преимущественно для хрупких и вязких пород (углей, известняков, асбестовых руд и т.п.). Предел прочности кусков на растяжение в десятки раз меньше, однако по конструктивным соображениям в современной практике дробления основным разрушающим воздействием является раздавливание.

По виду реализации методов дробления его делят на механическое (наиболее распространённое), пневматическое, или взрывное, электрогидравлическое, электроимпульсное, электротермическое, аэродинамическое, по способу воздействия на материал - на статическое и динамическое. Статические способы механического дробления - раздавливание, раскалывание, излом. Проводят в щёковых, конусных и валковых дробилках. Динамические способы дробления - удар, истирание (роторные дробилки), раскалывание, раздавливание (стержневые дробилки-дезинтеграторы). По крупности конечного продукта выделяют крупное (100-350 мм), среднее (40-100 мм), мелкое дробление (5-40 мм). По технологическому назначению - подготовительное (для подготовки материала к обогащению или др. видам переработки), окончательное (когда продукты дробления являются товарными, например, при выпуске сортовых углей), избирательное (при котором один из компонентов материала, отличающийся меньшей прочностью, под действием одинаковой внешней силы разрушается интенсивнее другого, более прочного).

Процесс дробления обычно соединяют с предварительным грохочением, когда весь исходный материал сначала поступает на грохот, а в дробилку направляются лишь крупные куски, подрешётный продукт грохота уходит далее, минуя дробилку. Существуют открытый и замкнутый циклы дробления.

При открытом цикле дробления продукт проходит через дробилку только один раз. При замкнутом - продукт из дробилки поступает на грохот, недостаточно раздробленные куски вновь направляются в дробилку на дополнительное дробление, а мелкие - на последующую обработку. При замкнутом цикле дробления улучшается качество продукта (гранулометрический состав однороден), снижается расход энергии и износ частей дробилки. В зависимости от требуемой крупности готового продукта для получения высокой степени дробления применяют последовательно несколько стадий дробления: при дроблении руд цветных металлов, как правило, 2, 3 или 4, руд чёрных металлов и угля 2 или 3 стадии.

Развитие теории дробления связывается с уточнением закономерностей и конструктивной разработкой износоустойчивых машин и аппаратов с минимальными удельными энергозатратами дробления.

Технологическая часть

Выбор оборудования I стадии – дробления

Дроблением и измельчением называются процессы умень-шения размеров кусков или зерен полезных ископаемых пу-тем разрушения их под действием внешних сил.

В зависимости от характера внешних силразличают сле-дующие применяемые в промышленности процессы:

- обычное дробление и измельчение, осуществляемое за счет использования обычных механических сил;

- самоизмельчение при взаимном воздействии зерен друг на друга;

- электрогидравлическое дробление под действием удар-ных волн , возникающих при прохождении электрического за-ряда через жидкость;

- взрывное дробление или измельчение, основанное на рас-паде пород под действием внутренних сил растяжения при быстром снятии с них внешнего давления;

- вибрационное измельчение в поле вибрационных сил;

- центробежное измельчение в центробежном поле;

- струйное измельчение за счет кинетической энергии дви-жущихся с высокой скоростью навстречу друг другу частиц.

Наиболее широко из них используется на предприятиях цветной, черной, угольной, горно-химической, строительной и других отраслей промышленности обычное дробление, из-мельчение и самоизмельчение.

Принципиальной разницы между процессами дробления и измельчения нет. Условно считают, что при дроблении полу-чают продукты крупнее, а при измельчении мельче 5 мм. Для дробления применяют дробилки, а для измельчения - мельницы.

Процессы дробления и измельчения по своему назначе-нию могут быть подготовительными и самостоятельными .

Целью подготовительного дробления и измельчения по-лезных ископаемых перед их обогащением является раскры-тие (разъединение) минералов при минимальном их переиз-мельчении в результате разрушения минеральных сростков. Конечная крупность дробления или измельчения определяется крупностью вкрапленности извлекаемых минералов. Чем пол-нее раскрыты зерна разделяемых минералов, тем эффективнее последующий процесс обогащения. В некоторых случаях, да-же при достаточно полном раскрытии минералов, необходи-мость подготовительного дробления или измельчения обу-словлена технико-экономическими соображениями или огра-ничениями по крупности, свойственными применяемому ме-тоду обогащения. Например, максимальная крупность мате-риала при сухом магнитном обогащении не должна превы-шать 50 мм.

Дробление и измельчение называются самостоятельными, если получаемый продукт не подвергается обогащению, а яв-ляется товарным и подлежит непосредственному использова-нию (угли перед их коксованием; известняки и доломиты, ис-пользуемые в качестве флюсов; камень при изготовлении щеб-ня и др.). Крупность дробленых или измельченных продук-тов в этом случае определяется предъявляемыми к ним конди-циями (ТУ, ГОСТами).

Если минералы обладают резко различными физико-ме-ханическими свойствами, то в результате дробления или из-мельчения более твердые и прочные из них будут представле-ны более крупными кусками и зернами, чем хрупкие и менее твердые минералы. Такое дробление или измельчение называ-ется избирательным и применяется перед обогащением по крупности.

Размер максимальных кусков руды или угля, поступаю-щих с горных цехов на обогатительные фабрики, достигает 1000-1500 мм, тогда как необходимая крупность материала, поступающего на обогащение, обычно менее 10 мм, а при ис-пользовании флотационных методов она может быть меньше 0,1 мм. Добиться сокращения размера кусков с 1500 до 0,1 мм за один прием практически невозможно, поэтому дробление и измельчение осуществляются стадиально.

Интенсивность процесса дробления в каждой стадии ха-рактеризуется степенью дробления i i равной отношению раз-меров максимальных кусков в исходном D m ах и дробленом d m а x продуктах, т. е.:

Общая степень дробления равна произведению степеней дробления всех стадий:

В зависимости от крупности дробимого материала и дробленого продукта различают:

- крупное дробление (от 1500-300 до 350-100 мм), или пер-вая стадия дробления (i обычно не более 5);

- среднее дробление (от 350-100 до 100-40 мм), или вто-рая стадия дробления (i не более 8-10);

- мелкое дробление (от 100-40 до 30-5 мм), или третья ста-дия дробления (i не более 10).

Измельчение также осуществляется обычно в несколько стадий. Степень измельчения при этом оценивают или соот-ношением размеров максимальных зерен в исходном и из-мельченном продуктах, или процентным содержанием опре-деленного класса крупности (+0,100 мм; -0,074 или -0,044 мм) в измельченном продукте. Измельчение считают грубым, если содержание класса -0,074 мм в измельченном продукте составляет 20-40 %, и тонким, если его содержание превышает 75 %.

Дробление и особенно измельчение являются весьма энергоемкими процессами, потребляющими более половины всей энергии, расходуемой на обогатительной фабрике. По-этому при осуществлении их на практике всегда руковод-ствуются принципом: «Не дробить ничего лишнего». И если в исходном продукте содержится достаточное количество гото-вого класса, то его выделяют перед дроблением или измель-чением путем грохочения или классификации.

Определение величины энергии, затрачиваемой на преодоление внутренних сил сцепления зерен при их разрушении, является одной из основных задач в теории дробления и измельчения.

Для изменения междуатомного расстояния в структурной решетке кристаллического твердого тела требуется работа деформации (сжа-тие, растяжение, сдвиг или изгиб). В пределах упругости атомы возвращаются в свое первоначальное положение. В горных породах предел упругости и предел разрушения часто совпадают.

В зернах горных пород действуют силы сцепления внутри кри-сталлов и силы между отдельными кристаллами. Они имеют одина-ковую физическую природу и различаются между собой только величиной. Первые силы во много раз превышают вторые.

Все горные породы содержат в себе зоны ослабления (дефекты) структуры микро- и макротрещины, что в большой степени влияет на зерновой состав продуктов измельчения и удельный расход энергии.

Таким образом, величина внутренних сил взаимного сцепления частиц горной породы, которые необходимо преодолеть при ее дроблении или измельчении, определяется природой и структурой кристаллов, входя-щих в состав этой породы, а также величиной дефектов структуры, микро- и макротрещин.

Процесс дробления и измельчения горных пород вначале про-исходит по трещинам и наиболее слабым местам после перехода за предел прочности нормальных и касательных напряжений, возни-кающих в материале. Затем идет разрушение более однородной массы. При весьма тонком измельчении сопротивление материала разруше-нию резко возрастает.

Энергия, идущая на дробление и измельчение, расходуется на упругую деформацию разрушаемых зерен, рассеивается в окружа-ющее пространство в виде тепла и на образование новой поверхности и превращается в свободную поверхностную энергию измельченных зерен.

По Кирпичеву-Кику , расход энергии на дробление материала пропорционален его объему или массе (весу).

При деформациях сжатия, растяжения и изгиба, когда действуют нормальные напряжения, работа разрушения одного крупного куска с малой степенью дробления пропорциональна изменению его объема Δv

Так как Δv пропорционально первоначальному объему куска Δv = k 1 v , то

где k, k 1 , k 2 , k к и k 0 — коэффициенты пропорциональности; М — масса (вес) куска; D — диаметр куска.

Таким образом, работа дробления пропорциональна объему или массе дробимого зерна.

Уравнения (3.4) и (3.5) справедливы при дроблении крупных кусков с малой степенью дробления, когда величиной энергии, расходуемой на образование новой поверхности, можно пренебречь.

Предположим, что в дробление поступает G т исходного материала, состоящего из зерен различной крупности и формы.

Определим работу дробления G т материала по отдельным стадиям (условия аналогичны предыдущему случаю).

Работа дробления G т материала, состоящего из N кусков одина-ковой массы М, равна (по формуле Кирпичева-Кика):

При i = r n работа дробления по стадиям составит:

Работа дробления G т материала при общей степени дробления i равна

Подставив п в формулу (3.59), получим

По Риттингеру работа, затраченная на измельчение, пропорциональна величине вновь образованной поверхности. Пред-положим, что зерно в виде куба с ребром D разрушается до куба с ребром d. Число полученных кубов

Поверхности куба S 1 и полученных кубов S 2 соответственно равны:

Вновь образованная поверхность

где i — степень измельчения.

Работа, расходуемая на измельчение этого зерна, равна

где А 0 — работа образования единицы новой поверхности.

Работа измельчения пропорциональна поверхности дробимого зерна.

Удельная работа А 0 образования новой поверхности зависит от природы материала, его крупности, степени и способа измельчения.

Закон Риттингера справедлив при измельчении полезных ископае-мых с большими степенями, когда энергия расходуется на образова-ние новой поверхности. В этом случае энергия расходуется в основном на деформацию сдвига при переходе касательных напряжений за предел прочности. Закон Риттингера не учитывает изменения сопро-тивления материала измельчению в данной мельнице по мере умень-шения его крупности.

Предположим, что в измельчение поступает Q исходного материала, состоящего из зерен различной крупности и формы. Пусть D и d — средние диаметры зерен до и после измельчения; во всех стадиях одинаковая степень измельчения r , а число стадий равно п, т. е.

где i — общая степень измельчения.

Тогда работу измельчения Q тонн материала по отдельным ста-диям согласно закону Риттингера можно определить по формулам.

где δ — плоскость материала; - коэффициенты пропорциональности.

Общая работа измельчения

Сумма членов геометрической прогрессии со знаменателем г равна

Следовательно,

По Ребиндеру , работа, затрачиваемая на измельчение материала, представляет собой сумму работ, расходуемых на его деформацию и на образование новой поверхности:

где А Д — работа упругих деформаций; А S — работа образования новой поверхности; k — коэффициент пропорциональности, пред-ставляющий собой работу деформации в единице деформируемого объема зерна; Δv — изменение объема деформируемого зерна; А 0 — коэффициент пропорциональности, представляющий собой затрату работы на образование единицы новой поверхности; ΔS — вновь образованная поверхность при измельчении.

По Ребиндеру, процесс упругой деформации тела характеризуется наведением в нем новой поверхности (трещины). При предельной объемной концентрации в теле трещин наступает его разрушение. Между процессами упругой деформации и разрушения с точки зрения образования поверхности разницы не существует.

Установленная П. А. Ребиндером зависимость позволяет рас-сматривать процесс измельчения как единое целое и в то же время анализировать его. Работа образования новой поверхности А S является полезной, а работа упругих деформаций A Д — потерей.

Тогда коэффициент полезного процесса измельчения

Таким образом, для повышения к. п. д. измельчения следует:

По возможности увеличивать А S (т. е. измельчать материал при максимальном перенапряжении);

Применять поверхностно-активные вещества, которые снижают предел упругих напряжений.

Между дроблением крупных кусков с малой степенью, описыва-емым уравнением (3.3), и измельчением с большой степенью, описы-ваемым уравнением (3.8), имеются крупное, среднее и мелкое дробле-ние со средними степенями дробления, для которых необходимо учитывать обе составляющие уравнения (3.10). Для превращения правой части этого уравнения в одночлен сделано допущение, что работа, расходуемая на дробление, пропорциональна среднему геометрическому из объема и поверхности разрушаемого зерна и составляет

Формула (3.12) выражает работу на дробление по Бонду .

В дальнейшем принимается, что измельчение зерна от крупности D до крупности d производится в n приемов с постоянной однократной степенью измельчения r . Тогда в первом приеме измельчения полу-чится r 3 зерен размером D/r и затрачивается работа

Соответственно во втором и n- мприемах измельчения:

Общая работа, расходуемая на измельчение,

Сумма геометрической прогрессии со знаменателем r 0,5

Следовательно,

Определим работу на измельчение G т материала.

Число зерен кубической формы с ребром D в G т материала

где δ — плотность материала.

Тогда работа на измельчение G т материала

Так как, то

В этой формуле неизвестными являются k 0 и r .

Пользуясь выражением (3.14), можно приближенно определить работу для крупного, среднего и мелкого дробления со средними степенями дробления.

Формулы (3.9), (3.7), (3.10), (3.14) можно использовать для сравнительной оценки процессов дробления (измельчения), когда не нужно знать величины коэффициентов пропорциональности.

ЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ

Сущность стадии дробления. Дробление - это ряд последовательных митотических делений зиготы и далее бластомеров, заканчивающихся образованием многоклеточного зародыша - бластулы. Первое деление дробления начинается после объединения наследственного материала пронуклеусов и образования общей метафазной пластинки. Возникающие при дроблении клетки называют бластомерами (от греч. бласте- росток, зачаток). Особенностью митотических делений дробления является то, что с каждым делением клетки становятся все мельче и мельче, пока не достигнут обычного для соматических клеток соотношения объемов ядра и цитоплазмы. У морского ежа, например, для этого требуется шесть делений и зародыш состоит из 64 клеток. Между очередными делениями не происходит роста клеток, но обязательно синтезируется ДНК.

Все предшественники ДНК и необходимые ферменты накоплены в процессе овогенеза. В результате митотические циклы укорочены и деления следуют друг за другом значительно быстрее, чем в обычных соматических клетках. Сначала бластомеры прилегают друг к другу, образуя скопление клеток, называемое морулой. Затем между клетками образуется полость - бластоцель, заполненная жидкостью. Клетки оттесняются к периферии, образуя стенку бластулы - бластодерму. Общий размер зародыша к концу дробления на стадии бластулы не превышает размера зиготы.

Главным результатом периода дробления является превращение зиготы в многоклеточный односменный зародыш.

Морфология дробления. Как правило, бластомеры располагаются в строгом порядке друг относительно друга и полярной оси яйца. Порядок, или способ, дробления зависит от количества, плотности и характера распределения желтка в яйце. По правилам Сакса - Гертвига клеточное ядро стремится расположиться в центре свободной от желтка цитоплазмы, а веретено клеточного деления - в направлении наибольшей протяженности этой зоны.

В олиго- и мезолецитальных яйцах дробление полное, или голобластическое. Такой тип дробления встречается у миног, некоторых рыб, всех амфибий, а также у сумчатых и плацентарных млекопитающих. При полном дроблении плоскость первого деления соответствует плоскости двусторонней симметрии. Плоскость второго деления проходит перпендикулярно плоскости первого. Обе борозды первых двух делений меридианные, т.е. начинаются на анимальном полюсе и распространяются к вегетативному полюсу. Яйцевая клетка оказывается разделенной на четыре более или менее равных по размеру бластомера. Плоскость третьего деления проходит перпендикулярно первым двум в широтном направлении. После этого в мезолецитальных яйцах на стадии восьми бластомеров проявляется неравномерность дробления. На анимальном полюсе четыре более мелких бластомера - микромеры, на вегетативном - четыре более крупных - макромеры. Затем деление опять идет в меридианных плоскостях, а потом опять в широтных.

В полилецитальных яйцеклетках костистых рыб, пресмыкающихся, птиц, а также однопроходных млекопитающих дробление частичное, или мероб-ластическое, т.е. охватывает только свободную от желтка цитоплазму. Она располагается в виде тонкого диска на анимальном полюсе, поэтому такой тип дробления называют дискоидальным.

При характеристике типа дробления учитывают также взаимное расположение и скорость деления бластомеров. Если бластомеры располагаются рядами друг над другом по радиусам, дробление называют радиальным. Оно типично для хордовых и иглокожих. В природе встречаются и другие варианты пространственного расположения бластомеров при дроблении, что определяет такие его типы, как спиральное у моллюсков, билатеральное у аскариды, анархичное у медузы.

Замечена зависимость между распределением желтка и степенью синхронности деления анимальных и вегетативных бластомеров. В олиголецитальных яйцах иглокожих дробление почти синхронное, в мезолецитальных яйцевых клетках синхронность нарушена после третьего деления, так как вегетативные бластомеры из-за большого количества желтка делятся медленнее. У форм с частичным дроблением деления с самого начала асинхронны и бластомеры, занимающие центральное положение, делятся быстрее.

Рис. 7.2. Дробление у хордовых животных с разным типом яйцеклетки.

А - ланцетник; Б - лягушка; В - птица; Г - млекопитающее:

I -два бластомера, II- четыре бластомера, III- восемь бластомеров, IV- морула, V- бластула;

1 -борозды дробления, 2 -бластомеры, 3- бластодерма, 4- бластоиель, 5- эпибласт, 6- гипобласт, 7-эмбриобласт, 8- трофобласт; размеры зародышей на рисунке не отражают истинных соотношений размеров

Рис. 7.2. Продолжение

К концу дробления образуется бластула. Тип бластулы зависит от типа дробления, а значит, от типа яйцеклетки. Некоторые типы дробления и бластул представлены на рис. 7.2 и схеме 7.1. Более подробное описание дробления у млекопитающих и человека см. разд. 7.6.1.

Особенности молекулярно-генетических и биохимических процессов при дроблении. Как было отмечено выше, митотические циклы в периоде дробления сильно укорочены, особенно в самом начале.

Например, весь цикл деления в яйцах морского ежа длится 30-40 мин при продолжительности S-фазы всего 15 мин. gi- и 02-периоды практически отсутствуют, так как в цитоплазме яйцевой клетки создан необходимый запас всех веществ, и тем больший, чем она крупнее. Перед каждым делением происходит синтез ДНК и гистонов.

Скорость продвижения репликационной вилки по ДНК в ходе дробления обычная. Вместе с тем в ДНК бластомеров наблюдается больше точек инициации, чем в соматических клетках. Синтез ДНК идет во всех репликонах одновременно, синхронно. Поэтому время репликации ДНК в ядре совпадает с временем удвоения одного, притом укороченного, репликона. Показано, что при удалении из зиготы ядра дробление происходит и зародыш доходит в своем развитии почти до стадии бластулы. Дальнейшее развитие прекращается.

В начале дробления другие виды ядерной активности, например транскрипция, практически отсутствуют. В разных типах яиц транскрипция генов и синтез РНК начинаются на разных стадиях. В тех случаях, когда в цитоплазме много различных веществ, как, например, у земноводных, транскрипция активируется не сразу. Синтез РНК у них начинается на стадии ранней бластулы. Напротив, у млекопитающих синтез РНК уже начинается на стадии двух бластомеров.

В периоде дробления образуются РНК и белки, аналогичные синтезируемым в процессе овогенеза. В основном это гистоны, белки клеточных мембран и ферменты, необходимые для деления клеток. Названные белки используются сразу же наравне с белками, запасенными ранее в цитоплазме яйцеклеток. Наряду с этим в период дробления возможен синтез белков, которых не было ранее. В пользу этого свидетельствуют данные о наличии региональных различий в синтезе РНК и белков между бластомерами. Иногда эти РНК и белки начинают действовать на более поздних стадиях.

Важную роль в дроблении играет деление цитоплазмы - цитотомия. Она имеет особое морфогенетическое значение, так как определяет тип дробления. В процессе цитотомии сначала образуется перетяжка с помощью сократимого кольца из микрофиламентов. Сборка этого кольца проходит под непосредственным влиянием полюсов митотического веретена. После цитотомии бластомеры олиголецитальных яиц остаются связанными между собой лишь тоненькими мостиками. Именно в это время их легче всего разделить. Это происходит потому, что цитотомия ведет к уменьшению зоны контакта между клетками из-за ограниченной площади поверхности мембран

Сразу после цитотомии начинается синтез новых участков клеточной поверхности, зона контакта увеличивается и бластомеры начинают плотно соприкасаться. Борозды дробления проходят по границам между отдельными участками овоплазмы, отражающим явление овоплазматической сегрегации. Поэтому цитоплазма разных бластомеров различается по химическому составу.

Процессы дробления осуществляются обычно в три стадии:

Крупное дробление – от 1200 до 300 мм

Среднее дробление – от 300 до 75 мм

Мелкое дробление – от 75 до 15 мм

Каждая стадия характеризуется степенью дробления (i), то есть отношением диаметра максимальных кусков руды, поступающих на дробление (Д max) к диаметру максимальных кусков руды после дробления (d max):

Степень дробления, посчитанная по формуле, характеризует процессы дробления и измельчения недостаточно полно, допустим, что при дроблении или измельчении двух материалов, имеющих одинаковые характеристики крупности, получены продукты с одинаковыми максимальными кусками, но с различными характеристиками крупности. Суммарная характеристика по плюсу для одного продукта выпуклая, а для другого – вогнутая. Это означает, что второй продукт раздроблен мельче, чем первый, но если подсчитать степени дробления по отношению размеров максимальных кусков, то они окажутся одинаковыми. Отсюда видно, что степень дробления правильнее вычислять как отношение средних диаметров, которые находятся с учетом характеристик крупности исходного материала и продукта дробления.

Степень дробления, достигаемая в каждой отдельной стадии, называется частной степенью дробления.

i 1 = = 4; i 2 = = 4; i 3 = = 5.

Общая степень дробления равна произведению частных степеней дробления.

i общ. =i 1 *i 2 *i 3 = 4 * 4 * 5 = 80

Степень дробления определяется возможностью дробильного оборудования.

Обычно для

I стадии дробления i = 3-5

II стадии дробления i = 3-5

III стадии дробления i = 3-8 (10)

Стадия дробления – это одна операция дробления или совокупность операции дробления с грохочением.

5.3 Способы дробления

Под способом дробления понимают вид воздействия разрушающей силы на куски дробимого материала. Процесс разрушения может наступить в результате (рис. 5.1):

раздавливания (дешевый способ) раскалывания (для хрупких руд)

истирания удар (для материала средней твердости)

Рис. 5.1 Способы дробления

Способ дробления выбирается в зависимости от физико-механических свойств дробимого материала и от крупности кусков. Различают горные породы прочные или твердые и мене прочные или мягкие; породы вязкие и хрупкие. Способность горных пород противостоять разрушению зависит так же от наличия трещин в кусках и способа воздействия на них окружающего усилия. Наибольшее сопротивление оказывают горные породы раздавливанию, меньшее – изгибу, и наименьшее – растяжению. Нередко применяют сочетание способов разрушения.

5.4 Технология дробления

Из соображений конструктивного характера, а так же вследствие нежелательности переизмельчения, в современной практике обогащения применяются дробилки, работающие главным образом раздавливанием и ударом при добавочных истирающих и изгибающих воздействиях на дробимый материал.

Крупное, среднее и мелкое дробление твердых (прочных) и хрупких пород целесообразно производить раздавливанием, а твердых и вязких пород – раздавливанием с участием истирания. Крупное дробление мягких и хрупких пород целесообразно выполнять раскалыванием, а среднее и мелкое – ударом. Все полезные ископаемые измельчают ударом с участием истирания.

Крупное, среднее и мелкое дробление обычно сухое, мокрое дробление применяют только в тех случаях, когда дробимый материал содержит глину, которую стараются отмыть одновременно с дроблением. Промывка, например, производится при дроблении глинистых железных марганцевых руд. Вода для промывки подается в рабочее пространство дробилок. В некоторых случаях вода подается в небольшом количестве из брызгал в завалочную воронку дробилки крупного дробления. Назначение этой воды – увлажнить дробимый материал и тем самым уменьшить пылеобразование.

Иногда материалы, слагающие куски полезных ископаемых, обладают различными физико-механическими свойствами. После дробления или измельчения таких полезных ископаемых, в специально подобранных условиях, одни, более твердые и прочные минералы, будут представлены крупными кусками, другие, менее твердые и хрупкие, - кусками значительно меньшего размера. Последующий рассев дробленого продукта позволит отделить одни минералы от других, т.е. произвести более или менее совершенное обогащение полезного ископаемого. Дробление или измельчение в этом случае имеет значение обогатительной операции и называется «избирательным дроблением».