Вопрос 2. Способы измельчения и их физические основы

Измельчение материалов осуществляется стесненным и свободным ударом, ударяющим инструментом или поверхностью опорной плиты.

Процесс проводят в дробилках и мельницах, начиная с измельчения глыб и кончая коллоидным измельчением. Размер частиц после коллоидного измельчения составляет до 1 мкм.

(1)

Обычно куски измельчаемого материала и куски или частицы, получаемые в результате измельчения, не имеют правильной фор­мы. На практике размеры кусков (d_н и d_к ) характеризуются разме­ром отверстий сит, через которые просеивают сыпучий материал до и после измельчения.

Для достижения высоких степеней измельчения процесс прово­дят в несколько стадий на последовательно установленных машинах.

В зависимости от начальных и конечных размеров наибольших кусков и частиц материала измельчение подразделяется на следу­ющие виды:

Выбор метода измельчения зависит от крупности и прочности кусков измельчаемых материалов.

Прочные и хрупкие материалы измельчаются раздавливанием и ударом, прочные и вязкие — раздавливанием, вязкие материалы средней прочности — истиранием, ударом и раскалыванием.

Измельчение может проводиться в один или несколько при­емов, в открытых или замкнутых циклах.

При измельчении в открытом цикле куски материала проходят через измельчающую машину один раз. Если в исходном материале имеется примесь мелочи, то ее предварительно отсеивают. В откры­том цикле, как правило, проводят крупное и среднее дробление.

При измельчении в замкнутом цикле после измельчающей ма­шины устанавливают классифицирующее устройство, с помощью которого куски, размеры которых превышают установленный ко­нечный размер, вновь транспортируются в измельчающую маши­ну на повторное дробление.

Процессы измельчения связаны с затратой большого количе­ства энергии. Расход энергии на измельчение может быть опреде­лен на основании существующих теорий измельчения.

Поверхностная теория исходит из того, что при из­мельчении работа расходуется на преодоление сил молекулярного притяжения по поверхностям разрушения материала. Из этой тео­рии следует, что работа, необходимая для измельчения, пропор­циональна вновь образующейся поверхности измельчаемого мате­риала.

Объемная теория исходит из того, что при измельчении работа расходуется на деформации материала до достижения пре­дельной разрушающей деформации. Отсюда следует, что работа, необходимая для измельчения, пропорциональна уменьшению объема кусков материала перед их разрушением.

Полная работа внешних сил выражается уравнением Ребиндера

(2)

На основании закона Гука работа деформации материала при сжатии, Н • м,

(3)

(4)

В случае крупного дробления с малой степенью измельчения можно пренебречь работой, затрачиваемой на образование новой поверхности, и, учитывая, что ΔV=D³, получим

(5)

Уравнение (5) выражает гипотезу Кика — Кирпичева: работа дробления пропорциональна объему дробимого куска.

Для дробления с большой степенью измельчения можно пре­небречь работой, затрачиваемой на деформирование объема кус­ка. Тогда, учитывая, что ΔF= D²,

(6)