Дробление и измельчение: стадии и оборудование¶

Дробление и измельчение — процессы механического разрушения твёрдых материалов под действием внешних сил до кусков или частиц заданного размера. В совокупности эти операции образуют первую стадию переработки минерального сырья, строительных материалов, химических продуктов и вторичного сырья. Различие между дроблением и измельчением проводится по крупности исходного материала и готового продукта: дроблением принято называть процессы, дающие продукт крупностью более 5 мм, а измельчением — получение частиц мельче 5 мм. Оба процесса характеризуются высокой энергоёмкостью и значительной долей в себестоимости конечной продукции горно-обогатительных и строительных производств.

¶Стадии и степени дробления

Процесс разрушения материала осуществляется в несколько последовательных стадий, на каждой из которых применяется специфическое оборудование. Количество стадий зависит от начальной крупности исходного сырья и требуемой конечной крупности продукта.

Выделяют следующие стадии дробления:

• Крупное дробление: от 1500–1200 мм до 350–100 мм.
• Среднее дробление: от 350–100 мм до 100–40 мм.
• Мелкое дробление: от 100–40 мм до 30–5 мм.

Измельчение, в свою очередь, подразделяется на:

• Грубое (крупность частиц 5–0,1 мм);
• Тонкое (0,1–0,05 мм);
• Сверхтонкое (менее 0,05 мм).

Ключевой характеристикой процесса является степень дробления (измельчения) — отношение размера максимальных кусков исходного материала к размеру максимальных кусков (частиц) готового продукта. Суммарная степень дробления равна произведению степеней дробления на отдельных стадиях. На практике степень дробления на одной стадии ограничена конструктивными особенностями машин и обычно не превышает 3–8 для щековых и конусных дробилок.

¶Оборудование для дробления

¶Щековые дробилки

Предназначены для крупного и среднего дробления прочных и абразивных пород. Разрушение материала происходит в клинообразном пространстве между неподвижной и подвижной щеками, совершающей колебательные движения. Производительность таких машин достигает нескольких тысяч тонн в час. Недостатком является неравномерность хода и значительные вибрации.

¶Конусные дробилки

Используются на стадиях крупного, среднего и мелкого дробления. Принцип действия основан на раздавливании материала между неподвижной чашей и подвижным конусом, совершающим гирационное (круговое) движение. Обеспечивают более равномерное измельчение и меньший выход лещадных (плоских) зёрен по сравнению со щековыми дробилками.

¶Валковые дробилки

Материал затягивается и раздавливается между двумя вращающимися навстречу друг другу валками. Применяются для среднего и мелкого дробления мягких, хрупких и вязких пород, а также для вторичного сырья. Разновидностью являются зубчатые валковые дробилки, работающие преимущественно раскалыванием.

¶Молотковые и роторные дробилки

Разрушение происходит за счёт удара по кускам материала билами (молотками), закреплёнными на вращающемся роторе, а также ударов кусков о броневые плиты корпуса. Эти машины обеспечивают высокую степень дробления (до 20–30) и широко применяются для пород средней прочности, угля, гипса, известняка.

¶Оборудование для измельчения

¶Барабанные мельницы

Наиболее распространённый тип измельчительного оборудования. Представляют собой вращающийся стальной барабан, частично заполненный мелющими телами (шарами, стержнями) или рудой. Различают шаровые, стержневые, рудно-галечные и мельницы самоизмельчения. Измельчение происходит под действием удара и истирания при перекатывании мелющих тел. Барабанные мельницы работают как в мокром (с водой), так и в сухом режиме.

¶Вибрационные мельницы

В них измельчение осуществляется в результате колебаний корпуса с высокой частотой (1500–3000 об/мин). Обеспечивают получение сверхтонких порошков, однако имеют меньшую производительность и повышенный износ рабочих органов.

¶Струйные мельницы

Измельчение частиц происходит за счёт их соударения друг с другом в потоке сжатого воздуха или пара, разогнанного до сверхзвуковых скоростей. Применяются для получения особо чистых порошков (лекарственные препараты, пигменты, абразивы), так как исключают загрязнение продукта материалом мелющих тел.

¶Центробежные и планетарные мельницы

Отличаются высокой интенсивностью воздействия на материал за счёт создания больших перегрузок. Используются преимущественно в лабораторной практике и для тонкого измельчения небольших объёмов высокотвёрдых материалов.

¶Схемы дробления и измельчения

Технологические схемы включают не только дробилки и мельницы, но и вспомогательное оборудование: грохоты (для разделения по крупности), классификаторы (гидравлические или воздушные), питатели, конвейеры и бункеры. По принципу организации различают открытые циклы (материал проходит аппарат один раз) и замкнутые циклы, когда некондиционный продукт возвращается на доизмельчение в тот же аппарат. Замкнутый цикл позволяет получить продукт заданной крупности без переизмельчения и снижает энергозатраты.

¶Критерии выбора оборудования

Выбор способа и оборудования определяется физико-механическими свойствами материала (прочность, абразивность, влажность, вязкость), требуемой производительностью, крупностью питания и готового продукта, а также экономическими показателями. Для прочных кварцитов и гранитов применяют щековые и конусные дробилки, для мягких пород — роторные и молотковые. Энергозатраты на дробление составляют порядка 1–3 кВт·ч/т, на тонкое измельчение — от 10 до 30 кВт·ч/т и более, что делает стадию измельчения одной из самых дорогих в обогатительном переделе.