Работа классического дробильного оборудования базируется на нескольких ключевых физических принципах разрушения материала: раздавливании, раскалывании, истирании и ударном воздействии (рис. 1.5.2).
Каждая дробильная машина спроектирована таким образом, чтобы генерировать усилия, необходимые для реализации определённого, основного способа дробления. В реальных условиях непрерывного процесса, из-за хаотичного расположения кусков в рабочей зоне, обычно присутствуют элементы всех способов, однако доминирует тот, на который изначально ориентирована конструкция агрегата [8—10].
Выбор оптимального способа дробления является критически важным и зависит от двух основных факторов: физико-механических характеристик материала (прочность, хрупкость, вязкость) и исходной крупности его кусков.
Применение методов в зависимости от типа породы
Для твёрдых и хрупких пород на всех стадиях — от крупного до мелкого дробления — наиболее эффективным считается метод раздавливания. Если же материал твёрдый, но при этом вязкий, к раздавливанию добавляется компонент истирания. Мягкие и хрупкие породы на этапе крупного дробления лучше подвергать раскалыванию, а для среднего и мелкого дробления таких материалов предпочтительнее ударное воздействие.
Как правило, процессы дробления проводятся «всухую». Мокрое дробление применяется в специфических случаях, например, когда в исходной породе присутствуют глинистые включения, которые необходимо отделить (отмыть) непосредственно в ходе процесса разрушения.
Особенности процесса измельчения
Измельчение полезных ископаемых — это более тонкая операция, которая обычно осуществляется комбинированным воздействием: ударом с существенным участием истирания.
Мокрое измельчение имеет ряд технологических преимуществ: оно более производительно, полностью исключает образование пыли и значительно упрощает транспортировку полученной пульпы. Сухое измельчение является скорее исключением и используется лишь тогда, когда контакт материала с водой недопустим по технологическим или химическим причинам, либо когда последующая переработка продукта также ведётся без применения воды.
Современные подходы: разрушение в слое
Современное дробильно-размольное оборудование внедряет инновационные методы, направленные на рациональное и селективное (избирательное) разрушение минералов.
Одним из прогрессивных направлений является разрушение материала в плотном слое (рис. 1.5.3). В этом режиме куски взаимодействуют друг с другом при минимальных и однонаправленных перемещениях. Образующаяся мелочь заполняет пустоты между более крупными фрагментами, создавая эффект «наковальни» и ограничивая дальнейшую деформацию. Этот метод использует естественный принцип, когда более прочный кусковой материал способствует разрушению соседних фрагментов с внутренними дефектами.
Усовершенствованные схемы разрушения
Более эффективная схема показана на рис. 1.5.3, б. Здесь в момент сжатия слоя материала (например, с помощью пуансона) добавляется усилие сдвига. Это комбинированное воздействие (сжатие + сдвиг) значительно повышает селективность разрушения. Сдвиг также способствует более равномерному перераспределению материала и заполнению пустот, что позволяет увеличить допустимую степень деформации слоя и, как следствие, общую степень дробления [10].
На рис. 1.5.3, в представлена схема, реализованная в новом классе машин — виброинерционных дробилках. Разрушение материала в слое происходит под действием заданной регулируемой силы F в условиях интенсивной вибрации. Деформация в этом случае точно соответствует сопротивлению материала разрушению. Важнейшей особенностью данной технологии является возможность настройки оборудования на разрушение по границам кристаллов (межкристаллическим связям), прочность которых существенно ниже прочности самих кристаллических структур. Это открывает путь к высокоэффективному и энергосберегающему селективному раскрытию минералов.
Рис. 1.5.3. Схемы разрушения материала в слое при заданной нагрузке F:
а — без сдвига; б — со сдвигом; в — со сдвигом и интенсивным вибрационным воздействием