Измельчение – это тонкое дробление какого–либо твёрдого материала до частиц требуемого размера. Измельчение в основном широко применяется для обогащения полезных ископаемых в горном деле, а также в металлургии, химической, строительной и других отраслях промышленности.
Измельчение происходит в две стадии:
- дробление;
- помол.
Дробление – это получение кускового продукта необходимой крупности и гранулометрического или фракционного состава, и, при необходимости, подготовка его к помолу.
Помол – это процесс увеличения дисперсности твердого материала, придание ему определенного гранулометрического состава и формы частиц и дезагрегирование (разъединение слипшихся частиц).
Гранулометрический состав – содержание в продукте измельчения зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы или количества зерен исследованного образца.
В дробильных и измельчительных машинах материал измельчается за счет процессов раздавливания, удара, истирания, при которых основное значение имеют деформации сжатия и сдвига.
Под действием внешних сил в куске измельчаемого материала возникают напряжения, вызывающие микротрещины, которые способны частично закрываться при снятии нагрузки. Некоторая предельная концентрация микротрещин в единице объёма может привести к возникновению по крайней мере одной большой трещины, которая приводит к распадению куска на части. При повторном нагружении куска такие трещины могут дать начало большой трещине и т. д.
По мере уменьшения размера кусков в процессе измельчения их прочность возрастает, так как в мелких частицах оказывается меньше структурных дефектов. При очень тонком измельчении частицы размерами в несколько мкм и мельче могут под действием сил молекулярного сцепления образовывать хлопья и сростки. В этом случае при измельчении одновременно возникают новые мелкие кусочки, происходит их частичное укрупнение вследствие агрегатирования. Для предотвращения агрегатирования добавляют поверхностно-активные вещества, покрывающие частицы тончайшей плёнкой, которая препятствует слипанию.
Степень измельчения определяется как отношение среднего размера кусков (зерен) исходного материала к среднему размеру кусков (зерен, частиц) измельченного продукта.
Главные характеристики продукта измельчения – гранулометрический состав (в %) и удельная поверхность (в см2/г).
Измельчение способствует:
- улучшению однородности смесей;
- улучшению физико-механических свойств и структуры материалов и изделий;
- ускорению и повышению глубины протекания химических реакций;
- повышению интенсивности сочетаемых с измельчением других технологических процессов;
- повышению красящей способности пигментов и красителей, активности адсорбентов и катализаторов;
- переработке полимерных композиций, включающих высокодисперсные наполнители, отходы производства, бракованные и изношенных изделий и т. д.
По размеру частиц получаемого продукта измельчение классифицируют:
Дробление:
- 300 – 100 мм – грубое;
- 100 – 25 мм – среднее;
- 25 – 1 мм – мелкое.
Помол:
- 1000 – 500 мкм – грубый;
- 500 – 100 мкм – средний;
- 100 – 40 мкм – тонкий;
- менее 40 мкм – сверхтонкий.
Среди машин для измельчения в основном используют:
- дробилки;
- измельчители;
- мельницы.
Основными показателями производительности машин для измельчения являются масса и крупность исходного материала и продукта. Расход энергии на измельчение зависит от прочности (измельчаемости) материала, крупности исходного материала, степени загрузки мельницы и др.
Процесс измельчения может происходить в открытом или замкнутом цикле, а так же в одну или несколько стадий.
В открытом цикле материал проходит через измельчитель один раз, а в замкнутом цикле материал повторно поступает в измельчитель, пока не измельчиться до нужного размера. Для повышения производительности дробильного оборудования, уменьшения энергозатрат и уменьшения переизмельчения материала, измельчение осуществляют в замкнутом цикле с классифицирующим аппаратом, при этом из материала, разгружающегося из мельницы, выделяется готовый измельченный продукт, а крупный материал возвращается в мельницу. Замкнутый цикл позволяет получить продукт тонкого измельчения, а открытый цикл – продукт грубого и среднего измельчения.
Дробильное оборудование эффективно работает только при определённой степени измельчения, поэтому для получения тонкого продукта измельчение часто ведут в два, реже в три стадии, направляя материал в установленные последовательно дробилки или мельницы для грубого, среднего и тонкого измельчения. Такой подход позволяет снизить энергопотребление. При этом возможны разные схемы измельчения, например, при двухстадийной схеме мельница первой стадии может работать в открытом цикле, а мельница второй – в замкнутом.
Различают так же сухое и мокрое измельчение:
- Сухое измельчение проводят в воздушной среде или в инертных газах при переработке окисляющихся, пожаро– и взрывоопасных, а также токсичных материалов.
- Мокрое измельчение проводят предварительно смешав исходный материал с жидкостью, преимущественно с водой, при обогащении руд методом флотации, при последовательной обработке измельченного материала в виде суспензии, при повышении влажности материала и наличии в нем комкующих примесей, при необходимости исключить пылеобразование.
