碎礦與磨礦課件

1、第四章 破碎礦石的理論基礎(chǔ)碎礦與磨礦第四章 破碎礦石的理論基礎(chǔ)碎礦與磨礦碎礦和磨礦的工藝特征（重點）巖礦的機械強度、可碎性與可磨性破碎機械的施力情況（重點）破碎功耗學說及其應用（重點）破碎礦石的其他方法破碎機械的分類本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容一、解離度和過粉碎1、為什么要碎礦、磨礦?使有用礦物和脈石礦物分開，達到單體解離的目的。有用礦物：我們需要的礦物，磁鐵礦，黃銅礦、方鉛礦，閃鋅礦等。 脈石礦物：我們暫時不需要或無價值的礦物，粘土礦物，石英、方解石等。生活中的例子：吃飯嚼細、消化 吃排骨骨頭與肉分離4-1碎礦和磨礦的工藝特征一、解離度和過粉碎4-1碎礦和磨礦的工藝特征2、單體顆粒只含有一種礦物

2、的顆粒。例如錫石（SnO2）、磁鐵礦（Fe3O4）、黃銅礦（CuFeS2）3、連生顆粒幾種礦物連在一起的顆粒。如黃銅礦嵌布在石英中。4、單體解離度單體顆粒數(shù)占顆?？倲?shù)的百分比。 (在顯微鏡下觀察計數(shù))2、單體顆粒5、過粉碎礦石被過度的粉碎，使得微細顆粒增多，主要是在磨礦環(huán)節(jié)產(chǎn)生。過粉碎產(chǎn)生的原因：（1）磨礦細度超過最佳粒度（2）所用設(shè)備與礦石性質(zhì)不適應，易將其泥化（3）操作條件不好（4）碎礦與磨礦工藝流程不合理5、過粉碎過粉碎的危害：（1）浪費能源，能耗增高（2）影響選礦回收率和精礦品位（3）精礦、尾礦處理困難（4）增加礦石處理成本過粉碎的危害：1、破碎與磨碎用外力克服固體物料各質(zhì)點間的內(nèi)聚力

3、，使物料塊破壞以減小其顆粒粒度的過程。2、破碎比破碎前物料粒度與破碎后產(chǎn)物粒度的比值，或物料粒度減小的倍數(shù)，用i表示， i 1。二破碎比和分階段破碎1、破碎與磨碎二破碎比和分階段破碎3、破碎比的計算方法（1）最大破碎比最大塊粒度相比（2）公稱破碎比破碎機給、排礦口尺寸之比 0.85B-給礦口有效寬度，S排礦口寬度（3）平均破碎比平均粒度之比3、破碎比的計算方法4、分段破碎與總破碎比從最大塊到適應選別要求的顆粒，粒度破碎比可達上萬倍，一次破碎不能完成任務，需經(jīng)過碎礦和磨礦配合完成相應的作業(yè)。碎礦根據(jù)粒度情況可分為一三段，粗碎 i1，中碎i2，細碎i3。磨礦根據(jù)選別粒度要求可以是一段至三段，粗磨i

4、4，細磨i5。4、分段破碎與總破碎比總破碎比：各分段破碎比的乘積總破碎比：各分段破碎比的乘積1、破碎處理量 用單位時間處理礦量的大小來表示，t/h，從數(shù)量上評價破碎過程。2、破碎效率 用破碎礦石的單位能耗來表示，kw.h/t，從能耗上評價破碎過程。3、破碎技術(shù)效率 用破碎后新生成的細粒級含量與破碎前大于細粒級含量的百分比表示，從新生細粒級的數(shù)量來評價破碎過程。三破碎過程的評價指標1、破碎處理量三破碎過程的評價指標一、巖礦機械強度巖礦機械強度指礦石破碎時對于外力的抵抗阻力。靜載下測定的礦石的抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、抗剪強度等，常用來表示巖礦的抗破碎阻力機械強度。通常用普氏系數(shù)f（俄羅斯M.

5、M 普羅托吉雅可諾夫）表示礦石的堅固程度，或稱堅固性系數(shù)。其數(shù)字為巖石單軸抗壓強度的1。4-2巖礦的機械強度、可碎性和可磨性一、巖礦機械強度4-2巖礦的機械強度、可碎性和可磨性f =0.320 ， f 越大，礦石越硬，越難磨（詳見P52表3-1-1） 粒度越小，承載的抗壓強度越大，礦石越難磨細普氏系數(shù)f:f =0.320 ， f 越大，礦石越硬，越難磨（詳見P5二、 可碎性和可磨性 可碎性和可磨性反映礦石被破碎的難易程度，它決定于礦石的機械強度。同一破碎機械，在同一條件下，處理堅硬礦石與處理軟礦石相比較 ，前一情況的生產(chǎn)率比較低，功率消耗指數(shù)也越大。結(jié)合碎礦和磨礦工藝提出的礦石的可碎性系數(shù)和可

6、磨性系數(shù)，既反映礦石的堅固程度，也能用來定量地痕量破碎機械的工藝指標。二、 可碎性和可磨性 可碎性和可磨性反映礦(1)可碎性系數(shù)(1)可碎性系數(shù)(2)可磨性系數(shù)中硬礦石一般指石英等中等硬度的礦石， f = 810 ，其可碎系數(shù)和可磨系數(shù)都等于1。 k碎，K磨1 ，礦石較軟，好碎、好磨。 K碎，K磨 1，礦石較硬，難碎、難磨。(2)可磨性系數(shù)破碎機械的施力情況，主要有五種1、壓碎（反映抗壓強度）2、劈開（反映抗拉強度）3、折斷（反映抗彎強度）4、磨剝（反映抗剪強度）5、沖擊（反映抗沖擊強度）（詳見P49圖3-1-1）4-3破碎機械的施力情況破碎機械的施力情況，主要有五種4-3破碎機械的施力情況（

7、a）壓碎；(b) 劈開；(c) 折斷；(d) 磨剝；(e) 沖擊（a）壓碎；(b) 劈開；(c) 折斷；(d) 磨剝；(e)一種破碎設(shè)備可能同時具備幾種施力方式，但以一二種力為主。選擇何種施力方式主要取決于礦石的硬度和脆性等情況。一種破碎設(shè)備可能同時具備幾種施力方式，但以一二種力為主。破碎機械對礦石的施力情況 任何一種碎礦機和磨礦機都不是只用一種力破碎礦石，通常是以某種力為主，配合上其它種類力的作用，因此，破碎機施于礦石的力是復雜的。為了便于分析研究，常?？紤]主要的力，對于其他種力的影響僅作附帶考察。破碎機械對礦石的施力情況 任何一種碎礦機和磨礦機都不是 一、受力分析 當一物體撞擊到另一物體時

8、，前者的動能迅速地轉(zhuǎn)換為后者的形變位能，而且局部的集中在被撞擊處。如果撞擊速度過高，變形來不及擴展到被撞擊物的全部，就在撞擊處發(fā)生相對較大的應力，故動載荷的破壞作用較靜載荷的大。 一、受力分析 二、礦石組成對受力的影響 一般礦石都是由多種礦物組成，它們的物理性質(zhì)不一樣，有時還有很大差別，例如煤塊中的精煤和黃鐵礦及矸石，偉晶花崗巖中的綠柱石和長石等等。當破碎這類礦石時，其中個礦物被破碎的情形不一樣，有的被破碎成較粗的粒子，有的卻細，這種現(xiàn)象稱為選擇性破碎。 二、礦石組成對受力的影響4-4 巖礦破磨能耗學說及其應用1. 巖礦破磨的能耗量 據(jù)初步統(tǒng)計，我國年破磨巖礦量超過20億噸，消耗的電能占到總發(fā)

9、電量的35%； 一般的選礦廠中，電能的絕大部分用于破磨礦石，占到選礦總電耗的60%以上。 但是，巖礦破磨輸入的能量僅僅只有6%左右轉(zhuǎn)化為所需要的有用功。4-4 巖礦破磨能耗學說及其應用1. 巖礦破磨的能耗量節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，碎礦與磨礦的節(jié)能是重要組成部分，同時也是減少大氣中二氧化碳排放量的間接措施之一。2、巖礦破裂的微觀過程 巖礦在外力的作用下，破裂的過程可分成5個階段，即施力、變形、裂紋產(chǎn)生及擴展、新生表面的生成（破裂）、外力消失及變形部分復原。節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，碎礦與磨礦的節(jié)能是重要組成部分，A-施力外力外力原子或分子化學鍵A-施力A-施力外力外力原子或分子化學鍵A-施力B-變

10、形B-變形外力外力B-變形B-變形外力外力B-化學鍵斷裂形成裂紋C-化學鍵斷裂形成裂紋外力外力B-化學鍵斷裂形成裂紋C-化學鍵斷裂形成裂紋外力外力D-裂紋擴展形成新生表面-巖礦破裂D-裂紋擴展形成新生表面-巖礦破裂外力外力D-裂紋擴展形成新生表面-巖礦破裂D-裂紋擴展形成新生表面-E-外力消失及變形部分復原-破碎完成E-外力消失及變形部分復原-破碎完成E-外力消失及變形部分復原-破碎完成E-外力消失及變形部分復3.破碎過程中的能量輸入與轉(zhuǎn)換能量最基本、最普遍的形式是什么？熱量所有的能量最終都將自發(fā)地轉(zhuǎn)換為其最基本的形式熱量這是宇宙演化的基本規(guī)律，也是熱力學第二定律中，熱不可能完全轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，而?/p>

11、產(chǎn)生任何影響；功可以完全轉(zhuǎn)化為熱的根本原因。3.破碎過程中的能量輸入與轉(zhuǎn)換能量最基本、最普遍的形式是什么巖礦破磨過程中，輸入的能量也不可能完全轉(zhuǎn)化為功。那么，巖礦破磨中的功是怎樣形成的呢？其他的能量又是這樣消散的呢？A-施力階段：能量以力的形式表現(xiàn)，該過程中能量將部分耗散，因為這一轉(zhuǎn)換過程不可能不對環(huán)境產(chǎn)生影響。因此能量轉(zhuǎn)換為力的效率達不到100%；巖礦破磨過程中，輸入的能量也不可能完全轉(zhuǎn)化為功。那么，巖礦破B-變形階段：變形就是位移，巖礦在力的作用下位移，就做了功，所有巖礦內(nèi)部的變形與其各變形質(zhì)點所受的力乘積的總和為變形能，外力所做的功可以全部變成巖礦的變形能。但是，巖礦的變形必將對巖礦體系

12、以外產(chǎn)生影響，所以輸入的部分用于對外界做工，變形階段的輸入等能量也不可能100%轉(zhuǎn)化為巖礦的變形能。B-變形階段：變形就是位移，巖礦在力的作用下位移，就做了功，C-化學鍵斷裂形成裂紋階段：在有外力控制的情況下，化學建的斷裂將使分子和原子質(zhì)點產(chǎn)生局部的振動，振動的阻尼將消耗能量，消耗的能量以熱的形式散發(fā)，巖礦的部分變形能轉(zhuǎn)化為熱能。同時化學鍵斷裂后，化學活性增加，勢能提高，這部分能量也由變形能轉(zhuǎn)化而來。對于巖礦破磨而言，化學鍵斷裂消耗的能量是有用的，而振動產(chǎn)生的熱是無用的，所以該階段變形能轉(zhuǎn)化為有用的鍵能效率小于100%。C-化學鍵斷裂形成裂紋階段：在有外力控制的情況下，化學建的斷D-裂紋擴展形

13、成新生表面-巖礦破裂階段：在外力的控制的情況下，化學鍵不斷斷裂，形成裂紋，裂紋擴展形成斷裂面，新生斷裂面實際上就是斷裂化學鍵的集合。斷裂面上，斷裂化學鍵活性極高，很不穩(wěn)定，它們會自發(fā)地吸附外來物質(zhì)，或者相鄰化學鍵互相吸引，形成自飽和，降低其能量。從而形成相對穩(wěn)定的新生表面。新生表面上的原子或分子質(zhì)點能量高于體相內(nèi)原子或分子，這部分能量由變形能轉(zhuǎn)化而來。D-裂紋擴展形成新生表面-巖礦破裂階段：在外力的控制的情況下新生斷裂面原子或分子質(zhì)量的相互作用，或?qū)ν鈦砦镔|(zhì)的吸引，都將是其相對位置發(fā)生變化，即產(chǎn)生位移。原子或分子質(zhì)點的摩擦振動，消耗變形能，變形能降低，轉(zhuǎn)化為熱能釋放。這是無用能量消耗，但又是必

14、須的。該能量為新生表面馳豫生成的熱量，為Q2.新生斷裂面原子或分子質(zhì)量的相互作用，或?qū)ν鈦砦镔|(zhì)的吸引，都將新生表面的穩(wěn)定表面斷裂鍵自飽和鍵斷裂鍵吸引外來物質(zhì)新生表面的穩(wěn)定過程新生表面的穩(wěn)定表面斷裂鍵自飽和鍵斷裂鍵吸引外來物質(zhì)新生表面的E-外力消失及變形部分復原階段：新生表面形成，巖礦變成幾塊，外力施力點不復存在，外力消失。外力消失后，變形的礦塊形變恢復，其實質(zhì)是原子或分子質(zhì)點彈性振動，在阻尼的作用下逐漸消停，達到新的平衡。該過程中，原子或分子質(zhì)量的振動產(chǎn)生熱量，變形能轉(zhuǎn)化為熱能消散，這部分能耗的無用的。該部分熱量為Q3。但是由于巖礦具有塑性，不能完全恢復原狀，產(chǎn)生的永久變形是由變形能做功的結(jié)果

15、，所做的功為礦塊各原子或分子質(zhì)點永久變形位移與外力乘積的積分。E-外力消失及變形部分復原階段：新生表面形成，巖礦變成幾塊，4.巖礦破磨過程能量耗散的綜合表達式中：k施力效率系數(shù).4.巖礦破磨過程能量耗散的綜合表達式中：k施力效率系數(shù).5.巖礦破磨過程的常見的施力方式（a）壓碎；(b) 劈開；(c) 折斷；(d) 磨剝；(e) 沖擊5.巖礦破磨過程的常見的施力方式（a）壓碎；(b) 劈開；(6.公認的三大能耗學說（1）P.R雷廷格爾（Rittinger1867）學說（面積學說）外力破碎物體所做之功，轉(zhuǎn)化為新生表面積上的表面能，破碎過程所消耗的功與新生表面積成正比。 ，k1-比表面能，生成單位新表

16、面積所做的功6.公認的三大能耗學說進一步的公式推導： i-破碎比式中平均粒度為： 給礦：產(chǎn)品：進一步的公式推導：（2）吉爾皮切夫（1874）和F.基克（kick1885）學說-體積學說破碎礦石外力所做的功，完全用于使礦石發(fā)生形變，到了形變能儲至極限，礦石即被破壞，使幾何上相似的同種物料，破碎成同樣形狀的產(chǎn)品，所需的功與它們的體積或重量成正比。 k 2-比體積功，產(chǎn)生一個單位體積形變所做的功。（2）吉爾皮切夫（1874）和F.基克（kick1885）可以推導：平均粒徑 給礦： 產(chǎn)品： 上面兩個公式都是加權(quán)幾何平均法推算的結(jié)果?？梢酝茖В海?）F.C邦德（Bond）及王文東裂縫學說（1952）根據(jù)

17、碎礦、磨礦設(shè)備試驗得到的資料，整理成經(jīng)驗公式破碎礦石時，外力所做的功首先使物體發(fā)生形變，局部變形超過臨界點即生成裂縫，裂縫形成之后，儲在物體內(nèi)的形變能使裂縫擴展并生成斷面，輸入的有用功轉(zhuǎn)變?yōu)樾律砻娴谋砻婺?，其它為熱損失。（3）F.C邦德（Bond）及王文東裂縫學說（1952）可以推導：平均直徑 給礦： 產(chǎn)品：可以推導：7.三個學說比較破碎比小，形變能為主-吉爾皮切夫?qū)W說（粗碎）破碎比大，新生表面積多，表面能為主-雷廷格學說（細磨）破碎比中等，形變能與表面能綜合考慮-邦德學說（細碎及磨礦）上述三個學說都有局限性，但互不矛盾，且相互補充。芬蘭R.T.胡基（Hukki）教授通過試驗對三個學說的適用

18、范圍進行了驗證（詳見P55 圖3-1-2）。7.三個學說比較破碎比小，形變能為主-吉爾皮切夫問題：三大能耗學說與巖礦破磨能耗綜合表達式的關(guān)系？思考題：根據(jù)巖礦破裂的圍微觀過程，試提出降低熱耗、提高能量轉(zhuǎn)化率的方法。問題：三大能耗學說與巖礦破磨能耗綜合表達式的關(guān)系？思考題電熱照射破碎：利用高頻及超高頻電磁場，易于吸收電磁能的礦物急劇受熱，其它礦物僅靠熱傳遞得到熱能。受熱速度不同使礦物間發(fā)生了溫度應力，從而原來的強度約降低1/23/4。美國曾在47兆周及25千瓦的線圈磁場下進行破碎鐵燧巖的試驗，蘇聯(lián)曾在0.550兆周及614千伏電容片對花崗巖等做過研究。4-5破碎礦石的其他方法電熱照射破碎：利用高

19、頻及超高頻電磁場，易于吸收電磁能的礦物 液電效應破碎： 利用液體內(nèi)部的高壓和脈沖瞬時放電產(chǎn)生的高壓破碎礦物。在放電區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生極高壓力，可以將物體破碎。 此法曾用作大塊礦石的破碎試驗，在65千伏、45微法拉、25微亭的放電電路內(nèi)，破碎花崗巖及石英巖等不合格大塊，每立方米的能量消耗約0.050.15千瓦時。同時也曾做過1007050毫米的頁巖、碧玉鐵質(zhì)巖和角巖破碎到5毫米以下試驗。 液電效應破碎： 超聲波粉碎： 利用超聲波在液體中的分散效應，使液體產(chǎn)生空化的作用，從而使液體中的固體顆粒或細胞組織破碎超聲波細胞粉碎機由超聲波發(fā)生器和換能器二大部分組成。超聲波發(fā)生器將市電轉(zhuǎn)變成1821KHz交變電能供

20、給換能器。鋯鈦酸鋇壓電振子是換能器的心臟，它隨交變電壓以18-21KHz頻率作伸縮彈性形變，換能器隨之作縱向機械振動。振動波通過浸入在生物溶液中的鈦合金變幅桿產(chǎn)生空化效應，激發(fā)介質(zhì)里的生物微粒劇烈振動。 超聲波粉碎： 微波破碎： 利用微波先將礦石加熱到一定的溫度使得礦石產(chǎn)生一定的裂縫，從而達到礦石破碎的目的。 水電效應破碎： 用高壓脈沖發(fā)生器，在液體水中以高壓脈沖放電時，產(chǎn)生的熱點效應來破碎礦石。由于擴散的電火花隊周圍的液體發(fā)生作用，經(jīng)液體傳到破碎的礦石上，使礦石破碎，實驗結(jié)果證明，可將150mm的礦石破碎到10mm左右。 微波破碎： 熱力破碎： 選礦上研究的熱力破碎，實際是熱與機械破碎相結(jié)合。先將礦石加熱到一定的溫度，然后再水中冷卻，這樣就可以改善礦石的可碰性及可磨性。 熱力破碎：高壓料層粉碎 當受到高壓氣體突然放開時，體積立即膨脹，以聲速或超聲速度運動，造成強大的沖擊波作用于礦