Измельчение исходных материалов механическими способами.

Измельчение механическими способами проводят в сухом и мокром состоянии. При сухом помоле по мере возрастания дисперсности порошка дробящий эффект становится все менее заметным, так как образующиеся тонкие частицы защищают крупные от ударов. При мокром помоле (в виде суспензии) отношение «твердая фаза — жидкость» принимается в пределах 1:2…1:6. Жидкость оказывает расклинивающее действие в дефектах кристаллов и препятствует срастанию трещин. В качестве среды для помола применяют воду и органические вещества.

Размольное оборудование обычного типа применяется для измельчения как минералов, так и металлов.

Наиболее грубое (предварительное) измельчение добытых в рудниках или полученных в электропечах минералов для изготовления деталей из керамики производят в щековых дробилках (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Щековая

дробилка

Вращение сообщается кривошипу 1. Шатун 2 совершает сложное движение: он взаимодействует с двумя распорками 3. Одна из них связана с опорой 4, а другая — с подвижной плитой 5, которая совершает возвратно-вращательное движение. В промежуток между подвижной 5 и неподвижной 6 плитами подаются куски минерала 7, которые под действием динамической нагрузки измельчаются и выходят из дробилки в виде частиц 8 размером от 10 до 100 мм.

Дальнейшее измельчение производится с помощью молотковых дробилок. (рис. 5.2)

Рисунок 5.2 – Молотковая

дробилка.

Эта разновидность размольного оборудования содержит ротор 1, вращающийся с большой скоростью. На роторе установлены молотки 2 из износостойкого материала. Молотковая дробилка содержит также отбойную плиту 3. Измельчаемые частицы 4 направляются ротором на отбойную плиту и за счет хрупкого разрушения измельчаются. Измельченные частицы проходят через решетку 5 и собираются в емкости 6.

Крупность дробления регулируется в пределах 1 – 10 мм изменением количества подаваемого материала, зазором между отбойной плитой и молотками, а также размером и числом отверстий в решетке. Помимо частиц указанной грануляции, молотковая дробилка позволяет получать также тонкодисперсный порошковый материал (пыль). С этой целью дробилка содержит раструб 7, через который производится отсасывание воздуха с содержащейся в нем пылью. Размер частиц пыли составляет 0,1 - 10 мкм.

Баланс энергий при измельчении каждой частицы:

, (5.1)

где А_упр — работа упругой деформации;

А_пласт — работа пластической деформации;

А_s — полезная работа диспергирования (образования новых поверхностей);

— суммарная кинетическая энергия частиц, образовавшихся в результате разрушения исходной частицы (n – количество этих частиц).

Диспергирование — образование новых поверхностей, причем если одна частица разделилась, например, надвое, то S₀ < S₁ + S_2,, где S₀ – площадь исходной поверхности, S₁ и S₂ – площади поверхностей первой и второй образовавшихся частиц.

Работа диспергирования определяется по формуле:

A_S = Ауд S, (5.2)

где Ауд— удельная поверхностная энергия; ΔS = S₁ + S₂ - S₀ – увеличение площади суммарной поверхности.

Следующая стадия измельчения материалов до размеров частиц 0,1 - 1 мм производится на размольном оборудовании с жерновами – бегунах (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 – Измельчение на бегунах

Измельчаемый материал 1 засыпается в тороидальный желоб 2 с плоским дном. По этому желобу перекатываются два жернова –– катка 3. Они имеют дисковую форму и взаимодействуют с поверхностью желоба своей цилиндрической частью. Масса каждого жернова – 1,5 – 2 т. Для обеспечения подъема катков вращение от шпинделя 4 передается на катки через шарнирные механизмы 5 и 6. Частота вращения входного вала n = 20 - 30 оборотов в минуту.

При наезде катка на крупные частицы он приподнимается на некоторую высоту h, приобретая соответствующую потенциальную энергию, которая расходуется на дробление частиц при опускании катка после съезда с крупной частицы.

Рисунок 5.4 – Измельчение в шаровых мельницах.

Из механических способов измельчения материалов получение наиболее тонкодисперсных порошков обеспечивается применением шаровых мельниц (рис. 5.4).

Время измельчения – от нескольких до нескольких десятков часов.

Измельчаемый материал засыпается внутрь полого цилиндра 1, где он подвергается действию шаров 2 из стали или агата. Цилиндр размещается на двух резиновых роликах 3 и 4, причем ролик 3 является ведущим, а ролик 4 установлен на своей оси свободно.

Кроме шаров и измельчаемого материала, внутри цилиндра содержится также жидкость (вода со специальными присадками).