3. Подрібнення сировинних матеріалів
Сировина для виробництва вогнетривів поступає на завод у вигляді кусків різної форми і розмірів.
Подрібнення великих і середніх кусків називають дробленням, а дрібних - розмелюванням.
Ступінню подрібнення n називають відношення поперечного розміру найбільш великих до подрібнення D до поперечного розміру найбільш великих кусків після подрібнення d, або
n = D/ d.
Більш точно під ступінню подрібнення розуміють відношення діаметру D середньозваженого вихідного продукту до діаметру d середньозваженого дробленого продукту.
При подрібненні розрізняють наступні стадії:
розмір кусків, мм ступінь подрібнення
- грубе дроблення 1000-100 10
- середнє дроблення 150-10 15
- середній помол 10-0,1 30-100
- тонкий помол 0,1 100
Подрібнення матеріалу відбувається за рахунок роздавлювання, удару, згину, стирання, розколювання, розрізання чи поєднання цих механізмів. Для міцних але крихких матеріалів при грубому і середньому дробленні більш ефективними є роздавлювання, згин, удар і розколювання; для в'язких, вологих матеріалів типу глини - розрізання. Для міцних і крихких матеріалів при тонкому розмелюванні ефективним є стирання або удар в поєднанні із стиранням; для м’яких і в'язких матеріалів (глини) - удар.
Вибір помольного агрегату, величини подрібнення залежить від виду виробу і його експлуатаційних властивостей. В окремих випадках для забезпечення особливої чистоти матеріалу який розмелюють використовують кульові млини футеровані ґумою або тим самим матеріалом. Наприклад, при отриманні цирконієвих вогнетривів використовують кульові млини футеровані оксидом цирконію і мелючі тіла з ZrО2.
Тонке розмелювання сировинних компонентів здійснюють в кульових млинах в присутності води. При цьому для досягнення гранично тонкого подрібнення використовують поверхнево-активні речовини (ПАР).
Дія ПАР базується на ефекті адсорбційного пониження міцності. Під час помолу ПАР проникають в мікрощілини поверхневого шару матеріалу, зменшуючи при цьому питому поверхневу енергію твердого тіла. Це в свою чергу приводить до пониження його міцності. Крім того тоненькі плівки рідини, які мають значний надлишок вільної енергії, виявляють розклинюючий тиск на стінки мікротріщин.
Поряд з пониженням твердості ПАР в процесі мокрого розмелювання збільшують стійкість і текучість зважених твердих частинок у воді, дозволяючи тим самим зменшити вологість суспензії.
Для прискорення помолу вогнетривких матеріалів оптимальний склад і концентрацію ПАР встановлюють дослідним шляхом. Масова доля ПАР знаходиться в межах 0,02-0,2% і залежить від виду матеріалу і умов подрібнення.
Наприклад, при розмелюванні кварцитів як ПАР використовують водні розчини хлористих солей алюмінію, натрію, магнію і нафтенове мило з додатком соди. При розмелюванні карбонатних порід найкращими понижувачами міцності є лужні електроліти; для глинистих порід - сода, рідке скло, лігнин, СДБ, хлористий натрій. Для інтенсифікації сухого розмелювання технічного глинозему найбільш ефективними додатками служать гідрофобні силіційорганічні рідини, які крім пониження міцності запобігають злипанню дисперсних частинок і налипанню їх на мелючі кулі.
При помолі сировинних компонентів відбувається розрив хемічних зв'язків між окремими атомами, що приводить до активації поверхні зерен і збільшення їх реакційної здатності під час випалу. Для деяких мінералів механічне подрібнення відбувається одночасно з хемічними перетвореннями. Наприклад, при тонкому розмелюванні карбонатів відбувається їх часткова декарбонізація. Так, карбонат заліза при розмелюванні розкладається на 20%. Продукти декарбонізації реагують з водою з утворенням складних кристалогідратів, що істотно впливають на подальший процес подрібнення.
За способом розмелювання агрегати розділяють на млини сухого і мокрого розмелювання.
За характером роботи розрізрянють два методи подрібнення: за відкритим циклом і за замкненим. Розмелювання за відкритим циклом полягає в тому, що матеріал знаходиться в млині до тих пір, поки його розміри частинок не будуть відповідати заданим. При розмелюванні за замкненим циклом продукт, що виходить з млина, розділяють на дві частини. Одну частину, що складається із зерен більших заданого розміру, повертають в млин для повторного подрібнення, іншу ж частину, яка відповідає заданій тонині розмелювання, виводять з циклу подрібнення. При роботі за замкненим циклом витрата енергії на тону продукту є меншою ніж при роботі за відкритим.
Замкнути цикл можна також перезавантаженням матеріалу з одного млина в інший із фракціонуванням після кожного млина. Цю схему розмелювання називають стадійною. Стадійне розмелювання має особливе значення для подрібнення шихти, що складається з компонентів, які мають різну розмелоздатність. В цьому випадку в першому млині подрібнюють один більш твердий компонент до деякої величини і потім домелюють разом з менш твердим компонентом в другому млині. Наприклад, спільне розмелювання шамоту і глини доцільно здійснювати за описаною схемою.