7.7. Удельная поверхность

Удельную поверхность разделяют на внешнюю и полную.

Внешняя – удельная поверхность, образованная ровными участками, впадинами и выступами и трещинами, глубина которых меньше ширины.

Полная поверхность – это внешняя плюс поверхность глубоких трещин, сквозных и тупиковых пор и других элементов строения материала.

Удельную поверхность измеряют на сухом материале.

Определение внешней удельной поверхности выполняют, измеряя скорость прохождения воздуха через слой пробы. Величину внешней удельной поверхности в м²/кг вычисляют по формулам, приведенным в инструкциях к прибору.

Определение полной удельной поверхности выполняют, измеряя объем адсорбированного навеской газа (смеси гелия и аргона). Опыты выполняют дважды: с навеской массой m_н и эталоном массой m_э, с известной полной поверхностью S_э после чего рассчитывают полную удельную поверхность материала

где n_н и n_э – показания хроматографа при испытаниях навески и эталона.

7.8. Дробимость

Дробимость оценивают несколькими способами.

Стандартная методика предполагает разрушение проб на гидравлическом прессе.

Материал крупностью – 40 +20 мм; - 20 +10 мм; - 10 +6 мм засыпают в цилиндр диаметром 75 –100 мм и нагружают с помощью плунжера усилием со скоростью 1-2 кН/с, доводя это усилие до 50 кН. Пробу рассеивают на контрольном сите соответственно 5; 2,5 и 1,25 мм и взвешивают.

Дробимость Др в процентах

Др =,

где m – масса пробы; m_п – масса подрешетного продукта.

Методика института «Механобр». Испытания проводятся в дробилке КСД – 600 на пробе массой 150 – 300 кг крупностью – 50(40) + 7(5) мм. При дроблении фиксируют мощность, потребляемую дробилкой. Индекс работы W_i определяют по уравнению

.

Здесь N - мощность, кВт;

N_xx – мощность холостого хода, кВт;

Q – производительность дробилки, т/ч;

10 – размерный коэффициент, равный ;

D и d – номинальные (D₈₀ и d₈₀) крупности материала до дробления и после дробления, мкм.

Для руд некоторых фабрик получены такие значения W_i: Сорская медно-молибденовая фабрика – 14,3 ; Норильская медно-никелевая – 10,7; Джезказганская медная – 17,7.

W_i позволяют пересчитать данные об эталонной руде на испытываемую:

по производительности дробилки

и по номинальной крупности

.

Методика фирмы “Аллис -Чалмерс”.

Для испытания используют двойной маятниковый копер с грузами массой 13,6 кг. В рабочую зону помещают образец руды толщиной b, отклоняют грузы на высоту h и отпускают так, что они встречаются, нанося удар по куску и разрушая его. Разрушают 10 кусков размером 50-65 мм. Индекс работы

.

Оценка дробимости по разрушению кусков в пробах малой массы получает дальнейшее развитие.

7.9. Измельчаемость

Общая удельная производительность мельницы g (т/м³ч) определяется по формуле

g = Q,

где Q – производительность мельницы, т/ч; V – объем мельницы, м³; β и α – массовая доля готового класса в пробе после измельчения и до него, доли единицы.

Полный комплекс исследований по определению измельчаемости [25] проводится по схеме рис. 7.1 и включает измельчение до крупностей 0,8; 0,5; 0,3; 0,2; 0,1; 0,071; 0,050 и 0,040 мм. Продолжительность измельчения t: принимают по аналогии (известным опытным данным). Приходится выполнять 10-15 циклов до тех пор, пока не установится циркулирующая нагрузка 200 % за три последних цикла. Это значит, что выход продукта – d должен стать равным 1/3 загрузки мельницы в i-ом цикле (навеска с плюсовым классом предыдущего цикла).

Рассчитываются показатели (для каждой крупности d):

удельная производительность по вновь образованному классу -0,071 мм

здесь q – масса навески исходной руды;

β – массовая доля класса -0,071 мм в продукте – d;

α – то же в исходном продукте;

V – объем мельницы;

t – продолжительность измельчения;

c – циркулирующая нагрузка, д.ед.

Рис. 7.1. Схема одного цикла периодически замкнутого измельчения

Индекс чистой работы Бонда

Здесь Е – удельный расход энергии по трехфазному счетчику в кВтч/т

D₈₀ и d₈₀ – размеры квадратных отверстий сит, через которые проходит 80 % исходного питания и измельченной руды, мкм.

Так, в частности для Гайской руды получены такие значения для крупности готового продукта измельчения 0,1 мм

g_-0,071=0,566 кг/дм³ч

W_i=11,3

Значения для индекса Бонда будут разными для разных процессов дезинтеграции. Так для руды Удоканского месторождения получены W_i

для дробления сжатием – 12,4;

для измельчения в шаровых мельницах – 15,8;

в стержневых мельницах – 17,4;

для ударного дробления – 22,0.

Зная индекс Бонда, рассчитывают удельный расход полезной энергии на измельчение из формулы для W_i, а, следовательно, и мощность двигателя.

Истинная удельная производительность q определяется при условии α = 0. Величина q - постоянная для данных условий величина, и измельчение может быть описано уравнением

или

,

где R₀, R – массовая доля надрешетного продукта в исходной руде и измельченном материале; М – масса измельчаемого материала; t – продолжительность измельчения, V – объем мельницы.

Отсюда

.

Коэффициент относительной измельчаемости К_и, представляет собой отношение q_исп/q_эт.

Можно оценить коэффициент относительной измельчаемости и как

К_и = ,

но для этого необходимо, чтобы R₀₊ и R₊ для испытуемой и эталонной руды были одинаковыми.

Исследование проводят на пробах крупностью –3(5) мм. Испытание ограничивают временем, при котором доля класса – 0,045 мм достигает 95 %. Соотношение Ж:Т принимают 1:3. Через промежутки времени в минутах – 5, 15, 30, 45, 60, 90, 120, 180 – измеряют выход контролируемого класса крупности и строят зависимость выхода этого класса от продолжительности измельчения.

Измельчаемость исследуемой руды можно также определять путем сравнения продолжительости измельчения с эталонной и испытуемой руды.

Для этого от исследуемой и эталонной руды крупностью – 2 мм отсеивают класс – 0,15 мм и отбирают навески массой 0,5-1 кг. Навески обеих руд измельчают в стержневых мельницах в течение 10, 20, 30 и т.д. минут. После измельчения навески подвергают ситовому анализу по классу 0,071 мм и строят график, рис. 7.1. Для заданного выхода класса – 0,071 мм находим необходимое время измельчения для испытуемой и эталонной руды, после чего находим коэффициент измельчаемости

.

Это означает, что для испытуемой руды необходим в К раз больший объем мельниц по сравнению с объемом мельниц для эталонной руды.

Рис.7.2. Характеристика класса -0,071 мм

В лабораториях компании Metso Minerals проводятся испытания в мельницах с порционной загрузкой (в несколько килограммов) или в масштабе опытной установки (200-1000 кг/ч).

Определяется удельная потребляемая мощность.

Другой вариант оценки измельчаемости – расчет энергозатрат с помощью индекса работы по Бонду W_i известному для аналогичных руд, табл. 7.2.

.

Здесь D и d – начальная и конечная крупность с 80 % прохождением через сито в микрометрах;

Е – удельный расход энергии в кВтч/т.

Таблица 7.2