1.4. Теоретические основы измельчения твердых материалов

Механическое разрушение материалов представляет собой сложный процесс различных явлений, протекающих одновременно. Образованию и развитию трещин в телах при механическом воздействии сопутствуют тепловые, химические, электрические явления и структурные преобразования материала. Оценить многообразие явлений, протекающих при измельчении, весьма сложно.

При дроблении крупных кусков последние сначала разрушаются по наиболее слабым сечениям. Полученные мелкие куски содержат значительно меньше слабых сечений. Следовательно, на последующие стадии измельчения удельный расход энергии будет возрастать. При помоле часть частиц, достигнув требуемого размера, оставаясь в общей массе материала, воспринимают на себя часть воздействующих усилий, гасят их, переизмельчаются и резко тормозят течение процесса в нужном направлении.

С увеличением дисперсности частиц возрастает и эффект взаимодействия частиц друг с другом. В результате наблюдается образование из очень мелких частиц коагуляционных структур, на разрушение которых затрачивается значительная доля подводимой энергии. В реальных условиях энергозатраты выглядят следующим образом. Например, при крупном, среднем и мелком измельчении, когда степень измельчения составляет i = 3 - 4, расход энергии колеблется от 0,4 до 1 кВтч на тонну, при тонком помоле расход энергии составляет 30 кВтч на тонну, а иногда и больше.

Энергоемкость процесса измельчения определяется совокупностью таких взаимосвязанных элементов, как:

• работа, необходимая для упругого и пластического деформирования частиц и рабочих поверхностей машины. Здесь следует учитывать и работу безрезультативного нагружения зерен материала (т.е. без распада зерен на обломки);

• работа, необходимая для образования новых поверхностей при разрушении частиц в условиях создаваемого в них напряжения, превосходящего предел прочности;

• работа, затрачиваемая на изменение структуры материала (нарушение и смещение в кристаллической решетке), механохимические реакции;

• работа, затрачиваемая на трение зерен между собой и износ рабочих поверхностей машины;

• работа, затрачиваемая на сообщение кинетической энергии обломкам зерен.

Из перечисленных статей расходов энергии при дроблении только работа, затрачиваемая на образование новых поверхностей, является полезной, остальные являются потерями, которые в конечном итоге превращаются в безвозвратные тепловые потери. Причем, если подсчитать энергию, затрачиваемую на образование новых поверхностей, и сравнить ее с реальной энергией, затрачиваемой в мельнице, то потери составляют более 99 % энергии, подводимой к машине.

Желательно, чтобы в рабочую зону машины материал поступал в небольших объемах и как можно меньше в ней задерживался. В этом случае значительно меньше зерен материала будет подвергаться безрезультативному нагружению, а также снизятся затраты на трение частиц между собой.

Необходимо обеспечить непрерывное и высокоэффективное удаление из зоны измельчения частиц, достигших требуемой величины помола, в результате чего будет исключаться агрегатирование очень мелких частиц и переизмельчение материала.

Чтобы снизить расход энергии на изнашивание поверхности рабочих органов машины, необходимо стремиться, чтобы разрушение материала в мельнице происходило за счет удара или раздавливания и как можно меньше за счет истирания.