第一章 矿石准备作业.ppt

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1、第一章第一章矿石准备作业矿石准备作业1.1 概述概述破碎、磨碎或粉碎在矿物加工及材料工程中非常重要。破碎、磨碎或粉碎在矿物加工及材料工程中非常重要。矿矿物物颗颗粒粒的的尺尺寸寸必必须须减减小小到到使使有有用用矿矿物物与与脉脉石石充充分分解解离离或或使使有有用用矿矿物物裸裸露露以以便便化化学作用程度。学作用程度。破破碎碎、磨磨碎碎及及粉粉碎碎在在使使用用的的方方法法及及产产物物料料度度上上有有所所不不同同，破破碎碎产产物物的的粒粒度度较较大大，而磨矿或粉碎产物的粒度微细。而磨矿或粉碎产物的粒度微细。任何磨碎或粉碎作业都是耗费能量大、能量效率低的作业过程。任何磨碎或粉碎作业都是耗费能量大、能量效率

2、低的作业过程。1基本概念基本概念（1）破）破 碎碎 破碎是在外力作用下使物料变成小块的过程。破碎是在外力作用下使物料变成小块的过程。破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中都占有重要地位。破碎作业在选煤厂和选矿厂生产中都占有重要地位。破碎作业的作用主要有以下几方面：破碎作业的作用主要有以下几方面：满足分选机械对人选物料最大人选粒度的要求。满足分选机械对人选物料最大人选粒度的要求。满足夹矿物中的有用矿物与脉石的解离要求。满足夹矿物中的有用矿物与脉石的解离要求。满足用户对选后产品粒度的要求。满足用户对选后产品粒度的要求。破碎作业按其在矿物加工中的作用不同可分为：破碎作业按其在矿物加工中的作用不同可分为：准准

3、备破碎备破碎（分选前）；（分选前）；最终破碎最终破碎（分选后）。破碎作业（分选后）。破碎作业按破碎产物的粒度不同分为：粗碎按破碎产物的粒度不同分为：粗碎,中碎中碎,细碎与粉碎。细碎与粉碎。破碎作业按其所消耗的能量形式不同分为：机械能破碎作业按其所消耗的能量形式不同分为：机械能破碎，即用机械力破碎物料；非机械能破碎，即应用破碎，即用机械力破碎物料；非机械能破碎，即应用电能、热能等进行破碎。选煤厂和选矿厂主要是采用电能、热能等进行破碎。选煤厂和选矿厂主要是采用机械能破碎。机械能破碎。机械能破碎有五种基本方式（图）。机械能破碎有五种基本方式（图）。1.1 概述概述（2）磨）磨 碎碎 磨磨矿矿是是在在

4、研研磨磨介介质质产产生生的的冲冲击击力力和和研研磨磨力力的的联联合合作作用用下下矿矿石石被被粉粉碎碎成成微微细细颗颗粒粒的的过过程程。磨磨矿矿作业是矿石破碎过程的继续，是分选前准备作业的重要组成部分。作业是矿石破碎过程的继续，是分选前准备作业的重要组成部分。在在选选矿矿工工业业中中，磨磨矿矿细细度度与与选选矿矿指指标标有有着着密密切切的的关关系系。在在一一定定程程度度上上，有有用用矿矿物物的的回回收收率率随随着磨矿细度的减小而增加。因此，适当减小矿石的磨碎细度能提高有用矿物的回收率和产量。着磨矿细度的减小而增加。因此，适当减小矿石的磨碎细度能提高有用矿物的回收率和产量。磨矿作业所用的机械设备称

5、为磨矿机。磨矿作业所用的机械设备称为磨矿机。图图1-1-21-1-2为常用的圆筒型磨矿机的工作原理图。为常用的圆筒型磨矿机的工作原理图。矿石的磨碎主要是靠研磨介质落下时的冲击力矿石的磨碎主要是靠研磨介质落下时的冲击力和运动时的磨剥作用。和运动时的磨剥作用。1.1 概述概述（3 3）超细粉碎）超细粉碎超细粉碎是将物料粉碎至微米级以下的粉碎过程。超细超细粉碎是将物料粉碎至微米级以下的粉碎过程。超细粉体技术是近几十年发展起来的一门新技术，粉体技术是近几十年发展起来的一门新技术，人们把粒径人们把粒径小于小于100m 100m 的粉体称为超细粉体的粉体称为超细粉体。超细粉体通常又分为微米级、亚微米级及纳

6、米级粉体。超细粉体通常又分为微米级、亚微米级及纳米级粉体。粒径大于粒径大于lmlm的粉体称为微米材料，粒径小于的粉体称为微米材料，粒径小于1m1m大大于于0 0lmlm的粉体称为亚微米材料，粒径处于的粉体称为亚微米材料，粒径处于0.0010.0010.1m0.1m（即即 l l100 nm100 nm）的粉体称为纳米材料。的粉体称为纳米材料。（4）矿石破碎的难易程度及破碎方法选择）矿石破碎的难易程度及破碎方法选择 矿矿石石的的破破碎碎方方法法主主要要根根据据矿矿石石的的物物理理机机械械性性质质、矿矿石石块块入入料料的的尺尺寸寸和和所所要要求求的的破破碎比来选择。碎比来选择。矿矿石石破破碎碎过过

7、程程中中所所表表现现出出来来的的抵抵抗抗外外力力的的强强度度大大小小，称称为为矿矿石石破破碎碎的的难难易易程程度度。它是衡量矿石可碎性的标准，主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。它是衡量矿石可碎性的标准，主要取决于矿石的结构特性和矿物的结晶形态。影响矿石破碎难易程度的最主要因素是矿石的硬度。影响矿石破碎难易程度的最主要因素是矿石的硬度。选选矿矿工工业业常常引引用用可可碎碎性性系系数数定定量量地地衡衡量量矿矿物物机机械械强强度度对对破破碎碎的的影影响响，其其表表示示方方法法如下：如下：矿石的硬度、可碎性系数及可磨性系数如表所示。矿石的硬度、可碎性系数及可磨性系数如表所示。矿矿物物破破碎碎的

8、的难难易易程程度度与与矿矿物物的的力力学学性性质质有有关关。不不同同矿矿物物集集合合体体之之间间的的结结合合力力比比同同种种矿矿物物内内部部的的结结合合力力要要小小；在在同同样样的的矿矿物物集集合合体体内内，晶晶体体面面上上的的结结合合力力比比晶晶体体内内部部的要小。一般来说，矿物粒度矿物愈细愈难磨碎。的要小。一般来说，矿物粒度矿物愈细愈难磨碎。脆脆性性物物料料容容易易破破碎碎。破破裂裂前前无无变变形形或或变变形形很很小小的的物物料料叫叫脆脆性性物物料料；破破碎碎时时先先变变形形而后碎裂的物料叫塑性物料。而后碎裂的物料叫塑性物料。煤和大多数矿石都是脆性物料，煤属于软矿物。煤和大多数矿石都是脆性

9、物料，煤属于软矿物。1.1 概述概述 表表1 11 11 1 矿石硬度、可碎性系和可磨性系数矿石硬度、可碎性系和可磨性系数 矿石通常都是多种不同性质矿物的共生体，破碎时，不同矿物的破碎程度是不一样的。矿石通常都是多种不同性质矿物的共生体，破碎时，不同矿物的破碎程度是不一样的。矿石的抗压强度最大，抗弯强度次之，抗磨强度再次之，抗拉强度最小。矿石的抗压强度最大，抗弯强度次之，抗磨强度再次之，抗拉强度最小。针对矿石这一机械强度特点，选择恰当的破碎方法，可以使破碎更加有效。针对矿石这一机械强度特点，选择恰当的破碎方法，可以使破碎更加有效。讨论：讨论：如何根据矿物的特性选择正确的破碎方法？如何根据矿物的

10、特性选择正确的破碎方法？硬度等级硬度等级bMPa普氏硬度系数普氏硬度系数f可碎性系数可碎性系数可磨性系数可磨性系数实实 例例很软很软202130140140200石膏、无烟煤石膏、无烟煤软软204024115125125150页岩、泥灰岩页岩、泥灰岩中等硬度中等硬度408048100100硫化矿硫化矿硬硬80100810080090075085一般铁矿一般铁矿很硬很硬10010065075050070玄武岩、含铁石英岩玄武岩、含铁石英岩1.1 概述概述（5）破碎比及破碎产物的粒度特性）破碎比及破碎产物的粒度特性在在破破碎碎过过程程中中，入入料料粒粒度度与与产产物物粒粒度度的的比比值值叫叫做做破

11、破碎碎比比。破破碎碎的的能能量量消消耗耗和和处处理理能能力力均均与与破破碎碎比比有有关关。破破碎碎比比通通常常由由入入料料最最大大颗颗粒粒直直径径（Dmax）与与产产物物最最大大颗颗粒粒直直径径（dmax）的的比比值值来确定，即来确定，即在工业应用中，由式确定的破碎比并不能准在工业应用中，由式确定的破碎比并不能准确地描述破碎过程。因为粒度特性相同的物料经破碎后，虽确地描述破碎过程。因为粒度特性相同的物料经破碎后，虽然产物中的最大粒度是一样的，但破碎后粒度特性未必相然产物中的最大粒度是一样的，但破碎后粒度特性未必相同。同。选煤过程中的破碎比一般比较小，一段破碎即可满足。选煤过程中的破碎比一般比较

12、小，一段破碎即可满足。但对于选矿，其入选粒度很细，故破碎比但对于选矿，其入选粒度很细，故破碎比i i值很大，往往需要值很大，往往需要进行多次（段）破碎，其总破碎比进行多次（段）破碎，其总破碎比i i等于各段破碎比的乘积。等于各段破碎比的乘积。为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量，必为了鉴定破碎机的破碎效果和检查破碎产品的质量，必须确定它们的产品粒度组成和粒度特性曲线。须确定它们的产品粒度组成和粒度特性曲线。1.1 概述概述 （6）破碎效果评定方法）破碎效果评定方法根根据据原原煤煤炭炭工工业业部部于于1980年年发发布布的的指指导导性性技技术术文文件件规规定定，选选煤煤厂厂破破碎碎设设备

13、备工工艺艺效效果果的的评评定定方方法法（MTZ21979），应应采采用用破破碎碎效效率率为为主主要要指指标标，细细粒粒增增量量为为辅辅助助指标，综合评定破碎机的效果。指标，综合评定破碎机的效果。破碎效率按下式计算：破碎效率按下式计算：这这里里的的“细细粒粒”是是针针对对破破碎碎产产物物粒粒度度而而言言的的：排排料料粒粒度度要要求求大大于于和和等等于于 50 mm的的粗粗碎碎时时，“细细粒粒”是是指指 013 mm；排排料料粒粒度度要要求求小小于于 50 mm的的中中碎碎和和细细碎碎，“细细粒粒”是指是指005 mm。1.1 概述概述 1.2 破碎及粉碎理论破碎及粉碎理论破破碎碎及及粉粉碎碎理理

14、论论是是研研究究物物料料在在破破碎碎过过程程中中能能量量消消耗耗与与哪哪些些因因素素有有关关，并并确确定定外外力力破破碎碎物物料料时时所所做做的的功功的的学学说说，也也叫叫破破碎碎的的功功耗耗学学说说。在在选选矿矿厂厂中中，40406060的的动力消耗是在破碎和磨碎作业中，这必然引起人们的关注。动力消耗是在破碎和磨碎作业中，这必然引起人们的关注。破破碎碎物物料料块块所所消消耗耗的的功功，一一部部分分使使被被破破碎碎的的物物料料变变形形，并并以以热热的的形形式式散散失失于于周周围空间；另一部分则用于形成新表面，变成固体的自由表面能。围空间；另一部分则用于形成新表面，变成固体的自由表面能。破碎过程

15、的能量消耗与很多因素有关。破碎过程的能量消耗与很多因素有关。现现有有的的破破碎碎理理论论都都没没有有完完整整地地解解释释物物料料被被破破碎碎的的实实质质，均均有有一一定定的的局局限限性性。目目前，公认的破碎及粉碎理论有以下几种理论和假说。前，公认的破碎及粉碎理论有以下几种理论和假说。一、一、面积假说面积假说 破碎理论的面积假说是由德国学者破碎理论的面积假说是由德国学者PR雷廷格（雷廷格（PRRittinger）于）于18671867年提出的年提出的 。雷雷廷廷格格认认为为：破破碎碎过过程程是是以以减减小小物物料料颗颗粒粒尺尺寸寸为为目目的的的的，破破碎碎过过程程将将使使物物料料的的表表面面积积

16、不不断断增增加加。为为此此，物物料料破破碎碎时时，外外力力所所做做的的功功用用于于产产生生新新表表面面，即即破破碎碎功功耗耗与与破破碎碎过过程程中中物物料料新新生生成成表表面面的的面面积积成成正正比比，或或内内力力的的单单元元功功dAdA1 1与与物物料料的的破破断断面面的的面面积增量积增量dSdS成正比。即：成正比。即：dAdA1 1K K1 1 dSdS假假设设物物料料块块的的形形状状为为立立方方体体，边边长长为为D，如如顺顺着着一一个个面面把把它它破破碎碎开开，则则新新生生成成表表面的面积为面的面积为S=D2，式可写为；式可写为；dA1K1 dS=K1 dD22K1DdD破碎破碎Q 立方

17、米物料时所作的单元功为：立方米物料时所作的单元功为：设设原原矿矿和和破破碎碎产产物物的的平平均均直直径径为为Dpj和和dpj。将将式式积积分分，即即得得破破碎碎Q立立方方米米物物料料时时所所需要的功。式的右边取负号。因为外力功与内力功的绝对值相等，但符号相反。需要的功。式的右边取负号。因为外力功与内力功的绝对值相等，但符号相反。由由式式可可知知，当当原原矿矿的的平平均均直直径径Dpj一一定定时时，破破碎碎功功与与破破碎碎比比减减1之之值值成成正正比比；如如原原矿矿的平均直径不同而破碎比相同，则破碎功与原矿的平均直径成反比。的平均直径不同而破碎比相同，则破碎功与原矿的平均直径成反比。实践证明，当

18、破碎比一定时，原矿粒度越小，破碎所需的能量越大。实践证明，当破碎比一定时，原矿粒度越小，破碎所需的能量越大。面面积积假假说说只只能能近近似似地地计计算算破破碎碎比比很很大大时时的的破破碎碎总总功功耗耗，也也就就是是只只能能近近似似地地用用在在磨磨矿机的磨矿中，因为它只考虑了生成新表面所需的功。矿机的磨矿中，因为它只考虑了生成新表面所需的功。1.2 破碎及粉碎理论破碎及粉碎理论1.2 破碎及粉碎理论破碎及粉碎理论 二、体积假说二、体积假说 破破碎碎的的体体积积假假说说是是由由俄俄国国学学者者吉吉尔尔皮皮切切夫夫与与德德国国学学者者基基克克（kick）提提出出的的。体体积积假假说说认认为为：将将几

19、几何何形形状状相相似似的的同同类类物物料料破破碎碎成成几几何何形形状状也也相相似似的的产产品品时时，其其破破碎碎功功耗耗与与被被破破碎碎物物料料块块的的体体积积或质量成正比，或内力的单元功或质量成正比，或内力的单元功dA2与破碎物料块的变形体积的微量与破碎物料块的变形体积的微量dV成正比。即：成正比。即：dA2K2dVK2dD33K2D2dD 破碎破碎Q 立方米立方米 物料时的单元功：物料时的单元功：破碎破碎Q立方米立方米物料所需之功：物料所需之功：由式（由式（1-2-7）可见，根据体积假说，破碎功只与破碎比有关。）可见，根据体积假说，破碎功只与破碎比有关。体积假说只能近似地计算粗碎和中碎的破

20、碎总功耗，因为它只考虑了变形。体积假说只能近似地计算粗碎和中碎的破碎总功耗，因为它只考虑了变形。1.2 破碎及粉碎理论破碎及粉碎理论 三、裂缝假说三、裂缝假说 裂裂缝缝假假说说是是由由F FC C榜榜德德（F FC CBondBond）于于19521952年年提提出出，它它介介于于面面积积假假说说和和体体积积假假说说之之间间的的一一种种破破碎碎理理论论。裂裂缝缝假假说说认认为为破破碎碎矿矿石石时时，外外力力首首先先使使物物料料块块产产生生变变形形，外外力力超超过过强强度度极极限限以后，物料块就产生裂缝而破碎成许多小块。榜德提出的一个计算破碎功耗的公式为：以后，物料块就产生裂缝而破碎成许多小块。

21、榜德提出的一个计算破碎功耗的公式为：W Wi i 是是理理论论上上无无限限大大的的粒粒度度破破碎碎到到80%80%可可以以通通过过100m100m筛筛孔孔宽宽时时所所做做的的功功，它它在在一一定定程度上表示物料粉碎的难易程度，即可碎性或可磨性。程度上表示物料粉碎的难易程度，即可碎性或可磨性。榜榜德德认认为为：破破碎碎物物料料时时外外力力所所做做的的功功先先是是使使物物体体变变形形，当当变变形形超超过过一一定定限限度度后后即即产产生生裂裂缝缝，储储存存在在物物体体内内的的变变形形能能促促使使裂裂缝缝扩扩展展并并生生成成断断面面。输输入入功功的的有有用用部部分分成成为为新新生生表表面面上上的的表表

22、面面能能，其其它它部部分分成成为为热热损损失失。因因此此，破破所所需需的的功功，应应考考虑虑变变形形能能和和表表面面能能两两项项，变变形形能能和和体体积积成成正正比比，而而表表面面能能与与表表面面积积成成正正比比。因因此此，根根据据榜榜德德所作的解释，将质量所作的解释，将质量m m的矿物从的矿物从D D破碎到破碎到d d所需的功耗所需的功耗A A3 3为：为：1.2 破碎及粉碎理论破碎及粉碎理论榜德假说适用于破碎和磨碎。榜德假说适用于破碎和磨碎。以上所介绍的三种破碎理论都有局限性和误差，都从某一个角度解释了破碎的某一阶段。以上所介绍的三种破碎理论都有局限性和误差，都从某一个角度解释了破碎的某一

23、阶段。面面积积假假说说只只注注意意了了新新生生表表面面积积所所需需要要的的能能量量，而而忽忽视视了了物物料料破破碎碎前前先先出出现现变变形形和和实实际际中中物物料料又是非均质的。又是非均质的。体积假说只考虑了破碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加，同样具有片面性。体积假说只考虑了破碎时的变形能，没有考虑到新生表面积的增加，同样具有片面性。裂裂缝缝假假说说是是介介于于面面积积假假说说与与体体积积假假说说之之间间，提提出出破破碎碎功功耗耗与与 D5/2成成正正比比，但但没没有有充充足足的的理理论论根据，而且由于它是根据实际资料整理出的经验公式，所以具有一定的适用范围。根据，而且由于它是根据实际

24、资料整理出的经验公式，所以具有一定的适用范围。根根据据试试验验研研究究证证实实：粉粉碎碎时时新新生生表表面面积积不不多多，体体积积假假说说较较为为准准确确，裂裂缝缝假假说说结结果果不不可可靠靠；细细碎碎时时（破破碎碎到到10m以以下下时时）裂裂缝缝假假说说求求得得的的数数据据过过小小，此此时时新新生生表表面面积积增增加加，表表面面能能是是主主要要的的，面面积积假假说说较较为为准准确确；在在粗粗碎碎与与细细碎碎之之间间的的广广泛泛范范围围内内，裂裂缝缝假假说说比比较较适适用用，因因为为榜榜德德的的经经验验公公式式是是根根据据一一般般破破碎碎设设备备得得出出结结论论，所所以以在在中中等等破碎比情况下与它大致相符。破碎比情况下与它大致相符。各各假假说说在在适适合合各各自自的的粒粒度度范范围围内内与与实实际际情情况况的的误误差差不不大大，因因而而在在应应用用时时，应应正正确确加以选择。其中，裂缝假说较有实际意义与应用价值。加以选择。其中，裂缝假说较有实际意义与应用价值。