第三章粉碎ppt课件.ppt

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1、1,第三章 粉 碎,3.3 矿物加工破碎工艺类型、设备及应用,3,3.4 矿物加工磨矿工艺类型、设备及应用,4,3.5粉碎机械力化学,5,2,第三章 粉 碎,弹性变形,外力,塑性变形,破坏,破碎,粉碎,颗粒体集团,材料破碎的主要过程：裂纹的产生与扩展，物体破坏前，物体内部存在细微裂纹，当应力集中更大，裂纹将扩展。,3.1 粉碎概论,3.1.1概念：材料破坏、破碎、粉碎,3,第三章 粉碎,表3-1 粉碎工程所涉及的行业及应用,3.1.2 粉碎的应用,4,第三章 粉碎,原料制备，如烧结、制团、陶瓷、玻璃、粉末冶金等部门。共生物料中有用成分的解离，使共生的有价成分与非有价成分或多种有价成分解离成相对

2、独立的单体，然后选择合适的分离方法分离。 增加物料的比表面，增大物料同周围介质的接触面积，提高反应速度。 粉体的改性，在新材料，如用于一些功能材料，复合材料的制造。便于贮存、运输和作用，如物料需要采用风力或水力输送，食品等以粉状使用。 用于环境保护，如城市垃圾的处理、二次资源的利用中的预先粉碎。,粉碎在这些行业中应用所起的主要作用,5,第三章 粉碎,粉碎基础理论，包括粉碎产品的粒度、表面物理化学性质及其表征方法；不同性质颗粒的受力变形和粉碎机理；颗粒粉碎过程的描述和数学模型；粉碎过程的粉碎效率、粒度分布、能耗规律等； 粉碎设备，包括各种粉碎设备、分级设备以及与相配套的储存与输送、过滤干燥、包装

3、等设备。 粉碎工艺，包括不同种类、不同性质物料在一定粒度、粒度分布及纯度等指标要求下的粉碎工艺流程和设备选型。 粉碎过程的粒度监控技术和粉体的粒度检测技术 开发非机械力粉碎技术,3.1.3未来粉碎工程研究的主要内容及发展趋势,6,第三章 粉碎,粉碎比 粉碎过程进行的程度可以用粉碎比表示。粉碎比：被粉碎物料粉碎前的粒度与粉碎产物粒度的比值。以i表示。 粉碎比的表示形式有三种： 极限粉碎比：物料粉碎前后的最大粒度之比，i=Dm/dm； 名义粉碎比：粉碎机给料口的有效宽度（0.85B）和排料口宽度（）的比值，i=0.85B/S； 真实粉碎比：粉碎前后物料的平均粒度的比值，i=D/d。 粉碎过程中，每

4、个阶段达到的粉碎比称为部分粉碎比或阶段粉碎比，用in表示，相应地，整个粉碎过程中达到的粉碎比叫总粉碎比，显然： i=i1i2i3in=Dmax/dmax,3.1.4 粉碎的工艺特征,7,第三章 粉碎,2. 分阶段粉碎 根据颗粒粉碎过程中所形成的产品粒度特征及这一过程中所用粉碎设备施力方式的差别，可将物料粉碎分为四个阶段：破碎、磨矿、超细粉碎、超微粉碎。,表3-2 粉碎各阶段产品粒度特征,8,第三章 粉碎,粉碎产品的细度和性能矿石硬度的影响 大多数物料的力学性质是不均匀的，粒度愈粗微裂缝愈多，机械强度愈差，愈易磨。而粒度愈细则机械强度愈好，愈难粉碎。 当对硬的石英及软的方解石进行细磨时，产品磨得

5、愈细，新生细级别产率的差距愈小，证明磨矿粒度愈细，矿石硬度的影响逐渐减弱，产品细度的影响逐渐增强。 上述现象的原因：一方面是因为粒度变细之后，颗粒的宏观和微观裂纹减小，颗粒也较为均质，且缺陷减少，因此即使是软矿物的强度也相应增强了；另一方面是细磨时条件恶化，磨矿过程难以有效进行，细磨时的粉碎概率低。,9,第三章 粉碎,粉碎粒度与粉碎效率及能耗 物料粉碎过程随粉碎粒度的变细，效率下降，能耗大幅度上升，被粉碎颗粒粒度愈细，其抗粉碎的能力愈强。这种现象的原因是一方面细粒强度增加，且被介质磨碎的机率降低；另一方面则可能与表面电性等性质影响有关。 选择性粉碎 力学性质不均匀的物料在细磨过程中强度小的被磨

6、细，强度大的则残留下来，这种现象称选择性粉碎。 结果说明：随磨矿时间的延长，矿物颗粒变细，软硬两种矿物的平均粒度差变小，磨碎时间足够长时，二者粒度可达到相同；软硬两种矿物小于0.074mm产率差随磨矿时间的延长而减少，而且时间愈长产率差值愈小，即磨下选择性磨碎现象显著，而细磨下选择性磨碎现象逐渐减弱。,10,第三章 粉碎,粉碎过程中细粒物料的凝聚及覆膜现象 物料细磨时，表面积急剧增大，颗粒表面能增大，物料颗粒会自发地聚集在一起以降低表面能，即发生凝聚现象。凝聚使粒子出现粗化现象。而由于不饱和键力的影响，颗粒粘附在磨机筒体及磨碎介质上会发生覆膜现象。覆膜现象使自由运动粒群减少，也是降低细磨过程效

7、率的原因之一。凝聚及覆膜现象阻碍了细磨的进一步进行，可加入分散剂及表面活性剂等抑制或消除。,11,第三章 粉碎,微细颗粒布朗运动的影响 有资料显示（表3-10），粒度稍大于1m的颗粒的布朗运动位移量已大于重力作用的位移量。细磨或超细磨下，有1/5的颗粒接近布朗运动状态，所以在研究细磨时就不能不考虑这种现象。,表3-10 微粒在水中沉降时布朗运动与重力作用引起的位移量,12,第三章 粉碎,随颗粒粒度变细，表面电化学力增强，料浆的粘度增加，料浆的流动性及粒子的分散性变差。 只有采用较稀的料浆浓度或使用化学药剂改变料浆系统的流动、凝聚等性质，才可抵消因颗粒变细而引起的细磨恶化的现象。使用无机电解质及

8、胺分别作为添加剂用于粉磨石英的实验。结果发现，在一定pH值条件下，钙、硫和硅酸盐使粉磨石英的效果显著下降，而氯化钾及胺能明显提高磨碎效果。化学药剂能改变料浆的许多性质，提高或降低磨碎效果。,13,第三章 粉碎,单体解离及解离度 在矿石粉碎产品中，有些颗粒只含有一种矿物，叫单体(如图3-1a,f)；另一些颗粒两种或两种以上矿物连生在一起，叫连生粒(如图3-1b，c，d，e)。,图3-1 矿石颗粒截面,14,第三章 粉碎,矿石粉碎后，某矿物的单体解离度定义为：物料群中，某矿物的单体解离颗粒数占该粒群中含有该矿物的颗粒总数的百分数。 C：某矿物的单体解离度； A：该矿物的单体解离粒子个数； B：含有

9、该矿物的连生粒子个数。 在矿物加工中，精矿品位低、尾矿品位高及中矿产率大，往往都是矿物解离度不够造成的。,15,第三章 粉碎,可碎性 材料的强度是指其对外的抵抗能力，通常以材料破坏时单位面积上所受的力即N/或Pa 来表示。按接受破坏力的方式不同，可分为压缩强度、拉伸强度、扭曲强度、弯曲强度和剪切强度等；按材料内部的均匀性和有否缺陷分为理论强度和实际强度。 物料的实际强度可以用试验室仪器进行测量，根据静载下的测定结果，各种材料的机械强度有如下规律： 抗压强度抗剪强度抗弯强度抗拉强度,16,第三章 粉碎,在矿物加工上习惯用普氏硬度系数作为矿石坚固性的标准，普氏硬度系数为抗压强度的百分之一，用符号f

10、表示。 式中：p抗压强度 通常用“可碎（磨）性系数”来衡量矿石粉碎的难易程度，可碎（磨）性系数的表示如下： 可碎性系数 实践中常以石英作为标准的中硬矿石，将其可碎性系数定为1，硬矿石的可碎性系数都小于1，而软矿石则大于1。,17,第三章 粉 碎,3.1.5 被粉碎物料的基本物性,1.强度,a.理想强度:材料完全均质不含缺陷时的强度。b.实测强度：约为理想强度的1/1001/1000。c.强度的尺寸效应：材料强度测定值随试验片大小而变化。尤其，试验片体积变小时，其强度测定值却增大，这一现象称为强度的尺寸效应。d.强度随加荷速度的变化：对材料的加荷速度增大时，材料的变形阻抗增大，其破坏应力（强度）

11、增大。e.强度随氛围条件的变化:材料强度在真空中、或空气中或水中亦有不同。,18,第三章 粉 碎,2 硬度,材料对磨耗的抵抗性一般用硬度表示。严格地说，磨耗和硬度性质是不同的，其间未必有一定的关系。可是，硬度往往作为耐磨性的指标使用。硬度一般用莫氏(mohs)硬度表示，见下表：,19,第三章 粉 碎,3 易碎性,采用强度和硬度往往还难以表述材料粉碎的难易程度，这是因为粉碎过程除取决于材料物性之外，还受大量未知的影响因素所支配，例如粒度、粉碎方式(设备、工艺流程)等影响，从而使得判断粉碎过程相当困难。为此，引用易碎性这一概念来概括影响粉碎过程的大量变量。采用易碎性值即可判断材料在某一粉碎条件下的

12、粉碎状态，用以评价粉碎设备的运行管理状况。,易碎性表征材料对粉碎的阻抗。它可定量地表示为将材料粉碎到某一粒度所需的比功。显然，易碎性是粉碎过程所耗能量的判据。由易碎性可确定将某一原始粒度的材料粉磨到某一指定的产品粒度所消耗的能量。不少学者提出了各种易碎性的表示方法如Hardgrove 指数和Bond 粉碎功指数。,20,第三章 粉 碎,3.1.6 粉碎需用功,无论从粉碎概率论考察，还是从破坏由结合力弱点处开始来分析，都表明随着粉碎粒径的减小，粉碎需用功增大。,直径(粒子径)x的球用平行平板加压时，到达破坏时积蓄于粒子的弹性变形能E可用下式表达：,式中，P为荷重，为变形，Y为杨氏弹性模量；v为伯

13、松比。把E定义为粉碎1个粒子需用功，则单位质量粉碎能E/M如下式所示：,式中，为粒子密度，M为材料质量。,21,第三章 粉 碎,3.1.7 碎碎粒子碰撞速度,微粉碎人多采用气流粉碎机、冲击式粉碎机让碎料粒子加速碰撞而进行粉碎。假定粉碎处在最大粉碎效率状况下，即粒子具有的运动能完全转变为破碎能，则粒径x的1个粒子破碎所需的碰撞速度U按下式求算：,22,第三章 粉 碎,前述碎料粒径在几十微米以下的粒子加速碰撞粉碎时，表面粉碎比体积粉碎的比例要大，因而可视为粉碎介质静止，而让碎料粒子碰撞粉碎的场合。现假定为理想粉碎，质量为MB的粉碎介质，以UB速度碰撞碎料粒子，粉碎介质所具有的运动能被100地变换为

14、粒子破碎能，则为破碎粒径“的粒子所需介质质量和碰植速度的关系按下式计算：,3.1.8 粉碎介质碰撞速度,23,第三章 粉 碎,3.1.9 混合粉碎,对同样体积、破坏载荷不同的两种物料进行混合粉碎时，破坏载荷小的粒子优先被粉碎的可能性大。混合粉碎适用于附着性、凝集性强而流动性差的微粉体混合物，尤其适用于混合物中成分必须是更微细粒子的生产过程。,24,第三章 粉 碎,随着物料粒度减小，由于破碎强度和阻力增大，使颗粒在从脆性破坏过渡至塑性变形的粒度范围内产生裂纹变得十分困难。因此，在一定的粒度下，反复的机械应力作用不会导致破碎，而仅仅产生变形，在超微粉碎中它成为粉碎效率的负因素。另一方面，在力学性质

15、中对材料粉碎性影响大的是拉伸强度。且因压坏强度相当于拉伸强度，因此，有人用直径2cm的球，通过改变加荷速度测定了球压坏强度、单位质量破碎能及破碎表面能。结果表明，以碎料粒子固有用期近似值作为加荷周期进行粉碎，可显著地提高粉碎效率。,3.1.10 影响粉碎效率的因素,25,第三章 粉 碎,3.1.11 低温粉碎,对于熔点、软化点低的热可塑性材料和因温度上升而失去结合水由氧化作用而变质的材料，以及常温时强韧、低温时脆性化的材料，适宜采用低温粉碎。可以采用预冷材料、在磨机周围通以致冷介质、磨机内混入干冰或通以冷却空气等方法进行低温粉碎。,必须指出，与上述热性质相反，有的材料各组成素材的热膨胀系数不同

16、。利用这一性质，如在粉碎前加热材料，则可降低材料的强度。,此外，结晶水化合物与无结晶水者相比，由于结晶水使体积膨胀，利用这一性质进行粉碎的方法称为化学粉碎法。,总之，要充分研究材料的热性质、化学性质与粉碎性之间的关系，并加以利用。,26,第三章 粉 碎,3.2 粉碎机理的解析方法,3.2.1 粉碎方法,物料粉碎是在机械力作用下进行的，任何一种粉碎机械都不只用一种力来完成粉碎过程。根据粉碎机械施力方式差异，粉碎施力种类有挤压、弯曲、剪切、劈碎、研磨、打击或冲击等，如图3-2。对于某一种粉碎设备，多数情况下是以一种施力方式为主，若干种施力方式同时存在，这样有利于提高粉碎效率。 对于矿物加工业，一般

17、矿石都是由多种矿物组成，各矿物的物理、机械性质差别很大，矿石粉碎时，只有当所选用的粉碎设备与矿石性质相适应时，粉碎的效果才会最好。,27,第三章 粉碎,图3-2 粉碎工具对物料施力的种类 1- 压碎； 2- 打击； 3- 研磨； 4- 冲击； 5 挤压剪切； 6 劈碎；7 弯曲,28,第三章 粉碎,挤压粉碎，即粉碎设备的工作部件对物料施加挤压作用。因为挤压力作用较缓慢均匀，故物料粉碎过程较均匀。这种方法通常多用于物料的粗碎，如图3-2（1）。 挤压-剪切粉碎，如图3-2（5）所示。辊压磨、雷蒙磨及各种立式磨通常采用挤压剪切粉碎方式。冲击粉碎，包括高速运动的粉碎体对被粉碎物料的冲击和高速运动的物

18、料向固定壁或靶的冲击以及运动物料的相互冲击，如图3-2（4）所示。研磨、磨削破碎，包括研磨介质对物料的磨碎和物料相互间的摩擦作用。振动磨、搅拌磨以及球磨机的细磨等都是以此为主要作用的。研磨和磨削是靠研磨介质对物料颗粒表面的不断磨蚀而实现粉碎的。,29,第三章 粉碎,粉碎模型体积粉碎模型 如图3-3（a），整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粒。冲击粉碎和挤压粉碎与此模型较为接近。表面粉碎模型 如图3-3（b），在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面产生破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的研磨和磨削粉碎

19、方式。均一粉碎模型 如图3-3（c），施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉成分。,3.2.2粉碎理论,30,第三章 粉碎,图3-3粉碎模型（a）体积粉碎 （b）表面粉碎 (c) 均一粉碎,31,第三章 粉碎,实际粉碎过程往往是前二种粉碎模型的综合，前者构成过渡成分，后者形成稳定成分。 体积粉碎与表面粉碎所得的粉碎产物的粒度分布有所不同，如图3-4所示，体积粉碎后的粒度较窄较集中，但细颗粒比例较小；表面粉碎后细粉较多，但粒度分布范围较宽，即粗颗粒也较多。,图3-4 体积粉碎和表面粉碎的粒度分布,32,第三章 粉碎,混合粉碎和选择性粉碎 当几种不同的物料在同一粉碎设备中同时

20、进行粉碎过程时，由于各种物料的相互影响，较单一物料的粉碎情形更复杂一些。目前，对多种物料混合粉碎过程中各种物料相互是否有影响以及如何影响尚存在分歧。粉碎能耗理论与功指数 物料粉碎过程中外力所做的有用功称为粉碎功或能耗。能耗模型 为了探索粉碎所需能量和粉碎效果（粒度减小、比表面积增大）之间的关系，人们提出了不少的假设和模型。这主要有： Rittinger的“表面积假说” , Kick提出“体积假说”,以及综合以上两种假说Bond推出的“裂纹假说“。,33,第三章 粉碎,功指数 在实践中，粉碎能耗模型最具实际应用价值和理论意义的是Bond的裂缝学说。将上述功耗模型经定积分后可得Bond的实用式：

21、式中，F、P 给料及产品中80%通过的方形筛孔的宽度（微米） W 将一短吨（907.185kg）给料粒度为F的物料粉碎到产品 粒度为P时所消耗的功； Wi功指数，即将“理论上无限大的粒度”粉碎到80%通过 0.01mm筛孔宽（或65%通过0.075mm筛孔宽）时所需的功。,34,第三章 粉碎,Bond公式可运用于以下几个方面：在测出功指数Wi的情况下可以计算各种粒度范围内的粉碎功耗；测出被粉碎物料的功指数Wi，可以计算设计条件下的需要功率，根据需用功率的容量，选择粉碎机械；可以比较不同粉碎设备的工作效率，如两台磨机消耗的功率相同，但产品粒度不同，分别算出两台磨机的操作功指数，就可确定哪台效率高

22、。,35,粉碎动力学 粉碎动力学模型基于粉碎速度即粗大颗粒（大于指定粒级）消失速率与参加粉碎的粉体中这些大颗粒所占比率成正比，同化学反应动力学方程相类似。但是由于其不能全面反映粉碎过程特征和参变量间定量关系，难以应用于粉碎过程模拟、优化研究。,第三章 粉碎,36,3.2.3 功耗定律,（1）Rittinger的“表面积假说”认为“碎磨过程中所消耗的有用功与表面积成正比，与产品粒度成反比”。这种假说不太符合实际过程。 （2）后来Kick提出“体积假说”认为：“外力作用于物体时，物体首先发生弹性变形，当外力超过该物体的强度极限时该物体就发生破裂，故破碎物料所需的功与它的体积大小有关”。这种假说适合

23、于解释物料的粗碎过程。 （3）综合以上两种假说Bond推出了“裂纹假说“，他认为：“物料在破碎时外力首先使其在局部发生变形，一旦局部变形超过临界点时则产生裂口，裂口的形成释放了物料内的变形能，使裂纹扩展为新的表面。输入的能量一部分转化为新生表面积的表面能，与表面积成正比；另一部分变形能因分子摩擦转化为热能而耗散，与体积成正比。两者综合起来，将物料粉碎所需要的有效能量设定为与体积和表面积的几何平均值成正比”。该假说接近于符合一般的粉碎过程，长期以来用于指导粉磨工艺和设备的研究。,第三章 粉碎,37,第三章 粉 碎,以上三个假设可统一地用如下数学模型来表述，式中E为粉碎所需功耗,X为粒径，n为指数

24、：,当n=2时，其积分式,为Rittinger的表面积假说模型；,为Bond的裂纹假说模型；,为Kick的体积假说模型。,当nl.5时，其积分式,当n1时，其积分式,以上研究表明，模型中的指数n的确表明了粉碎过程中能量输入与产品粒度变化之间的关系，但没有明确的物理意义。,38,第三章 粉 碎,3.2.4 粉碎能量平衡论,许多学者的实验都确认粉碎是效率极低的操作，其有效能量的利用率大约仅占0.6%0.3%。这是因为用于粉碎的能量中约有9599以上转化为热而逸散。而其他的能量消耗用来增加固体表面能。显然将固体表面能7和生成的表面积相乘，即得粉碎所需的能量式,用物理学者求得的表面能量值代入上式计算时

25、，所得粉碎需用功的数值偏小。这说明除了生成表而能和发热之外，还有其他能量消耗。据研究，这部份能量消耗于固体表而结晶结构的变化、化学的变化及物理化学的变化。在粉碎过程中产生的物理化学变化称为机械力化学。也就是说，还有机械力化学的能量消耗。,39,第三章 粉 碎,3.2.5 粉碎速度论,Epstein于1948年提出了粉碎过程数学模型的基本观点.他指出，在一个可以用概率函数和分布函数加以描述的重复粉碎过程中，第n段粉碎之后的分布函数近于对数正态分布。这一观点已被用于矩阵模型和动力学模型。,1.粉碎过程矩阵模型,a.碎裂函数b.选择函数,2.粉碎动力学模型,40,第四章 粉 碎,3.2.6 相似的定

26、律解析机理,一、由外力产生压应力的粉碎机(例如，辊碾机、额式破碎机等)二、由重力直接产生压应力的粉碎机(例如轮碾机)三、利用机械方法产生惯性力的粉碎机(例如锤磨机)四、由重力产生惯性力的粉碎机(例如球磨机等),41,第三章 粉 碎,3.2.7 连续粉碎机理解析,3.2.7.1 颗粒滞留时间分布,最近的研究已能从理论和实验上确定时间分布函数的形式。根据山峙对球磨机的分析、实验研究，神保元二对振动磨的实验研究，时间分布函数Pe(t)可用对数正态分布来确定，即,当将上式各值描绘在对数概率纸上时，则可得到一直线，因此，可方便地求得时间分布的诸特性值。,42,第三章 粉 碎,3.2.7.2 粉碎机动态特

27、性解析,a.控制流量型,b.控制粒径型,3.2.7.3 粉碎速度论在闭路粉碎系统中的应用,主要研究循环负荷率对产品粒度的影响。闭路粉碎的基本流程如下图所示。,43,第三章 粉 碎,在许多工业部门，破碎与磨矿占企业总能耗的4070%，而破碎的能耗通常只有磨矿能耗的三分之一。因此，“多碎少磨”，对节省能耗，提高经济效益有重大作用。破碎的目的在于： 按照“多碎少磨”的原则，供给棒磨、球磨等磨机最合理的给料粒度，或为自磨、砾磨提供合格的磨碎介质； 对为分离准备物料者，使粗粒嵌布的矿物初步单体解离，以便用粗粒选矿方法进行分选； 使物料达到一定要求的粒度，供用户直接使用，如建筑用石料的准备。,3.3 矿物

28、加工破碎工艺类型、设备及应用,44,第三章 粉 碎,(a)开路粉碎；(b)闭路粉碎；(c)带预先分级的开路粉碎；(d)带预先分级的闭路粉碎；(e)带最终分级的开路粉碎；(f)带预先分级和最终分级的开路粉碎。,45,1. 破碎段数破碎段是破碎流程的最基本单元，它由破碎或破碎与配套工作的筛分组合构成。基本形式如图所示。（a）为单一破碎作业的破碎段；（b）为带有预先筛分作业的破碎段；（c）为带检查筛分作业的破碎段；（d）和（e）均为带有预筛分和检查筛分作业的破碎段；其区别仅在于前者是预先筛与检查筛分分别在于不同的筛分机上进行，后者是在同一筛分机上进行，故（e）可视为（d）的变型。因此，破碎段实际上只

29、有四种型式。,破碎工艺类型,46,第三章 粉 碎,2. 常用破碎流程（1）一段破碎流程。 一段破碎流程一般用来为自磨机提供合适的给料，常与自磨机构成系统。该流程工艺简单，设备少，厂房占地面积小。（2）两段破碎流程。 两段破碎流程多为小型厂采用。右图为两段破碎流程 基本型式如图所示，图中第一段都有预先筛分。a为两段开路流程，开路破碎的产品粒度较粗，只在简易小型厂或工业性试验厂采用。b为两段-闭路流程，这种流程能保证破碎产品粒度合于要求。,两段破碎流程,47,第三章 粉 碎,（3）三段破碎流程。 三段破碎流程的基本型式有三段开路和三路一闭路两种，如右图所示。图中前两段均有预先筛分，但某些情况下，第

30、一段或第二段有预先筛分。 三段一闭路破碎流程，作为磨矿的准备作业，获得了广泛应用。三段开路破碎流程与三段-闭路相比，所得破碎产品的粒度较粗，但它可简化破碎车间配置，节省投资。因此，当磨矿的给料粒度要求不严或磨矿段的粗磨采用棒磨时，以及处理含水分较高的泥质物料和受地形限制等情况下，可采用这种流程。,三段破碎流程,48,（4）带洗矿作业的破碎流程。 当给料含泥（-3mm）量超过510%和含水量大于58%时，细粒级会结成团，会恶化破碎过程的生产条件，严重时使生产无法进行。此时，应在破碎流程中增加洗矿作业。洗矿作业一般设在粗碎前后。由于原料性质不同，洗矿方式和洗出的细泥处理不同，因而流程多种多样。右图

31、为某矽卡岩型铜矿的带洗矿作业的三段-闭路破碎流程。,带洗矿作业的破碎流程,49,第三章 粉 碎,颚式破碎机 颚式破碎机出现于1858年。由于具有构造简单，工作可靠，制造容易，维修方便等优点，在冶金矿山、非金属矿山、建筑材料、化工及其它工业部门广泛应用。,破碎设备及相关应用,50,第三章 粉 碎,鄂式破碎机现场 鄂式破碎机模型,51,第三章 粉 碎,旋回破碎机亦称粗碎圆锥破碎机，于1878年问世。主要在大、中型金属矿山使用。按排料方式分为侧面排料型和中心排料型，前者因易堵塞，已不再生产，目前广泛应用的是中心排料型旋回破碎机。,破碎设备及相关应用,旋回破碎机,52,第三章 粉 碎,颚式破碎机与旋回

32、破碎机的比较 ：颚式破碎机的优点是：结构简单，高度小，重量轻，维修方便，不易堵塞，工作可靠。但生产能力低，要求均匀给料，需配备给料机，产品粒度不均匀。与颚式破碎机相比，旋回破碎机的优点是：破碎腔深度大，工作连续，因而生产能力大，单位电耗低，且工作较平稳，可以挤满给料，无需设置料仓和给料机，产品粒度均匀。但也存在以下缺点：机身较高，要求厂房高度增大，构造复杂，重量较大，安装、维修较复杂，不适合破碎潮湿和粘性物料。,53,圆锥破碎机,美国Nordberg公司多缸液压圆锥破碎机：以层压破碎原理破碎物料，实现选择性破碎。瑞典 Svedala集团H系列液压圆锥破碎机美国 Cedarapid公司推出新一代

33、MVP型滚动轴承的液压圆锥破碎机，俄罗斯圣彼得堡工程科学院开发的惯性圆锥破碎机北京凯特公司推出惯性振动圆锥破碎机。,第三章 粉 碎,破碎设备及相关应用,54,圆锥破碎机,55,冲击式破碎机,自衬式立轴冲击破碎机PFL系列立式冲击破碎机PFQ 涡旋强力反击式破碎机,辊压破碎机替代常规破碎机两段破碎,第四章 粉 碎,第三章 粉 碎,56,第三章 粉 碎,1. 球磨、棒磨流程由磨碎或磨碎与配套工作的分级组成磨矿段。分级按作用分为预先分级，检查分级和溢流控制分级。预先分级的目的是将磨碎给料中的合格粒级预先分出来，以免造成过粉碎；检查分级是将磨碎产品中不合格粒级分出来，返回磨机再磨，以保证产品细度符合要

34、求。溢流控制分级是对前一检查分级的溢流再分级，以获更细的溢流，从而更严格控制分级粒度。影响磨矿段数的因素主要有：物料的可磨性和矿物的嵌布特性，磨机给料粒度，磨碎产品的要求粒度，生产规模，砂和泥分别处理的必要性，及进行阶段分离的必要性等。实践证明，对选矿而言，采用一段或两段磨矿，便可经济地把矿石磨至选别所需要的任何粒度。两段以上的磨矿，通常是由进行阶段选别的要求决定的。,3.4 矿物加工磨矿工艺类型、设备及应用,磨矿分级工艺流程,57,第三章 粉 碎,一段和两段磨矿流程相比较，一段磨矿流程的主要优点是：设备少，投资低，操作易，不会因一个磨矿段停机影响到另一磨矿段的工作，停工损失小。但磨机的给矿粒

35、度范围宽，合理装球困难，不易得到较细的最终产物，磨矿效率低。当要求最终产物最大粒度为0.20.15mm(即6070%-200目，参看表2-2)时，一般都采用一段磨矿流程。小型工厂，为简化流程和设备配置，当磨矿细度要求80%-200目时，亦可用一段磨矿流程。,58,第三章 粉 碎,一段磨矿流程有如图所示几种形式。a为一段开路磨矿流程，该流程的产品粒度范围宽且效率不高，除对产品粒度要求较粗的情况，或采用棒磨机一段开路外，一般很少采用。b为一段闭路磨矿加预先分级流程，只有当磨机给料中合格粒级在15%以上时才采用。c是应用最广泛的一段闭路磨矿流程。当要在一段磨矿条件下得到较细的产物，对产品细度要求严格

36、，将采用带控制分级的闭路流程d。,59,第三章 粉 碎,两段磨矿的突出优点是能够得到细的产品，能在不同磨碎段进行粗磨和细磨，特别适用于阶段处理。在大、中型工厂，当要求磨碎细度小于0.15mm(即80%-200目，参看表2-2)时，采用两段磨矿较经济，且产品粒度组成均匀，过粉碎现象少。根据第一段磨机与分级机连接方式不同，两段磨矿流程可分为三种类型：第一段开路；第一段全闭路；第一段局部闭路，第二段总是闭路工作的磨矿流程。,60,第三章 粉 碎,第一段开路的两段磨矿过程，应用较广的几种形式如图所示。该类流程的优点在于没有溢流再分级，所需分级面积较小，没有两段料量的分配问题，调节较简单。第一段磨碎采用

37、棒磨时，破碎流程可以不闭路。在水泥等非金属行业，第一段也可采用锤式破碎机（干式系统）。其缺点是：第二段磨机容积大于第一段；由于第一段开路，产品粒度粗，浓度大，必须用较陡的自流运输溜槽，或专门的运输装置，才能将第一段的排料传送到第二段磨机。一般该类流程产物中-200目平均含量只能达到65%左右。,61,第三章 粉 碎,第一段全闭路的两段磨矿流程，常见形式如图2-46所示。这类流程常用于处理硬度较大，矿物嵌布粒度较细的矿石，以及要磨碎细度小于0.15mm的大、中型工厂，产品粒度能达到-200目占8085%。该流程的优点是可以实现细磨，两段磨机可安装在同一水平，设备配置较第一段开路时简单。缺点是两段

38、之间负荷难平衡，总分级面积大，设备投资较高。,62,第三章 粉 碎,第一段局部闭路的两段磨碎流程，常用形式如图2-47所示。该类流程的优点是没有两段间的负荷分配问题，调节简单，各段均得到任何数量的循环负荷；产品较两段全闭路流程粗。缺点是第一段的物料向第二段运输较困难。,63,第三章 粉 碎,2. 自磨流程自磨工艺有干磨和湿磨两种。选矿厂多采用湿磨。为了解决自磨中的难磨粒子问题，提高磨碎效率，在自磨机中加入少量钢球，这时称为半自磨。自磨常与细碎、球磨、砾磨等破磨设备联合工作，根据其联接方式可组成很多种工艺流程，常用的湿式自磨流程如下图所示。,64,第三章 粉 碎,a为一段闭路自磨（半自磨）流程。

39、通常自磨排料分级，除设有检查分级外，还带有控制分级。检查分级的设备为筛分机和螺旋分级机，控制分级设备为水力旋流器和螺旋分级机。这种流程简单，产品粒较粗，-200目占60%左右。当磨碎中硬以下矿石，且产品粒度要求较粗时，可以采用该工艺流程。b是自磨-细碎流程。该流程的特点是将自磨中的难磨粒级引出破碎，消除它在循环负荷中积累，提高磨机生产能力和降低能耗，因而适合磨碎易产生顽石的矿石。c是自磨-砾磨流程。该流程的产品粒度大致与常规两段磨矿流程相当，适合于处理有用矿物嵌布粒度较细，且适合自磨的矿石。第二段砾磨机用的砾石，可由自磨机或破碎系统提供。,65,第三章 粉 碎,2.3.1球磨机 球磨机外形为一

40、钢筒，内装各种直径的钢球作为研磨介质。在磨矿过程中，磨矿机以一定转速旋转，处在筒体内的研磨介质由于旋转时产生离心力，致使它与筒体之间产生一定摩擦力。摩擦力使研磨介质随着筒体旋转，并到达一定的高度。当研磨介质的自身重力的向心分力大于离心力时，研磨介质就脱离筒体抛射下落，从而击碎矿石。同时，在磨矿机转动过程中，研磨介质还会有滑动现象，对矿石产生研磨作用。所以，矿石在研磨介质产生的冲击力和研磨力联合作用下得到粉碎。,磨矿设备及相关应用,66,第三章 粉 碎,1. 格子型球磨机 排矿端的结构如图2。由格子板、端盖和中空轴组成，端盖与磨机筒体之间设有格子板，所以这种球磨机叫格子型球磨机。,67,第三章

41、粉 碎,2. 溢流型球磨机,27003600溢流型球磨机,68,第三章 粉 碎,格子型磨机与溢流型磨机相比，前者是低料浆排料，已磨细的颗粒能及时排出，减少了物料过粉碎，装球量大，磨矿效率高，生产能力大，但结构复杂，重量大，价格较贵。常用于第一段磨矿，产品粒度上限为0.20.3mm。后者结构简单，易于维修，产品粒度较细（一般小于0.2mm）。但排料液面较高，物料在磨机中停留时间长，生产能力低，易产生过粉碎，适用于粒度较细的场合。,69,第三章 粉 碎,自磨机是以被粉碎物料本身作为粉磨介质的磨机，有干式和湿式两种自磨机。湿式自磨机筒体的直径与长度之比一般在2.6 4.6之间。端盖为锥形，上面有一圈

42、波形衬板，它对下落物料有弯折作用，使返回粗粒物料抛向筒体中部。排矿端有格子板，以控制排矿粒度。在排矿中空轴内同心装有一个圆筒筛，圆筒筛的排矿端有一返砂勺，圆筒筛内装有反向螺旋返砂管，从格子板孔流出的料浆经过圆筒筛筛出，筛上物由返砂勺推入返砂管，返回磨机内再磨，筛下物经中空轴排出。干式自磨机的构造与湿式自磨机不同，其端盖与筒体垂直。磨细的产品借助气流从磨机内排出。与球（棒）磨机相比，自磨机的给矿粒度大，一般为200300mm，破碎比大，能取代中、细碎及一段磨矿，简化碎磨流程。物料自磨，节省金属消耗，选择性碎磨作用强，过粉碎颗粒少。,3.自磨机,70,第三章 粉 碎,上图的自磨机直径12.2米，长

43、15米，净重1210吨，是目前世界上体积最大、重量最重的自磨机，价值5500多万元。自磨机由中国冶金科工集团与香港中信泰富集团合作生产，中国外运华东外运物流公司和常熟船务代理有限责任公司联合承运，将被运往澳大利亚用于西澳SINO铁矿石项目。,71,第三章 粉碎,3.5粉碎机械力化学,1,机械力化学定义： 在机械力作用下，对固体、液体、气体物质施加机械能而诱发的化学变化和物理化学变化称为机械力化学。 机械力：压缩、剪切、磨擦、延伸、弯曲、冲击等。 机械力化学现象：各种凝聚状态下的物质，受到机械力的影响而发生化学变化或物理变化的现象。,72,第三章 粉碎,3.5粉碎机械力化学概述,1,例如：物料进

44、行超细粉碎的过程，现象奇怪：如粉碎食盐时产生氯气，粉碎碳酸盐时有二氧化碳气体产生，石膏细磨时脱水，石英受冲击后无定形化等，这些都是典型的机械化学反应。,超细粉碎时机械力除了使物质粒度缩小、比表面积增加等物理变化外，还会发生机械能与化学能的转换，致使材料发生结构变化、化学变化及物理化学变化。,73,第三章 粉碎,机械力引发的化学效应主要包括改变结晶状态和诱发化学反应。改变物质结晶状态是在超细粉碎过程中 ,随着机械力的持续作用 ,矿物的晶体结构和性质会发生多种变化 ,如颗粒表面层离子的极化变形与重排使粉体表面结构产生晶格缺陷、 晶格畸变、晶型转变、 结晶度降低甚至无定形化等。,粉体晶体结构的变化,

45、74,第七章 粉碎机械力化学,固相间的机械力化学反应 ,一般是在原子、 分子水平上晶格相互扩散及平衡时达成的 ,固相间的扩散、 位移密度、 晶格缺陷分布等都依赖于机械活性。固体内的扩散速率受控于位错数量和运动 ,晶格变形可增加位错数量 ,说明机械力作用可以直接增加自发的导向扩散速率。因此 ,在室温下 ,机械力化学和固相反应存在密切关系 ,诱发固体间的反应是可能的。,粉体晶体结构的变化,75,第三章 粉碎,随着超细颗粒表面活性点的不断增多使颗粒表面处于亚稳高能活性状态，表面层能位更高，活化能更小，表面活性更强，从而引起物质的分散性、溶解性、吸附能力、表面电性、离子交换和置换能力等表面物理化学性质

46、的变化，易于发生化学或物理化学变化。,粉体物理化学性质的变化,76,第七章 粉碎机械力化学,77,第三章 粉碎,粉碎机械力活化作用机理,第一，物料在机械力作用下粉碎生成新表面，颗粒粒度减小，比表面积增大，从而粉体表面自由能增大，活性增强。,第二，物料颗粒在机械力作用下、表面层发生晶格畸变、其中贮存了部份能量，使表面层能位升高，从而活化能降低，活性增强。,第三，物料颗粒在机械力作用下，表面层结构发生破坏，并趋于无定形化，内部贮存了大量能量，使表面层能位更高，因而活化能更小，表面活性更强。,第四，粉磨系统输入能量的较大一部分还将转化为热能，使料体物料表面温度升高，这也在很大程度上提高了颗粒的表面活

47、性.,综上可见，物料颗粒经机械粉碎后形成的微细颗粒表面性质大大不同于原有粗颗粒，机械力的持续作用使颗粒表画的活性点不断增多，颗粒表面处于亚稳高能活性状态，易于发生化学或物理化学变化.,78,第七章 粉碎机械力化学,固体活性增强因素1.格子缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）2.格子畸变，无定型结构3.比表面积4.表面能,79,第三章 粉碎,1.粒子缺陷（不完整性）,粒子缺陷：偏离规则结晶格子的状态，主要形式：点缺陷：空位，置换，填隙；线缺陷：位错；面缺陷：堆层缺陷，晶界。a.点缺陷：基本形式：弗仑克尔缺陷，肖特基缺陷。结晶热处理、射线照射、外部应力作用及线缺陷的运动均可产生。随之反应性增大。例：Zn

48、O和CuSO4体系的固相反应，将Li2O添加到ZnO中，由于点缺陷的产生，反应的活化能降低，反应速度增大。,80,第三章 粉碎,1.粒子缺陷（不完整性）,b.线缺陷（位错）晶体的机械变形或热应力而引起的结晶格子沿线的方向呈现出不完整性。基本类型：刃位错和螺旋位错。c.面缺陷出现在粒界、小角度晶界、双晶界、堆层不完整处,81,第三章 粉碎,2.格子变形,机械力作用，发生格子变形，程度可从原子间距的变化而引起能量增加的角度研究，可采用定量法测定溶解热河X射线衍射图形状变化的半定量分析法求得。主要形式：1.面间距的变化（一次粒子的结晶格子整体膨胀收缩）2. 面间距的变动 ）结晶粒内或粒子局部的变化)

49、3.液体状的无定形构造4.X射线确定的无定形构造5.层状结构，纤维i结构中特有的不规则构造,82,第三章 粉碎,3.比表面积,粉体的比表面积（表面积/体积或表面积/质量）动力学和热力学重要参数。 一般地，比表面积大，反应面积增加，反应速度加快，活性大，表面能增加。 如单纯从表面积考虑粉体活性，活性增大，大致从1 m2/g左右表现出，根据粉体制备方法，可得到100-1000 m2/g的大表面积粉体。,83,第三章 粉碎,4.粒子的微细化与表面能,固体的表面能随固体的微细化而变化，影响因素多：粉体烧结后的多相微细结构，粉体的溶解热，粒子成长，细纤维及薄膜的物性，赫形成，催化活性，对融体及液体的润湿

50、性，粒界的热腐蚀等。,84,第七章 粉碎机械力化学,3.5.4粉碎和粒子结晶构造变化,4,1.晶格不规则,粉碎过程中、随着微细化而使粒径减小的同时，还产生颗粒表面晶格的不规则化及结晶性的下降。所谓晶格的不规则是指晶格的晶面间距发生变化、变动以及形成非结晶结构等，即在机械力作用下，有序的结晶结构被破坏，形成非晶态层，最终导致整个结晶颗粒无定形化；,关于这一现象对石英作过很多的研究。石英粉磨时，随着微细化的过程颗粒表面上生成的晶格扰乱还向颗粒内部扩展，从而在颗粒表面上形成一定的厚度。该厚度将随物质种类、粉碎方式、粒径、氛围等而不同。 这一变化可采用x射线衍射、差热分析、溶解速度、密度变化等进行研究