Измельчение материалов

Измельчение - разрушение твердых тел до требуемых размеров. По размеру (крупности) измельченного продукта измельчение разделяют на два типа:

• Дробление: грубое (300-100 мм), среднее (100-25 мм) и мелкое (25-1 мм). Цель дробления - получение кускового продукта необходимой крупности, а также подготовка к помолу.
• Помол: грубый (1000-500 мкм), средний (500-100 мкм), тонкий (100-40 мкм) и сверхтонкий ( < 40 мкм). Цель помола - увеличение дисперсности твердого материала, придание ему определенного гранулометрического состава и формы частиц, дезагрегирование.

Граница между измельчением (помолом) и дроблением условна.

Измельчение материалов применяется для:

1. Улучшению однородности смесей.
2. Ускорению и повышению глубины протекания химических реакций.
3. Повышению интенсивности сочетаемых с ним других технологических процессов (перемешивание, сушка, обжиг, химические реакции);
4. Снижению применяемых температур и давлений (например, при варке стекла);
5. Улучшению физико-механических свойств и структуры материалов и изделий (твердые сплавы, бетон, керамика, огнеупоры и т. п.);
6. Повышению красящей способности пигментов и красителей, активности адсорбентов и катализаторов;
7. Переработке полимерных композиций, включающих высокодисперсные наполнители (например: сажу, слюду, химические волокна и др.), отходов производства, бракованных и изношенных изделий (резиновые шины, термопласты и реактопласты и др.)

Основные характеристики процесса: изменение дисперсности; степень измельчения - отношение среднего размера кусков (зерен) исходного материала к среднему размеру кусков (зерен, частиц) измельченного продукта; удельные энергетические затраты (в кВт.ч на 1 т продукта). Главные характеристики продукта измельчения - гранулометрический состав (в %) и уд. пов-сть (в см2/г).

Измельчение может быть сухим (как правило, при грубом и среднем дроблении) и мокрым (часто при мелком дроблении и помоле). Сухое измельчение проводят в воздушной среде или в инертных газах (при переработке окисляющихся, пожаро- и взрывоопасных, а также токсичных материалов). Мокрое измельчение применяют при обогащении руд методом флотации, при последующей обработке измельченного материала в виде суспензии (напр., в производстве ТiO2), при повышенной влажности материала и наличии в нем комкующих примесей, при необходимости исключить пылеобразование.

Измельчение материалов может осуществляться периодически либо непрерывно. Периодический процесс применяют при небольших масштабах производства, т. к. он сравнительно малоэкономичен, сопровождается сильными нагреванием (измельчение происходит в замкнутом объеме) и агрегированием обрабатываемого материала и дает возможность получать продукт только широкого гранулометрического состава, содержащий значительные количества мелких и крупных фракций. Непрерывный процесс осуществляют по двум основным схемам. При работе в открытом цикле, используемом чаще всего для грубого и среднего измельчения, материал проходит через измельчитель только один раз, не возвращаясь в него, и также характеризуется широким гранулометрическим составом. Наилучшие показатели по качеству продукта, производительности измельчителя и энергетическим затратам достигаются в случае измельчения в замкнутом цикле с непрерывным отбором тонкой фракции.

Для измельчения используют различные способы. В промышленных измельчителях чаще всего применяют следующие виды механических воздействий: свободный удар, раздавливание, истирание, а также их комбинации. Выбор усилия зависит от крупности и прочности материала. Оборудование для измельчения делится на дробилки и мельницы. Дробление производят в основном с помощью дробилок четырех типов: щековых, конусных, валковых, роторных. Помол осуществляют с помощью мельниц со свободными и закрепленными мелющими телами и без них.

Выбор способа и технологической схемы измельчения, типоразмеров, материалов рабочих органов и режима работы измельчителей зависит от прочности, твердости, упругости, липкости, термостойкости, химической активности, токсичности, склонности к загоранию и взрыву измельчаемых материалов, а также от гранулометрического состава, необходимой формы частиц, чистоты, белизны, насыпной массы, текучести и т. д. продукта измельчения.

Практически для выбора типов и размеров оборудования для измельчения, а также расчета его производительности, продолжительности процесса и дисперсности продуктов экспериментально изучают в равных условиях кинетику измельчения исследуемого и эталонного материалов и определяют т. наз. коэффициент измельчаемости, который характеризует сопротивляемость материала измельчению в конкретной машине. Далее выбирают тип измельчителя и с использованием соответствующих таблиц - параметры и режим его работы. Повышению эффективности измельчения, наряду с совмещением его с классификацией и проведением процесса в несколько стадий, способствует рациональный выбор удельных энергетических затрат, механических усилий и частот их воздействия на материал, соотношений твердое/жидкое при мокром помоле и др.

Для поддержания заданных характеристик продуктов измельчения необходимо контролировать и корректировать параметры процесса (влажность, крупность, измельчаемость, производительность оборудования). Для этого мощные дробильные и помольные установки оснащают системами автоматического регулирования. С целью уменьшения износа оборудования при измельчении абразивных материалов ограничивают скорость движения рабочих органов, применяют быстросъемные узлы и детали, подвергаемые легкому изнашиванию, футеруют рабочие поверхности; в ряде случаев осуществляют совместную обработку абразивного и мягкого компонентов композиции. Для уменьшения износа оборудования при мокром измельчении в жидкость вводят ингибиторы коррозии.

При измельчении пожаро- и взрывоопасных материалов необходимо соблюдать правила техники безопасности. Оборудование и помещения для измельчения необходимо проектировать и эксплуатировать с учетом нижних концентраций пределов и температур воспламенения, а также способности исходных материалов к электризации и т. п. Должны быть обеспечены прочность и герметичность корпусов измельчителей и коммуникаций, установлены разрывные предохранительные мембраны. Оборудование для измельчения следует заземлять и оснащать защитой от атмосферного и статического электричества, применять механический транспорт с изготовлением его деталей из цветных металлов. Электро- оборудование должно быть во взрывобезопасном исполнении, а категория помещений выбрана в соответствии с санитарными нормами и правилами.
 
===
Исп. литература для статьи «Измельчение материалов»: Сиденко П. М , Измельчение в химической промышленности, 2 изд., М., 1977; Андреев С. Е., Перов В. А , Зверевич В. В., Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых, 3 изд., М., 1980; Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы, 2 изд., М., 1982. М. Л. Моргулис.