Общая характеристика процесса измельчения

Измельчение - это процесс уменьшения размеров частиц твердого материала с помощью механического воздействия. Новые поверхности образуются в результате преодоления внешними силами сил молекулярного притяжения в измельчаемом твердом теле. Увеличение в результате измельчения поверхности фазового контакта взаимодействующих масс значительно интенсифицирует процессы химического взаимодействия, растворения, горения. В химической промышленности измельчение чаще всего является начальной или промежуточной стадией технологического процесса, например измельчение природного минерального сырья, но может выступать и как самостоятельный процесс, в результате которого получается товарная продукция (минеральные удобрения, пигменты).

Степень измельчения - это отношение средних диаметров кусков исходного материала () и продукта (): . Значения , - это обычно максимальные линейные размеры наибольшего куска материала.

Виды измельчения: дробление крупное ( =100-350 мм), среднее ( =40-100 мм), мелкое ( =5-40 мм); помол грубый ( =0.1-5 мм), средний ( =0.05-0.1 мм), тонкий ( =0.001-0.05 мм) и сверхтонкий ( < 0.001 мм). Машины, предназначенные для дробления называются дробилками, для помола - мельницами.

Наиболее популярные в промышленности способы измельчения (рис.1.1): раздавливание, раскалывание, удар и истирание. Раздавливание осуществляется приложением внешней нагрузки, превышающей предел прочности материала при сжатии. Раскалывание происходит в местах концентрации нагрузок, передаваемых клинообразными рабочими элементами машины. Удар вызывает кратковременную сосредоточенную динамическую нагрузку, под действием которой кусок материала распадается на части. Измельчение истиранием происходит под действием сжимающих, растягивающих и срезающих сил. Прочные хрупкие материалы целесообразно дробить раздавливанием и раскалыванием, прочные вязкие - раздавливанием и истиранием. Крупное дробление мягких хрупких материалов выполняют раскалыванием, среднее и мелкое - ударом. Помол осуществляют ударом и истиранием.

Процесс измельчения связан с большими энергозатратами. Поэтому ему, как правило, сопутствует классификация, т.е. разделение твердого сыпучего материала по крупности частиц. Отделение от исходного или промежуточного материала частиц, соответствующих по размерам конечному продукту, позволяет уменьшить расход энергии и избежать переизмельчения, т.е. получить более однородный продукт. Возможны следующие сочетания измельчителей и классификаторов, называемые схемами измельчения (рис.1.2): по открытому циклу, по замкнутому циклу, в несколько приемов. В открытом цикле реализуют крупное и среднее измельчение, материал обрабатывается один раз, конечный продукт неравномерен по размерам частиц. В замкнутом цикле, который обычно применяется при тонком измельчении, и особенно при измельчении в несколько приемов, продукт более однороден, однако для этих схем характерны повышенные энергозатраты и меньшая производительность по сравнению с открытым циклом.

Измельчающие машины классифицируют по преобладающему способу воздействия на материал (раздавливающего, ударного действия), а также по конструктивным признакам (виду дробящих элементов, форме рабочей камеры): дробилки щековые, конусные, валковые, молотковые; мельницы барабанные, бисерные, вибрационные, струйные. Измельчение может быть "сухим" и "мокрым" (с добавлением воды в рабочую камеру машины). "Мокрое" дробление применяют редко, а помол - практически всегда, когда допускается контакт измельчаемого материала с водой (продукт более однороден по размерам частиц, облегчается его транспорт, уменьшается запыленность воздуха).