PRZERÓBKA MECHANICZNA

TEMAT: Wyznaczanie stopnia rozdrobnienia dla różnych kruszarek i różnych właściwości fizykomechanicznych surowców.

Kramarz Leszek

Kuciel Damian

III GIG, Gr. II Kraków 2010/11

Operacje przeróbcze są to czynności wykonane w odpowiednio dobranej kolejności na materiale surowym, oraz na otrzymanych produktach wzbogacania, które mają na celu wyodrębnienie z materiału surowego maksymalnej ilości składnika . Operacje przeróbcze dzielimy, ze względu na ich charakter, na operacje przygotowawcze i operacje główne. Rozdrabnianie jest jedną z operacji przeróbczych. Polega na zmniejszaniu wielkości ziaren pod wpływem zewnętrznej siły niszczącej wewnętrzną spoistość ich elementarnych cząstek; może się ono odbywać na drodze mechanicznej lub chemicznej.

Procesy rozdrabniania dzielimy na:

• kruszenie

• mielenie (produkty >1 mm)

Wskaźniki technologiczne oceny wyników rozdrobnienia dzielimy na:

• wskaźnik określający zmianę własności nadawy w trakcie rozdrabniania

• wskaźnik oceny produktu rozdrobnionego

• wskaźniki charakteryzujące proces (wydajność, zużycie energii)

Stopień rozdrobnienia jest to stosunek ziaren reprezentatywnych w nadawie do wielkości ziaren reprezentatywnych w produkcie. Jest miarą efektu rozdrabniania w kruszarkach.

Gdzie:

n – stopień rozdrobnienia

Dⁿ – wielkość ziaren nadawy

d^p – wielkość ziaren produktu

Stopień rozdrobnienia maksymalny oblicza się jako stosunek wymiaru największych ziarn nadawy do wymiaru największych ziaren produktu.

Gdzie:

n_max – maksymalny stopień rozdrobnienia

dⁿ_max – średni wymiar największych ziaren nadawy

d^p _max – średni wymiar największych ziaren produktu

Stopień rozdrobnienia 80%.

Gdzie:

n₈₀ – 80% stopień rozdrobnienia

dⁿ ₈₀ – średni wymiar ziaren nadawy odczytany z krzywej składu ziarnowego

d^p ₈₀ – średni wymiar ziaren produktu odczytany z krzywej składu ziarnowego

Stopień rozdrobnienia uzyskany w efekcie rozdrabniania w kilku kolejnych maszynach (kruszarkach, młynach) jest równy iloczynowi stopni rozdrabniania wszystkich maszyn :

S_całk=n₁*n₂*n₃*….*n_n

Procesowi kruszenia został poddany wapień. Jest to skała osadowa składająca się z węglanu wapnia (CaCO3), zwykle w postaci kalcytu. Może zawierać także domieszki: dolomitu, kwarcu, glaukonitu, pirytu lub minerałów ilastych. Najczęściej posiada barwę białą, żółtawą, szarą. Jest używany głównie w budownictwie, przemyśle wapienniczym, cementowym, chemicznym, cukrowniczym, w hutniczym (jako topnik, do wyrobu szkła), oraz w rolnictwie, jako dodatek do pasz.

O efektywności rozdrabniania decydują między innymi takie cechy fizyczne jak np twardość i wytrzymałość mechaniczna.

Cechy fizyczne i chemiczne przykładowego wapienia (złoże Czatkowice, wapień z epoki dolnego karbonu):

Cechy	Wartość
Gęstość pozorna	2,68 g/cm ^3
Nasiąkliwość	Średnio 0,35%
Porowatość	0,96 %
Wytrzymałość na ściskanie w stanie suchym	84-154 MPa
Ścieralność w bębnie Devala	4,1%
Ścieralność w bębnie Los Angeles	max 25%
Mrozoodporność	0,2-2,2%
Barwa	kremowo-szara
Składnik	Zawartość
CaCO3	96,70%
SiO2 + NR	1,15%
MgCO3	1,80%
Fe2O3	0,13%
Al2O3	0,061%
Na2O	0,011%
K2O	0,019%
Metale Ciężkie	śladowo

Kamień wapienny o uziarnieniu 80-120mm został rozdrobniony kolejno w trzech kruszarkach:

• L 4441 (szczelina między szczękami – 10mm)

• EKOLAB (szczelina między szczękami – 7,7mm)

• WALCOWA (szczelina między walcami – 3mm).

%

mm

Wykres przedstawia początkowy stan ziarna poddany procesowi kruszenia.

Wyniki analiz sitowych:

1. Po pierwszym stopniu rozdrobnienia w kruszarce L 4441 i przesianiu przez sita w czasie t = 3 min otrzymano następujące uziarnienie:

Rozmiar sita [mm]	Zostało na sicie [g]	Wychód wagowy [%]	Wychód sumaryczny[%]
0-1	153	7,64	7,64
1-2	92	4,6	12,24
2-3,15	100	4,99	17,23
3,15-6,3	304	15,18	32,41
6,3-8	111	5,54	37,95
8-12,5	401	20,02	57,97
12,5-14	171	8,54	66,51
14-18	374	18,67	85,18
18-25	164	8,18	93,36
25-31	133	6,64	100
Σ	2003

1. Po drugim stopniu rozdrobnienia w kruszarce EKOLAB i przesianiu przez sita w czasie t = 4 min otrzymano następujące uziarnienie:

Rozmiar sita [mm]	Zostało na sicie [g]	Wychód wagowy [%]	Wychód sumaryczny[%]
0-1	302	15,1	15,1
1-2	155	7,75	22,85
2-3,15	158	7,9	30,75
3,15-6,3	550	27,5	58,25
6,3-8	230	11,5	69,75
8-12,5	545	27,25	97
12,5-14	40	2	99
14-18	20	1	100
Σ	2000

1. Po trzecim stopniu rozdrobnienia w kruszarce WALCOWEJ i przesianiu przez sita w czasie t = 4 min otrzymano następujące uziarnienie:

Rozmiar sita [mm]	Zostało na sicie [g]	Wychód wagowy [%]	Wychód sumaryczny[%]
0-1	465	23,51	23,51
1—2	323	16,32	39,83
2-3,15	391	19,76	59,59
3,15-6,3	767	38,75	98,34
6,3-8	27	1,36	99,7
8-12,5	6	0,3	100
Σ	1979

Obliczenia stopnia rozdrobnienia n_max , n₈₀ oraz n_całk:

• Kruszarka L4441

• Kruszarka EKOLAB

• Kruszarka WALCOWA

n_max całkowite dla wapienia:

n_{max całk} = 3,9*2,06*1,9 = 15,26

n₈₀ całkowite dla wapienia:

n_{80 całk} = 7,3*1,7*2,1 = 26,1

n₅₀ całkowite dla wapienia:

n_{50 całk} = 10,81*2,7*1,8 = 52,53

Kruszarka	wapień
	nmax
L4441	3,9
EKOLAB	2,06
WALCOWA	1,9
całkowite	15,26

Wnioski po kruszeniu wapienia:

Za względów technicznych i ekonomicznych proces rozdrabniania musi odbywać się etapami. Różnica mas próbek po kolejnych czynnościach może być spowodowana zanieczyszczeniem kruszarek oraz usuwaniem pyłu. Stopień rozdrobnienia n_max oraz n₈₀ jest największy dla kruszarki L4441, natomiast dla pozostałych kruszarek wartości są zbliżone.

Drugą skałą poddaną procesowi kruszenia był chalcedonit.

Są to skały krzemionkowe powstałe syngenetycznie, wieku kelowejskiego (jura środkowa – Dogger). Makroskopowo chalcedonit jest skałą mleczno – niebieską zwięzłą, o przełamie nierównym, bardzo ostrym oraz szaro – niebieską o szorstkiej powierzchni, mniej zwięzłą. Miejscami występuje też chalcedonit czerwono – brunatno – żółty z nalotami tlenków manganu. Chalcedonity cechuje również dość znaczna powierzchnia właściwa oraz duża objętość makroporów (wyższa niż w przypadku węgla antracytowego). Ponadto budująca je krzemionka ma charakter reaktywny. Jednocześnie materiał cechuje wysoka wytrzymałość mechaniczna, co ma istotne znaczenie z punktu widzenia zastosowania złoża jako wypełnienia filtrów pospiesznych płukanych wodą oraz powietrzem.

Cechy fizykochemiczne chalcedonitu (złoże TEOFILÓW Inowłódz)

Parametr	Jednostka	Wartość
Gęstość właściwa	[kg/m^3]	2600
Gęstość nasypowa^*	[kg/m^3]	850 - 1000
Porowatość ziaren	[%]	Do 30 %
Twardość w skali Mohsa	-
Porowatość złoża^*	[%]	Do 60 %
Sferyczność	-	0,4 – 0,6
Podstawowy związek tworzący złoże	[-]	SiO2 (bezpostaciowa)
Procentowa zawartość podstawowego związku	[%]	94 – 99 %
Pozostałe składniki
Al2O3	[%]	0,4-3,6
Fe2O3	[%]	0,1-0,8
CaO	[%]	0,1-1,2
MgO	[%]	0,0-0,3
Na2O	[%]	0,04-0,2
K2O	[%]	0,1-0,5
Ścieralność w bębnie Devala	[%]	6,0 – 15,0
Nasiąkliwość	[%]	4,0 – 10,0
Liczba olejowa	g/g mączki	26 / 100
Wytrzymałość na ściskanie	[MPa]	60,0 – 120,0

Wyniki analiz sitowych:

1. Po pierwszym stopniu rozdrobnienia w kruszarce L 4441 i przesianiu przez sita w czasie t = 3 min otrzymano następujące uziarnienie:

Rozmiar sita [mm]	Zostało na sicie [g]	Wychód wagowy [%]	Wychód sumaryczny[%]
0-2	316	15,92	15,92
2-5	245	12,34	28,26
5-6,3	176	8,86	37,12
6,3-8	96	4,83	41,95
8-12,5	360	18,13	60,08
12,5-14	156	7,85	67,93
14-18	283	14,25	82,18
18-20	85	4,28	86,46
20-25	117	5,89	92,35
25-31	152	7,65	100
Σ	1986

1. Po drugim stopniu rozdrobnienia w kruszarce EKOLAB i przesianiu przez sita w czasie t = 4 min otrzymano następujące uziarnienie:

Rozmiar sita [mm]	Zostało na sicie [g]	Wychód wagowy [%]	Wychód sumaryczny[%]
0-1	344	17,36	17,36
1-2	186	9,39	26,75
2-3,15	155	7,82	34,57
3,15-5	223	11,26	45,83
5-6,3	322	16,25	62,08
6,3-8	203	10,25	72,33
8-12,5	502	25,35	97,68
12,5-14	40	2,02	99,7
14-16	6	0,3	100
Σ	1981

1. Po trzecim stopniu rozdrobnienia w kruszarce WALCOWEJ i przesianiu przez sita w czasie t = 4 min otrzymano następujące uziarnienie:

Rozmiar sita [mm]	Zostało na sicie [g]	Wychód wagowy [%]	Wychód sumaryczny[%]
0-1	546	27,76	27,76
1-2	350	17,80	45,56
2-3,15	374	19,01	64,57
3,15-5	509	25,88	90,45
5-6,3	167	8,49	98,94
6,3-8	17	0,86	99,8
8-10	4	0,3	100
Σ	1967

Obliczenia stopnia rozdrobnienia n_max , n₈₀ oraz n_całk:

• Kruszarka L4441

• Kruszarka EKOLAB

• Kruszarka WALCOWA

n_max całkowite dla chalcedonitu:

n_{max całk} = 3,22*2,21*1,75 = 12,45

n₈₀ całkowite dla chlcedonitu:

n_{80 całk} = 5,99*1,83*2,16 = 23,67

n₅₀ całkowite dla chlcedonitu:

n_{50 całk} = 9,7*1,9*2,34 = 43,12

Kruszarka	wapień	Chalcedonit
	nmax	n80
L4441	3,9	7,3
EKOLAB	2,06	1,7
WALCOWA	1,9	2,1
całkowite	15,26	26,1

Wnioski ogólne:

Stopnie rozdrobnienia na poszczególnych kruszarkach dla obydwu skał są zbliżone. Natomiast całkowite wyniki są większe dla wapienia. Jest to spowodowane jego mniejszą odpornością na rozdrabnianie niż chalcedonitu, co ma związek ze składem chemicznym tych skał. Chalcedonit jest skałą krzemionkową posiadającą ok. 94% SiO₂ a wapień posiada śladowe ilości tego związku, który w znacznym stopniu decyduje o twardości skały.