碎矿与磨矿分解.ppt

§4-4 岩矿破磨能耗学说及其应用 1. 岩矿破磨的能耗量 据初步统计，我国年破磨岩矿量超过20亿吨，消耗的电能占到总发电量的3～5%； 一般的选矿厂中，电能的绝大部分用于破磨矿石，占到选矿总电耗的60%以上。 但是，岩矿破磨输入的能量仅仅只有6%左右转化为所需要的有用功。 ——节能降耗，降低生产成本，碎矿与磨矿的节能是重要组成部分，同时也是减少大气中二氧化碳排放量的间接措施之一。 2、岩矿破裂的微观过程 岩矿在外力的作用下，破裂的过程可分成5个阶段，即施力、变形、裂纹产生及扩展、新生表面的生成（破裂）、外力消失及变形部分复原。 A-施力 B-变形 B-化学键断裂形成裂纹 D-裂纹扩展形成新生表面-岩矿破裂 E-外力消失及变形部分复原-破碎完成 3.破碎过程中的能量输入与转换 （1）P.R雷廷格尔（Rittinger－1867）学说（面积学说） 外力破碎物体所做之功，转化为新生表面积上的表面能，破碎过程所消耗的功与新生表面积成正比。 γ，k1---比表面能，生成单位新表面积所做的功 进一步的公式推导： i---破碎比 ◆式中平均粒度为： ◇给矿： ◇产品： （2）吉尔皮切夫（1874）和F.基克（kick－1885）学说---体积学说 ◆破碎矿石外力所做的功，完全用于使矿石发生形变，到了形变能储至极限，矿石即被破坏，使几何上相似的同种物料，破碎成同样形状的产品，所需的功与它们的体积或重量成正比。 k 2---比体积功，产生一个单位体积形变所做的功。 可以推导： ◆平均粒径 给矿： 产品： 上面两个公式都是加权几何平均法推算的结果。 （3）F.C邦德（Bond）及王文东裂缝学说（1952） ◆根据碎矿、磨矿设备试验得到的资料，整理成经验公式 ◆破碎矿石时，外力所做的功首先使物体发生形变，局部变形超过临界点即生成裂缝，裂缝形成之后，储在物体内的形变能使裂缝扩展并生成断面，输入的有用功转变为新生表面的表面能，其它为热损失。 可以推导： ◆平均直径 给矿： 产品： 7.三个学说比较 ◆破碎比小，形变能为主------吉尔皮切夫学说（粗碎） ◆破碎比大，新生表面积多，表面能为主-------雷廷格学说（细磨） ◆破碎比中等，形变能与表面能综合考虑-------邦德学说（细碎及磨矿） ●上述三个学说都有局限性，但互不矛盾，且相互补充。芬兰R.T.胡基（Hukki）教授通过试验对三个学说的适用范围进行了验证（详见P55 图3-1-2）。 ●问题：三大能耗学说与岩矿破磨能耗综合表达式的关系？ * * * * * * * * * * * E-外力消失及变形部分复原-破碎完成 能量最基本、最普遍的形式是什么？——热量 所有的能量最终都将自发地转换为其最基本的形式——热量 这是宇宙演化的基本规律，也是热力学第二定律中，热不可能完全转变为功，而部产生任何影响；功可以完全转化为热的根本原因。 岩矿破磨过程中，输入的能量也不可能完全转化为功。那么，岩矿破磨中的功是怎样形成的呢？其他的能量又是这样消散的呢？ A-施力阶段：能量以力的形式表现，该过程中能量将部分耗散，因为这一转换过程不可能不对环境产生影响。因此能量转换为力的效率达不到100%； B-变形阶段：变形就是位移，岩矿在力的作用下位移，就做了功，所有岩矿内部的变形与其各变形质点所受的力乘积的总和为变形能，外力所做的功可以全部变成岩矿的变形能。但是，岩矿的变形必将对岩矿体系以外产生影响，所以输入的部分用于对外界做工，变形阶段的输入等能量也不可能100%转化为岩矿的变形能。 C-化学键断裂形成裂纹阶段：在有外力控制的情况下，化学建的断裂将使分子和原子质点产生局部的振动，振动的阻尼将消耗能量，消耗的能量以热的形式散发，岩矿的部分变形能转化为热能。同时化学键断裂后，化学活性增加，势能提高，这部分能量也由变形能转化而来。对于岩矿破磨而言，化学键断裂消耗的能量是有用的，而振动产生的热是无用的，所以该阶段变形能转化为有用的键能效率小于100%。 D-裂纹扩展形成新生表面-岩矿破裂阶段：在外力的控制的情况下，化学键不断断裂，形成裂纹，裂纹扩展形成断裂面，新生断裂面实际上就是断裂化学键的集合。断裂面上，断裂化学键活性极高，很不稳定，它们会自发地吸附外来物质，或者相邻化学键互相吸引，形成自饱和，降低其能量。从而形成相对稳定的新生