破碎的物理学原理和工艺流程.doc

破碎的物理学原理与工艺流程 破碎物理学原理 粉碎物理学是在传统的粉碎原理———岩石的机械力学基础上发展起来的，视野更 加开阔，对生产的指导意义更加突出。 在传统的粉碎原理中，岩石的机械力学主要考虑两个方面：一是岩矿的物理性质 （岩石的结构和构造、孔隙度、含水率和硬度、密度、容重及碎胀性）与其被粉碎的难易 程度的关系；二是岩矿在外力作用下，因其性质和载荷大小、速度的不同，发生弹性形 变和塑性形变直至粉碎的相关规律。粉碎物理学则大大地扩大了其研究的范围，也更 逼近于粉碎的实际过程。主要方面有：单颗粒粉碎与料层粉碎，选择性破碎，粉碎极限等。 1.单颗粒粉碎 单颗粒粉碎是粉碎技术的基础。1920年格里菲思提出了强度理论。在理想情况 下，如果施加的外力未超过物体的应变极限，则物体又会恢复原状而未被破碎，但由于 固体物料内部存在着许多细微裂纹，将引起应力集中，致使裂纹扩展。这一理论一直 统治着固体单颗粒粉碎机理的研究。 舒纳特于20世纪80 年代中期，归纳了应力状态与颗粒的关系，如图1-9所示，并 指出，有关材料特性可分为两类：第一类是作为反抗粉碎阻力参数，第二类是应力所产 生的结果参数。这两类参数不是从熟悉的材料特性（ 如弹性模数、抗拉强度、硬度等） 引导出来的，它们包括有： （1）阻力参数：颗粒强度、断裂能、破碎概率、单面表面的反作用力、被破碎块的组 分、磨碎阻力。（2）结果参数：破裂函数（破碎产物的粒度分布）、表面积的增大、能量效率；材料 特性与被粉碎物料结构及载荷条件———物料种类、产地和预处理方法；颗粒强度、形 状、颗粒的均匀性；载荷强度、载荷速度、载荷次数、施加载荷的工具形状和硬度、湿度 等。舒纳特等人对此进行了较全面的研究，推进了单颗粒粉碎理论的发展。 2.料层粉碎 料层粉碎有别于单颗粒粉碎。单颗粒粉碎是指粒子受到应力作用及发生粉碎事 件是各自独立进行的，即不存在粒子间的相互作用。而料层粉碎是指大量的颗粒相互 聚集，彼此接触所形成的粒子群受到应力作用而发生的粉碎现象，即存在粒子间的相 互作用。 料层粉碎与单颗粒粉碎物料数量的界限，依据阿齐兹（Aziz）的研究，体积中的固 体容积百分率为10%时，则表现为单颗粒粉碎行为，超过45% 则为料层粉碎行为，依 据舒纳特等人的研究，在容器内进行料层粉碎应消除器壁效应的影响，当物料中最大 颗粒粒径为Dmax ，容器直径为D，料层高度为h时，必须满足下列条件：D/Dmax10;h/Dmax6;h/D1/3依据李去龙的研究，只有料层厚度大于6时才符合料层粉碎的定律。 3.粉碎极限 随着矿物加工工业向精细化方向发展，对于产品粒度的要求在一些工业部门已达 到微粒和超微粒的粒度范围。到底机械粉碎方式能达到多细，近几年一些学者提出了 粉碎极限的问题，这也属粉碎物理学的一个新领域。 众所周知，能够独立存在并保持原物质性质（ 化学性质）的最小微粒是分子。因 此，我们能够将某固体物质（如某矿物）分割成的最小颗粒极限粒度是该物质分子的大 小。 用机械方法缩小颗粒的粒度，假设达到了粒子粒度的终点，则称之为粉碎的极限 粒度。这个极限粒度的大小决定于该矿物的晶体晶格结构和结构阻力。根据计算，石 英的粒度大约在10A~10A（0.001um~0.01um）范围以下，按表面积计算，超过了6*106 cm2 /cm3 ~6*103 cm7 /cm3 的范围。高登（Gaudin）的计算，石英的单位晶体的值 为0.0005um。这些值，应该说是限定的粉碎绝对极限粒度。由于现代粉碎手段的限 制，至今人们还不可能获得达到粉碎极限粒度的产品，而只能获得10倍甚至100 倍于 它的粒度，如1um~0.1um，已是很困难的了。如磨矿，有人将磨矿时间延长到100h 以上，所获得的产品细度降低不大，甚至于某些矿物随着磨矿时间的延长，产品粒度反 而变粗。 因此，这里存在着一个粉碎实际极限粒度。依据一些学者的研究，其原因在于： （1）现有的任何一种粉碎设备，由于其性能本身的限制，其破碎（ 磨碎）比是一定 的，因此，要使其超出粉碎实际极限是困难的。 （2）任何现有的粉碎设备，其输入的能量及能量利用率是一定的，而粉碎的效果取 决于该设备依次粉碎能量的大小和能量利用率，延长粉碎时间，增加的是累积能量，而 累积能量的大小并不是粉碎的决定性因素。 （3）随着颗粒粒度的减小，表面能增大，导致颗粒的聚合力（ 内聚力或粘着力）增加，从而形成粒度减小与聚合的动力平衡粒度；在粉碎过程中，晶体表面的错位和晶体 结构上的明显错位，引起机械化学上的变化，如石英表面形成非晶形膜，方解石变成霞 石等；颗粒的破碎阻力增大，一次粉碎所需的粉碎能量显著增大，从而导致粉碎能量的 分散。 （4）在批量磨矿中，随着试验的延长，粗细颗粒的比例发生变化，残余粒会阻碍细 粒获得足