Механическое измельчение
Механическое измельчение твердых веществ проводят при помощи специальных приспособлений. Сравнительно крупное измельчение получается при использовании щековых дробилок, для среднего измельчения пользуются валковыми дробилками, а тонкое измельчение достигается при пользовании шаровыми мельницами, дисковыми истирателями, фрикционными столами и пр. Измельчение до коллоидных размеров производится на коллоидных мельницах.
Щековые дробилки. Лабораторные щековые дробилки работают по принципу раздавливания и состоят из двух дробящих поверхностей: подвижной и неподвижной щек. Подвижная щека совершает поступательно-возвратное движение, причем когда она приближается к неподвижной щеке, происходит раздавливание или дробление материала, а когда она отходит, раздробленный материал высыпается в приемник. Рабочие поверхности подвиж* ной и неподвижной щек обкладывают гладкими или рифлеными плитами. Вся система приводится в движение с помощью электромотора или от трансмиссии.
Щековая дробилка системы Гинцвет-мета имеет следующую техническую характеристику! производительность — 200 кг/ч, длина загрузочной части— 150 мм, ширина — 100 мм, число оборотов в минуту — 250, установочная мощность — 3 кет. Дробилку устанавливают на металлическом или деревянном фундаменте. Чтобы избежать потерь В результате обра» зования пыли, приемник для измельченного материала помещают в шкаф, установленный на постаменте.
Щековая дробилка 58б-ДР (рис. 322) лабораторного типа имеет загрузочное отверстие длиной 60 мм, шириной 100 мм, наибольшее число оборотов в минуту 500—650, установочная мощность 1,4 кет. Произ-. водительность дробилки по кварциту при максимальной крупности частиц 60 мм и соответствующей ширине разгрузочной щели в кг/ч следующая: 6 мм — 260 кг/ч, 3 мм— 190 кг/ч, 1 мм — 160 кг/ч.
Рис. 322. Щековая дробилка 58б-ДР. Рис. 323. Молотковая дробилка,
Конструктивно щековые дробилки очень просты, поэтому уход за ними и ремонт их обычно несложны. Недостатком щековых дробилок является быстрая изнашиваемость щек, неспокойная работа, вызывающая вибрацию и необходимость равномерной загрузки для предупреждения быстрой поломки.
Молотковые дробилки. Для измельчения крупного, но мягкого материала удобнее применять так называемые молотковые дробилки (рис. 323). В иих дробление производится ударами молотков, установленных на вращающемся горизонтальном валу. Молотки находятся в цилиндрической камере, на дне которой имеется сито. Отверстия сита круглые диаметром 0,6, 1,3 и 6 мм и прямоугольные. Сита обычно изготовляют из нержавеющей стали. Материал подается ц дробилку из воронки при помощи шнека, приводимого' в движение от руки. Материал, прошедший через сито, поступает в парусиновую трубку воздушного фильтра, присоединенного к нижней части дробилки.
Валковые дробилки представляют собой два валка, установленных на горизонтальной оси и вращающиеся навстречу друг другу. При вращении валков куски измельченного материала постепенно втягиваются в пространство между валкам-п и раздавливаются. Крупность дробления можно регулировать величиной зазора между валками. При дроблении на лабораторных дробильных валках, например на валковой дробилке 58°-ДР, материал можно растирать до размера частиц 0,5—1 мм.
Производительность валковой дробилки зависит от размеров валков и для материалов умеренной твердости может составить 100 кг/ч.
Устройство валковых дробилок простое, поэтому уход sa ними также несложен.
Шаровые мельницы (рис. 324) применяют для более тонкого измельчения. Они бывают различной конструкции, в зависимости от формы корпуса шаровой мельницы. Он может иметь цилиндрическую, коническую и трубчатую форму. Шаровая мельница представляет собой фарфоровый или металлический барабан, внутрь которого закладывают фарфоровые или стальные шары различного диаметра. Таким образом, шаровые мельницы работают по принципу удара свободно падающих шаров при вращении барабана. Твердое вещество, загруженное в шаровую мельницу, непрерывно истирается одновременно между шарами и между шарами и внутренней поверхностью корпуса шаровой мельницы.
Для средней лабораторной шаровой мельницы скорость вращения барабана должна быть не больше 50—> 65 об/мин, т. е. такой, при которой центробежная сила
Рис. 324. Шаровая мельница.
не прижимает шары к внутренней стенке шаровой мельницы и они свободно передвигаются.Наивыгоднейшей длиной мельницы является такая, которая составляет 2/3 ее диаметра.
Общий объем шаров не должен превышать 50% объема шаровой мельницы, а диаметр одного шара должен быть около 1/20 ее диаметра и не должен превышать 1/18 его.
В шаровую мельницу загружают шары, диаметр которых зависит от размера кусков измельчаемого вещества. Чем крупнее куски измельчаемого вещества, тем более крупными шарами следует загружать шаровую мельницу. Вместо фарфоровых шаров, истирающихся сравнительно быстро, что зависит и от твердости измельчаемого материала, рекомендуется применять шары из ситала. Они приблизительно в 4 раза прочнее фарфоровых.
В мельницу нельзя загружать слишком много вещества, так как это затруднит движение шаров, но и очень малое количество измельчаемого вещества загружать нецелесообразно. В этом случае в основном будут истираться только шары.
На рис. 325 показано приспособление для вращения барабанов шаровых, а также стержневых мельниц, позволяющее одновременно приводить в движение несколько приборов различного размера. Барабаны приводятся во вращение двумя роликами, вращающимися в противоположные стороны, причем один из роликов — ведущий. Приспособление имеет три отдельных электромотора, которые включаются и останавливаются соответствующими кнопками. Таким образом, каждая секция может работать независимо от других.
Кофейные мельницы, (рис. 326) бывают нескольких типов и представляют собой дробилки, состоящие из двух рабочих частей: концентрически вращающегося внутреннего конуса / и наружного неподвижного полого цилиндра 2. Дробление происходит между двумя рабочими рифлеными поверхностями. Производительность кофейных мельниц —от 40 до 90 кг/ч, дробление —от 12,5 до 1,65 мм при числе 225—250 об/мин.
Дисковые истиратели (рис. 327) применяют для тонкого измельчения твердых материалов, материал измельчается между вращающимися и неподвижными дисками, снабженными радиальными бороздами. Тонину помола регулируют, изменяя величину зазора между дисками с помощью специального винта. Ha дисковом истирателе можно измельчать материал, предварительно измельченный до крупности частиц 1—3 мм. Производительность дискового истирателя 10—20 кг/ч, и материал может измельчаться до 0,1—0,05 мм.
Дисковые истиратели просты в обращении. Диски в них можно легко заменять, что очень важно, так как при работе эти диски быстро изнашиваются.
Механические агатовые ступки (рис. 328). Для измельчения руды и минералов применяют агатовые ступки О. А. Щербака *. * Щербак О. А., Зав. лаб., 24, № 9, 1154 (1958).
Такие механические ступки (механический истиратель СМБ и CMM) обладают большой производительностью; они очень удобны в работе. Истиратели СМБ и CMM (большой и малый) можно применять для истирания различных материалов с твер* достью до 7,0 по Моосу. Тонкость измельчения материала до зерен диаметром около 76 мк, причем от 56 до 81%, составляет фракция зерен диаметром меньше 10 мк.
Стержневые мельницы (рис. 329) отличаются от шаровых тем, что их заполняют не шарами, а металлическими стержнями. Корпус с герметической крышкой обычно представляет собой металлический цилиндр, сделанный из отрезка трубы того или иного диаметра. Эти цилиндры ,
после заполнения стержнями и измельчаемым веществом помещают свободно на систему валков, состоящую из трех параллельно смонтированных пустотелых валков, укрепленных на горизонтальной раме, вращающихся в подшипниках. Средний валик является ведущим. Он соединен с электромотором. Цилиндр с измельчаемым веществом и стержнями помещают свободно между ведущим и холостым валками. Когда ведущий валок приведен в движение, он увлекает за собой цилиндр в измельчаемым материалом и холостой валок, на который опирается цилиндр. Для усиления трения между палками и цилиндром на валки надевают резиновые кольца или обматывают их пеньковой веревкой. При вращении цилиндра происходит измельчение помещенного в нем твердого вещества. Описанную систему валков обычно называют также фрикционным столом.
Коллоидные мельницы. Для измельчения вещества до частиц коллоидных размеров (диаметр частиц 1 — 0,1 мк) пользуются мельницами, которые называют коллоидными. Для измельчения в коллоидной мельнице можно применять только материал, предварительно раздробленный до зерен диаметром 20 мк. Процесс измельчения длится около 20 мин. Эти мельницы работают по принципу удара при больших скоростях или по принципу истирания. Коллоидная мельница, работающая по принципу истирания между коническими поверхностями ротора и статора корпуса мельницы, была разработана Л. Л. Хотунцевым и В. А. Гольдштейном.
Измельчение в коллоидной мельнице проводят всегда в жидкой среде. Для гидрофильных материалов в качестве дисперсионной среды применяют воду, а для гидрофобных материалов, например для угля или графита, некоторые органические жидкости, по возможности неполярные. Для предотвращения коагуляции коллоидов и для облегчения дробления в дисперсионную среду (жидкость) обязательно добавляют вещества, действующие как защитные коллоиды. Для этой цели чаще всего применяют поверхностно-активные вещества. Выбор добавок диктуется свойствами измельчаемого материала и дальнейшим назначением его.
При сухом помоле в коллоидных мельницах не удается получить частицы коллоидного размера.
Вибрационные шаровые мельницы (вибромельиицы). Для достижения очень тонкого помола применяют так называемые вибрационные мельницы. Мельница имеет корпус цилиндрической или корытообразной формы, внутри которого вращается от электродвигателя горизонтальный неуравновешенный вал (вибратор). Корпус мельницы заполняют измельчающими телами, обычно стальными шарами, и измельчаемым материалом. При вращении неуравновешенного вала корпус мельницы приводится в круговое коле0ательное движение. Шары получают частые импульсы от стенок корпуса, в результате чего вся загруженная масса совершает сложные движения.
Для лабораторных исследований применяют вибромельницу М10-3 (рис. 330). Ее техническая характеристика следующая: емкость корпуса — 10 л; частота колебаний—3000 колебаний в минуту; масса мелющих тел: стальных шаров — 36 кг, фарфоровых шаров—11 кг; мощность электродвигателя — 4,5 кет; размеры основания—50 X ПО X 80 см. Вибрационные мельницы бывают периодического и непрерывного действия, для сухого и мокрого помола. У мельниц периодического действия имеется люк с крышкой для загрузки и выгрузки. У мельниц непрерывного действия корпус имеет в нижней части дополнительный люк.
Неуравновешенный вал с дебалансами укреплен в двух роликовых сферических подшипниках. Дебалансы состоят из съемных секторов. Уменьшая или увеличивая количество этих секторов, можно регулировать величину амплитуды колебания. Вибромельницы разгружают или опрокидывая корпус, поворачивающийся в хомутах, или через нижний люк, или же пневматически.
Перед пуском вибромельницы обязательно следует включите охлаждение подшипников и корпуса вибромельницы, оборудованные водяной рубашкой. При периодической работе корпус мельницы заполняют приблизительно на '6U его емкости • стальными или фарфоровыми шарами. Объем загружаемого материала не должен превышать объема пустот между шарами. Вначале пускают воду в водяную рубашку, а уже затем включают электромотор. После установленного времени помола вибромельницу загружают, электромотор в это время не выключают.
Вибрационные шаровые мельницы дают возможность при мокром помоле достигать сверхтонкого измельчения.
Рис. 330. Схема вибрационной мельницы M 10-3: 1 — электродвигатель; 2 — эластичная муфта; 3 — вал вибратора; 4 — подшипники; 5 — дебаланс; 6 — корпус; 7 —пружина.
Даже при сухом помоле вибромельницы дают возможность получать тонину помола в 1 мк. Из табл. 13 видно, какого помола можно достичь при использовании различных типов машин для механического измельчения.
Таким образом, вибромельннцы -с успехом могут заменить коллоидные мельницы, особенно для измельчения хрупких веществ. Обращение с вибромельницами проще, чем с коллоидными. Поэтому в лабораториях, работающих с минеральным и рудным сырьем, все большее применение находят вибрационные мельницы.
Твердые вещества измельчаются сравнительно легко. Измельчение мягких материалов (мел, опока, трепел, каолин, глина и т. п.) затрудняется налипанием на детали приборов частиц измельчаемых веществ.
Для измельчения таких материалов предложена * так называемая вихревая мельница. Принцип действия ее — удар струи жидкости о поверхность измельчаемого мягкого вещества.
* Д е и я к и н 3. А., Журн. BXO им. Д. И. Менделеева, 7, № 5, 577 (1962).
Большой интерес представляют появившиеся недавно так называемые струйные мельницы. Принцип действия их заключается в следующем. Частицы измельчаемого материала, попадая в разгонные трубки, подхватываются струями газа (воздуха или инертного газа) и с огромной скоростью движутся навстречу друг другу. При столкновении частиц получается удар большой силы, частицы разрушают одна другую, т. е. происходит процесс саыоизмельчения. Когда потоки встретятся, они образуют общую струю, поднимающуюся вверх к сепаратору. В нем происходит разделение частиц; самые мелкие уходят в специальную камеру, а крупные, ударяясь о стенки, оседают в сепараторе и снопа попадают в противоток. Измельчение идет непрерывно до тех пор, пока в мельницу поступает материал. Этот способ измельчения во встречной струе обеспечивает максимальную степень измельчения вещества, так как, по сути, является методом измельчения на структурные частицы. Кроме того, измельчаемый материал не засоряется посторонними веществами и материалом аппаратуры.
см также