Аналіз методів збагачення гірничої маси

поверхні зуба Зуб тисне  на матеріал зі сталою величиною, не залежно  від його розмірів, і якщо величина діючого зусилля не перевищує  міцності матеріалу то зуб підіймається пропускаючи кусок, що переміщується  далі на розвантаження У випадку, коли міцність матеріалу не перевищує  діючого з боку зуба зусилля —  кусок подрібнюється і просіюється  в підрешідчатий простір.

В наведених пристроях  спостерігається ряд недоліків, характерних для даного класу  машин: по-перше, гостра потреба в  однорідності фізико-механічних властивостей вихідного матеріалу; по-друге, суттєва  залежність ефектиності збагачення від початкового стану матеріалу — крупності, вологості, здатності до налипання, тощо; по-третє, практична неможливість прогнозування поведінки матеріалу при навантаженні внаслідок довільної орієнтації куска матеріала відносно робочих поверхонь та анізотропії структури реальної породи.

Саме тому на сьогодні ще не створено чи, принаймі, не опубліковано, жодної методики інженерного розрахунку машин вибіркового дроблення з врахуванням фізико-механічних властивостей матеріалу, особливостей його поверхні, характеру взаємодії куска з робочими поверхнями. Для здійснення поставленої задачі слід зробити ряд припущень та спрощень що до уяви проходження збагачувального процесу, його особливостей по відношенню до проходження циклу взаємодії зразка з робочими поверхнями.

1.3. Порівняльний  аналіз методів збагачення гірничої  маси. Можливості їх застосування  для різних фракцій.

Аналізуючи літературні  джерела не важко вловити тенденцію  впровадження у У—' гірничодобувній  промисловості механізованих способів розробки залежів руд, мінералів чи вугільних родовищ. Звідси випливає одержання гірничої маси дуже дрібних класів, тобто занадто подрібнених. Але, вміст цінного компоненту в головному продукті залишається незадовільним, тому гірнича маса, все одно потребує проходження подальшого збагачення для отримання концентратів, склад яких відповідає встановленим нормам

Як раніше зазначалось, для  збагачення гірничої маси, тобто розділення її на складові і метою вилучення цінного компоненту, розроблено ряд суттєво різних методів Основними та на сьогодні широко використованими є методи збагачення, основані на використанні таких фізичних особливостей компонентів як густина, щільність, питома вага гощо Процеси по розділенню матеріалів за такими властивостями компонентів відбуваюгься, як правило у рідинних чи повітряних середовищах, шо мають відповідні для даного процесу

характеристики густину, швидкість чи напрям руху, хімічний склад. Перевагою таких методів  є отримання внсоковмістних концентратів, що в першу чергу використовуються у металургійній та хімічній промисловості, але основним недоліком є присутність великої кількості рідини (чи повітря), яку потрібно приводити в рух з певними характеристиками, чи надавати особливого складу для отримання необхідних властивостей. Крім цього рідинні та повітряні середовища слід підтримувати в належному стані тобто вилучати механічні домішки, поновлювати хімічний склад, слідкувати за їхнім загальним станом. Виконання таких процесів потребує великих виробничих площ, з метою розміщення відповідного устаткування, а також значних енергозатрат, що призводить до збільшення в декілька разів собівартості одержаного концентрату, в порівнянні з вартістю вихідного матеріалу.

Саме тому вченими СІЛА, Німетчини, країн СНД насамперед — України і Росії було зроблено ряд спроб що до зменшеня собіартості концентрату шляхом розробки інших методів збагачення з метою зменшення затрат на виконання збагачувального процесу Най ефективніший результат отримали методи у напрямі виборчого дроблення, робота яких заключається в тому, що одна складова загального потоку гірничої маси захвачується та подрібнюється, а інша проходить на розвантаження не подрібненою.

Типовими представниками машин виборчого дроблення, розроблених  в Україні є: по- перше — машина виборчого дроблення [А.С.] (рис.1.), та, по-друге — шнековий збагачувальний агрегат [А.С.] (рис.2 ).

Машина виборчого дроблення (рис.1), являє собою похилу, відносно горизонту, щокову дробарку, особливістю  якої є розміщення робочих органів  — щок, таким чином, що вони утворюють кут, який є проміжним між подвійними кутами тертя двох розділяємих складових загального потоку гірничої маси, цей кут зветься кутом захвату. Роботу машини організовано таким чином, що гірнича маса покусково потрапляє до робочої камери де і вступає у взаємодію з робочими органами — щоками. Матеріал, подвійний кут тертя якого є меншиим за кут встанолення щок, завдяки силам тертя захвачується та дробиться, а гой матеріал, подвійний кут тертя якого є більшим за кут встановлення щок — виштовхується га пересувається по робочій камері до низу, звідки і потрапляє на розвантаження

Рисунок 1 Експериментальний зразок щокової машини вибіркового дроблення.

Експериментальні випробування дослідного зразка цієї машини на прикладі суміші кам'яного вугілля з пустою породою, показали те, що гірнича маса має бути відносно сухою та бажано без липких глинистих утворень, бо це сприяє передчасному забрудненню  щок та залипанню розвантажуальної щілини, що спричиняє утворення перешкод подальшому пересуванню неподрібненої гірничоі маси, та зміни дійсного кута захвату машини внаслідок зміни коефіцієнта тертя. Крім цього, максимальну ефектиність у роботі машини (близько 70%), було зафіксовано при розмірі куска гірничої маси понад 50 мм. та ступені дроблення більше п'яти. Тобто відбувається перевитрата енергії внаслідок надмірного подрібнення матеріалу. Також було зафіксовано досить низьку продуктивність машини, яка є наслідком повільного руху корисного компоненту по робочій камері тому, що рух його відбувається під дією сил тяжіння та при постійній взаємодії з робочими органами.

При зменшенні розміру  вихідного матеріалу до 25 мм., спостерігається значне зниження ефективності процесу розділення (до 20%), внаслідок накопичення кусків та зменшення швидкості руху їх по робочій камері, що призводить до зниження продуктивності машини

В шнековому агрегаті вибіркового  дроблення (рис.2.) гірнича маса поступає на решітку грохочення, шо складається з валів-шнеків, та транспортується у напрямі робочого органу — зуба, який розміщено на важелі, що має змогу повертатись навколо осі підвісу. Кусок матеріалу опиняється затиснутим між ребром спіралі вала-шнека та поверхні зуба. Зуб гисне на матеріал зі сталою величиною, не залежно від його розмірів, і якщо величина діючого зусилля не перевищує міцності матеріалу то зуб підіймається пропускаючи кусок, що переміщується далі на розвантаження. У випадку, коли міцність матеріалу не перевищує діючого з боку зуба зусилля — кусок подрібнюється і просіюється в підрешідчатий простір

Рисунок 2 Дослідний зразок шнекового агрегату вибіркового дроблення.

Експериментальні випробування агрегату показали його високу продуктивність (близько 25 т/год), обумовлену швидкістю транспортування (понад 0,4 м/с), при розділенні гірничої маси, компоненти якої мають суттєву різницю у міцносних характеристиках двох розділяєм их матеріалів При цьому ефективність збагачення складає близько 90%, за умови розділення матеріалу крупністю понад 50 мм. При зменшенні розміру куска відповідно знижується і ефективність збагачення. Це явище відбувається тому, що зусилля з яким діє закріплений на клавіші зуб пропорційне до ваги вантажу розташованого на ній, та в процесі роботи не змінюється, а розмір куска гірничої маси напроти — змінюється в межах вихідної фракції Для руйнування окремого куска необхідне зусилля, відповідає його розміру та його міцносним показникам. В результаті зменшення розміра куска зменшується інтервал допустимого відхилення величини руйнуючого зусилля для "слабкої" та "міцної" складової гірничої маси, тобто завдання вловлення зусилля, з яким повинен діяти зуб на вихідний матеріал ускладнюється зі зменшенням розміру фракції.

Розроблені агрегати мають  ряд недоліків які не дають  можливості широкого застосування їх у збагачувальних процесах. Це насамперед обмеження, що до фізико-механічних властивостей вихідної гірничої маси, а саме необхідність у значній різниці величини тієї характеристики компонентів, за використанням  якої проходить процес збагачення гірничої

маси (міцносних характеристик, властивостей поверхі куска матеріалу тощо) Крім цього, на якість проходження процесу також впливає і геометричний розмір зразка, тобто — діапазон коливання розміру кусків гірничої маси, що надходять до робочої камери машини, має бути якомога меншим

В розглянутих машинах  вибірковість дроблення досягається  в результаті дії кількох факторів забезпечення конструкцією машини покускової подачі гірничої маси до робочих органів, навантаження куска матеріалу двома робочими поверхнями, між яких він потрапляє; та відповідного дроблення однієї складової загального потоку гірничої маси при пропусканні іншої.

В першій з розглянутих  машин вибірковість дроблення' досягається в результаті поверхневої взаємодії куска з робочим органом, що є наслідком специфічного розміщення головних напружень відносно куска матеріалу та властивостей поверхні останнього. В другій машині даний процес досягається в результаті об'ємної реакції матеріалу на прикладене зусилля, характерної для певної породи, та умов навантаження.

За даних умов вибірковість дроблення досягається внаслідок  механічної взаємодії окремих кусків матеріалу з робочими органами та в результаті комплексної дії  на нього одних і тих же зусилль за врахуванням фізико-механічних властивостей компонентів, що призводить до руйнування одного та пропускання іншого компоненту із загального потоку вихідної гірничої маси.

1.4. Аналіз механізму  руйнування при вибірковому дробленні.  Побудова фізичної моделі процесу  вибіркового дроблення.

Для детального аналізу механізму  вибіркового дроблення необхідно  мати уявлення що до поведінки матеріала при проходженні ним відповідних стадій збагачувального процесу: по- перше, руйнування матеріала під дією зовнішнього навантаження; по-друге, поведінку матеріала при проходженні початкових стадій взаємодії куска з робочим органом, та при виштовхуванні, тобто пропусканні неподрібненої складової.

Крім цього, теоретичний  аналіз протікаючих у деформованому матеріалі явищ дає змог) більш детального розуміння фізики процесу вибіркового дроблення, що відбувається при механічному навантаженні зразка з боку робочого органу.

При визначенні діючих зусилль в зоні деформування чи руйнування, слід врахов\ вати крім характеристик матеріала, ще й умови його навантаження, швидкість прикладення зусилля,

розміри зразка, та його фізико-механічні  характеристики не лише в зоні дії  зусилль, а в зразку в цілому Очевидно, що правильнішим буде розглядання деформації, розриву, виникнення тріщин як процесів, що відбуваються в кристалічних матеріалах і в кристалічній решітці, а в полімерних матеріалах — на рівні макромолекул та складаючих їх молекулярних ланцюгів та атомів, у випадку пошарових матеріалів — міжшарових зв'язків та утворень. Тобто — розглядати днскретну модель, звісно, така модель має велике значення, що до якісного розгляду в її рамках процесів, добре відображаючих спостерігаєму поведінку кристалів або зерен окремо чи в сукупності. Але з кількісної точки зору застосування цієї моделі наштовхується на трудомісткі математичні розрахунки, яких можна обійти переходячи за першої можливості до контінуальної моделі, в якій маса не зосереджена в частках а міститься в кожному елементі об'єму та представлена щільністтю. Пружнісь теж представлено в кожному елементі об'єму, і вона виражається через кілька пружніх модулів,

що пов'язують напруження та деформації; аналогічний характер мають і інші властивості.

Але, при вивченні тріщин, що мають місце при руйнуванні крихких порід, макроструктура далеко не несуттєва, адже дуже важливою є  область поблизу границі тріщини, або, як кажуть, її кінця.

Постановку фізичної моделі процесу вибіркового дроблення  слід вести з врахуванням особливостей проходження процесу в середині машини. Отже, спираючись на візуальні  спостереження за роботою відомих  аналогів, приходимо до висновку, що до не адекватної поведінки матеріалу  при взаємодії його з робочими поверхнями. Виходячи з цього роботу агрегату вибіркового дроблення  можна розділити на декілька стадій:

Перша стадія — початкова  взаємодія зразака з робочими органами На цій стадії у^, відбувається початкова деформація зразка з утворенням контактних площадок та

формування характеру  наступного процесу.

Друга стадія — навантаження зразка до моменту втрати ним рівноваги. На цій стадії відбувається виштовхування  зразка у разі недостатності величини дотичних зусиль для його утримання  в робочій зоні, чи деформування до створення початкових деформашії поперечних зв'язків (між кристалевих, чи між зернових).

Третя стадія — руйнування зразка, внаслідок розриву між  кристалевих, чи між зернових зв'язків, за умови достатнього для цього зусилля, чи проходження зразка на розвантаження, за умови недостатнього для руйнування зв'язків прикладеного ззовні зусилля.

Для подальшого аналізу механізму  руйнування при вибірковому дробленні  необхідно моделювати процес з певними  умовностями, що дозволять дещо спростити  вирішення іаноі

ладячі Адже будь-яка модель е ідеалізацією розглядаємого фізичного явища, що дозволяє нам дати математичне описання, необхідного для отримання кількісних характеристик.

В даних машинах взаємодію  зразка з робочими органами можна  моделювати у вигляді двох площин, розміщених під довільним кутом, та затиснутого між ними зразка матеріалу, який, для спрощення, умовно зобразимо  у вигляді сфери:

Рисунок 3. Схема навантаження зразка робочими поверхнями.

Дана схема є узагальненою при постановці задач на руйнування у випадку затиснення зразка між  двох поверхонь, тут Ц і |§ є  силами, що необхідні для руйнування матеріалу, величина яких і характер зміни залежать від конструкції  машини та властивостей матеріалу.

Як було раніше обумовлено, вихідну гірничу масу необхідно  розділити на два компоненти за різницею у їхніх фізико-механічних властивостях, шляхом руйнування одною та пропускання  іншого компоненту. Саме тому на першому  плані постає процес руйнування гірничої маси, а детальне дослідження його повинно навести на шлях можливих рішень виконання процесу вибіркового дроблення.