Giáo trình Chuẩn bị khoáng sản: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chia sẻ: Dương Hàn Thiên Băng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 2 của giáo trình "Chuẩn bị khoáng sản" tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: quá trình đập và nghiền; quy luật đập nghiền; phương pháp đập, nghiền; chế độ công nghệ của máy nghiền tang quay;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Chuẩn bị khoáng sản: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Chương 5 QUÁ TRÌNH ĐẬP VÀ NGHIỀN 5.1. Khái niệm về quá trình đập, nghiền Đập, nghiền là qúa trình dùng ngoại lực để phá vỡ mối liên kết bên trong vật liệu khoáng sản nhằm làm giảm kích cỡ chúng đến độ hạt yêu cầu hoặc đến mức độ cần thiết. Thiết bị dùng trong quá trình đập gọi là máy đập, thiết bị dùng trong quá trình nghiền gọi là máy nghiền. Đập, nghiền là quá trình công nghệ quan trọng trong xưởng tuyển khoáng vì trong nguyên liệu khoáng sản các khoáng vật có ích thường đi kèm và liên kết chặt chẽ với các khoáng vật không có ích khác hoặc đất đá tạp. Mặt khác muốn tuyển được thì các khoáng vật không có ích và có ích phải tách rời khỏi nhau do đó cần đập và nghiền nguyên liệu khoáng sản đến độ hạt liên kết (xâm nhiễm của các khoáng vật) hoặc đến độ hạt mà các phương pháp tuyển làm việc đạt hiệu quả cao. Đối với các xưởng tuyển quặng thì khâu đập và nghiền chiếm đến 60% tổng vốn đầu tư và 40% chi phí sản xuất của toàn xưởng. Về nguyên tắc thì quá trình đập và nghiền là giống nhau, nhưng quy ước đập là quá trình cho ra thành phẩm có cỡ hạt lớn hơn 5mm còn nghiền cho ra thành phẩm có cỡ hạt nhỏ hơn 5mm. Ngoài ra còn có thể phân biệt chúng qua cách sử dụng ngoại lực, chi phí năng lượng. Quá trình đập được thực hiện qua hai hoặc ba giai đoạn. Cấp liệu khâu đập là quặng nguyên khai có kích thước lớn từ 500-1500mm tuỳ theo chế độ khai thác. Sản phẩm của khâu đập được đưa đi tuyển trọng lực, chọn lựa thủ công hoặc bằng máy hoặc tiếp tục giảm kích cỡ ở khâu nghiền tiếp theo. Khâu nghiền là khâu giảm kích cỡ cuối cùng để giải phóng hoàn toàn quặng xâm nhiễm mịn và chuẩn bị cấp liệu mịn cho các quá trình tuyển trọng lực, tuyển từ, tuyển nổi. Riêng đối với quá trình tuyển nổi vật liệu khoáng sản bắt buộc phải qua khâu nghiền để có độ hạt nhỏ hơn 200-300m thì mới có thể xử lý có hiệu quả. Đập thường tiến hành ở trạng thái khô. Đập ướt chỉ áp dụng khi vật liệu chứa nhiều sét và người ta muốn kết hợp quá trình rửa với quá trình đập (ví dụ đối với quặng sắt hoặc quặng mangan). Nước rửa lúc đó cấp vào không gian máy đập. Trong một số trường hợp nước được cấp một lượng nhỏ vào khâu đập thô dưới dạng phun sương, nhằm mục đích làm ẩm vật liệu, giảm bụi. Nghiền thường được tiến hành chủ yếu trong trạng thái ướt. Nghiền ướt cho năng suất cao hơn, giảm bụi và cho phép vận chuyển dễ dàng sản phẩm nghiền. Nghiền khô chỉ áp dụng trong trường hợp khi không được phép tiếp xúc vật liệu với nước hoặc sản phẩm nghiền sau đó được xử lý bằng phương pháp khô. 5.2. Chức năng của khâu đập, nghiền Như đã nói ở trên, trong nguyên liệu khoáng sản các khoáng vật có ích thường đi kèm và liên kết chặt chẽ với các khoáng vật không có ích khác hoặc đất đá tạp ở độ hạt nhất định, do đó để tuyển phân tách các khoáng vật có ích ra khỏi nhau và ra khỏi đất đá tạp, cần sử dụng các quá trình đập và nghiền để giảm kích thước của chúng đến -116-
độ hạt cần thiết, khi đó quá trình đập và nghiền thực hiện chức năng giải phóng khoáng vật có trong quặng nguyên khai và các sản phẩm trung gian. Khi sử dụng các phương pháp hoặc quá trình tuyển đối với từng đối tượng quặng khác nhau, sẽ có hiệu quả cao nhất khi vật liệu đưa vào tuyển ở độ hạt nhất định, ví dụ như khi sử dụng phương pháp tuyển nổi để tuyển quặng thì độ hạt vật liệu thường là 0,02-0,3mm, còn với tuyển than là nhỏ hơn 0,5-1mm.., mặt khác quặng nguyên khai lại có độ hạt tương đối lớn đến vài trăm milimet, thậm chí đến hàng nghìn milimet, nên phải sử dụng quá trình đập và nghiền làm giảm kích thước vật liệu đến độ hạt yêu cầu của các thiết bị tuyển, khi đó quá trình đập và nghiền thực hiện chức năng đáp ứng yêu cầu của các thiết bị tuyển về giới hạn trên của vật liệu đưa tuyển. Trong một số trường hợp, sản phẩm sau khi tuyển có độ hạt lớn, còn hộ tiêu thụ yêu cầu sản phẩm có độ hạt nhỏ, lúc đó phải dùng quá trình đập và nghiền để giảm kích thước sản phẩm sạch như: thường dùng quá trình đập để đập than sạch, quá trình nghiền để nghiền các sản phẩm tinh quặng phục vụ cho ngành vật liệu. Trong một số trường hợp, khi khoáng sản ban đầu gồm các khoáng vật có tính chất cơ lý khác nhau, khi qua quá trình đập hoặc nghiền một loại khoáng vật mềm hơn bị giảm kích cỡ nhiều hơn một khoáng vật khác. Và khi sàng hoặc phân cấp sản phẩm sau đập hoặc nghiền đó cho phép phân tách ở mức độ nhất định hai khoáng vật đố ra khỏi nhau. Nói một cách khác quá trình đập và nghiền lúc đó có chức năng tuyển khoáng và quá trình đập, nghiền đó được gọi là đập (hoặc nghiền) chọn lọc. 5.3. Mức đập, nghiền 5.3.1. Mức đập nghiền chung Mức đập, nghiền là tỷ số giữa kích thước của hạt vật liệu đem đập, nghiền so với kích thước hạt trong sản phẩm sau đập, nghiền. Mức đập, nghiền cho cả quá trình đập, nghiền được gọi là mức đập, nghiền chung và ký hiệu là ic. Mức đập, nghiền là đại lượng đặc trưng định lượng cho quá trình đập và nghiền, cho biết vật liệu sau quá trình đập và nghiền được giảm kích thước đi bao nhiêu lần. Để tính toán mức đập, nghiền chúng ta có 3 phương pháp dưới đây, trong từng trường hợp cụ thể sẽ xem xét sử dụng phương pháp nào. - Dùng kích thước cục vật liệu lớn nhất trong cấp liệu và sản phẩm đập để tính toán mức đập, thể hiện ở công thức 5-1. Dmax ic  , (5-1) d max Trong đó: Dmax, dmax- lần lượt là kích thước cục vật liệu lớn nhất trong cấp liệu vào máy đập và trong sản phẩm sau đập. Ở Việt Nam, Trung Quốc, Nga và một số quốc gia khác thì giá trị cục vật liệu lớn nhất được xác định bằng giá trị kích thước lỗ lưới sàng nếu có 95% vật liệu lọt qua sàng, khi đó Dmax có thể thể hiện dưới dạng D95. Ở châu Âu, châu Mỹ và các quốc gia khác thì quy định rằng D max là giá trị kích thước lỗ lưới sàng nếu có 80% hạt vật liệu lọt qua lỗ sàng, khi đó D max có thể thể hiện dưới dạng D80. Như vậy tại đường đặc tính độ hạt có thể xác định được kích thước cục vật liệu lớn nhất: giá trị D95 là hoành độ của giao điểm giữa đường đặc tính theo dương và -117-
đường thẳng song song với trục hoành đi qua điểm có thu hoạch là 5%, tương tự giá trị D80 được xác định tại giao điểm của đường thu hoạch 20%. - Dùng giá trị kích thước trung bình của vật liệu trong cấp liệu và sản phẩm đập để tính toán mức đập, thể hiện ở công thức 5-2. Dtb ic  , (5-2) d tb Trong đó: Dtb, dtb- lần lượt là kích thước trung bình của vật liệu trong cấp liệu vào máy đập và trong sản phẩm sau đập. - Dùng kích thước có ích của miệng chất tải máy đập và kích thước khe tháo tải máy đập để tính toán mức đập, thể hiện công thức 5-3. 0,85B ic  , (5-3) e Trong đó: B- kích thước miệng chất tải của máy đập; e- kích thước khe tháo tải của máy đập. 5.3.2. Giai đoạn đập, nghiền và mức đập riêng Trong thực tế quặng nguyên khai được đưa về các nhà máy tuyển khoáng có độ hạt rất lớn khoảng 1000-1500mm, mặt khác trong các quá trình tiếp theo của khâu đập và nghiền yêu cầu cỡ hạt lại rất nhỏ. Do đó để thỏa mãn yêu cầu về cỡ hạt vật liệu của các khâu tiếp theo, cần phải sử dụng nhiều lần giảm kích thước hạt vật liệu, mỗi lần giảm kích thước hạt vật liệu là một giai đoạn đập hoặc nghiền. Mức đập, nghiền cho từng giai đoạn đập và nghiền gọi là mức đập, nghiền riêng. Quá trình đập thường được sử dụng hai hoặc ba giai đoạn, trong trường hợp sử dụng bốn giai đoạn đập thì hai giai đoạn đầu coi như giai đoạn đập thô. Quá trình nghiền thường sử dụng một hoặc hai giai đoạn (do từ giai đoạn nghiền thứ 3 trở đi khi xử lý sản phẩm tuần hoàn là rất phức tạp). Giá trị kích thước hạt vật liệu trong cấp liệu vào đập và nghiền, sản phẩm sau quá trình đập, nghiền cũng như giá trị trung bình của mức đập, nghiền trong các giai đoạn được thể hiện trong bảng 5-1. Bảng 5-1. Giai đoạn đập, nghiền và mức đập, nghiền hiện có của các thiết bị Kích thước lớn nhất Kích thước lớn nhất Giá trị mức Giai đoạn trong cấp liệu Dmax, trong sản phẩm đập đập, nghiền mm dmax, mm Đập thô 300~ 1500 100~350 3~5 (15) Đập trung 100~350 40~100 3~5 (15) Đập nhỏ 40~100 5~30 3~6 (20) Nghiền thô 5~30 0,3~1 1~100 Nghiền mịn 0,3~1 0.075~0.1 (nhỏ hơn) 1~100 -118-
Mức đập, nghiền cho cả quá trình gọi là mức đập nghiền chung, mức đập nghiền cho từng giai đoạn gọi là mức đập nghiền riêng (ii). Trong thực tế đặc biệt là trong quá trình thiết kế phân xưởng đập và nghiền thì mối quan hệ giữa mức đập nghiền chung và mức đập nghiền riêng là rất quan trọng. Ví dụ có sơ đồ đập như hình 5-1, có ba giai đoạn đập và mức đập nghiên riêng cho từng giai đoạn đập, ký hiệu là i1, i2 và i3. Khí đó mối quan hệ giữa mức đập nghiền chung và các mức đập nghiên riêng thể hiện ở công thức 5.4. Dmax d1 d D ic    2  max  i1  i2  i3 , (5-4) d1 d 2 d max d max Ngoài ra, còn có khái niệm về mức đập trung bình (itb) là mức đập trung bình cho các giai đoạn đập, được tính theo công thức 5.5. Hình 5-1. Sơ đồ đập itb  3 i 1 i2  i3 , (5-5) 5.4. Phương pháp đập, nghiền 5.4.1. Khái niệm Phương pháp đập, nghiền là cách thức tác động ngoại lực để phá vỡ hạt vật liệu hay làm giảm kích thước hạt vật liệu. Ngoại lực cần thiết để phá vỡ hạt vật liệu được thực hiện bởi nhiều cách khác nhau, tuy nhiên chúng ta có thể chia thành hai loại chính: ngoại lực do các cơ cấu đập trong các thiết bị đập tạo ra được gọi là lực cơ học, đây là phương pháp phổ biến và quan trọng trong quá trình đập và nghiền, phương pháp này có một số đặc điểm: thứ nhất là tạo ra thiết bị đập có năng suất lớn, thứ hai là có thể đập được vật liệu có độ cứng cao, thứ ba là tiêu hao năng lượng và nguyên liệu cao; ngoại lực tác động vào hạt vật liệu là phi cơ học như: sử dụng năng lượng điện, năng lượng nhiệt, sóng siêu âm, dòng nước có áp lực cao.. để phá vỡ hạt vật liệu hay để đập nghiền. 5.4.2. Phương pháp sử dụng ngoại lực là lực cơ học Trong phương pháp này, ngoại lực được tạo ra bởi các cơ cấu đập của các thiết bị đập là phương pháp quan trọng và có phổ biến trong quá trình đập. Căn cứ vào hình dạng, cách thức chuyển động, sự chuyển động tương đối giữa cơ cấu đập máy đập và hạt vật liệu... của của các cơ cấu đập, mà loại lực này có nhiều dạng khác nhau. Trong một thiết bị đập và nghiền có thể tồn tại nhiều dạng ngoại lực để phá vỡ hạt vật liệu, nhưng không nhất thiết sẽ tồn tại tất cả các dạng ngoại lực. 1) Lực nén ép (hình 5-2-a): cơ cấu tạo lực của máy đập dịch sát gần nhau gây ra lực ép lên cục vật liệu làm nó vỡ ra. Phương pháp này áp dụng cho loại vật liệu tương đối cứng. -119-
2) Lực cắt (hình 5-2-b): cơ cấu tạo lực có dạng răng nhọn. Phương pháp này áp dụng cho loại vật liệu giòn. 3) lực bẻ gẫy (hình 5-2-c): cơ cấu tạo lực có dạng hình răng cưa, khi hai mặt dịch sát vào nhau thì vật liệu bị gãy thành nhiều phần. Phương pháp này áp dụng cho loại vật liệu giòn. 4) Lực xiết (hình 5-2-d): bề mặt cơ cấu tạo lực của máy xiết lên bề mặt cục khoáng vật làm cho các lớp vật liệu bị biến dạng trượt. Khi ứng suất tiếp tuyến vượt quá giới hạn bền thì cục vật liệu vỡ ra. 5) Lực va đập (hình 5-2-e): Lực tác dụng là lực va đập. Lực va đập mang tính chất định kỳ. Hình 5-2. Các phương pháp đập Phương pháp đập được lựa chọn tùy thuộc vào tính chất cơ lý và độ hạt vật liệu đem đập (vật liệu hay quặng là đối tượng của đập và nghiền). Người ta phân biệt vật liệu cứng (bền vững), mềm, dai và giòn. 5.4.3. Phương pháp sử dụng ngoại lực là phi cơ học Việc sử dụng ngoại lực là lực phi cơ học bao gồm một số phương pháp sau: 1) Sử dụng năng lượng điện để phá vỡ hạt vật liệu: dưới tác dụng của điện từ trường cao, vật liệu rất dễ hấp phụ năng lượng điện từ một cách đột ngột. Chính sự hấp phụ năng lượng điện từ đột ngột (nhanh chóng) này làm cho độ bền của vật liệu bị giảm đi từ ½ đến ¾ lần, do đó vật liệu rất dễ bị phá vỡ. 2) Sử dụng năng lượng nhiệt để phá vỡ hạt vật liệu: thực tế là kết hợp giữa sử dụng năng lượng nhiệt và lực cơ học, khi đó dùng năng lượng nhiệt làm cho độ bền của vật liệu giảm, sau đó sử dụng cơ cấu đập (lực cơ học) để giảm kích thước vật liệu, làm tăng hiệu quả quá trình đập nghiền. 3) Sử dụng sóng siêu âm để phá vỡ hạt vật liệu: trong quá trình đập nghiền có sử dụng sóng siêu âm, làm cho hạt vật liệu phát sinh cộng hưởng, trực tiếp thu nhận năng lượng của sóng siêu âm, gây ra các vết nứt trong hạt vật liệu. Loại vết nứt này rất có lợi cho quá trình đập nghiền, làm cho quá trình phá vỡ hạt vật liệu xẩy ra nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng. 4) Sử dụng dòng nước cao áp để phá vỡ hạt vật liệu: sử dụng áp lực của dòng nước (tia nước) cao áp làm cho các vết nứt bên trong hạt vật liệu mở rộng và bị phá vỡ. -120-
5.5. Quá trình phá vỡ cục vật liệu khoáng sản trong quá trình đập, nghiền Độ bền vững của vật liệu là khả năng của chúng chống lại quá trình phá vỡ dưới tác dụng của ngoại lực. Khi bị phá vỡ trong quá trình đập các mối liên kết giữa các vi hạt cấu trúc tinh thể bị đứt đoạn, vật liệu được chia thành nhiều phần. Về mặt lý thuyết thì độ bền vững của vật liệu được coi là độ bền vững của mạng tinh thể lý tưởng. Tuy nhiên độ bền vững vật liệu trong thực tế nhỏ hơn nhiều lần độ bền vững lý thuyết. Sự khác biệt đó được giải thích là do trong vật liệu tồn tại nhiều khuyết tật điểm cấu trúc tinh thể, nhiều lỗ hổng vi mô và nhiều vết nứt vi mô. Khuyết tật mạng tinh thể được phân thành khuyết tật điểm và khuyết tật đường. Khuyết tật điểm hoặc là ô trống hoặc là sự đột nhập của nguyên tử ngoại lai vào mạng tinh thể. Khuyết tật đường là do sự lệch mạng hoặc do hiện tượng trượt mạng. Ảnh hưởng nhiều hơn cả đến độ bền vững vật liệu trong quá trình đập, nghiền là các khuyết tật dạng lệch mạng. Dưới tác dụng của ngoại lực các khuyết tật dạng lệch mạng dễ dàng dịch chuyển, tác dụng qua lại với nhau, kết hợp lại phát triển lớn dần và thoát ra bề mặt hạt khoáng. Các khuyết tật mạng làm giảm độ bền vững của mạng tinh thể và hơn thế chúng thúc đẩy quá trình tạo ra các mầm vết nứt, những mầm này tiếp tục phát triển thành các vết nứt phá vỡ hạt vật liệu. Hình 5-3. Tải trọng tập trung ở đầu vết nứt Hạt vật liệu có thể coi là tổ hợp các hạt khoáng vật khác nhau gắn kết với nhau, và mỗi hạt khoáng lại gồm nhiều hạt tinh thể vi mô kết hợp lại với nhau. Lực gắn kết bên trong vật liệu bao gồm lực tác dụng bên trong tinh thể và lực tác dụng giữa các tinh thể với nhau. Bề mặt tiếp xúc giữa các vi tinh thể này là nơi nhiều khuyết tật và các vết nứt vi mô. Quá trình phá vỡ hạt khoáng bắt đầu từ các lỗ hổng và vết nứt vi mô có sẵn trong nó. Ngoại lực tác dụng lên hạt khoáng được phân bố không đồng đều trong khối vật liệu; chúng tập trung vào khuyết tật và vết nứt; dưới tác dụng của ngoại lực các vết nứt vi mô này tăng nhanh về số lượng và độ lớn, chúng phát triển dẫn đến quá trình phá hủy phân tách hạt khoáng thành các phần có kích thước nhỏ hơn. -121-
5.6. Quy luật đập nghiền Các quy luật đập nghiền biểu thị sự phụ thuộc của công tiêu hao trong quá trình đập, nghiền vào kết quả đập và nghiền hay phụ thuộc vào độ hạt sản phẩm đập và nghiền. Mối liên hệ này đã được nghiên cứu từ lâu và có nhiều giả thuyết được đưa ra. 5.6.1. Giả thuyết diện tích (Ritinger) Là giả thuyết do Ritinger đưa ra vào năm 1867, ông cho rằng, công phân tách hạt khoáng thành các hạt nhỏ hơn tỷ lệ thuận với bề mặt mới được tạo thành. Giả thuyết này được thể hiện ở công thức (5-6) As = . S = KR. D2 (5-6) Trong đó: As- Công tiêu hao, Nm - độ bền nét tạm thời, Nm/m2 S- Diện tích bề mặt mới tạo thành sau quá trình đập nghiền, m2 KR- Hệ số tỷ lệ, Nm/m2 D- Kích thước đặc trưng của hạt vật liệu, m 5.6.2. Giả thuyết thể tích (Kick-Kirpichev) Là giả thuyết do Kirpichev đưa ra vào năm 1874 và Kick đưa ra vào năm 1885 cùng đưa ra, các ông cho rằng, công đập tỷ lệ thuận với công làm biến dạng hạt khoáng và do đó tỷ lệ thuận với thể tích hạt và thể hiện dưới công thức (5-7). Av = K. V = KK. D3 (5-7) Av- công tiêu hao, Nm K, KK- hệ số tỷ lệ, Nm/m3 V- thể tích bị biến dạng (giá trị thay đổi thế tích), m3 5.6.3. Giả thuyết vết nứt (Bond- Vương Văn Đông) Là giả thuyết do Bond và Vương Văn Đông (Trung Quốc) vào năm 1952, khi chỉnh lý các số liệu của các thí nghiệm về mối quan hệ giữa công tiêu hao khi đập nghiền vào độ hạt vật liệu đã đưa ra được công thức thực nghiệm (5-8)  10 10  AB  Wi   (5-8)  d D80   80 Trong đó: AB- công tiêu hao, Nm Wi- chỉ số công năng theo Bond, kwh/tấn ngắn (tấn ngắn là đơn vị khối lượng của Mỹ và bằng 0,907 tấn trong hệ đo lường SI). Chỉ số công năng theo Bond của một số quặng được cho trong bảng 5-2. -122-
Bảng 5-2. Giá trị chỉ số công năng Bond đối với một số vật liệu khoáng sản được xác định bằng thực nghiệm Khối Khối Vật liệu khoáng lượng Wi, Vật liệu khoáng lượng Wi , sản riêng, kwh/t.ngắn sản riêng, kwh/t.ngắn g/cm3 g/cm3 Quặng đồng 3,02 12,73 Quặng pirit 4,06 8,93 Quặng vàng 2,81 14,93 Quặng thiếc 3,95 10,90 Quặng sắt hêmatit 3,53 12,84 Quặng kẽm 3,64 11,56 Quặng sắt manhetit 3,88 9,97 Quặng titan 4,01 12,33 Quặng chì 3,35 11,90 Thạch anh 2,65 13,57 Quặng chì kẽm 3,36 10,93 Than 1,4 13,00 Quặng niken 3,28 13,65 Clanhke xi măng 3,15 13,45 D80, d80- kích thước tương ứng với lỗ sàng mà 80% cấp liệu và sản phẩm đập, nghiền lọt qua, m Theo Bond, khi đập và nghiền vật liệu khoáng sản, công ngoại lực tác dụng vào hạt vật liệu: đầu tiên làm cho hạt vật liệu phát sinh biến dạng, khi biến dạng tăng đến một giới hạn nhất định sẽ phát sinh thành các vết nứt, sau đó các vết nứt này mở rộng và tạo nên các phần. Công đập còn dư chuyển hóa thành công bề mặt để tạo ra bề mặt mới, các thành phần còn lại thất thoát ở dạng nhiệt. Bond cũng cho rằng công biến dạng tỷ lệ thuận với thể tích, còn công bề mặt thì tỷ lệ thuận với diện tích. Do đó, công tiêu hao trong quá trình đập nghiền trong giả thuyết này có thể viết dưới dạng công thức (5-9). AB = KB. D2,5 (5-9) Trường hợp tổng quát, công tiêu hao trong quá trình đập và nghiền có thể xác định theo công thức (5-10). A = K. Dn (5-10) K- hệ số tỷ lệ tổng quát n = 2 – 3. 5.6.4. So sánh ba giả thuyết về công tiêu hao trong quá trình đập và nghiền Trong thực tế quá trình đập và nghiền, dưới tác dụng của ngoại lực, đầu tiên hạt vật liệu biến dạng, biến dạng đến mức độ nào đó thì hạt vật liệu xuất hiện các vết nứt nhỏ, sau đó các vết nứt này mở rộng và tạo nên các phần. Đối với vật liệu có tính giòn, khi vết nứt mở rộng ra, vật liệu sẽ vỡ tạo ra các hạt nhỏ hơn vì lúc đó năng lượng đã tích trữ đến mức độ có thể phá vỡ hạt vật liệu. Sau khi vật liệu bị phá vỡ, công của ngoại lực một phần hình thành công bề mặt, phần còn lại hình thành nhiệt năng thất -123-
thoát ra ngoài. Do đó, để phá vỡ hạt vật liệu, công tiêu hao bao gồm công biến dạng và công bề mặt. Như vậy, khi phân tích 3 giả thuyết trên, ta thấy được các giai đoạn của một quá trình đập và nghiền. Từ giả thuyết thể tích ta thấy giai đoạn vật liệu bị biến dạng khi có ngoại lực tác dụng vào, từ giả thuyết vết nứt ta thấy giai đoạn vết nứt được hình thành và mở rộng, còn giả thuyết diện tích cho ta thấy giai đoạn vật liệu bị phá vỡ hình thành bề mặt mới. Vì thế, các giả thuyết này đều có tính phiến diện, nhưng không mâu thuẫn mà là bổ sung cho nhau để hoàn thiện. Các giả thuyết này chỉ chính xác khi áp dụng cho từng giai đoạn của quá trình đập và nghiền: giai đoạn đập thô có mức đập nhỏ, nên diện tích mới tạo thành ít, chủ yếu là năng lượng biến dạng nên sử dụng giả thuyết về thể tích; quá trình nghiền có mức nghiền lớn, tạo ra diện tích bề mặt lớn, chủ yếu là năng lượng bề mặt nên sử dụng giả thuyết diện tích; còn giả thuyết vết nứt thì áp dụng cho giai đoạn đập trung và nhỏ. 5.7. Phân loại thiết bị đập 5.7.1. Máy đập hàm Trong các nhà máy tuyển khoáng thì máy đập hàm được sử dụng chủ yếu ở khâu đập thô. Để nhận quặng thì trước máy có bun ke và máy đập hàm được cấp liệu bằng máy cấp liệu xích tấm. Sản phẩm sau khi đập được tháo tải để chuyển sang giai đoạn đập nghiền tiếp theo. 11 10 9 3 4 5 6 7 12 CÊp liÖu S¶n phÈm ®Ëp 16 15 8 14 13 2 1 17 1- động cơ; 2- bộ truyền đai; 3- bánh đà; 4- trục lệch tâm; 5- tay biên; 6- đệm lòng máng; 7-thanh chống sau; 8- thanh chống trước; 9- trục treo; 10- hàm động ; 11- hàm tĩnh; 12- thành cố định ; 13- lò xo; 14 - máng tựa; 15 - giá tựa; 16, 17- tấm lót hàm động và tấm lót hàm tĩnh Hinh 5-4 Sơ đồ cấu tạo máy đập hàm lắc đơn gian -124-
Bộ truyền đai Trục lệch tâm Hàm động Tầm lót hàm động Tầm lót hàm tĩnh Hàm tĩnh Lò so Hình 5-5 Sơ đồ cấu tạo máy đập hàm lắc phức tạp Hình 5-6. Máy đập hàm -125-
Dựa vào trạng thái chuyển động của hàm mà người ta chia ra thành máy đập hàm lắc đơn giản và máy đập hàm lắc phức tạp. Đặc điểm cơ bản của máy này là cơ cấu đập gồm hai tấm đóng mở liên tục. Khi hàm chuyển động tạo lên một góc nhọn, hàm cố định gọi là hàm tĩnh còn hàm kia chuyển động lắc tiến lùi theo chu kỳ tương đối so với hàm tĩnh gọi là hàm động. Vật liệu được cấp vào không gian giữa hai hàm và liên tục được kẹp nén và tháo ra sao cho chúng bị ép vỡ và chuyển dịch sâu vào buồng đập và cuối cùng khi chúng có kích thước nhỏ hơn chiều rộng khe hở giữa hai hàm thì được tháo tải. Ưu điểm: có cơ cấu đơn giản, chiều cao không lớn có thể đập được quặng chứa sét và có mức đập lớn. Nhược điểm: đối với vật liệu dạng tấm máy làm việc không hiệu quả, bề mặt hàm động và hàm tĩnh chóng mòn. Một số thông số kỹ thuật của máy đập hàm lắc phức tạp và lắc đơn giản được cho ở bảng 5-3 Bảng 5-3. Một số thông số kỹ thuật máy đập hàm Kích thước Tốc độ miệng chất tải, chuyển Công Loại mm Dmax, động suất Năng Quy cách máy mm trục lệch động suất, t/h Rộng Dài tâm, cơ, kw v/ph 900x1200 900 1200 750 180 110 140-200 Lắc đơn 1200x1500 1200 1500 1000 135 180 250-350 giản 1500x2100 1500 2100 1250 100 280 400-500 400x600 400 600 340 290 30 12-33 500x750 500 750 400 270 55 35-80 Lắc 600x900 600 900 500 250 80 75-200 phức tạp 900x1200 900 1200 750 225 110 180-360 1200x1500 1200 1500 1000 190 200 325-525 1500x2100 1500 2100 1250 160 310 580-815 Tính năng suất máy đập hàm Năng suất máy đập hàm thường được xác định theo công thức thực nghiệm (5- 11). Q  K1 K 2 K 3Q0 (5-11) Trong đó: Q- năng suất máy đập hàm, t/h Q0- ở điều kiện tiêu chuẩn (quặng cứng trung bình, khối lượng riêng 1,6t/m3) năng suất lúc máy đập hàm, t/h. -126-
Q0  q0 e q0- năng suất riêng, t/mm.h và tra tại bảng 5-4 e- chiều rộng khe tháo tải, mm K1- hệ số khả đập, tra bảng 5-5 K2-hệ số tỷ trọng vật liệu, xác định theo công thức sau:  K2  1,6 - khối lượng riêng quặng đập, t/m3 K3-hệ số về độ hạt hoặc mức đập, tra bảng 5-6. Bảng 5-4 Bảng giá trị q0 Quy 250x400 400x600 600x900 900x1200 1200x1500 1500x2100 cách,mm q0 0,4 0,65 0,95-1,0 1,25-1,3 1,9 2,7 Bảng 5-5. Bảng hệ số khả đập K1 Độ cứng của quặng Độ chịu áp, MPa Giá trị hệ số f K1 Cứng 160-200 16-20 0,9-0,95 Trung bình 80-160 8-16 1,0 Mềm
Bảng 5-7 Bảng thành phần độ hạt sản phẩm đập Độ lớn tương đối của các Độ cứng quặng cấp hạt theo kích thước khe Quặng cứng Cứng trung bình Quặng mềm tháo e của máy đập Thu hoạch bộ phận % +2e 0 0 0 -2e +1,75e 3 2 0 -1,75e +1,5e 7 5 2 -1,5e +1e 26 20 11 -1e +0,75e 19 16 17 -0,75e +0,5e 19 20 20 -0.5e+0,25e 14 17 23 -0,25e 12 20 27 Tổng 100 100 100 5.7.2. Máy đập nón Máy đập nón tuỳ theo lĩnh vực áp dụng được chia thành máy đập nón để đập thô, đập trung và nhỏ. Nguyên lý thì hai máy này giống nhau tuy cấu tạo có khác nhau chút ít. Căn cứ vào cơ cấu điều chỉnh cửa tháo tải của máy đập chia ra máy đập nón thường (hình 5-7) và máy đập nón thủy lực (hình 5-8). Máy đập nón gồm hai cơ cấu chủ yếu đó là cơ cấu đập hình nón được treo vào một ổ gọi là gạc treo và đầu dưới tựa trên một trục lệch tâm và được gọi là nón động và luôn tạo với chiều thẳng đứng một góc nghiêng, vỏ máy chụp bên ngoài nón động được gọi là nón tĩnh (đối với máy đập thô). Đối với máy đập nón dùng để đập trung và nhỏ thì nón động không treo mà tựa trên một giá tựa mặt hình cầu và có độ cong lớn hơn, cả nón động và nón tĩnh đều đặt úp (phần đáy lớn nằm phía dưới) giữa nón động và nón tĩnh có vùng song song ở chỗ gần miệng tháo tải, tần số lắc của nón động cao hơn so với tần số lắc của nón động máy đập thô. Vật liệu được đập trong không gian giữa nón động và nón tĩnh. Khi chuyển động thì nón động chuyển động xoay tròn trong không gian đập, quỹ đạo chuyển động của nón động là hình elip. Khi nón động trượt sát nón tĩnh ở chỗ nào thì vật liệu bị ép và vỡ ở chỗ đó, còn chỗ nón động ra xa nón tĩnh thì vật liệu đã được đập vỡ dịch chuyển xuống phía dưới cho đến khi bị ép lại và đập vỡ ở vòng quay sau và sau đó được tháo ra ngoài khi cục vật liệu có kích thước nhỏ hơn kích thước khe tháo. -128-
Động cơ Nón tĩnh Nón động Đai truyền Bộ lệch tâm Trục truyền động Hình 5-7. Máy đập nón Máy đập nón được sử dụng trong các nhà máy tuyển khoáng có thể cấp liệu đổ đống và có thể nhận trực tiếp quặng từ ô tô, toa xe lật, đối với nhà máy loại nhỏ thì phải có bun ke và cấp liệu xích tấm. -129-
Cửa cấp liệu Nón tĩnh Nón động Bánh răng Trục truyền động Bộ lệch tâm Đai truyền Hình 5-8 Máy đập nón thủy lực Máy đập nón thủy lực có các chi tiết tương tự như máy đập nón thường (đã nói ở trên), chỉ khác ở chỗ cơ cấu điều chỉnh cửa tháo tải được thiết kế bởi hệ thống thủy lực (máy đập nón thường là hệ thông lò xo). Hệ thống thủy lực của máy đập nón thủy lực được thể hiện trên hình 5-9. -130-
1- thùng dầu; 2-bơm dầu; 3-van một chiều, van dòng cao áp; 5- van điều chỉnh hướng bằng tay; 6- van đóng đường ống; 7- đông hồ áp lực; 8- ắc quy; 9- van thu dòng một chiều; 10- van xả khí; 11- xi lanh thủy lực Hình 5-9. Sơ đồ hệ thống thủy lực Một số thông số kỹ thuật của máy đập nón để đập thô, để đập trung và nhỏ được cho ở bảng 5-8, 5-9 và bảng 5-10 Bảng 5-8. Thông số kỹ thuật máy đập nón để đập thô Cửa Cửa Công Trong Tốc độ cấp tháo Dmax, Năng suất, suất lượng Loại máy quay, liệu, tải, mm t/h động máy, v/ph mm mm cơ, kw tấn PX500/75 500 75 400 150 140 130 42.18 PX700/130 700 550 550 300 140 140 71,89 PX900/160 900 160 750 500 125 180 142,69 PX1200/180 1200 180 1000 1000-1100 110 350 224 PX1200/250 1200 250 1000 1400-1500 110 350 225 Tính năng suất máy đập nón 1) Máy đập nón dùng để đập thô: có thể được tính toán theo hai công thức: công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm. - Công thức lý thuyết, công thức 5-12 r e  r D1n Q  377 , t/h (5-12) tan  1  tan  2 Trong đó: - hệ số tơi xốp vật liệu, =0,3-0,7 -131-
r- độ lệch tâm, m e- chiều rộng khe tháo tải, m D1- Đường kính vỏ dưới, m 1- góc giữa nón cố định và đường thẳng ở tâm, độ 2- góc giữa nón di động và đường thẳng ở tâm, độ - khối lượng riêng vật liệu, t/m3 - Công thức thực nghiệm, áp dụng công thức (5-11) của máy đập hàm, trong đó các hệ số K1, K2, K3 chọn lựa giống nhau, còn giá trị q0 tra bảng 5-11. Q  K1 K 2 K 3Q0 (5-11) Bảng 5-9. Thông số kỹ thuật máy đập nón để đập trung và nhỏ Cửa Công Trong Quy Cửa Tốc độ Loại cấp Dmax, Năng suất, suất lượng cách, tháo tải, quay, máy liệu, mm t/h động máy, mm mm v/ph mm cơ, kw tấn 600 75 12-25 65 40 356 28 5,5 900 135 15-50 115 50-90 330 55 11 PYB 1200 170 20-50 145 110-168 300 110 23 1750 250 25-60 215 280-480 245 155 48 2200 350 30-60 300 500-1000 220 280 80 900 70 5-20 60 20-65 330 55 11 1200 115 8-25 100 42-135 300 110 23 PYZ 1750 215 10-30 185 115-320 245 155 48 2200 275 10-30 230 200-580 220 280 80 600 40 3-15 40 23 356 28 5,5 900 50 3-13 50 15-50 330 55 11 PYD 1200 60 3-15 60 18-105 300 110 23 1750 100 3-15 100 75-230 245 155 48 2200 130 3-15 130 120-340 220 280 84 2) Máy đập nón để đập trung và nhỏ: được tính toán theo công thức lý thuyết và công thức thực nghiệm. - Công thức lý thuyết (5-13) Q  188neLD , t/h (5-13) Trong đó: -132-
e- chiều rộng khe tháo tải, m L- chiều dài máy đập, m D- đường kính lớn nhất của nón động, m n- tốc độ quay của máy đập, v/ph - hệ số tơi xốp vật liệu - khối lượng riêng vật liệu, t/m3 Bảng 5-10. Thông số kỹ thuật máy đập nón thủy lực Cửa Công Trong Quy Cửa Tốc độ Loại cấp Dmax, Năng suất, suất lượng cách, tháo tải, quay, máy liệu, mm t/h động máy, mm mm v/ph mm cơ, kw tấn 660 110 12-30 85 16-40 390 28 900 135 15-40 115 40-100 335 55 9 1200 175 20-45 150 89-200 300 95 18 FYB 1650 250 20-50 215 210-425 250 155 35,4 2200 350 30-60 300 450-900 220 280 72,2 3000 415 35-60 350 980-1680 185 525 660 70 5-15 60 7-22 390 28 900 75 6-20 65 17-55 335 55 9 1200 120 9-25 100 44-122 300 95 18 PYZ 1650 215 13-30 185 120-278 250 155 35,4 2200 270 15-35 230 248-580 220 280 72,2 3000 340 18-40 290 610-1225 185 525 660 40 4-10 35 9-23 300 28 900 55 4-12 45 17-51 335 55 9 1200 70 5-13 60 38-98 300 95 18 PYD 1750 100 7-14 85 100-200 250 155 35,4 2200 130 8-15 100 200-380 220 280 72,2 3000 150 10-20 130 473-945 185 525 Bảng 5-11. Giá trị q0 của máy đập nón để đập thô Quy cách máy đập, 500/75 700/130 900/160 1200/180 1500/180 1500/300 mm q0 2,5 3,0 4,5 6,0 10,5 13,5 -133-
- Công thức thực nghiệm, áp dụng công thức (5-11), trong đó các giá trị K1, K2 tính như đối với máy đập hàm, K3 tra bảng 5-12, giá trị q0 tra bảng 5-13 và 5-14. Bảng 5-12. Giá trị hệ số K3 Máy đập nón loại tiêu chuẩn Máy đập nón loại đầu ngắn e/B K3 e/B K3 0,60 0,90-0,98 0,35 0,90-0,94 0,55 0,92-1,00 0,25 1,00-1,05 0,40 0,96-1,06 0,15 1,06-1,12 0,35 1,00-1,10 0,075 1,14-1,20 Bảng 5-13. Giá trị q0 của máy đập nón loại tiêu chuẩn (vòng hở) Quy cách máy 600 900 1200 1650 1750 2100 2200 đập, mm q0 1,0 2,5 4,0-4,5 7,8-8,0 8,0-9,0 13,0-13,5 14-15 Bảng 5-14. Giá trị q0 của máy đập nón loại đầu ngắn (vòng hở) Quy cách máy đập, mm 900 1200 1650 1750 2100 2200 q0 4,0 6,5 12,0 14,0 21,0 24,0 3) Trường hợp sơ đồ đập là sơ đồ vòng kín thì năng suất máy đập nón được xác định theo công thức (5-14). Qk  KQh , t/h (5-14) Trong đó: Qk- năng suất máy đập nón trong vòng kín, t/h Qh- năng suất máy đập nón trong vòng hở, t/h K- hệ số độ hạt cấp liệu giảm nhỏ, K= 1,15-1,40 4) Máy đập nón thủy lực, được xác định theo công thức (4-15) dưới đây.  Q  q0 e , t/h (5-15) 1,6 Trong đó: q0- năng suất riêng, t/mm.h và tra tại bảng 5-15 e- chiều rộng khe tháo tải, mm - khối lượng riêng vật liệu, t/m3 -134-
Bảng 5-15 Giá trị q0 của máy đập nón thủy lực Quy cách máy Giá trị q0 đập, mm Loại tiêu chuẩn Loại trung gian Loại đầu ngắn 660 1,35 1,48 2,29 900 2,50 2,76 4,25 1200 4,46 4,90 7,56 1650 8,45 9,25 14,30 2200 15,0 16,5 25,4 3000 28,0 30,6 47,3 5.7.3. Máy đập trục Máy đập trục được sử dụng trong nhiều xưởng tuyển nhỏ để đập vừa và nhỏ những vật liệu giòn, ẩm dính và không gây mòn như đá vôi, than, thạch cao... Loại máy đập trục này phải có đường kính trục đập lớn hơn 18-20 lần kích thước cục lớn nhất đưa vào đập. Trong máy đập trục vật liệu được đập nhờ hai trục quay ngược chiều nhau. Vật liệu từ phía trên rót vào khe hở giữa hai trục, bị hai trục cuốn và ép cho vỡ ra, sản phẩm rơi xuống dưới nhờ trọng lượng bản thân. Khác với máy đập hàm và máy đập nón, trong máy đập trục vật liệu chỉ được đập một lần. Dựa vào số lượng trục đập có thể phân máy trục đập thành máy đập một trục đập (bề mặt trục đập dạng răng), máy đập hai trục đập và máy đập bốn trục đập. Máy đập hai trục trục đập còn được chia ra: máy đập trục trơn; máy đập trục răng trong loại này còn chia ra máy đập trục răng thường và máy đập trục răng cường lực; máy đập trục thường và máy đập trục thủy lực. Các loại máy đập trục thể hiện ở hình 5-10. Hiện nay, máy đập trục thủy lực được sử dụng ở Việt Nam thuộc dòng CXGY và dòng 2SGD-Y là sản phẩm mà công ty SBM - Thượng Hải Trung Quốc. Máy được sử dụng rộng rãi trong đập vật liệu trong các ngành xi măng, kính thủy tinh, gốm sứ, khai thác cát đá, than khoáng sản, luyện kim, tuyển quặng, điện lực, công nghiệp hóa chất. Thích ứng với các loại vật liệu khác nhau như: tương đối khô, ẩm, mềm đến cứng. Cơ cấu làm việc của máy đập trục này là do một cặp trục hình trụ tròn lắp đặt song song với nhau. Khi máy hoạt động, vật liệu được cấp vào máy qua cửa cấp liệu, rơi lên bề mặt trục, dưới tác dụng của lực ma sát trên bề mặt hai trục và tác dụng trọng lực , vật liệu được cuốn vào giữa hai trục quay, hai trục cùng nén ép, phân tách và chà xát với nhau, khi tác dụng của tổng hợp các lực này lớn hơn lực liên kết giữa các hạt tinh thể của vật liệu, vật liệu sẽ phân tách thành hạt nhỏ hơn. Vật liệu sau khi vỡ vụn sẽ được trục chuyển động đẩy ra, rơi xuống phía dưới. -135-