Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców
Rozprawa doktorska
ANALIZA ROZDRABNIANIA WARSTWOWEGO
NA PODSTAWIE EFEKTÓW ROZDRABNIANIA
POJEDYNCZYCH ZIAREN
Alona Nad
Promotor: prof. dr hab. Marian Brożek
4 SPIS TREŚCI
I. CZĘŚĆ LITERATUROWA
Rozdział 1 1. Wstęp ... Rozdział 22. Ogólne wiadomości o procesie rozdrabniania ... 2.1 Rodzaje sił kruszących ... 2.2 Stopień rozdrobnienia ... 2.3 Opis geometryczny elementów nadawy ... Rozdział 3
3. Wybrane fizyko - mechaniczne właściwości surowców mineralnych ... 3.1 Podstawowe charakterystyki skał ... 3.2 Mechaniczne właściwości skał ... 3.3 Metody oznaczania właściwości wytrzymałościowych surowców
mineralnych ... 3.4 Wytrzymałość nieregularnych ziaren mineralnych ... 3.5 Rozkład wytrzymałości ziarna i prawdopodobieństwo rozdrobnienia ... Rozdział 4
4. Mechanizm rozdrabniania ciał kruchych ... 4.1 Postacie pękania skał ... 4.2 Mechanizmy pękania ciał kruchych ... 4.3 Energetyczny opis procesu rozdrabniania ... 4.4 Nowe kierunki badań rozdrabniania ... Rozdział 5
5. Modele matematyczne krzywych składu ziarnowego ... 5.1 Równania krzywych składu ziarnowego dużych zbiorowości ziaren ... 5.2 Modele elementarnych procesów rozdrabniania ...
7 8 10 12 13 15 15 18 21 27 33 38 38 42 46 51 58 58 60
5 II. BADANIA WŁASNE
Rozdział 6
6. Cel i zakres pracy ... Rozdział 7
7. Założenia przeprowadzenia eksperymentów ... 7.1 Opis metody, stanowisko badawcze ... 7.2 Charakterystyka badanego materiału ... 7.3 Zasady opracowania wyników ... 7.4 Wyniki pomiarów ...
7.4.1 Wyniki rozdrabniania pojedynczych ziaren w prasie hydraulicznej ... 7.4.2 Wyniki rozdrabniania z zawrotami wybranych klas ziarnowych
dolomitu ... Rozdział 8
8. Opracowanie wyników doświadczeń i analiza ... 8.1 Analiza wytrzymałościowa próbek litologicznych typów rud miedzi ...
8.1.1 Analiza wytrzymałościowa próbek dolomitu ... 8.1.2 Analiza wytrzymałościowa próbek łupka ... 8.1.3 Analiza wytrzymałościowa próbek piaskowca ... 8.2 Krzywe składu ziarnowego litologicznych typów rud miedzi ... 8.2.1 Krzywe składu ziarnowego próbek dolomitu ... 8.2.2 Krzywe składu ziarnowego próbek łupka ... 8.2.3 Krzywe składu ziarnowego próbek piaskowca ... 8.3 Rozdrabnianie z zawrotami klas ziarnowych dolomitu... 8.3.1 Analiza wyników po pierwszym zawrocie wybranych klas ziarnowych... 8.3.2 Analiza wyników po dwóch zawrotach największych klas ziarnowych... 8.4 Symulacja komputerowa wyników rozdrabniania z zawrotami... 8.5 Analiza energochłonności procesu rozdrabniania ... Rozdział 9 9. Wnioski końcowe ... 10. Spis tabel ... 11. Spis rysunków... 12. Literatura ... 63 65 65 70 73 77 77 93 98 98 99 105 110 119 120 127 132 139 139 146 150 157 161 164 166 171
161 ROZDZIAŁ 9
WNIOSKI KOŃCOWE
Na podstawie przeprowadzonych badań i zamieszczonych w tej pracy wyników można wyciągnąć następujące wnioski:
1. Rozkład wytrzymałości dolomitu, łupka i piaskowca można z wysoką dokładnością aproksymować rozkładem Weibulla. Najmniejszy rozrzut danych empirycznych w stosunku do modelu ma próbka dolomitu, największy – próbka piaskowca. Jest to związane ze strukturą i teksturą badanych skał.
2. Przy aproksymacji rozkładu wytrzymałości trzech typów litologicznych polskich rud miedzi rozkładem Weibulla otrzymano wysokie wskaźniki dopasowania modeli (B=0,986; ). Biorąc pod uwagę fakt, że badania przeprowadzono na zbiorze ziaren nieregularnych, można więc powiedzieć, że rozkład Weibulla dobrze aproksymuje rozkład wytrzymałości nieregularnych ziaren mineralnych.
3. We wszystkich trzech litologicznych odmianach rudy miedzi średnia wytrzymałość ziaren wzrasta wraz ze zmniejszaniem się średniej wielkości ziaren kierowanych do rozdrabniania. Jest to zgodne ze statystyczną teorią wytrzymałości w myśl której ze wzrostem objętości ziarna rośnie prawdopodobieństwo pojawienia się większej liczby mikropęknięć powodujących zniszczenie ziarna. Największą średnią wytrzymałość spośród badanych próbek posiada dolomit (około 14 MPa), ponad dwa razy mniejszą wytrzymałość posiada piaskowiec (do 7 MPa). Dynamika wzrostu wytrzymałości łupka przy zmniejszaniu wielkości ziaren najdrobniejszych (nie badanych w tej pracy, uzyskana z interpolacji badań ziaren większych) jest największa. Prowadzi to do wniosku, że w procesie mielenia łupek będzie miał najmniejszą prędkość mielenia i w związku z tym będzie miał największy udział w zawrocie do powtórnego mielenia.
4. Różnica w wytrzymałości na rozciąganie ziaren łupka i dolomitu o uziarnieniu około 40 mm spowodowana jest tym, że ziarna łupka przeważnie mają formę płaską, natomiast przy dalszym procesie mielenia płaskie ziarna ulegają zniszczeniu i ich forma ma mniejszy wpływ na wytrzymałość.
162 5. Krzywe rozkładu wytrzymałości na rozciąganie łupka i dolomitu są zbliżone do siebie, co
powoduję trudności w selektywnym rozdrabnianiu danych surowców.
6. Do aproksymacji składu ziarnowego produktu kruszenia pojedynczych ziaren przez powolne ściskanie został użyty rozkład 3-parametrowy, w którym parametry są zależne od wytrzymałości na rozciąganie i rodzaju materiału. Zgodność wybranego modelu z doświadczeniem jest bardzo wysoka. Świadczy to o dobrym wyborze modelu krzywej składu ziarnowego niezależnie od materiału jak również o identyczności mechanizmu rozdrabniania pojedynczych ziaren dolomitu, łupka i piaskowca poprzez zgniatanie, niezależnie od początkowych wymiarów ziarna.
7. Na podstawie przeprowadzonych badań można przyjąć hipotezę, że surowce o podobnym rozkładzie wytrzymałości będą miały podobny skład ziarnowy produktu rozdrabniania.
8. W celu analizy rozdrabniania warstwowego były przeprowadzone kolejne próby ściskania wybranych klas ziarnowych. Krzywe składu ziarnowego po zawrotach wybranych największych klas ziarnowych do ponownego ściskania w prasie hydraulicznej można z dość wysoką dokładnością aproksymować uciętym rozkładem Weibulla.
9. Dla porównania wyników rozdrabniania pojedynczych ziaren w prasie hydraulicznej z wynikami rozdrabniania w urządzeniu kruszącym zostały przeprowadzone próby kruszenia w kruszarce szczękowej o gładkich szczekach. W celu przeanalizowania kształtu krzywych składu ziarnowego produktu kruszenia pojedynczych ziaren w kruszarce szczękowej o gładkich szczękach zaproponowano model w którym ziarno w trakcie przejścia przez kruszarkę podlega kilkukrotnym aktom rozdrobnienia. W przedstawionym modelu rozdrabnianie potraktowano jako cykl następujących po sobie procesów rozdrabniania pojedynczych ziaren. Zakłada się, że nadawę stanowi wąska klasa ziarnowa danego surowca. Na podstawie symulacji komputerowej według zaproponowanego modelu matematycznego została określona ilość i krotność zawrotów wybranych największych klas ziarnowych do ponownego ściskania pojedynczych ziaren w prasie hydraulicznej, aby uzyskać skład ziarnowy zbliżony do składu ziarnowego pojedynczych ziaren skruszonych w kruszarce szczękowej o gładkich szczękach.
163 10. Poprzez analizę efektów rozdrabniania pojedynczych ziaren przez jednoosiowe ściskanie istnieje możliwość analizy rozdrabniania warstwowego w takich kruszarkach jak kruszarki szczękowe o gładkich szczękach, kruszarki stożkowe, kruszarki walcowe oraz na tej podstawie oszacowanie zużycia energii na rozdrabnianie z uwzględnieniem właściwości wytrzymałościowych ziaren.
11. Analogiczną analizą wyników rozdrabniania skrępowanego można będzie określić wpływ oddziaływań między ziarnami na efekty i energię rozdrabniania. Istnieje również możliwość analizy wyników rozdrabniania w kruszarkach szczękowych o profilowanych szczękach i w podobny sposób określić wpływ innych sił kruszących na wyniki i energię rozdrabniania.
12. Dalsze badania powinny zmierzać do opracowania ogólnych zasad prognozowania składu ziarnowego, uwzględniających właściwości wytrzymałościowe surowca oraz typ kruszarki, od którego zależy rodzaj sił kruszących.
