ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Seria: GÓRNICTWO z. 190
______ 1990 Nr kol. 1088
Wiktor PUDŁO
WYBRANE PROBIÆMY PODSTAW ROZDRABNIANIA SUROWCÓW MINERALNYCH
Streezczeule. Publikacja niniejsza zawiera przegląd ważniejszych prac nad problemami kruszenia i mielenia, prowadzonych w Inatytucie Przeróbki i Wykorzystania Surowców Mineralnych (wcześniejszej Kate
drze Przeróbki MeohanlczneJ) od lat sześćdziesiątych. Wśród tych prac najliczniejszą grupę stanowią prace poświęcone zagadnieniom kinetyki rozdrabniania; drugą pod względem liczebności grupę stano
wią praca, których tematyką Jest wzbog :canle w procesach selektyw
nego rozdrabniania. Pozostałe prace ob'JmuJą zróżnicowane problemy rozdrabniania, jak np.: podobieństwo zmiany składu ziarnowego roz
drabnianych materiałów, czynniki techniczna wpływające na przebieg procesu itp.
Ograniczona objętość referatu pozwala przedstawić powyższe zagad
nienia w formie skróoouyob opisów, nawiązujących do wykazu odpowied
niej literatury.
Wśród prezentowanych prac najliczniejszą grupę stanowią prace poświę
cone kinetyce procesów rozdrabniania 1 mielenia. Badania nad kinetyką mie
lenia rozpoczyna praca poświęcona weryfikacji modelu Baaaa-Sedlatscbka [Y].
Analizuje się w niej procesy mielenia wąskich klas ziarnowych kilka mate
riałów w dwóch młynach, różniących aię wielkością 1 parametrami technicz
nymi. Otrzymane wyniki potwierdziły zgodność przebiegu procesu mielenia z modelem Baaaa-Sedlatscbka tylko dla przypadku mielenia piasku kwarcowego (materiał Jednorodny o ziarnaob owaloidalnych). W pozostałych przypadkach, przebieg procesu ma charakter bardziej złożony. Ogólnie, można go określić Jako proeea dwufazowy: w pierwszej fazie, w której obok zmian wielkości następują również wyraźne zmiany innych własności, proces stanowi super
pozycję procesów mielenia dwóch lub większej ilości frakcji zlarn o zbli
żonych własnośclaoh, mielących aię z różnymi prędkościami. Mielony mate
riał ulega w tej fazie homogenizacji, na skutek zmielenia ziarn o większych podatność lach, w takim stopniu, że w drugiej fazie proces przebiega podob
nie, Jak proces mlelsnla materiału Jednorodnego. Vizualnym efektem Jest zmiana kształtu ziarn mielonej klasy w pierwszej fazie mielenia z niere
gularnego w owaloldalny.
V pracy [j] podano graficzną metodę wyznaczania na wykresie przebiegu procesu udziału frakcji o zbliżonych własnościach ziarn oraz ich prędkości mielenia. Vykazano również, że rozkład prędkości mielenia wąskich klas ziarnowych kulami tej samej wlolkości Jest rozkładem logarytmlczno-normal
nym, zaś Jego parametry zależą głównie od warunków przebiegu procesu, mniej od własności mielonego materiału.
Analiz« przebiegu procesu mielenia szerszych klas ziarnowych "zewnętrz
nych" ( d ^ - d) wykazała, 'Aa mogą być on® opisywana równaniami Bacaa-Se- dlatscbka, o ile średnia wielkość ziarn rozszerzonej klasy maleje ekspa
nano Jalnie za wzrostem ozacu mielenia. Prooaey mielenia szerszych klas ziarnowych materiałów nieJednorodnyoh przebiegają podobnie, jak procesy mielenia wąskich klas ziarnowyoh tych materiałów. Stwierdzono równiei, Ze ze zmniejszeniem dolnej granicy zewnętrznej klasy ziarnowej d, maleje prędkość mielenia taj klasy. Podano empirycznie określoną zaleZneść pomię
dzy prędkością mielenia, a dolną granicą klasy.
Do dalszyoh problsm&w poruszonych w pracy jjj naleZą procesy mielenia wewnętrznych klas ziarnowych. Analityczny opis procesu mielenia tyoh klas (nawet materiału jednorodnego) jest procesem bardziej złoZonym; w pracy
podano opia matematyozuy procesu mielenie materiału składającego się z trzech klas ziarnowych. Opis procesu złoZonego z dowolnej ilośoi n klas ziarnowyob podano w p r a c y *2 j . Jako podstawowe załoZaola przyjęto, Ze kaZda z wewnętrznyob klas ziarnowych miela aię zgodnie ze wzorem Bassa- -Sedlateohka, oraz Za prędkości mielenia wszystkich klaa wewnętrznych są etals w czasie.
W ostatniej części praoy [i] podano metody obliczenia wartości numeryo*
nyob "funkcji cbarakteryatycznych procesu mielenie", tj. prędkości miele
nia kolejnych wąskloh klas ziarnowych oraz dystrybucji zmielonego materia
łu ksZdej z klaa, po klasaoh drobni#Jszyoh, dla dowolnie przyjętego inter
wału czasowego At. Obliczenia takie prowadzi się opierając się na danych odczytanych z wykraa&w zmiany udziału rozpatrywanych klaa w prooeaie Bie
lenia. Przeprowadzone obliczenia wykazały, Ze prędkość Bielenia kaZdaj kle.
sy wewnętrznej wzrasta ze zmniejszaniem się udziału "nadległyeh" klas grub
szych, przechodząc w granicy w prędkość alelania klasy zewnętrzoej. Tym samym, model podany w pracy [ V ] - zastosowany de mielenia - jaat sluazoy dla pewnyoh wycinków ozasu przebiegu procesu.
V pracy [jjJ przedstawione adaptację modela Baesa-Sed lat sobka do opisu procesu mielenia materiału, który tworzą dwa składniki petrograficzne, wyraźnie różniące się podatnością mielenia. Podano w niej równleZ wzory określające uzysk i zawartość składnika użytecznego w zewnętrznej klasie ziarnowej (górnej lub dolnej), w przypadku gdy zawartośoi tego ostatniego w obu składnikach petrograficznych są wyraźnie zróżnicowane.
Do waZnlejszyeb prac z zakresu kinetyki procesa aíslenla naleZą ponadto badania poświęcone kinetyce mielenia mokrego. Xa podstawie icb wykazano, Ze prędkość mielenia wzrasta w tyoh przypadkach ze wzrostem c za su Biele
nia - szczególnie wyraźnie dla szerazyoh klaa ziarnowyoh. Wawląsująo do teorii Rebindsra, wyprowadzono dla tyoh procesów wzór przyjmując. Ze pręd
kość mielenia rozpatrywanej klasy ziarnowej wzrasta proporcjonalnie do wzrostu jej powierzchni właściwej. Analiza statystyczna wyników przeprowa- dzonyob doświadczać potwlardslla przyjęte załoZenia. Obszerni#Jeza publi
kacja na ten teaat znajduje aię w przygotowaniu.
Wybrane problemy podstaw,. 49
Do prac najbardziej tematycznie zbllkonyob do wymienionych poprzednio naletą prace nad kinetyką prooeaAw rozdrabniania w kruszarce azczękowej
[i]. Jak wykazano, proces ten solna opisać równaniem Bassa-Sedlatschka dla procaau mielenia dwufazowego. Obowiązują tu równleZ Inne zaleZnoścl atwierdzone w proceale mielenia (k(dj|[T - d),d (t)). Parametry kinetyki odwzorowują tutaj wyraźnie pewne własności tego rodzaju kruszenia. Uzys
kane stąd wnioski mogą być przydatne dla procesćw kruszenia w kruszarce szczękowej z nadziarnem.
Następnym procesem, którego przebieg analizowano, nawiązując do modelu Baasa-Sedlatachka, był proces eamomlelenla wąskich klas zlarnowyob mate
riału jednorodnego [V]. Stwierdzono zgodność przebiegu procesu samomiele- nia z równaniem Baasa-Sedlateobka dla materiału niejednorodnego. Wyzna
czone prędkości mielenia wakazują klasy ziarnowe o najwlękezej podatności na samomlelenie. Wyznaczają równie! klasy z i e m trudnomleląoycb. Stwier
dzono ponadto niskie prędkości wytwarzania klas najdrobniejszych.
Zastosowanie równania Bassa-Sedlataohka do samomielania pozwala na okreś
lanie proporcji intensywnośol wytwarzania 1 mielenia klas zlarnowyob, ebaraktsrys$ycznyoh dla tego prooeeu.
W nawiązaniu do modelu Bassa-Sedlatschka opraoowano etoobastyozny mo
del procesu samomielania [Y]. W poświęconej temu zagadnieniu pracy wyka
zano, Ze skład ziarnowy materiału poddanego samomleleniu moZna z bardzo duZą dokładnością aproksyraować rozkładem Welbula. Parametry tego rozkładu moZna przedstawić (z odpowiednio wysoką dokładnością aproksymacji) Jako funkcje wymierne czasu mielenia. Opracowano ponadto charakterystykę sto
chastyczną wskaźników wzbogaoania dla prooesu selektywnego samomlelenla.
Weryfikację przeprowadzono na procesie samomlelenla utlenlonyoh rud cyn- kowo-ołowIowyoh.
Inne zagadnienia, związane z przebiegiem procesów mielenia kilku róZ- nyoh materiałów, poruszono w pracy [Y]. Poświęcona jest ona badaniu podo
bieństwa składów granulometrycznyoh rozdrabnianych materiałów. Porównanie takie przeprowadzono na próbkach dziewięciu typów naleZąoyob do trzeob odmian litologicznych rudy miedzi z kopalni "Polkowice”, stosująo metodę taksonomii wrocławskiej. Porównywano składy ziarnowe wspomnianych wyZej próbek, dla dwunastu różnych czasów mielenia, w laboratoryjnym młynie ku
lowym, stosując podział na dwie i trzy grupy oraz tzw, podział naturalny.
Podział naturalny wykazał wyodrębnianie się 6 -7 grup, zaś podział na dwie grupy - maksymalną róZnioę występującą pomiędzy grupą utworzoną z dwóch rud piaskowcowych , a grupą utworzoną z rud pozostałych. Ponadto stwier
dzono, Ze podział na trzy grupy nie odpowiada dokładnie podziałowi na trzy grupy litologicznie.
Zaproponowana w pracy [V] metoda moZe znaleźć zastosowanie w przypad
kach wspólnego bądź oddzielnego mielenia materiałów, wyznaczania czasu mielenia dla otrzymania odpowiednich podobieństw lub róZnlc granulometry- oznyoh róZnle mlslącyob się materiałów, dobór urządzenia dla otrzymania składu ziarnowego najbardziej podobnego do Żądanego itp.
Następną stosunkowo liczną grupę stanowią prace poświęcone wzbogaca 1- r.oścl w procesach selektywnego rozdrabniania; poruszono w nich następujące problemy:
- możliwość podniesienia zawartości żelaza w rudach sydorytowych rejonu częstochowskiego przez odstanie klas najdrobniejszych z produktu roz
drabniania wstępnego Qg^] ,
- zagadnienie możliwości podniesienia zawartości pirytu w produkcie selek
tywnego kruszenia bądi mielenia odpad&w pirytonośnyoh, (z osadzarki) z miałów węglowych, o zawartości pirytu około 10% [joJ,
- dobór procesu rozdrabniania utlenionych rud cynkowo-ołowlowycb, w celu wydzielenia produktu najdrobniejszego (ok. 5 «*”) a zawartości cynku podwyższonej do 6-7% [j ij , [j2],
- problem selektywności mielenia piaskowcowo-łnpkowej rudy miedzi. Okreś
lanie czasu mielenia pozwalającego na uwolnienie slarczk&w w rudzie piaskowcowej i ziarna podziałowego, pozwalającego na oddzielenie w pro
cesie klasyfikacji zlarn rudy piaskowcowej od ziarn rudy łupkowej [j3^•
Problemem nie dającym się zaszeregować do żadnej z powyższych grup był dobór urządzenia i opracowanie technologii rozdrabniania kilku twardych materiałów, przy uzyskaniu maksymalnego wychodu klasy 0,4-0,2 mis. Klasa ta miała być użyta Jako ogniotrwała osnowa mes formierskich Badania wykazały, że najlepsze wyniki można otrzymać w kruszarce walcowej, pracu
jącej z zawrotem nadziarna (uzysk klasy 0,4-0,2 mm ok. 60%).
Następnym zagadnieniem, nie przedstawionym dotychczas w żadnej publika
cji. Jest zależność pomiędzy wypełnieniem młyna mielonym materiałem, a wydajnością mielenia oraz składem ziarnowym otrzymywanego produktu. Wy
prowadzono wzór na zależność wydajności mielenia od Ilości mielonego m a teriału, potwierdzony wynikami doświadczeń przeprowadzonych w warunkach laboratoryjnych.
Nb uwagę zasługuje praca poświęcona podobieństwu wyników rozdrabniania otrzymanyoh w kruszarkach szczękowych różnej wielkości |j 5 j * Wyniki doś
wiadczeń przeprowadzonych w urządzeniach laboratoryjnych potwierdziły hi
potezę Razumowa, wskazując na konieczność wprowadzenia pewnych uściśleń.
Zbliżone tematycznie do poprzedniego jest zagadnienie prognozowania składu ziarnowego produktów rozdrabniania w kruszarkach o działaniu zgnia
tającym, podjęte ostatnio przez zespól pracowników Instytutu. Wyniki przeprowadzonych dotychczas doświadczeń przedstawiono w pracy [jfi], za
mieszczonej w niniejszym zbiorze.
Wybrane problemy podstaw. 51
LITERATURA
fi] Pudlo W.: Niektóre własności funkcji charakteryzujących proces mie
lenia w młynach kulowych. ZN AGH, Nr 166. z. 11, 1967.
£2^] Pudło W., Szczepańska M. ! Matematyczne modele pewnych typ6w procesów wielostadialnyeh Jednokierunkowych. Zeszyty problemowe Górnictwa PAN, 1976, t. XIV, z. 1.
[^3]] Pudło W., Cbobot K . , Tajchman Z.: Matematyczny model kinetyki proce
su selektywnego mielenia. Zeszyty problemowe Górnictwa PAN, 1974, t. XII. z. 2.
W
Staworko M . , Pudło V . : Wpływ wilgotności materiału na niektóre własności charakterystyk procesu mielenia w oparciu o wyniki badań labo
ratoryjnych. Materieły pozjazdowe sympozjum "Podstawowe problemy procesów rozdrabniania". Gliwice 1981.
I 5J *>u<5i° ! Analiza procesu wielostadialnego rozdrabniania w kruszarce szczękowej. Zeszyty Problemowe Górnictwa PAN. Tom 10, z. 1. 1972.
LóJ Kuchta K . , Pudło W., Staworko M . : Analiza kinetyki procesu samomie- lenia w oparciu o wyniki badań laboratoryjnych. ZN AGII, Nr 1(73.
Górnictwo, z. 66, 1975.
^7j Pudło W., Szlacbtowski A.: Charakterystyka stochastyczna zmian wiel
kości zierna w czasie samomielenia wybranych typów utlenionych rud cynkowo-ołowiowych. Archiwum Górnictwa PAN, 1988, t. 33, 2. 1f.
[^8^j Potępa M . , Pudło W.: Porównanie procesów mielenia wybranych typów rud miedzi na podstawie zmian ich składu ziarnowogo. Archiwum Gór
nictwa, t. 26, z. 2, 1981.
[ V ] Pudło V . , Wrzesiński B . : Selektywnośń rozdrabniania rud syderytowycb
Rejonu Częstochowskiego w kruszarkach szczękowych. Rudy Żelaza, nr 1-2, 1970.
Pio] Dryś S . , Kotowski Cz. Pudło V.: Analiza selektywności rozdrabniania pirytonośnych odpadów węglowych. ZN AGH, nr 947, Górnictwo, z. 57, 1974.
Pili Chobot K . , Lorek J . , Pudło W.: Wpływ rodzaju działania kruszącego oraz ziarnistości odsiewanego produktu na selektywnośó samomielenia utlenionych rud cynkowo-ołowiowych. ZN AGH, Nr 462, Górnictwo z. 63, 1974.
fl2^j Cbobot K . , Lorek J . , Pudło W.: Ocena możliwości wzbogacania utlenio
nych rud cynkowo-ołowiowych w procesie samomielenia na podstawie wy
ników badań laboratoryjnych. ZN AGH, Nr 473, Górnictwo, z. 66, 1975.
pl3] Nowak A., Pudło W.: Analiza selektywności mielenia piaskowo-^upkowej rudy miedzi. ZN AGH, Nr 473, Górnictwo, z. 66, 1975.
[j4^] Brożek M . , Pudło W., Turaidajski T . , Olszewski T. : Technologia przy
gotowania surowców odpadowych jako osnowy ogniotrwałej w procesach samoutwerdzalnych.Materiały XIX Krakowskiej Konferencji Naukowo-Tech
nicznej Przeróbki Kopalin. Krościenko 1985.
[j5^| Przybyło L. : Charakterystyka technologiczna procesu rozdrabniania w kruszarkach szczękowych. Praca doktorska, 1977.
[16] Brożek M . , Pudło V., Tumidajski T . : Wybrane problemy podstaw proce
sów rozdrabniania surowców monomineralnych (w druku).
HEKOTOPJE OCHOBHHE nPOEJlEMU HSMEJIbHEHHH MHHEPAJIbHOrO CUPhH
? s 3 w m e
G i a i
bn
co a ep » h t o63tp BaatHe0mnx paCor KacanaiHxca npoOjaeMu H3Meabnchha h pa3Moxa, Koiopwe Be^yicH c 6 0 - t u x p o a o b ,50 chx nop b HHoiHTyie IlepepafioTKH k HcnoxŁ30BaHHa KHHepaJifcHoro Cupba paHbme b HHOTHtyie MeraHHTecxofi Ilepe- paCoiKH . Cpe^H 31HX paóoT M H o rOHHCJieHHaa rpynna t o pa6o*u xacacoieecH k h - H6TMXH H3ue^b<ieHHH, B iopaa rpynna t o pa6oTH H3 o6aaoiH oOorameHHa b npo- ae c o a x e e a e x m B H o r o H3JtexbweKHA. AaJibHeBirae paÔoTH saxjiynaBT pa3Hoo6pa3Hue npofijieMii Haueab'ieHHH h. np. noxoxHOoib H3Mejib>ieHHH 3epHHcioro oocTaBa a3M8jibaeHHbix uaTepHaaoB, TexHaaecxae napaMeipht BSEamiiHe Ha x o j npoueooa h npyrHe. B c T ain a aoxasaHO to j ib k o BaxHe0mHe npo6jiem>i b (j>opne xpai KH X ona- c o b Koiopue o6pamąax>Tca k nniepasypH oiiy cnHcxy.SOME PROBLEMS OF FUNDAMENTALS OF THE COMMINUTION OF THE RAW MATERIALS
S u m m a r y
The paper is a review of some more important studies, concerning cru
shing and grinding, carried out in the Institute of Processing and Utili
zation of Mineral Raw Materials from sixtieths years. Amongst them the most numerous are the studies dealing w i łh kinetics of comminution; the next in size is the group of works about enrichment in processes of the selective comminution. Other cover different problems of the comminution such as for example: similarity in changes of graing size distrubutlon of the comminuted materials, technical factors influencing the course of the process, and so on. The limited volume of the paper permits to pre
sent these topics only In a form of short descriptions refering to the appropriate literature.
