123087 (Дробление и измельчение)

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Теоретические основы дробления и измельчения

1.1 Свойства материалов, подвергаемых измельчению

1.2 Требования, предъявляемые к продуктам измельчения

1.3 Классификация методов и машин для измельчения материалов

2 Щековые дробилки

3 Молотковые дробилки

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

В производстве пигментов и наполнителей размольное оборудование применяется для следующих целей:

1. для доведения частиц пигментов и наполнителей до размеров, обеспечивающих получение тонкодисперсных стабильных суспензий при диспергировании пигментов в пленкообразующих веществах без дополнительного измельчения частиц твердой фазы;

2. для получения природных пигментов (сурика, мумии, охры) и наполнителей (легкого и тяжелого шпата, талька) путем измельчения руд;

3. для повышения интенсивности и кроющей способности пигментов и улучшения других физико-технических свойств пигментов и наполнителей;

4. для обеспечения оптимальной скорости реакции и максимального выхода продукта в гетерогенных реакциях в результате развития поверхности контакта и определенного зернового состава продуктов реакции (при получении сернистого бария, ультрамарина, кадмиевых и кобальтовых пигментов);

5. для тесного смешения двух или нескольких пигментов при получении свинцовой зелени из крона и железной лазури, а также смесей других пигментов;

6. для отделения примесей вследствие разной измельчаемости материалов (отделение свинца от глета, песка от охры);

7. для получения сухих красок одновременным смешением и измельчением пигментов, твердых пленкообразующих веществ и специальных добавок;

8. для получения порошкообразного материала из водных паст пигментов путем их смешивания с ретуром.

Процесс уменьшения кусков или зерен материала разрушением их под действием внешних сил, в зависимости от крупности конечного продукта, называется дроблением или измельчением. Виды дробления различают по размерам кусков полученного продукта, а виды измельчения – по содержанию в продукте грубых или тонких классов зерен. Принципиально процессы дробления и измельчения не различаются между собой.

Ранее считали, что разрушение материала при дроблении происходит от сжимающих усилий, а при измельчении – от срезывающих. В настоящее время полагают, что различие между дроблением и измельчением заключается только в крупности исходного материала и конечного продукта.

В производстве пигментов необходимо, чтобы кусковой материал имел сравнительно небольшие размеры, а в большинстве продуктов измельчения преобладали классы зерен крупностью менее 5-20 мк. Учитывая эту специфику, в производстве пигментов условно различают следующие виды дробления и измельчения.

Дробление: крупное – до размера 5-100 мм; среднее – до размера 2-50 мм; мелкое – до размера 3-20 мм.

Измельчение: грубое – преимущественное содержание в конечном продукте классов зерен > 20-30 мк; тонкое – преимущественное содержание в конечном продукте классов зерен < 20-30 мк; сверхтонкое – содержание в конечном продукте 90-95% классов зерен < 5-10 мк.

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДРОБЛЕНИЯ И ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

1.1 СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ПОДВЕРГАЕМЫХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЮ

Материалы, подвергаемые тонкому и сверхтонкому измельчению, можно условно разбить на четыре группы, характерные для производства пигментов и наполнителей.

Первая группа – материалы, состоящие из сравнительно крупных монокристаллов и кристаллических сростков (ильменит, барит, легкий шпат). При измельчении этих материалов образуются новые поверхности раздела в местах сращивания кристаллов или по плоскостям кристаллических решеток. Тонкое измельчение материалов первой группы требует большой затраты энергии и обычно осуществляется на шаровых и роликовых мельницах; сверхтонкое измельчение – на струйных мельницах.

Вторая группа – материалы, состоящие из микрокристаллических частиц размером 0,1 – 5 мк (первичные), которые при сушке образуют крупные зерна или комья из сравнительно слабо агрегированных частиц (осадочные пигменты и наполнители, такие как свинцовые и цинковые крона, отмученная охра, каолин). При их обработке на мельницах происходит не измельчение первичных частиц, а дезагрегация материала до сравнительно крупных зерен. Для этого обычно применяют ударно-центробежные мельницы. Малые ситовые остатки в продуктах измельчения материалов этой группы объясняются пептизирующим действием воды при мокром методе ситового анализа, принятого для пигментов, а не эффективность ударно-центробежных мельниц.

Третья группа – материалы, содержащие спекшиеся частицы. К ним относятся осадочные пигменты с размером первичных частиц 0,1-5 мк, подвергавшиеся высокотемпературной обработке (например, двуокись титана), а также полученные прокаливанием шихты. Затраты энергии на измельчение материалов этой группы зависит от их индивидуальных свойств и режима получения. В большинстве случаев их подвергают тонкому сухому измельчению на шаровых и роликовых мельницах и сверхтонкому – на мокрых шаровых и струйных мельницах.

Четвертая группа – материалы, представляющие собой неоднородный продукт, состоящий из смеси частиц, которые относятся к материалам приведенных выше трех групп: неотмученные охра, каолин, сурик и мумия, содержащие твердые крупные частицы песка и других примесей.

От индивидуальных свойств материала требуемой тонкости измельчения и необходимости отделения примесей зависит выбор типа машины для измельчения материала. Тонкая дезагрегация охры, каолина и других микрокристаллических материалов, с отделением крупных твердых частиц примесей, проводится на ударно-центробежных мельницах. Тонкое измельчение, не сопровождающееся отделением твердых крупных зерен, осуществляется на шаровых и роликовых мельницах, а сверхтонкое – на струйных мельницах.

Материалы, подвергаемые измельчению, часто характеризуются разрушающим напряжением при деформации (прочностью при сжатии) σ и подразделяются на следующие группы:

Материалы σ, кгс/см²

Мягкие. <100

Средней прочности 100-500

Прочные. 500-1000

Очень прочные >1000

Большое значение имеет хрупкость материала (прочность при сжатии и ударе). Материалы одной и той же твердости могут иметь резко различную хрупкость; при этом чем выше хрупкость материала, тем легче протекает его измельчение. Особенно трудно подвергаются измельчению вязкие материалы типа смол и пластических масс. Поэтому при получении сухих красок обработкой в шаровой мельнице смеси пигментов и смол прибегают к охлаждению мельницы до температур ниже 0 ̊С, что резко увеличивает хрупкость смол.

1.2 ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПРОДУКТАМ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Для обеспечения требований, предъявляемых к красочным суспензиям, величина наиболее крупных частиц пигментов и наполнителей, применяемых для их получения, не должна превышать 10-15 мк. С уменьшением размера частиц до известного предела повышается кроющая способность и интенсивность пигментов. Вместе с тем уменьшение размеров частиц пигментов и наполнителей повышает их маслоемкость и реакционоспособность, что может привести к понижению атмосферостойкости красочной пленки. Оптимальные размеры частиц для большинства пигментов и наполнителей находятся в пределах 0,2-1 мк.

В густотертых красках, при хранении которых исключается расслоение суспензии, допустимо заметное содержание зерен класса 10-15 мк. Следовательно, пигменты и наполнители высокого качества должны состоять из первичных или слабо агрегированных частиц размерами 0,2-1 мк, а содержание более крупных классов зерен должно быть сведено к минимуму.

Под первичными частицами понимаются монокристаллы или прочные кристаллические сростки, а под слабо агрегированными – зерна, легко распадающиеся на первичные частицы под пептизирующим влиянием воды и растворителей, а также при их диспергировании в пленкообразующих веществах.

Первичные частицы и зерна размерами более 10-20 мк, состоящие из прочных частиц, которые разрушаются только при измельчении, ухудшают качество красок и вызывают быстрый износ валковых и дисковых краскотерочных машин. Таким образом, от качества измельчения в большей мере зависят свойства красочной суспензии и покрытий, а также производительность машин для диспергирования пигментов в пленкообразующих веществах.

Приведенные выше требования, предъявляемые к дисперсности пигментов и наполнителей, легко выполнимы при синтезе многих осадочных пигментов и наполнителей, не подвергающихся в процессе получения прокаливанию, т.е. материалов второй группы. Остальные пигменты и наполнители в большинстве случаев необходимо подвергать тонкому и сверхтонкому измельчению или дезагрегации. Поэтому в производстве пигментов широко применяется тонкое и сверхтонкое измельчение.

При тонком измельчении материалов первой, третьей и четвертой групп практически невозможно получить монодисперсный или состоящий из зерен очень узкого класса продукт. Поэтому, не снимая требования о том, чтобы пигменты и наполнители состояли в основном из зерен крупностью < 1 мк, допускают содержание в них зерен больших размеров, жестко ограничивая наличие зерен размерами более 40-60 мк, значительно ускоряющих износ валковых машин.

Радикальным решением является сверхтонкое измельчение с помощью струйных мельниц, позволяющих получать продукт, содержащий более 95% зерен размерами менее 5-10 мк. Струйные мельницы для сверхтонкого сухого измельчения уже нашли широкое применение для сверхтонкого измельчения и дезагрегации пигментов, наполнителей и земель.

1.3 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ И МАШИН ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

В зависимости от назначения и принципа действия машин, предназначенных для измельчения материалов, используются следующие методы разрушения: раздавливание (рис. 1, а), ударное воздействие (рис. 1, б), раскалывание (рис. 1, в), излом (рис. 1, г), истирание (рис. 1). При этом одновременно могут реализоваться несколько методов, например, раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных методах измельчения, а также в различных по принципу действия конструкциях и размерах машин для измельчения вызывается многообразием свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности готового продукта. Применяемые для измельчения машины разделяют на дробилки и мельницы.

Рис.1 Схема основных методов механического измельчения:

а – раздавливание; б – удар; в – раскалывание; г – излом; д – истирание.

Дробилки по принципу действия разделяют на щековые (рис. 2, а), в которых материал подвергается раздавливанию, раскалыванию и частично истиранию между двумя плитами-щеками при их периодическом сближении; конусные (рис. 2, б), в которых материал разрушается в процессе раздавливания, излома и частичного истирания между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя непрерывное дробление материала; валковые (рис. 2, в), в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому (иногда валки вращаются с разной частотой, и тогда раздавливание материала сочетается с истиранием); ударного действия, которые, в свою очередь, бывают молотковыми (рис. 2, г) и роторными (рис. 2, д); в молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием, в роторных - дробление осуществляется за счет удара жестко прикрепленных к ротору бил, удара материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.

Рис.2 Схемы принципов действия машин для дробления:

а - щековая дробилка; б - конусная; в - валковая ударного действия; г - молотковая дробилка; д - роторная для помола каменных материалов; мельницы: е - вращающиеся с мелющими телами; ж - вибрирующие с мелющими телами; з - истиранием частиц материала друг о друга; и - среднеходные роликовые; к - ударные; л – струйные.

Ряд измельчающих машин (бегуны и дезинтеграторы) можно отнести к дробилкам и к мельницам, так как их применяют для грубого помола и для мелкого дробления.

Мельницы по принципу действия разделяют на барабанные (рис. 2, е-з), в которых материал измельчается во вращающемся (рис. 2, е) или вибрирующем (рис. 2, ж) барабане с помощью загруженных в барабан мелющих тел или без них ударами и истиранием частиц материала один о другой и о футеровку барабана (рис. 2, з); среднеходные, в которых материал измельчается раздавливанием и частичным истиранием между каким-либо основанием и рабочей поверхностью шара, валка, ролика (в ролико-маятниковой мельнице (рис. 2, и) ролик прижимается центробежной силой к борту чаши и измельчает материал, попадающий между бортом и роликом); ударные (рис. 2, к), в которых материал измельчается ударом шарнирных или жестко закрепленных молотков (продукт, достигший определенной тонины помола, выносится из зоны действия молотков воздушным потоком); струйные (рис. 2, л), где материал измельчается в результате трения и соударения частиц материала одна о другую, а также о стенки камеры при движении частиц под действием воздушного потока, имеющего большую скорость.

Перечисленные способы измельчения относятся к методу механического измельчения под воздействием рабочего органа на материал или частиц материала одна на другую. Существуют методы измельчения материалов, основанные на других физических явлениях: с помощью электрогидравлического эффекта путем осуществления высоковольтного разряда в жидкости, ультразвуковых колебаний, быстроменяющихся высоких и низких температур, лучей лазера, энергии струи воды и др.