Измельчение – это технологический процесс, который представляет собой уменьшение размеров частиц твердого объекта до нужных размеров при помощи механического воздействия.
Процесс измельчения материалов
Процесс измельчения применяется для различных целей:
- Улучшение свойств и структуры веществ.
- Снижение давления и температуры.
- Переработка полимерных материалов (высокодисперсных наполнителей, бракованных и изношенных деталей, а также производственных отходов).
- Повышение интенсивности технологических процессов, работающих в совокупности с процессом измельчения.
- Глубина и скорость химических реакций.
- Улучшение однородности смесей.
- Обогащение полезных ископаемых.
В производстве изделий из полимеров различные устройства для измельчения материалов помогают в переработке пластиковых изделий, использованных пакетов, б/у тары для получения вторичного сырья. Как правило, вторичное сырье смешивают с первичным сырьем с целью снижения себестоимости продукции.
Интенсивность многих технологических процессов зависит от размера поверхности обрабатываемых твердых материалов. При увеличении их поверхности с помощью уменьшения величины кусков, можно значительно повысить скорость протекания самого процесса, увеличить выход и добиться улучшения качества конечных продуктов.
Измельчение бывает:
- крупное – поперечный размер кусков от 200 до 1000 мм;
- среднее и промежуточное - от 50 до 250 мм;
- мелкое – от 20 до 50 мм;
- тонкое (размол) - от 3 до 25 мм.
Кроме этого измельчение может быть сухое или мокрое (осуществляется с добавлением определенного количества воды к исходному материалу).
При дроблении или размоле кусков твердых изделий необходимо большое количество механической энергии, поэтому следует максимально правильно выбирать способ измельчения.
Основные способы измельчения
В настоящее время все современное оборудование разрушает или измельчает сырье различными способами. Выбор способа измельчения осуществляется в зависимости от свойств сырьевого материала, а также от исходного и конечного размера его кусков.
Выбирая метод измельчения, учитывают физические свойства материала, обращая внимание на его твердость и характер излома.
Раздавливание
Под воздействием нагрузки измельчаемый объект деформируется по всему объему. Внутреннее напряжение в нем становится больше, чем предел прочности, и тело разрушается.
Таким образом, получают частицы различного размера и формы.
Раскалывание
Тело распадается на части там, где сосредоточена концентрация наибольших нагрузок, передаваемых клинообразными рабочими элементами измельчительных машин. Образующиеся частицы более однородны по размерам и форме, хотя форма, как и при раздавливании, непостоянна.
Разламывание
Измельчаемый объект разрушается под действием изгибающих сил, действующих навстречу друг другу, с приложением одной верхней силы между двумя нижними. Размеры и форма частиц при разламывании, примерно такие же, как и при раскалывании.
Разрезание
Механическая сила прикладывается сверху, как правило, рывком. Все элементы измельчительной машины являются острыми, режущими. Процесс разрезания (изрезывания) способствует разделению объекта на части необходимых размеров и форм.
Распиливание
Механическая сила участвует со стороны прогрессивно. Рабочие элементы измельчительной машины имеют острую зубчатую поверхность. С помощью распиливания можно получить частицы нужных форм и размеров.
Растирание (истирание)
Механическая сила действует сверху и со стороны прогрессивно, а поверхности элементов измельчительной машины плоские или сферические. При растирании объект измельчается под действием сжимающих, растягивающих и срезающих сил. В результате этого метода получают порошкообразные продукты.
Удар
Измельчаемый объект разрушается под воздействием динамично действующих сил. Удар может быть осуществлён двумя способами измельчения: при первом способе - объекту наносится удар рабочими элементами измельчительной машины, в виде молотков, падающих шаров и т. п. При втором способе - измельчаемый объект самостоятельно сталкивается в полете с рабочими элементами измельчителя или другими телами.
При использовании первого способа измельчения эффект зависит от кинетической энергии ударяющегося тела, а во втором зависит от скорости столкновений разрушаемого объекта с рабочими элементами измельчительной машины.
В промышленном производстве чаще всего используются способы раскалывания, раздавливания, истирания, удара и разрезания. В этих случаях метод, а значит, и конструкция измельчительной машины выбирается, исходя из характера разрушения полимера, то есть:
- разрушение хрупких материалов преимущественно за счет раздавливания, раскалывания, разрезания и удара;
- пластичные материалы - резом, истиранием.
Также это влияет на конечную фракцию, которая получается на выходе в результате измельчения (дробления).
Например, раскалыванием получают большие куски материала. Разламывание обычно используют в комбинации с другими способами. Разрезание – если нужно получить куски материала не меньше заданного размера (фракции). Истирание позволяет добиться тонкого, порошкообразного состояния сырья.
Оборудование для измельчения
В современной промышленности часто требуется высокая степень измельчения. Размеры исходного объекта могут достигать - 1500 мм, а заданные размеры частиц получаемого материала — доли микрона. Такую степень измельчения можно получить при прохождении нескольких стадий.
Измельчающие машины разделяют по следующим признакам:
- Назначение. По этому признаку измельчающее оборудование делится на дробилки мелкого, среднего и крупного дробления, а также мельницы сверхтонкого и тонкого измельчения.
- Способ механического воздействия. Делятся на машины раздавливающего, истирающего, ударного, истирающе-раздавливающего и ударно-растирающего действия, а также на коллоидные измельчители.
Коллоидный измельчитель – это машина, предназначенная для сверхтонкого измельчения материалов, величина таких частиц не превышает одного микрона.
Степень измельчения материалов
Степень измельчения - это отношение среднего диаметра крупных кусков до процесса измельчения к среднему диаметру таких же крупных кусков, только полученных после измельчения.
Общая степень измельчения рассчитывается путем сложения всех результатов измельчения, которые были выполнены за несколько этапов. За один этап обработки степень измельчения крупных кусков составляет 2 – 6, средних – 5 – 10, мелких – 10 – 50 и наиболее мелких – 50 и выше.
Стоит отметить, что частицы первоначального и переработанного материала имеют неправильную форму, поэтому чтобы определить показатели диаметров, необходимо использовать размер отверстий сит, через которые просеивают сыпучие материалы.
Измельчение материалов осуществляется в одну или несколько стадий. Если требуется высокая степень измельчения, процесс разбивается на несколько этапов, т.к. за один этап невозможно получить частицы необходимой конечной крупности.
