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巖礦的破碎形式與破碎力的關(guān)系

來源:  發(fā)表時(shí)間:2015-05-06 11:18:55  點(diǎn)擊次數(shù):

巖礦的破碎形式與破碎力的關(guān)系  
 
當(dāng)破碎力作用于巖礦塊時(shí),巖礦塊產(chǎn)生變形,而當(dāng)變形達(dá)到 一定程度時(shí)巖礦塊就會(huì)發(fā)生破裂。因此,變形是破碎力作用的必然結(jié)果,也是巖礦塊破碎的先導(dǎo)。要研究巖礦的破碎,就要研究破碎力作用下巖礦塊的變形規(guī)律和破碎情況。
 
從熱力學(xué)觀點(diǎn)分析,巖礦塊未受破碎力作用時(shí),其晶體內(nèi)部 質(zhì)點(diǎn)處于平衡位置上作前后左右的振動(dòng),且晶體外形也不發(fā)生變 化。但是,當(dāng)巖礦塊受外界破碎力作用時(shí),破碎力對巖礦塊做功, 并將功轉(zhuǎn)變?yōu)閹r礦晶體的內(nèi)能,從而改變了原來平衡位置上質(zhì)點(diǎn)的能態(tài),使質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相對遷移,晶體產(chǎn)生變形。當(dāng)破碎力所產(chǎn)生的變形能足夠大時(shí),將會(huì)導(dǎo)致巖礦晶體位移量大于質(zhì)點(diǎn)相互作用的范圍,致使晶體被肢解,巖礦晶體被破壞。宏觀上看,就是破碎力大于礦塊內(nèi)聚力時(shí)礦塊發(fā)生破碎。

洛陽大華重機(jī)球磨機(jī)剛果應(yīng)用案例
 
 
由于礦物晶體類型較多,各類晶體的力學(xué)性質(zhì)也不盡相同,總 起來看大體可分為脆性變形和塑性變形兩大類,當(dāng)?shù)V物變形很小 時(shí)即發(fā)生破壞時(shí)稱為脆性變形;而當(dāng)變形后不發(fā)生破壞且也不再恢復(fù)原狀時(shí)稱為塑性變形。脆性和塑性是礦物變形的兩種基本狀態(tài),但當(dāng)條件發(fā)生變化時(shí),兩種狀態(tài)也會(huì)相互發(fā)生轉(zhuǎn)變。在低溫下作十分快的變形時(shí),所有物質(zhì)皆顯脆性;而在足夠高的溫度和足夠慢的條件下變形,則所有物質(zhì)皆顯塑性?梢姡嘈宰冃 和塑性變形的劃分也是相對的,并依外界條件而相互轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)變的外界條件是溫度、作用力大小和加載速度快慢等。礦物的工程破晬幾乎都是常溫下進(jìn)行,即使有點(diǎn)溫升也不足以引起變形狀態(tài)的改變。即是說,破碎力的大小和加載速度快慢是使巖礦塊 產(chǎn)生何神變形狀態(tài)的重要因素,凋節(jié)這兩個(gè)因素即可調(diào)節(jié)巖礦塊 的變形狀態(tài)。因此,巖礦塊的變形狀態(tài)是與破碎力密切相關(guān)的,自 然,巖礦塊的破碎形式也與破碎力密切相關(guān)。
 
與礦物的兩種變形相對應(yīng),礦物也有兩種破壞類型,即脆性 破壞與塑性破壞。礦物的變形狀態(tài)是與其化學(xué)鍵的類型密切相關(guān)的。共價(jià)鍵晶體的礦物,當(dāng)外力大到能改變質(zhì)點(diǎn)間距離時(shí)鍵力即斷裂,宏觀上表現(xiàn)為變形很小即破壞,是屬脆性變形和脆性破壞; 離子鍵晶體的礦物,當(dāng)晶體受外力作用沿某些面產(chǎn)生一定滑動(dòng)后即產(chǎn)生斷裂,而晶面的滑動(dòng)在宏觀上也是很微小的,故離子鍵晶體礦物也屬桅性變形和脆性破壞。分子鍵型礦物則不同,外力使分子產(chǎn)生位移,但分子間的范德華氏力依然存在,可以產(chǎn)生較大的變形,而且外力使分子產(chǎn)生位移后再?zèng)]有其它力可以使分子回到原位,故分子鍵型礦物一般產(chǎn)生塑性變形和塑性破壞。金屬鍵型礦物就更不同,在外力作用下即使原子核位控發(fā)生較大改變,但因周圍總有自由電子聯(lián)系著,且這種移動(dòng)后乂沒有恢復(fù)力使它們回到原來位置,呈典型的塑性變形和塑性披壞。
 
礦物除了桅性破扠和塑性破壞以外,還有疲勞破壞。疲芳破壞是由應(yīng)力的多次重復(fù)作用而引起的,重復(fù)應(yīng)力雖然不大,且達(dá)不到材料的抗壓、抗拉、抗彎極限強(qiáng)度,假經(jīng)多次寬復(fù)作用后卻 能使材料產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象,達(dá)到極限時(shí)也能產(chǎn)生破壞作用。這種疲 勞破壞在長期經(jīng)受交替應(yīng)力作用的機(jī)械零件中最容易出現(xiàn)。礦物作為一種材料也在一定程度上具有這種特性,所以當(dāng)破碎力+足 以使礦物產(chǎn)生脆性破壞和塑性破壞時(shí),但破碎力的反復(fù)作用也會(huì) 使礦物發(fā)生疲勞破壞。
 
不同類型的破壞,其力學(xué)過程不同,破碎的效率也不同。發(fā)生脆性破壞時(shí),礦物的變形小,吸收的變形能亦少,所以能過粍費(fèi)也小,破碎的效率高。發(fā)生塑性變形破壞時(shí),變形能損失較多, 破碎的效率低。而疲勞破壞則是破壞效率最低的.在反復(fù)的作用中反復(fù)變形,造成大量的變形能損失。作為巖礦的破碎而言,選擇脆性破壞是最好的形式。
 
巖礦塊的力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜,巖礦中各種礦物的相界面上的結(jié)合力比礦物內(nèi)部的小,故巖礦中各種礦物相結(jié)合的相界面是力學(xué)脆弱面,巖礦受破碎力后理應(yīng)首先從此脆弱面上發(fā)生解離性破碎,這是最理想的情況,也是解離性磨礦所需求的。正如前面分析的,巖礦的變形和破壞與破碎力的大小和加載速度密切相關(guān)。在球磨機(jī)中,鋼球的運(yùn)動(dòng)規(guī)律已定,球?qū)ΦV塊的破碎力加載速度已定,余下的就是破碎力的大小了。對巖礦破碎的研究說明,破碎力過大過小均是不利的。破碎力過大時(shí),巖礦的破壞不只是沿晶體界面發(fā)生,甚至晶格也被斷裂,發(fā)生“貫穿破碎”作用。貫穿破晬作用缺乏選擇性,破碎行為不是沿不同種類礦物的晶面發(fā)生。而是沿破碎力的最大主應(yīng)力方向發(fā)生。因此,破碎產(chǎn)物往往不是不同種類礦物粒子的單體解離,而是巖礦材料粒子的機(jī)械變細(xì)。此外,破晬力過大還往往容易造成比較嚴(yán)重的過度粉碎現(xiàn)象。當(dāng)然, 破碎力過小時(shí)也不好,因達(dá)不到破碎應(yīng)力的要求而不能產(chǎn)生一次性破碎,只有經(jīng)過反復(fù)作用后才能產(chǎn)生效率低的疲勞破碎。只有當(dāng)破碎力作用精確時(shí),破碎行為沿不同礦物結(jié)合的相界面上發(fā)生, 產(chǎn)生礦物的選擇性解離破碎。因此,破碎力的錆確選擇是解離性磨礦中極為重要的問題。
 
赫茲的研究提出,壓力與時(shí)間的關(guān)系(并見圖6)為:
 
情況在球磨機(jī)中占優(yōu)勢。曲線3是施以較小載荷的情況,破裂的 時(shí)間短,只有沿易碎(較弱)的礦物結(jié)合處才會(huì)破裂,選擇性破碎作用強(qiáng)。曲線2是施以中等載荷的情況,破裂的時(shí)間比大載荷短而比小載荷長,破碎的選擇性比大載荷好而比小載荷差。載荷中等的情況在自磨機(jī)中占優(yōu)勢。由三種載荷的破碎特性可知:球磨機(jī)磨礦是選擇性破碎作用最差的磨碎過程,礫磨機(jī)及自磨機(jī)磨礦則具有較強(qiáng)的選擇性磨碎作用,礦物之間沿結(jié)合面解離的情況比球磨機(jī)多。球磨機(jī)中破碎方法已定型,要改善球磨破晬過程的破碎載荷特性,只有使破碎力精確化。
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