بررسی فرآیندهای شکست مواد معدنی

مقدمه

آزاد سازی مواد معدنی و کاهش اندازه ذرات، حیاتی ترین مرحله قبل از جداسازی ماده معدنی است. این بررسی نشان می دهد که درجه آزادسازی مواد معدنی می تواند تحت تاثیر بافت سنگ معدن و یا مکانیزم بارگذاری باشد. با این حال تعاریف مختلفی برای پایه های شکست به عنوان عامل اصلی آزادسازی ماده معدنی استفاده شده است. تاکید می شود که اصول
شکست برای بهینه سازی محیط های خردکن و طراحی دستگاه های سنگ شکن از جمله دستگاه سنگ شکن فکی ضروری است. در ادامه درباره فرآیندهای شکست مواد معدنی بیشتر توضیح می دهیم.

بررسی فرآیندهای شکست مواد معدنی برای بهینه سازی محیط های خردکن

سه حوزه اصلی فرآیندهای شکست مواد معدنی با توجه به اصول شکست به عنوان مکانیزم بارگذاری، مکانیزم شکست و حالت شکست طبقه بندی و خطاب می شوند. علی رغم این که پیشرفت های زیادی در طراحی دستگاه سنگ شکن و سایر دستگاه های دیگر انجام شده است، اما هنوز به طور کامل درک نشده است.  در این راستا این مطالعه عوامل مادی و فرآیند موثر پدیده شکست را شناسایی نموده و مورد بحث قرار می دهد این راه، محیط خردایش در مورد سنگ معدنی خالص را هموار می کند.

امروزه با کاهش روزافزون کانسنگ هایی با عیار بالا و درشت دانه، گرایش به سمت استخراج کانسنگ های کم عیار زیاد شده است. این امر می تواند دو پیامد برای صنعت معدنی داشته باشد. اول برای پردازش تناژهای بزرگتر از مواد خام معدنی و دوم برای آسیاب کردن مواد خام به اندازه های ریزتر که به نوبه خود منجر به مصرف انرژی بیشتر می شود. فرآیند خرد کردن یک فرآیند انرژی بر است. ترکیب مواد خام معدنی و کلینکر سیمان، 3 درصد از برق تولیدی جهان را مصرف می کند.

راهبردهای کاهش مصرف انرژی برای خرد کردن مواد معدنی

راهبردهای کاهش مصرف انرژی برای خرد کردن مواد معدنی اولا جلوگیری از خرد کردن در صورت امکان و دوم استفاده از فناوری خرد کردن کارآمدتر و استفاده از سنگ شکن های بروزتر با راندمان بالاتر می باشد. بنابراین، انتخاب مناسب دستگاه های سنگ شکن برای یک سیستم معدنی خاص منجر به محصولی مشخص با کمترین مصرف انرژی می شود.

به طور کلی، انتخاب سنگ شکن ها، بر اساس مشخصات مواد خوراک، مشخصات محصول نهایی سیستم عملیاتی موجود و کارایی انرژی ماشین ها است.

درک اساسی از فرآیند شکست حتی باید در طراحی سنگ شکن های جدید مورد استفاده قرار گیرد، که پس از آن باید به بهبود فرآیندهای خرد کردن صنعتی منجر شود. بنابراین، دو راهبردی که باید برای بهینه سازی واحدهای سنگ کوبی و کارخانه های خردایش سنگ مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:

1-بهینه سازی فناوری خردایش موجود با توجه به سنگ معدن و خواص آن، یعنی بافت سنگ معدن.

2- وارد کردن بافت سنگ معدن در طرح و مدار خردایش سنگ
این استراتژی ها باید از طریق تجزیه و تحلیل اصول شکستگی و ویژگی های بافت سنگ معدن درک شوند.
در خرد کردن، مکانیسم بارگذاری، مکانیسم شکست و حالت شکست پارامترهای کنترل شکستگی ذرات هستند. شکستگی
ذرات در فرآیند خرد کردن با مکانیسم های بارگذاری آغاز می شود. مکانیسم بارگذاری همراه با محیط اصطکاک و خواص مواد عواملی هستند که بر مکانیسم شکست تأثیر می گذارند.

مکانیسم بارگذاری در خرد کردن مواد معدنی

مکانیسم بارگذاری به عنوان عمل کمیت های فیزیکی، اعم از نیرو یا تکانه، که به یک ذره یا چند ذره به منظور ایجاد تنش مکانیکی اعمال می شود، تعریف می شود. این کمیت های فیزیکی در مقایسه با حرکت ذرات دارای جهت نسبی و سرعت هستند. طیفی از جهت ها و نرخ ها نوع مکانیسم بارگذاری را مشخص می کند. محققان از اصطلاحات مختلفی برای تعریف مکانیسم بارگذاری استفاده می کنند. رایج ترین اصطلاحات مورد استفاده برای مکانیسم بارگذاری در ادبیات صنعتی
عبارتند از فشرده سازی، ضربه، برش و سایش.

مکانیسم فشرده سازی

هنگامی که ذرات شروع به فشرده سازی بین دو سطح می کنند، انرژی پتانسیل به انرژی الاستیک تبدیل می شود. در مواد ترد، انرژی الاستیک در شبکه کریستالی ذخیره می شود و با رسیدن به مقدار بحرانی، یک ترک ریز در پیوندهای بین اتمی ایجاد می شود. تعریف مکانیزم بارگذاری فشاری بر حسب واحد، در زمینه مکانیک جامدات یا سنگ چالش برانگیز است. در این راستا، برای انجام آزمایش تراکم در زمینه های فوق الذکر، نرخ بارگذاری باید کمتر از 0.2 میلیمتر در دقیقه باشد تا از هرگونه اثرات دینامیکی جلوگیری شود. اما در فرآوری مواد معدنی رسیدن به این میزان پایین مرسوم نیست. این مکانیسم، اصلی ترین مکانیسم خردایش در دستگاه سنگ شکن فکی می باشد به این صورت که کانسنگ ها بین دو شانه دستگاه سنگ شکن فکی قرار می گیرند و با اعمال نیروی فشاری از جانب فک متحرک، ترک های بی شماری در کانسنگ ایجاد می شود و موجب شکست کانسنگ می شود.

مکانیسم ضربه

مکانیزم بارگذاری ضربه، به عنوان تعریف ارائه شده توسط کلی و اسپاتیس وود، نسخه سریع مکانیزم بارگذاری است. درجه ای از عدم قطعیت در مورد میزان مکانیسم بارگذاری ضربه و پدیده های فیزیکی موثر پشت آن وجود دارد. این مکانیزم در اغلب سنگ شکن ها اعم از دستگاه سنگ شکن کوبیت، دستگاه سنگ شکن چکشی یا آسیاب چکشی، ماسه ساز دو طرفه و ماسه ساز خرگوشی موجب خردایش سنگ ها می شود. هنگامی که کانسنگ ها به داخل این سنگ شکن ها هدایت می شود، توسط چکش های نصب شده بر روی روتور دستگاه، با سرعت زیاد به سمت سندان های دستگاه پرتاب می شود در نتیجه تنش مکانیکی ناشی از بارگذاری ضربه شکست در کانسنگ رخ می دهد.

مکانیسم سایش

یکی دیگر از انواع بارگذاری موثر در محیط یک دستگاه خردایش، برش است. بارگذاری برشی منجر به سایش و تنش برشی می شود که مکانیسم بار سایشی را ایجاد می کند. این مکانیسم بارگذاری شامل دو حالت است.

 اول اینکه دو ذره بین دو محیط یا سطوح ذرات دیگر خرد می شوند و دوم برخورد جانبی دو ذره هنگام عبور از کنار یکدیگر. به طور کلی، تغییرات مکانیسم های بارگذاری در هر دستگاه سنگ شکن رخ می دهد. در منابع علمی، سایش به عنوان اثر مالش دادن یا برش یک ماده تعریف می شود. علاوه بر این ثابت شده است که اگر انرژی اعمال شده برای ایجاد شکستگی در ذرات، قابل توجه و کافی نباشد، سایش صورت می گیرد.

در مکانیزم سایش، انرژی اعمال شده موضعی یا زاویه ای است. فرآیند شکستن برای خرد کردن و سایش مشابه است. این موارد زمانی اتفاق می افتند که ذره مکانیزم بارگذاری مماسی را تجربه کند. مکانیسم غالب در انواع دستگاه آسیاب پودری و آسیاب خورشیدی مکانیسم سایش می باشد که موجب تولید پودرهایی با مش نهایتا 200 می شود. در آسیاب های پودری، سنگ ها ما بین چکش های روتور و تیغه های آسیاب قرار می گیرند و تنش برشی اعمالی به این سنگ ها موجب ساییدگی و تولید پودر می شود.

نتیجه گیری

در این مقاله سعی کردیم به بررسی فرآیندهای شکست مواد معدنی بپردازیم. انتخاب مناسب دستگاه خردایش سنگ و سنگ شکن ها منجر به تولید محصول با خواص مناسب با صرف کمترین انرژی می شود.  امروزه با کاهش روزافزون کانسنگ های با عیار بالا و درشت دانه، گرایش به سمت استخراج کانسنگ های کم عیار است که برای خرد کردن به استراتژی های جدید و به روز نیاز دارد. این استراتژی ها شامل انتخاب تجهیزات بر اساس رفتار شکست ذرات و طراحی انواع جدید ماشین های خردایش سنگ به منظور دستیابی به حداکثر بهره وری از مدار های خردایش سنگ می باشد. در این راستا، برای طراحی و راه اندازی انواع خطوط خردایش سنگ و ساخت انواع سنگ شکن ها می توانید با کارشناسان ما در گروه تولیدی آوات ماشین در ارتباط باشید.