Оптимизация условий измельчения сырьевых материалов

Стрельников В.И.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Необходимость интенсификации процессов помола и достижения требуемой дисперсности непластичных компонентов керамических масс, а так же снижения энергоемкости таких производственных операций является первостепенной задачей. Данная проблема находится под постоянным прицелом большинства исследовательских работ.

При шликерном способе подготовки масс наиболее часто используется метод раздельно-совместного мокрого помола компонентов в шаровых мельницах при влажности 35 – 50 %. Степень измельчения (тонину помола) обычно характеризуют остатком на сите с сеткой № 0063. В то же время при одновременной загрузке и помоле всех твердых (каменистых) составляющих, остаток на сите никаким образом не отражает сущность операции измельчения каждого отдельно взятого компонента и, естественно, распределение частиц по размерам.

Каждый отдельно взятый компонент сырьевой смеси раскрывает свою функциональную значимость только в определенном интервале дисперсности, при достижении которой вероятность ожидания положительного эффекта превращается в реальность.

Например, в нефелине, исходный гранулометрический состав которого весьма близок к таковому песка и перлита, во время совместного тонкого помола отмечается наименьший прирост фракций до 20 мкм, [1]. Исходя из роли фракций этих материалов в процессах структурообразования при обжиге, очевидна неэффективность их тонкого помола до одинакового остатка на контрольном сите, особенно совместно в одной шаровой мельнице. Аналогичным образом совместный помол глинозема с пегматитом и песком, не позволит достичь требуемой роли носителя прочности без достижения дисперсности зерен AL₂O₃ в пределах 5 – 10 мкм.

Процесс помола существенно интенсифицируется в том случае, если вместо традиционно принятого соотношения составляющих загрузки материал – мелющие тела – вода как 1 : 1,5 : 1, идти по пути увеличения доли мелющих тел, при практически неизменной доли материала и несколько меньшем количестве воды.

Проведенные нами экспериментальные помолы смеси каменистых материалов : пегматита, кварцевого песка и боя фарфоровых изделий в сочетании с 5% добавкой глины как суспендирующего компонента свидетельствуют об сокращении времени достижения заданной дисперсности.

Так, изменение соотношения материала, шаров и воды в ряду – а) 1 : 3,5 : 0,8; б) 1 : 4,5 : 0,8; в) 1 : 5 : 0,8 – давало возможность достичь тонины помола в 0,7 – 0,8 % на сетке № 0056 для вариантов а) за 1,9 часа, б) – 1,2 часа, в) – 1,12 часа. Общий вес загрузки мельницы был в пределах от 120 до 125 кг. Как видно из результатов с ростом доли мелющих тел, тенденция к ускорению помола снижается. Аналогичная тенденция существует и с общей производительностью мельницы. Данные результаты получены при использовании в качестве мелющих тел цилиндров Ø 20 мм м длиной 30 мм, предварительно обкатанных и имеющих кажущуюся плотность ~ 3,0 · 10 ³ кг/м³.

При использовании мелющих тел диаметром 40 мм и длиной 40 мм при соотношении 1 : 3,5 : 0,8 и общем весе загрузки так же 120 кг для достижения заданной дисперсности около 0,8% потребовалось около 3 часов.

Снижение эффективности помола в данном случае объясняется тем, что более крупные мелющие тела производят в основном дробящее действие, а эффект растирания зерен снижается с уменьшением площади суммарной поверхности контактирования мелющих тел друг с другом, а так же с измельчаемым материалом. Это подтверждают и другие исследования [2].

В завершение данного этапа работ была выполнена проверка свойств масс как в пластичном и сухом состоянии, так и после обжига в лабораторных печах и в производственных условиях.

Седиментационным анализом на торсионных весах определяли гранулометрический состав, при этом выявлено повышение доли фракций с размером частиц менее 30 мкм. Прочностные показатели образцов в сухом и обожженном состоянии имели рост механической прочности соответственно на 5 и 8 %, что свидетельствует о более совершенном процессе помола сырья при новых условиях помола.

Истинное зерновое распределение материала определяется только условиями его получения. Результаты дисперсного анализа зависят как от способа определения, так и от методики обработки полученных данных.

Достоверность определения распределения частиц материала по размерам в значительной степени зависит от представительности классов частиц (количества частиц в классах) пробы. Так как объем пробы при седиментационном анализе, определяемый применимостью закона Стокса, мал, то количество частиц в классах пробы является величиной случайной и поэтому следует учитывать погрешность определения значений размера частиц.

На следующем этапе исследований планируется проведение детального анализа дисперсности различных компонентов массы в процессе помола, и определение степени влияния раздельного помола каменистых на физико-механические свойства керамики.

Список литературы:

1. Бек М.В., Свидерский В.А., Гуменюк А.Е. и др.. Керамические массы с заданной дисперсностью непластичных компонентов // Стекло и керамика. – 1990. – № 6. – с.18 – 19

2. Деревягина А.А., Гайдаш Б.И., Деревягин Г.Ф. Совершенствование процесса мокрого помола сырьевых материалов // Стекло и керамика. – 1982. – №2. – с.19 – 20