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，巖礦塊產(chǎn)生變形，而當(dāng)變形達(dá)到 一定程度時巖礦塊就會發(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，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，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，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，將會導(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 時即發(fā)生破壞時稱為脆性變形；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，兩種狀態(tài)也會相互發(fā)生轉(zhuǎn)變。在低溫下作十分快的變形時，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。可見，脆性變形 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。共價鍵晶體的礦物，當(dāng)外力大到能改變質(zhì)點(diǎn)間距離時鍵力即斷裂，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)生一定滑動后即產(chǎn)生斷裂，而晶面的滑動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)生位移后再沒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，但破碎力的反復(fù)作用也會 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，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，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，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，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 時間短，只有沿易碎（較弱）的礦物結(jié)合處才會破裂，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。