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巖礦的破碎形式與破碎力的關系

來源:  發表時間:2015-05-06 11:18:55  點擊次數:

巖礦的破碎形式與破碎力的關系  
 
當破碎力作用于巖礦塊時,巖礦塊產生變形,而當變形達到 一定程度時巖礦塊就會發生破裂。因此,變形是破碎力作用的必然結果,也是巖礦塊破碎的先導。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律和破碎情況。
 
從熱力學觀點分析,巖礦塊未受破碎力作用時,其晶體內部 質點處于平衡位置上作前后左右的振動,且晶體外形也不發生變 化。但是,當巖礦塊受外界破碎力作用時,破碎力對巖礦塊做功, 并將功轉變為巖礦晶體的內能,從而改變了原來平衡位置上質點的能態,使質點發生相對遷移,晶體產生變形。當破碎力所產生的變形能足夠大時,將會導致巖礦晶體位移量大于質點相互作用的范圍,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聚力時礦塊發生破碎。

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由于礦物晶體類型較多,各類晶體的力學性質也不盡相同,總 起來看大體可分為脆性變形和塑性變形兩大類,當礦物變形很小 時即發生破壞時稱為脆性變形;而當變形后不發生破壞且也不再恢復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,但當條件發生變化時,兩種狀態也會相互發生轉變。在低溫下作十分快的變形時,所有物質皆顯脆性;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化。這種轉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行,即使有點溫升也不足以引起變形狀態的改變。即是說,破碎力的大小和加載速度快慢是使巖礦塊 產生何神變形狀態的重要因素,凋節這兩個因素即可調節巖礦塊 的變形狀態。因此,巖礦塊的變形狀態是與破碎力密切相關的,自 然,巖礦塊的破碎形式也與破碎力密切相關。
 
與礦物的兩種變形相對應,礦物也有兩種破壞類型,即脆性 破壞與塑性破壞。礦物的變形狀態是與其化學鍵的類型密切相關的。共價鍵晶體的礦物,當外力大到能改變質點間距離時鍵力即斷裂,宏觀上表現為變形很小即破壞,是屬脆性變形和脆性破壞; 離子鍵晶體的礦物,當晶體受外力作用沿某些面產生一定滑動后即產生斷裂,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,外力使分子產生位移,但分子間的范德華氏力依然存在,可以產生較大的變形,而且外力使分子產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生較大改變,但因周圍總有自由電子聯系著,且這種移動后乂沒有恢復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。疲芳破壞是由應力的多次重復作用而引起的,重復應力雖然不大,且達不到材料的抗壓、抗拉、抗彎極限強度,假經多次寬復作用后卻 能使材料產生疲勞現象,達到極限時也能產生破壞作用。這種疲 勞破壞在長期經受交替應力作用的機械零件中最容易出現。礦物作為一種材料也在一定程度上具有這種特性,所以當破碎力+足 以使礦物產生脆性破壞和塑性破壞時,但破碎力的反復作用也會 使礦物發生疲勞破壞。
 
不同類型的破壞,其力學過程不同,破碎的效率也不同。發生脆性破壞時,礦物的變形小,吸收的變形能亦少,所以能過粍費也小,破碎的效率高。發生塑性變形破壞時,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.在反復的作用中反復變形,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。
 
巖礦塊的力學性質復雜,巖礦中各種礦物的相界面上的結合力比礦物內部的小,故巖礦中各種礦物相結合的相界面是力學脆弱面,巖礦受破碎力后理應首先從此脆弱面上發生解離性破碎,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。在球磨機中,鋼球的運動規律已定,球對礦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生,甚至晶格也被斷裂,發生“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生。而是沿破碎力的最大主應力方向發生。因此,破碎產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械變細。此外,破晬力過大還往往容易造成比較嚴重的過度粉碎現象。當然, 破碎力過小時也不好,因達不到破碎應力的要求而不能產生一次性破碎,只有經過反復作用后才能產生效率低的疲勞破碎。只有當破碎力作用精確時,破碎行為沿不同礦物結合的相界面上發生, 產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,壓力與時間的關系(并見圖6)為:
 
情況在球磨機中占優勢。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)的礦物結合處才會破裂,選擇性破碎作用強。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中占優勢。由三種載荷的破碎特性可知:球磨機磨礦是選擇性破碎作用最差的磨碎過程,礫磨機及自磨機磨礦則具有較強的選擇性磨碎作用,礦物之間沿結合面解離的情況比球磨機多。球磨機中破碎方法已定型,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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