Измельчение

Измельчение в технике, тонкое дробление (до частиц размером меньше 5 мм) какого-либо твёрдого материала. И. широко применяется для обогащения полезных ископаемых в горном деле, а также в металлургии, химической, строительной и др. отраслях промышленности.

И. известно с древнейших времён. Пест и ступка из камня были известны за 8000 лет до н. э. За 3500 лет до н. э. ручные мельничные жернова применялись в Египте и Китае для И. зерна и лишь отчасти в горном деле. С 16 века для И. руд использовались толчеи (падающие песты). Машинное И. стало развиваться со 2-й половины 19 в. Принцип действия шаровой мельницы, основного измельчающего аппарата, был известен уже 150 лет тому назад; прототип современной мельницы изобретён в 70-х гг. 19 в.

Способы И. - раздавливание, удар, истирание, при которых основное значение имеют деформации сжатия и сдвига. По существу И. является процессом образования новых поверхностей. Под действием внешних сил в куске возникают напряжения, вызывающие микротрещины, которые способны частично закрываться (самозаживляться) при снятии нагрузки. Некоторая предельная концентрация микротрещин в единице объёма может вызвать возникновение по крайней мере одной большой трещины, которая приводит к распадению куска на части. Поверхностно-активные молекулы веществ, присутствующих в окружающей среде, адсорбируясь на стенках трещин, препятствуют их самозаживлению ("эффект Ребиндера"). При повторном нагружении куска такие трещины могут дать начало большой трещине и т. д. Это явление концентрации вещества на поверхности трещин объясняет действие понизителей твёрдости, способствующих И. По мере уменьшения размера кусков в процессе И. их прочность возрастает, так как в мелких частицах оказывается меньше структурных дефектов. При очень тонком И. частицы размерами в несколько мкм и мельче могут под действием сил молекулярного сцепления образовывать хлопья и сростки. В этом случае при И. одновременно возникают новые мелкие кусочки, происходит их частичное укрупнение вследствие агрегатирования. Для предотвращения агрегатирования добавляют поверхностно-активные вещества, покрывающие частицы тончайшей плёнкой, которая препятствует слипанию. И. во многих случаях сопровождается химическими превращениями на поверхности частиц. Распределение частиц по крупности в продуктах И. обычно носит закономерный характер. Мерой крупности продукта может служить удельная поверхность, так как она обратно пропорциональна среднему размеру частиц.

Для И. полезных ископаемых и материалов цементной и химической промышленности применяются в основном барабанные мельницы: шаровые, стержневые, галечные и самоизмельчения (см. Мельница);в промышленности строительных материалов для И. глин, кварца, полевого шпата используют бегуны. В роликовых и кольцевых мельницах измельчаются мягкие и средней твёрдости неабразивные материалы (например, фосфориты, угли). Для очень тонкого И. небольших количеств материала с размерами зёрен от 1-2 мм до 0,05 мм применяют вибрационные мельницы. Сверхтонкое И. материалов крупностью 0,1-0,2 мм до частиц размером 2-10 мкм осуществляется в струйных мельницах. Показатели производительности машин для И. включают не только массу, но и крупность исходного материала и продукта. Расход энергии на И. зависит от прочности (измельчаемости) материала и крупности исходного материала, степени загрузки мельницы и др. Для повышения производительности мельниц и уменьшения переизмельчения материала И. часто осуществляют в замкнутом цикле с классифицирующим аппаратом; при этом из материала, разгружающегося из мельницы, выделяется готовый измельченный продукт, а крупный материал возвращается в мельницу (рис. 1). Мельницы эффективно работают только при определённой степени И. (см. Дробление), поэтому для получения тонкого продукта И. часто ведут в два, реже в три приёма (стадии). При этом возможны разные схемы И.; например, при двухстадийной схеме мельница первой стадии может работать в открытом цикле, а мельница второй - в замкнутом (рис. 2). На рис. 3 в качестве примера показана распространённая схема мокрого И. руд в шаровой мельнице.
Получают развитие новые принципы И., основанные на использовании электрогидравлического эффекта (электрический разряд в воде), токов высокой частоты, соударения встречных потоков воздуха, несущих твёрдые частицы (так называемые струйные мельницы), и др.
Лит.: Ромадин В. П., Пылеприготовление, М. - Л., 1953; Моргулис М. Л., Вибрационное измельчение материалов, М., 1957; Ребиндер П. А., Физико-химическая механика, М., 1958; Олевский В. А., Размольное оборудование обогатительных фабрик, М., 1963; Дешко Ю. И., Креймер М. Б., Крыхтин Г. С., Измельчение материалов в цементной промышленности, 2 изд., М., 1966; Акунов В. И., Струйные мельницы, 2 изд., М., 1967; Козулин Н. А., Горловский И. А., Оборудование заводов лакокрасочной промышленности, 2 изд., М., 1968.
? В. А. Перов.