close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
مقاله معدنی-انواع دستگاه های سنگ شکنی “قسمت اول” Your SEO optimized title
انواع دستگاه های سنگ شکنی “قسمت اول”
سه شنبه 07 ارديبهشت 1395 ساعت 0:1 | بازدید : 110 | نویسنده : مجید ظفری | ( نظرات )

 

 

انواع دستگاه های سنگ شکنی “قسمت اول

چکیده

اولین مرحله از هر کارخانه فرآوری مواد معدنی، خردایش می باشد. به دلیل درگیری ذرات با ارزش با کانی های باطله، نیازمند خردایش مواد هستیم تا بتوان پیوند فیزیکی بین ذرات شکسته و آزاد سازی ذرات با ارزش انجام گیرد. با توجه به ابعاد قطعات معدنی، عموماً فرآیند آزادسازی ذرات باارزش در دو مرحله خردایش و نرمایش صورت می گیرد. بدین صورت که محصول سنگ شکن ها وارد مدار آسیا کنی شده تا به درجه آزادی مطلوب برسد. در این تحقیق به بررسی تجهیزات سنگ شکنی و آسیا کنی مورد استفاده در کارخانه های فرآوری مواد پرداخته می شود.

اصول خردایش

اکثر کانی ها، ماهیتی بلورین دارند و اتم ­هایشان با آرایش منظم قرار گرفته­اند. نحوه قرار گرفتن این اتم ­ها و آرایش و ساختار آن ها تابع ابعاد و نوع پیوند های شیمایی و یا فیزیکی است که آن ها را به هم متصل کرده است. در شبکه بلورین کانی­ها، این نوع پیوندهای بین اتمی در فواصل کوتاهی مؤثرند و اگر تحت تأثیر تنش کششی قرارگیرند، شکسته می شوند. چنین تنش­هایی ممکن است در اثر نیروهای کششی و یا فشاری ایجاد شوند .

 

شکل ۳-۱.واکنش یک شبکه بلورین در اثر تنش­های فشاری و کششی

 

اگر سنگ­ ها تحت تأثیر فشار یکنواخت قرار گیرند، تنش ­های داخلی آن ها الزاماً توزیع یکنواختی نخواهد داشت زیرا سنگ از کانی­های متفاوتی تشکیل شده است که محتوی دانه ­هایی با ابعاد گوناگون است. توزیع تنش در داخل سنگ به خواص مکانیکی کانی­های موجود در سنگ بستگی دارد. به عنوان مثال، شکاف ­ها و یا حفره ­های موجود در سنگ به عنوان     مکان های تمرکز تنش عمل می کنند.

 

شکل۳-۲. تمرکز تنش در نوک شکاف ­ها

 مطالعات انجام شده در این زمینه نشان می دهد که میزان افزایش تنش در چنین نقاطی متناسب با ریشه دوم طول شکاف است و در نتیجه برای طول شکاف، حد بحرانی وجود دارد که به ازاء آن، افزایش تنش در نوک آن شکاف برای شکستن پیوند اتمی کافی است. بنابراین شکسته شدن پیوند، طول شکاف را زیاد می­کند و باعث افزایش تمرکز تنش شده و در نتیجه با پیشرفت سریع شکاف سنگ شکسته می شود. لذا بررسی و تشریح خردایش بدون توجه به ساختمان داخلی سنگ امکان پذیر نیست. در تئوری­های خردایش، به نوع پیوندهای یونی، کووالانسی و عوامل مشابه آن توجهی نشده است. این تئوری­ ها با فرض این­که کلیه کانی­ها ترد و شکننده اند، عنوان شده اند و در مورد کانی­هایی که خاصیت الاستیک یا پلاستیک دارند اشاره­ای نشده است. انتشار ترک در صورتی­که بر مرزهای کریستالی برخورد کند متوقف می­شود و به همین دلیل سنگ­های ریزدانه از سنگ­های درشت دانه مقاوم ­تر هستند. ذرات معمولاً شکل منظمی ندارند و وقتی که تحت تأثیر فشار قرار می­گیرند فشار در آن ها یکنواخت توزیع نمی شود. بلکه این توزیع به صورت نقطه­ای و یا در سطوح کوچکی انجام می­گیرد. بنابراین وقتی یک قطعه نامنظم تحت تأثیر فشار قرار می­گیرد، محصول به دست آمده دو محدوده دانه ­بندی ریز و درشت دارد. ذرات درشت بر اثر کشش القایی و ذرات ریز در نقطه تماس فشار (شکست برشی) تولید می­شوند. میزان ذرات ریز (نرمه) را می­توان با کاهش سطح فشار به حداقل رساند. بنابراین برای دست یابی به چنین وضعیتی، سنگ باید در سنگ شکن هایی که سطوح شکننده شیاردار دارند خرد شود. لازم به ذکر است که آهنگ انرژی مصرف شده ضمن عملیات خردایش در حضور آب کاهش می یابد و این آهنگ با افزایش افزودنی­ هایی مانند آهک به محیط آسیا، شدت می یابد. این امر ناشی ازکاهش انرژی سطحی است که با افزایش جذب در سطح ذرات افزایش می یابد. بنابراین با افزایش افزودنی ها به محیط آسیا و نفوذ آن ها درون ترک و شکاف موجود در سنگ، مقاومت پیوند در نوک ترک قبل از متلاشی شدن سنگ کاهش می یابد.

باند (Bond) متذکر تمام برتری­های ماشین­های خردکننده­ای می شود که مواد را توسط نیروی کششی خرد می­کنند. وی اظهار می­دارد که مصرف انرژی در این حالت یک هزارم حالتی است که مواد تحت نیروی فشار خرد می شوند.

۳-۲- تئوری خردایش

تئوری خردایش بیانگر رابطه بین انرژی مصرف شده و میزان خردکردن است. برای خردکردن مواد قوانین مختلفی تدوین شده است ولی هیچ یک جامعیت لازم را ندارند و با اشکالات عمده­ای مواجه اند. از آن­جا که بیشتر انرژی مصرف شده صرف کارهای دیگری می شود و فقط بخشی از انرژی به مصرف خردکردن می رسد، لذا انتظار می رود که بین انرژی مصرف شده و سطح جدید ایجاد شده ارتباطی وجود داشته باشد و این ارتباط زمانی تحقق می یابد که میزان انرژی مصرف شده برای ایجاد سطح جدید، به طور جداگانه قابل محاسبه باشد.

فرآیند خردایش یکی از مهم ترین و اساسی­ترین فرآیندهای صنعتی است و طی آن وسایل بسیار سنگین و گران قیمت با هزینه­های نگهداری و عملیاتی سنگین و پرهزینه از لحاظ مصرف انرژی به کار گرفته می­شود، این فرآیند به طور متوسط ۵۵ تا ۷۵ درصد کل هزینه های سرمایه گذاری و ۳۰ تا ۶۰درصد هزینه های عملیاتی را شامل می شود. بازدهی مکانیکی این وسایل بسیار پایین و در حد کمتر از یک درصد است و بیش از ۹۹ درصد انرژی به شکل­های مختلف به شرح زیر به گرما تبدیل می شود.

۳/۴درصد اصطکاک پیچ­ها

۸درصد تلفات دنده ها

۴/۶دصد تلفات ناشی از گردش استوانه آسیا

۳۱درصد گرمای جذب شده به وسیله چرخه هوا

۶/۴۷درصد گرمای جذب شده به وسیله محصول تولید شده

۶/۰درصد انرژی تئوری مصرف شده برای خردایش

۴/۲درصد به شکل­های دیگر

 

فرآیند سنگ شکنی

عملیات خرد کردن مواد از ابعاد اولیه خارج شده از معدن تا به دست آورن ابعاد مناسب برای ورود به آسیاها توسط وسایلی انجام می شود که به آن ها سنگ شکنمی­گویند.با توجه به محدودیت کاربرد و نسبت خردکردن در سنگ شکن ها، این عملیات در مراحل متعدد انجام می شود. عموماً عملیات سنگ شکنی به صورت خشک بوده و در ۲ یا ۳ مرحله انجام     می شود. در نخستین مرحله (سنگ شکنی اولیه) قطعات بزرگ حاصل از آتشباری و یا با ابعاد طبیعی تا حدی که ابعاد آنها برای حمل توسط وسایل رایج حمل و نقل (نوار نقاله، …) و انتقال به مرحله بعدی (سنگ شکن ثانویه) مناسب باشد، خرد می شوند. در مراحل بعد نیز محصول مرحله قبل با نسبت خردایشی که برای ورود به آسیاها مناسب باشد، خرد می شود. حدود ابعاد بار اولیه و محصول خرد شده در هر یک از این مراحل در جدول ۱ آمده است.

جدول۱. مراحل مختلف خرد کردن و اصطلاحات رایج برای آن ها

طبقه بندی

حداکثر ابعاد بار اولیه (mm)

حداکثر ابعادمحصول (mm)

وسیله خرد کردن

قطعه قطعه کردن

۵۰۰< تا ۱۵۰۰<

۵۰۰> تا ۱۵۰۰>

انفجار، ضربه،

سنگ شکنی اولیه

۱۵۰۰تا ۵۰۰

۱۶۰تا ۶۲۵

سنگ شکن فکی، ژیراتوری، ضربه ای

سنگ شکنی ثانویه

۶۲۵تا ۵۸

۱۹تا ۱۰۰

سنگ شکن مخروطی استاندارد

استوانه ای دندانه دار سنگ شکنی مرحله سوم۱۵۲ تا ۱۹۱۰ تا ۲۵سنگ شکن مخروطی سرکوتاه، استوانه ای آسیا کردن اولیه۵۰ تا ۱۰۲آسیای میله ای، گلوله ای، چکشی آسیا کردن ثانویه۵ تا ۵/۰۰۴/۰ تا ۲/۰آسیا گلوله ای، ارتعاشی میکرونیزاسیون۲۰۴/۰میکرونیزورها

در اکثر عملیات ها، برنامه زمان بندی سنگ شکن های اولیه مشابه برنامه زمان بندی استخراج است.اگر این عملیات در زیر زمین صورت گیرد، مسئولیت آن با گروه استخراج و چنان چه در سطح معدن انجام شود بر عهده گروه فرآوری مواد است.به دلیل تأخیر مربوط به بخش بارگیری و باربری (بار اولیه) و نیز تأخیر مربوط به سنگ شکن ها، مدت زمان مفید کار این وسایل با ضریب ۷۵ درصد در نظر گرفته می شود. یکی از مشخصات هر سنگ شکن « نسبت خردایش» در آن است. نسبت خردکردن واقعی خارج قسمت بزرگ ترین قطعات بار اولیه به بزرگ ترین قطعات محصول خرد شده است. در اکثر موارد این نسبت معادل خارج قسمت بزرگ ترین قطعات موجود در بار اولیه به گلوگاه سنگ شکن در حالت باز در نظر گرفته شده است. این مقدار همواره از نسبت خردکردن واقعی بزرگتر است. در بسیاری از موارد نسبت خردکردن معادل خارج قسمت دهانه سرندهایی است که به ترتیب ۸۰ درصد بار اولیه و ۸۰ درصد محصول خرد شده از آن ها عبور می کنند، در نظر گرفته شده است. این مقدار به نسبت خردکردن واقعی نزدیک تر است و همان طور که در مقدمه گفته شد، برای محاسبه انرژی لازم برای عملیات خرد کردن (قانون باند) نیز از آن ها استفاده می شود. البته نسبت ابعاد بار اولیه قابل پذیرش در یک سنگ شکن (دهانه) به ابعاد محصولی که از آن خارج می شود (گلوگاه) نیز نسبت خردایش نامیده می شود.این نسبت وابسته به تنشی است که دستگاه طی عملیات خردکردن تحمل میکند و پارامترهای دیگری مانند میزان مواد معدنی، درصد فضای خالی، سفتی ماده معدنی، زاویه بدنه و عامل خردکننده دستگاه و سرعت آن نیز در این نسبت مؤثرند. قبل از سنگ شکن ها مخازنی طراحی می شود که هدف اصلی از طراحی آن ها، خوراک دهی یکنواخت به سنگ شکن هاست.

تاریخچه پیدایش و استفاده از سنگ شکن ها

توسعه ماشین­های خردایش در دو قرن گذشته اتفاق افتاده و به احتمال زیاد در Cornwall و انگلستان شروع شده است. در اوایل ۱۸۰۶ در انگلستان از غلتک­هایی برای خردکردن مواد استخراج شده از معادن استفاده می شده است. از آن زمانی که این تجهیزات علاوه بر شکنندگی و خرد کنندگی سودهای دیگری به دنبال آورده مورد توجه قرار گرفتند. جستجو و فرآوری طلا در شمال امریکا حرکتهای قابل مشاهده­ای در توسعه ماشین­های خردایش در سال ۱۸۴۰ به دنبال آورد. سنگ شکن های فکی در انواع مختلف توسعه داده شدند و به طور وسیعی در نیمه قرن ۱۹ مورد استفاده قرار گرفتند. بیش از ۷۰ نوع سنگ شکن فکی تا انتهای قرن گذشته در سراسر جهان طراحی شده است. معمولی ترین نوع سنگ شکن فکی براساس طرحی که توسط Eliblake در سال ۱۸۵۸ انجام شده بود ارائه گشته که این ماشین با بازوی مضاعف کار می کرد. سنگ شکن های چرخشی توسط James Rutter در سال ۱۸۹۶ طراحی گردید. این ماشین ضعف­ های آشکاری داشت و هرگز برای کارهای تجاری ساخته نشد. اولین طرح سنگ شکن چرخشی تجاری در سال ۱۸۷۸ توسط Charls brown طراحی گردید و اولین واحد آن در سال ۱۸۸۱ فروخته شد. برتری که این سنگ شکن های ژیراتوری از لحاظ توان تولید نسبت به سنگ شکن فکی داشت، آن را قابل رقابت با سنگ شکن فکی کرده بود. به منظور خردایش ذرات ریزتر، سنگ شکن های ژیراتوری و فکی با هم تطبیق داده شدند و با تغییراتی که در فضاهای خردایش به وجود آوردند، سرعت­های بالاتر خردایش به وجود آمد. سنگ شکن های مخروطی از نوع ژیراتوری نتیجه شدند. خردکننده های غلتکی تک بازویی برای مواد چسبنده که توسط سنگ شکن های فکی نمی توانند خرد شوند، ساخته شدند. صورت پیشرفته این ماشین­ها در ۱۸۶۴ توسط Thomas ارائه شدند.

انواع دستگاه های (وسایل) سنگ شکنی

مهمترین سنگ شکنهای درشت ، متوسط و ریز (درشت، متوسط و ریزی از نظر مرحله به کارگیری و دانه بندی ورودی می باشد) به صورت جدول ۲ طبقه بندی میشوند.

جدول۲. انواع سنگ شکن ها

سنگ شکن های ریز

 

سنگ شکن های متوسط

 

سنگ شکن های درشت

آسیی Buhrstone

 

سنگ شکن غلتکی

 

سنگ شکن فکی stag

آسیی غلتکی

 

سنگ شکن دیسکی

 

سنگ شکن فکی

آسیی پاندولی NEI

 

آسیی لبه دار

 

سنگ شکن ژیراتوری

آسیی گریفن

 

آسیی چکشی

 

دیگر سنگ شکن های درشت

آسیی غلتکی حلقوی

 

سنگ شکن غلتکی تک مرحله ای

 

 

آسیی گلوله ای

 

آسیی محوری

 

 

آسی لوله ای

 

سنگ شکن دیسکی سیمونز

 

 

آسیی هاردینگ

 

 

 

 

آسیی Babcock

 

 

 

 

 

سنگ شکن های درشت

سنگ شکن فکی که در شکل ۱ نشان داده شده است دارای یک فک ثابت و یک فک متحرک است که از محور بالایی خود پیچ شده و از پایین با سرعت مشخصی نوسان می کند. از آنجایی که بیشترین جابجایی در قسمت انتهایی آن می باشد بسیار کم اتفاق می افتد که سنگ شکن چوک کند. قطعات درشت تر از دهانه ممکن است خرد نشده و تحت یک زاویه درگیری خاص به پیرون پرتاب گردند. بیشترین نیروی فشاری بر روی قطعات در قسمت بالا اعمال می شود. معمولا سنگ شکن مجهز به سیستم هیدرولیکی بوده که از آن محافظت می شود بنابراین اگر تکه های فلزی به صورت تصادفی وارد محفظه شوند سیستم باعث بازشدن دهانه شده تا از محفظه عبور نماید.

 

شکل۱. سنگ شکن فکی با بازوی مضاعف

سنگ شکن های مزبور با پهنای فک متغیر بین ۱۵۰ میلی متر و ۱ متر با سرعت در حدود ۴ هرتز (۲۴۰rpm) و نیز ماشینهایی کوچکتر با سرعت بالاتر ساخته شده اند. سرعت نوسان فک نباید زیاد بالا باشد زیرا باعث بوجودآمدن مقدار زیادی نرمه در محصول شده و در نتیجه مواد بطور مکرر در حال خرد شدن خواهند بود. زاویه بین فک ها درحدود۳۰ درجه است. بدلیل اینکه عمل خردکردن تناوبی است خوراکدهی به سنگ شکن متغیر است. انرژی موردنیاز سنگ شکن به اندازه و ظرفیت آن بستگی داشته و بین ۷ تا ۷۰کیلو وات متغیر است.

سنگ شکن فکی Dodge

این نوع سنگ شکن که در شکل ۲ زیر نشان داده شده فک متحرک از قسمت انتهایی میچرخد، به همین دلیل حداقل جابجایی در قسمت انتهایی است و محصولات یکنواخت بیشتری بدست می آید. به دلیل احتمال کم چوک نمودن، از این سنگ شکن به طور گسترده استفاده می گردد. دهانه بزرگ در قسمت بالا، سنگ شکن را قادر می سازد تا قطعات خیلی بزرگ را به عنوان خوراک ورودی بپذیرد. بدلیل فشارهای تناوبی که در این سنگ شکن ایجاد می گردد، قادر به تولید محصول ریزتری نسبت به نوع دوبازویی خواهد بود.

 

 

شکل ۲. نمایی از سنگ شکن فکی Dodge

سنگ شکن ژیراتوری

سنگ شکن ژیراتوری در شکل ۳ با یک دهنه سنگ شکن مخروطی شکل ناقص کارمیکند که بر روی شافت نصب شده، بالاترین قسمت انتهایی که در یک یاطاقان انعطاف پذیر نگهداشته شده، ضمن این که پایین ترین قسمت انتهایی بطور غیرمعمول جلو برده (گردانیده ) می شود همانند شرح دادن یک دایره. عمل خرد کردن دور کل مخروط اتفاق می افتد وبدلیل اینکه بیشترین جابجایی در قسمت ته (کف) میباشد از نظر خصوصیات شبیه به دستگاه سنگ شکن فکی میباشد. نظر به اینکه سنگ شکن بطور مداوم کار می کند نوسانات تنشی کمتراز نوسانات سنگ شکنهای فکی هستند و مصرف انرژِی نیز کمتر است. این قسمت دارای گنجایش بسیاری درهر بخش از سطح ساییدگی (سنگ سمباده) می باشد، خصوصاً اگر جهت تولیدکاهش سایزکوچک استفاده شود. این دستگاه نمیتواند تغذیه به این بزرگی راهمانند سنگ شکن فکی بگیرد گر چه این دستگاه محصولات ریز و متحدالشکل بیشتری را تولید میکند و بدلیل اینکه هزینه سرمایه این دستگاه بالاست، این سنگ شکن فقط برای جایی که با مقدار زیادی مواد سروکار دارند مناسب است سنگ شکن های فکی وسنگ شکن ژیراتوری همگی از نیروهای فشاری استفاده می کنند.

 

شکل۳. نمایی از یک سنگ شکن ژیراتوری

دیگر سنگ شکنهای درشت

مواد ترد و شکننده مانند زغال سنگ که احتمالاً بدون اعمال نیروهای زیاد (بزرگ) می شکنند و بنابراین گیاه تنومند کمتری مورد نیاز است معمول ترین شکل،شکننده،ذغال سنگ شامل یک استوانه بزرگ توخالی با دیوارهای سوراخدار می باشد. یک محور با زاویه کوچک با سطح افقی و بخش تغذیه معرفی شده در قسمت بالا قرار دارد. سیلندر می چرخد و ذغال سنگ به وسیله ی بازوهای متصل شده به سطح داخلی جابجا میشوند و سپس بر خلاف سطح استوانه ای شکل می افتد.ذغال سنگ به وسیله ضربه میشکند و به محض اینکه ازنظر سایز به اندازه کافی کاهش پیدا کرد از طریق سوراخها عبور میکند. این نوع تجهیزات خیلی گران نیستند ولی عملکردی بالا نسبت به سنگ شکن های فکی و ژیراتوری دارند شکننده درشت دوار (گردان) دیگر شکننده دوار (گردان) ذغال سنگ از نظرعملکرد شبیه به سنگ شکن چکشی است که بعداً توضیح داده می شود ودر شکل زیر نشان داده میشود. عمل خرد کردن به انتقال انرژی حرکتی از چکشها به مواد بستگی دارد و این خرد کننده ها در اصل ماشینهای با سرعت بالا با سرعت گردشی درحدود ۱۰ هرتز (۶۰۰rpm ) وسرعت نوک چکش ارائه نشده درحدود ۴۰ m/s می باشد.