矿物颗粒高压破碎的基本规律

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1、第40卷第3期中国陶瓷Vol.40No.32004年6月CHINACERAMICSJune.2004探索与交流矿物颗粒高压破碎的基本规律李云龙1,2，王淀佐2，黄圣生2，张世英1（1长沙大学，长沙410003;2中南大学资源加工与生物工程学院，长沙410083）摘要：本文系统研究了单颗粒破碎的基本规律。单颗粒破碎是指颗粒的受力和破裂是单独进行的，即颗粒之间无相互作用。破碎行为和变形的考察以及与粉碎技术有关的物料特性的研究常借助于单颗粒碎碎这一特殊方法。从某种意义上讲，单颗粒破碎是粉碎技术的基础。单颗粒高压破碎的实质是无边界约束的“微料层”

2、粉碎，粉碎过程可以划分为“预损—碎裂—压实”三个阶段。不同矿物的挤压阻力大小顺序为：方铅矿＞绿柱石＞石英＞黑钨矿＞硬水铝石＞闪锌矿＞萤石。关键词：单颗粒破碎；预损；碎裂；压实；挤压阻力中图分类号:TQ174.4文献标识码:A文章编号:1001-9642(2004)03-0028-04矿物颗粒受外力作用后，产生变形并进一步发生粉碎。矿物颗粒变形和破碎行为的考察以及粉碎基础理论的研究常借助于微观的单颗粒破碎的研究。在单颗粒的压力粉碎过程中，物料粒子受不断增加的压力作用而发生粉碎。H.Rumpf等人用玻璃球和石英颗粒在压力机上测量了压力与应变的

3、关系[1-2]。结果表明，玻璃球的单颗粒粉碎基本上表现为弹性特征，但对于石英颗粒在变化的应力应变曲线上并不表现出完全的弹性特征，给脆性物料的微观粉碎得出了有益的结论。本文采用纯压应力粉碎，将矿物颗粒均匀又互不干扰地摆放在一个压模中，然后用INSTRON伺服液压控制测试系统记录施压过程中的载荷—位移曲线，来讨图1矿物颗粒破碎的载荷—位移曲线论矿物颗粒高压破碎的基本规律[3]。验是采用颗粒群方法。即只要矿物颗粒在整个加载过1载荷—位移曲线分析程中互不干扰，就认为是发生单颗粒破碎事件。本文后面提到的单颗粒破碎均是指一层互不干扰的“颗粒图1是典型

4、的单颗粒压碎时载荷—位移曲线。试群”破碎。其试验结果为统计结果。样为萤石颗粒，平均粒径d=2.4mm，加载速度为0.从图1不难看出，曲线2反映的结果实际上就是02mm/s，曲线1和曲线2分别是一个颗粒和多个互不许多曲线1的叠加。干扰的一层颗粒群的载荷—位移曲线。可以看出，两曲线2起始载荷很小，位移量较大，载荷曲线较者曲线非常相似。平缓，并出现一些细小的锯齿，这时颗粒的棱角受损，就单个颗粒而言（曲线1），起始位移量很大，而但颗粒整体并未破裂，当位移量达到0.92mm时，出加载载荷非常小，这时加载曲线与横坐标几乎重合，现一个大的低谷，相对应的

5、点A称之为断裂点，其对这表现为单个颗粒的棱角受损但并不消耗多少破碎能应的强度为断裂强度，平均断裂强度则为断裂点处的量。在试验记录仪上，当位移量为1.7mm时，载荷出力与名义截面积[(π/4)·d2·n]的比。就萤石而言，压现第一个大的低谷，这表示颗粒断裂，其对应的载荷模直径为50mm，颗粒数n为35颗，断裂点对应的载为12.5N。颗粒断裂之后，载荷曲线随着位移的增加荷为400N，因此，平均断裂强度为2.5N/mm2，亦即而急剧下降。2.5MPa。但是，实际工作中，真正的一个颗粒的破碎是少曲线1断裂点所对应的断裂强度为2.8N/mm2。这见

6、的。如果单纯研究一个颗粒的破碎，则每一组试验与平均断裂强度基本一致。单颗粒破碎的第一个阶段必须反复压数百颗甚至数千颗，才可得出有代表性的即OA段我们称之为“单颗粒预损阶段”。较准确的结果。所以，在研究中实际单颗粒的破碎试收稿日期:2003-12-29作者简介:李云龙(1964-),男,湖南平江人,长沙大学副教授,博士,从事选矿工艺矿物学和粉体工程学研究。2004年第3期中国陶瓷-29-颗粒断裂后，随着载荷的继续增加，曲线逐渐上是矿物颗粒在较小的应力作用下发生脆性变形。总体升，并出现许多锯齿状（见图1中放大部分），破碎事来说，它们抗压强度的

7、大小顺序与矿物本身的硬度基件相继发生，这每一个锯齿表示发生一次破碎事件。本呈一致关系。出现异常的是黑钨矿与硬水铝石和闪相应的，我们在试验过程中还可以听到每次颗粒破碎锌矿与萤石两对矿物。按照矿物硬度来推断，黑钨矿的“咔嚓”声。从断裂点A至载荷曲线上升点B这一和闪锌矿的挤压阻力要分别比硬水铝合和萤石低。但段曲线称之为“单颗粒碎裂阶段”。从试验结果来看，黑钨矿和闪锌矿的载荷曲线分别高第二阶段“单颗粒碎裂阶段”结束后，单个矿物于硬水铝石和萤石。后六种矿物的挤压阻力大小顺序颗粒均受压成许多破碎细片和不同粒径的细粒组成的为：绿柱石、石英、黑钨矿、硬水

8、铝石、闪锌矿和萤颗粒层。该颗粒层有一个显著的特点就是其边界不受石。这六种矿物第二阶段碎裂后形成“微料层”，“微约束。料层”进一步被破碎压实后得到的产物仍然是较松散为此，特引入“微料层”概念，所