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大洋多金属结核破碎方式的确定

2011-12-31 22:45:08 来源:ca88亚洲城手机版 点击数:0次 评论(0)

破碎方式的研究及确定
目前在工业上主要是利用机械力来破碎矿石。利用机械力破碎矿石的方法主要有压碎、劈碎、折断、磨碎和冲击破碎。实际上, 任何一种破碎机或磨矿机都是由两种或两种以上的方式联合进行破碎的。

矿石的破碎方法的选择主要是根据矿石的物理—机械特性, 被破碎矿石块的尺寸和所要求的破碎比来确定的。所以在设计深海破碎机时应考虑如下因素。

( l) 锰结核的物理机械性质锰结核以单层状产于海底, 它是以某一物体, 如沉积物、基岩、古结核碎片和动物化石为核, 锰等金属离子吸附于其表面,经过随海流、地壳长时间的运动而一层层地形成的。所以, 锰结核的外层破碎强度较低, 而其核则特别坚硬。根据块煤与锰结核进行普氏系数测定的结果, 两者破碎性比较接近。由于锰结核的结构特点, 它既有脆性的一面又有硬度大的一面。

( 2) 结核的水分和泥当物料水分过多且带有粘性的物理( 如泥等) 时, 就很难进行任意破碎, 所以需要使用不易产生堵塞的破碎方式。根据大洋协会组织的D Y 9 5 一8 航次的科学调查结果, 锰结核的含水量如表l 所示

从上表可以看出, 锰结核最低的含水量为16 .8% ,高的达29 .8% , 由此可知, 其含水量相当高, 加之锰结核缝隙中夹杂有海泥(主要组份为SiO2和Al2O3占泥的6 2 .21 % 左右), 更增加了破碎装置的设计难度。

( 3) 锰结核的粒径和产品粒度锰结核的大小不等, 一般直径为5 一10 m m 之间, 据目前的记录最高的直径达130 m m 。破碎后粒径小于或等于3o 一5 0 m m,且过粉碎比例不超过20% 。考虑多金属结核的独特的性质, 同时我们曾将天然多金属结核放入顺式破碎机中进行破碎, 结果由于天然结核中含有一些粘性海泥而被压成饼状, 说明不能用挤压碎破方法来破碎天然结核, 也就是说顺式破碎机、旋回破碎机和圆锥破碎机的破碎方法是不合适的, 所以只能选择的破碎方法是劈裂和冲击。但是, 当矿石中的水分大于9% 或含有粘性物料时, 对锤式破碎机筛条易堵塞, 对反击式破碎机而言,则反击板易粘结减少破碎空间, 从而降低生产率。同时我考虑到破碎机用于水下作业时, 因为水的引水阻力与转子的线速度的平方成正比, 所以对于靠转子的高速旋转冲击破碎的方法是不现实, 它会消耗更多的能量。最后我们选定以辟碎为主的破碎方法。


应用实例
根据深海采矿的要求, 分析比较各种类型的破碎机后, 认为齿辊式破碎机具有构造简单、过粉碎现象少、工作可靠、重量轻和振动小等优点, 故选用齿辊式破碎机作为研究的重点。进而对破碎机的破碎齿、防大块堵塞装置和参数进行了研究, 设计出物理模型。用此破碎机对1997年大洋四号取回的1.5 t天然多金属结核在长沙矿冶研究院实验室进行水下破碎试验。
结果如表
 
破碎前的多金属结核总重1 50 6.8 k g , 破碎后重为1 465 k g , 耗损率为2 .77% 。后来又在1997年12 月份的时候, 对大洋一号科学考察船所采集的96 k g 的锰结核在实验室进行了水下破碎试验, 由于时间仓促, 没有进行破碎前的分级。只得到破碎后的结果如表:

下面根据这两次试验结果, 以天然多金属结核的粒径为横坐标, 以重量为纵坐标绘制成直方图, 从而可以看
出不同粒度的结核分布情况( 图3和图4 )。由图可以说明采用以辟碎为主的破碎方法取得了满意的效果, 破碎后结核粒度8o % 介于10 一30 m m, 超过4 0 m m 的没有,满足深海采矿系统的要求。过粉碎占总重量的比重控制在2.5% 以下。

 
结论
在研究中根据大洋多金属结核的破碎特性和它独特的物理化学特性, 来确定结核的破碎方式。
经过深入研究和试验, 从中可以得出如下结论:
(l) 由于锰结核构造上的特性, 测定其破碎强度时, 必须使用结核的原样, 用经过整形的结核, 其视四定值与结核原有的强度会有较大差异;
(2) 根据对无烟块煤和锰结核的普氏系数的测定结果的比较, 发现它们的破碎特性是比较接近的,因用天然锰结核进行大量的破碎试验目前来讲是不实际的, 所以, 用块煤作替代锰结核进行破碎试验是可行的
(3) 通过试验以及进行比较研究,认为采用齿辊式破碎方式能够胜任锰结核的破碎任务, 达到了深海采矿系统所要求的粒径指标, 为将来的多金属结核破碎装置提供了依据。

研究人员:周知进  阳宁  王贵满  李泽沛�
北京科技大学资源工程学院
长沙矿冶研究院海底开发研究所


 

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