2.1.1 Гранулометрический состав

Гранулометрический состав тонкоизмельченного концентрата можно оценить, определяя средние размеры зерен. При определении средних размеров каждой фракции необходимо обратить внимание на интервал распределения зерен. Для характеристики зернистости влажных материалов применяется параметр зернистости х0 (диаметр сфер с одинаковой удельной поверхностью Or), который вычисляется из отношения

Удельная поверхность единицы объема тонкоизмельченного дисперсного материала Оу - рассчитывается исходя из распределения зерен по фракциям см2/см3:

О, =6(2-2)

где / - коэффициент геометрической формы частиц (для сферических частиц/ = 7);

AD - шаг интервала крупности;

х - размер зерна в середине интервала.

Главным фактором, определяющим механическую прочность сырых окатышей, является размер зерна. По теории Румпфа, прочность сырого окатыша обратно пропорциональна размерам зерен, т. е. уменьшение размера зерен комкуемого концентрата ведет к повышению прочности сырых окатышей за счет увеличения числа контактов между частицами.

Таким образом, для улучшения способности материалов к окомкованию и повышения механической прочности сырых окатышей размеры зерен концентрата должны быть как можно меньшими.

Сырые окатыши удовлетворительной прочности можно получить и при определенном соотношении количества крупных зерен и тонкодисперсных коллоидных частиц. Установлено, что помол концентрата необходимо вести до размеров зерна менее 0,2 мм. Однако существуют и более жесткие требования, в соответствии с которыми весь материал размалывают, например, до фракции менее 0,15 мм, в том числе 75% материала - до фракции менее 0,04 мм. В некоторых случаях требования к тонкости помола еще выше - 85-90% материала должны быть измельчены до фракции менее 0,04 мм. Верхняя граница размеров зерен концентрата для получения сырых окатышей с удовлетворительной прочностью менее 0,15 мм. Оказывается, что успешно можно окомковать концентраты, содержащие фракцию 2-3 мм, но при определенном количестве тонкоизмельченного материала. Например, были получены окатыши лимонитовых руд, содержащие зерна диаметром 5 мм.

Размер зерен концентрата, получаемый при измельчении зависит от типа руды. Минералогический состав концентрата влияет на степень измельчения, главным образом на содержание фракции < 0,05 мм. Свойства сырых окатышей существенно зависят так же от доли глинистых составляющих с коллоидными свойствами. При окомковании концентратов разной зернистости, включая крупный лимонитовый, получены сырые окатыши с приблизительно одинаковыми прочностными характеристиками. Это можно объяснить тем, что концентрат более тонкого помола в водной среде не содержит глинистую составляющую, а лимонитовый концентрат более грубого помола содержит 15% глинистых составляющих.

Комкуемый концентрат или смесь концентрата с добавками флюса можно считать системой, состоящей из крупнодисперсных (известняка) и коллоидных (бентонит) материалов. После равномерного и достаточного увлажнения эта система преобразуется в гетерогенную, состоящую из твердой фазы находящейся в контакте с жидкой средой. Обычно количество влаги определяется объемом пор окатышей.

Комкуемость концентратов и прочность сырых окатышей зависит от доли коллоидных частиц в шихте.

Прочность сцепления частиц во влажном сыпучем материале зависит от их размера, чем меньше размер зерен, тем ближе могут быть сдвинуты их поверхности, тем больше оказывается сила взаимного притяжения. Благодаря дроблению даже плохо комкующихся материалов значительно облегчается формирование гранул.

В гранулируемом материале наряду с мелкими частичками должно быть определенное количество крупных. При заполнении порозности между кусочками крупного материала мелкими зернами увеличивается площадь соприкосновения частиц, уменьшается пористость, благодаря чему растет величина сил трения (механического сцепления) и повышается прочность гранул.

Влияние гранулометрического состава сыпучего материала на его пористость состоит в следующем:

1. Минимальная пористость сыпучего материала получается в том случае, когда отношение диаметров зерен отдельных фракций, составляющих смесь, превышает 16.

2. Отношение количества каждой фракции к предыдущей (более крупной) составляет 3/7 (0,428) и в общем виде может быть выражено формулой убывающей геометрической прогрессии:

х = а - 0,428',“1, (2.3)

где Sn — общее количество смеси; п - число фракций.

Пористость такой смеси убывает также по закону геометрической прогрессии со знаменателем 0,5, т. е. пористость смеси из п фракций в два раза мейьше пористости смеси, составленной из (п-1) фракций. В табл. 2.1 приведены некоторые данные для ряда смесей.