Теоретические исследования сверхтонкого измельчения в каскадных центробежных машинах и определение их параметров при получении энергонасыщенных дисперсных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Усов, Гаврил Анатольевич

• Усов, Гаврил Анатольевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Усов, Гаврил Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ В ОБЛАСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.

1.1. Характеристика и особенности получения энергонасыщенных дисперсных систем.

1.2. Анализ теории кинетики и энергоемкости измельчения твердых материалов.

1.3. Современное состояние разработок измельчительных машин для сухого тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов.

1.4. Постановка задачи исследований и разработок.

1.5. Выводы.

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИС^Щ^ ДЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ МЕЛЮЩИХ ТЕЛ.

2.1. Аналитическое обоснование процессов формирования энергонасыщенных дисперсных систем методом механоакти-вации.'.

2.2 Теоретические исследования интенсификации процесса энергонасыщения дисперсных систем при механоактивации.

2.3. Исследование кинетики измельчения и динамики движения рабочих органов в каскадных измельчительных машинах центробежного типа.

2.4. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА КАСКАДНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИН ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА ДЛЯ СУХОГО ТОНКОГО

И СВЕРХТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Мельница для тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов с предварительным разделением продукта помола по фракционному составу конструкции МКЦ-1.

3.2. Мельница чистого помола для получения специальных материалов конструкции МКЦ-2.

3.3. Мельница для получения энергонасыщенных порошкообразных материалов в защитной среде при переработке минерального и других видов сырья конструкции МКЦ-3.

3.4. Методика определения технических и конструктивных параметров центробежных измельчительных машин для получения энергонасыщенных дисперсных систем.

3.5. Обоснование условий эксплуатации разработанных измельчительных машин.

3.6. Выводы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

СУХОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ В КАСКАДНЫХ ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬНЫХ МАШИНАХ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ТИПА.

4.1. Контрольно-измерительные приборы и оборудование для оценки и обработки результатов экспериментальных исследований.

4.2. Характеристика лабораторного стенда и этапы проведения исследований по измельчению эталонных материалов.

4.3. Методика проведения планированного эксперимента и обработка результатов экспериментальных исследований.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Теоретические исследования сверхтонкого измельчения в каскадных центробежных машинах и определение их параметров при получении энергонасыщенных дисперсных систем»

Формирование энергонасыщенных дисперсных систем является сложным физико-химическим процессом наполнения потенциальной энергией вещества и повышения его химической активности за счет увеличения поверхностной энергией и энергии внутреннего строения при механическом измельчении дисперсной фазы. Термин «энергонасыщенные дисперсные системы» предложен рядом исследователей, занимающихся вопросами, связанными с механоактивацией цементов, как наиболее полно раскрывающий их уникальные во многих отношениях свойства. Использование повышения энергетического состояния дисперсных систем методом механоактивации позволяет успешно решать многие важные технологические задачи в различных отраслях горной промышленности (разведочное бурение, бурение на нефть и газ, обогащение полезных ископаемых, проходка подземных выработок), в химическом, строительном, огнеупорном, керамическом и других производствах [1-4].

Наиболее широкое применение энергонасыщенные дисперсные системы в разведочном и нефтяном бурении находят при приготовлении промывочных жидкостей и тампонажных растворов. При этом повышенная дисперсность и физико-химическая активность их компонентов позволяют существенно улучшить их структурно-механические, реологические и технологические свойства.

При обогащении полезных ископаемых наиболее перспективно использование повышения физико-химической активности минеральных веществ тонким и сверхтонким измельчением, например, в процессах выщелачивания, экстракции, селективного и валового растворения веществ, при совмещении операции измельчения многокомпонентной руды с восстановлением оксидов металла водородом и его выщелачиванием в состоянии низшей валентности и пр. Энергетические затраты на механоактцвацию окупаются экономией времени и более полным извлечением растворяемых компонентов [2,4, 5, 6].

Одно из перспективных направлений использования энергонасыщенных дисперсных систем, полученных путем сверхтонкого механического измельчения твердых материалов, - подготовка композиционных смесей. Композиционные смеси широко используются в самых различных отраслях промышленности. Их готовят в виде шихты перед пиропроцессами; применяют при подготовке пресс-порошков; используют при подготовке твердых растворов для катализаторов или других целей. На их основе работают керамическая и огнеупорная промышленности, данные смеси также применяют при подготовке формовочных земель, флюсов для покрытия электродов, для штамповки металлокерамических деталей, клеевых композиций и т.п. [1, 2, 7, 8].

Активация сухим тонким и сверхтонким измельчением находит широкое применение при решении вопросов комплексного использования минеральных ресурсов и снижения вредного воздействия продуктов переработки промышленности на окружающую среду. В этом отношении ее применение перспективно в следующих аспектах: утилизация отходов производства и ликвидация отвалов, очистка сточных вод с улавливанием на активированной поверхности ценных (и вредных) компонентов, облагораживание торфа, угля и горючих сланцев перед сжиганием с одновременным извлечением металлов, серы и других ценных компонентов, замена обжига сульфидных мышьяксодержащих концентратов безобжиговым процессом, основанным на механоактивации.

Использование механоактивации в исследовательской работе имеет свои перспективы. Известно, что фактически единственным способом ускорить изучаемые физико-химические процессы являлось нагревание реагентов. Однако нагревание неизбежно выводит процесс в совершенно другие условия по температуре и давлению. Изучение процессов, протекающих при комнатной (и ниже) температуре, представляет определенные трудности из-за отсутствия способа ускорения этих процессов до такого уровня, при котором наблюдаются изменения вещества. Активация измельчением открывает возможность лабораторного изучения низкотемпературных физико-химических процессов. В частности, она позволяет развернуть физическое моделирование природных процессов, протекающих на дневной поверхности со скоростью, заметной лишь в геологических отрезках времени.

Активация сухим диспергированием как новый способ интенсификации физико-химических процессов нуждается в соответствующем техническом оснащении. Требуется создание измельчительных машин лабораторного и промышленного типов для изучения и практического использования эффектов, проявляемых при диспергировании, а также серийное производство измельчителей, специально предназначенных для ускорения тех или иных технологических процессов [1, 2, 9, 10, 11].

Данная работа выполнена в рамках гранта и в рамках межотраслевой программы по Западно-Сибирскому нефтегазовому комплексу.

Идея работы заключается в создании измельчительных машин с высоким удельным потенциалом энергонасыщения дисперсных систем при их механоактивации применительно к производственным условиям геологоразведочных и горных предприятий.

Цель работы состоит в установлении взаимосвязи между характеристикой процесса энергонасыщения дисперсных систем, кинетикой разрушения твердых материалов при их сверхтонком измельчении и параметрами измельчительных машин, осуществляющих процесс механоактивации при получении энергонасыщенных дисперсных систем, а также разработке новых конструкций измельчительных машин с высокой динамикой движения мелющих тел, оценке эффективности их работы. Задачи исследований: теоретические исследования закономерностей эффективности получения энергонасыщенных дисперсных систем в измельчительных машинах; исследование кинетики тонкого и сверхтонкого сухого измельчения твердых материалов и динамики движения мелющих тел вращения в каскадных измельчительных машинах центробежного типа; теоретические исследования режимов работы каскадных измельчительных машин центробежного типа при формировании энергонасыщенных дисперсных систем; выбор и обоснование конструктивных и технологических параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа, осуществляющих процесс механоактивации твердых материалов при приготовлении энергонасыщенных дисперсных систем; разработка комплекса каскадных измельчительных машин центробежного типа при приготовлении энергонасыщенных дисперсных систем в зависимости от физико-механических свойств измельчаемых твердых материалов, влияния внешней среды и требований к качественным показателям измельчаемого продукта; стендовые и лабораторные исследования эффективности работы каскадных измельчительных машин центробежного типа; оценка эффективности использования в производстве разработанных измельчительных машин.

Методы исследований. В работе использованы анализ, обобщение и оценка известных конструкций измельчительных машин для приготовления энергонасыщенных дисперсных систем методом механоактивации исходного продукта, современные теории в области тонкого и сверхтонкого диспергирования твердого тела сухим способом, теоретические, лабораторные и экспериментальные исследования, дисперсный анализ порошков, математическая статистика и теория планирования эксперимента, оценка эффективности применения в производстве результатов исследований и разработок.

Защищаемые положения:

1. Предлагаемый критерий оценки эффективности энергонасыщения дисперсной системы при механоактивации - удельный потенциал энергонасыщения дисперсной системы <руд — позволяет наиболее полно установить конструктивные, технические и технологические параметры, необходимые при создании новых наиболее эффективных измельчительных машин, в том числе каскадного центробежного типа, с учетом физико-механических свойств измельчаемого твердого материала.

2. Применительно к каскадным измельчительным машинам центробежного типа с мелющими телами вращения предлагаемая кинетика одноактного тонкого и сверхтонкого измельчения в них слоя твердого материала наиболее достоверно отражает реальный процесс его измельчения и позволяет наиболее полно охарактеризовать данный процесс измельчения с учетом физико-механических свойств измельчаемого материала, затрат энергии на его разрушение, динамики движения мелющих тел, конструктивных, технических и технологических параметров измельчительных машин.

3. Предложенная методика определения параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа, созданная на основе теоретических разработок кинетики одноактного измельчения слоя твердого материала, позволяет установить конструктивные, технические и технологические параметры данных измельчительных машин в зависимости от теоретических удельных затрат энергии еуй на измельчение твердого материала и его физико-механических свойств.

4. Предлагаемый комплекс каскадных измельчительных машин центробежного типа для получения энергонасыщенных дисперсных систем методом механоактивации твердых материалов выгодно отличается от аналогов увеличенным в 100-1000 раз количеством единовременно протекающих в них актов измельчения, увеличенной на порядок дисперсностью и энергонасыщенностью Еруд готового продукта, высокой производительностью, обеспечивающей получение энергонасыщенных систем в промышленных объемах, малой металлоемкостью, простотой конструкции, удобством и возможностью эксплуатации в полевых условиях при проведении геологоразведочных работ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: достаточным объемом экспериментальных исследований; применением апробированных методов теоретической механики и математической статистики; соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований; результатами испытаний разработанного комплекса измельчительных машин.

Научная новизна состоит в том, что: создан и теоретически обоснован основной комплекс факторов, влияющих на процесс формирования энергонасыщенности дисперсных систем Еруд в измельчительных машинах, включающий: энергозатраты на совершение работы по предельно упругому деформированию е твердого тела, энергозатраты на пластические деформации /?, зависящие от коэффициента пластичности Кт , затраты энергии на преодоление сил трения ]Т, затраты энергии ст%, связанные с нарушением сплошности измельчаемого материала, разрывом химических связей вещества и образованием новой свободной поверхности, энергозатраты на выделение скрытой теплоты образования новой поверхности дТ/, в среде газа, влияние внешней среды, в которой происходит формирование энергонасыщенной дисперсной системы; предложен новый критерий эффективности работы измельчительных машин — показатель эффективности энергонасыщения дисперсной системы сруд из твердых материалов при их измельчении, зависящий от приращения энергии ¿£р, передаваемой мелющими телами дисперсной системе в процессе деформирования объема материала Ук до достижения в нем предельных разрушающих нагрузок за время с1 г при одноактном разрушении слоя твердого материала мелющими телами; предложена и теоретически обоснована кинетика одноактного измельчения слоя твердого материала мелющими телами вращения с учетом динамики движения мелющих тел в каскадных измельчительных машинах центробежного типа; предложена методика определения конструктивных, технических и технологических параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа на основе одноактного измельчения слоя твердого материала мелющими телами вращения; создан комплекс новых конструкций каскадных измельчительных машин центробежного типа, отличающихся от известных выполнением рабочих органов, взаимным расположением узлов и деталей и защищенных патентами на изобретение.

Личный вклад автора: теоретические разработки формирования и интенсификации процесса получения энергонасыщенных дисперсных систем; создание теории тонкого и сверхтонкого измельчения в измельчительных машинах центробежного типа и обоснование на ее основе конструктивных, технических и технологических параметров .измельчительных машин; разработка конструкций универсального комплекса измельчительных машин для приготовления энергонасыщенных дисперсных систем; разработка методики стендовых исследований и участие в проведении испытаний разработанных конструкций.

Практическая ценность работы. На основании проведенных теоретических исследований разработан комплекс измельчительных машин применительно к реальным производственным условиям их эксплуатации в геологоразведочном и нефтяном бурении, горнодобывающей и горнообогатительной отраслях и других областях промышленности, позволяющий повысить в несколько раз физико-химические и технологические показатели энергонасыщенных дисперсных систем.

Реализация работы. Результаты работы использовались при проектировании, изготовлении и внедрении опытных образцов и опытных серий каскадных измельчительных машин центробежного типа в различных производственных организациях и предприятиях: ПО «Уралгеология», ПО «Тюменьнефтегаз», ПГО «Севказгеология» (г. Кустанай), Волжская ТЭЦ, ТМК «Ависма» (г.Березники), ПО «Хромпик» (г.Первоуральск), Институт металлургии УрО РАН, Институт «Востокогнеупор», Малышевское рудоуправление, ЖБК им. Ленинского комсомола (г. Екатеринбург), завод «Дефиребирные камни», Кировочепецкий механический завод (г.Кировочепецк), ПО «Сорбент» (г.Пермь), ОАО Завод «Старт» (г.Далматово).

Апробация работы. Основные положения и отдельные этапы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на региональной научно-практической конференции «Внедрение результатов научных исследований на горных и геологоразведочных предприятиях Урала», г. Свердловск (1988 г.), Межреспубликанской научной конференции «Проблемы физикохимии и технологии дисперсных систем в бурении», г.Екатеринбург (1994 г.), на 3-м Международном симпозиуме по бурению скважин в осложненных условиях, г. Санкт-Петербург (1995 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Совершенствование технологий поиска и разведки, добыча и переработка полезных ископаемых», г. Красноярск (1999 г.), региональной научно-технической конференции «Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности», г. Екатеринбург (1999 г.), региональной научно-технической конференции «Технология разведки месторождений на Урале: история, современное состояние, перспективы», г. Екатеринбург (1999 г.), региональной научно-технической конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы европейской территории России и Урала», г. Екатеринбург (2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, 7 отчетов по НИР, в том числе 5 патентов на изобретения.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из 6 разделов, в том числе введения и заключений, списка литературы из 175 наименований, содержит 5 таблиц, 40 рисунков и 1 приложение.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Усов, Гаврил Анатольевич

Основные выводы по работе

1. Аналитически сформулировано и экспериментально подтверждено, что формирование энергонасыщенных дисперсных систем в достаточной мере обосновывается энергетическими законами разрушения твердого тела при диспергировании, физикохимией дисперсных систем и термодинамикой.

2. Аналитически установлено и экспериментально подтверждено, что получение энергонасыщенных дисперсных систем целесообразно осуществлять методом механоактивации путем тонкого и сверхтонкого сухого измельчения твердой фазы дисперсной системы. При этом установлено, что повышение энергонасыщенности дисперсных систем методом механоактивации связано с увеличением прочности диспергированного твердого тела, его пластического деформирования, конечной удельной поверхности, снижением температуры диспергирования, интенсификацией молекулярных и волновых физических процессов при трении диспергируемых частиц, увеличением поверхностной энергии вещества под влиянием внешней среды и сокращением сроков хранения получаемых дисперсных систем.

3. Предлагаемый в работе удельный потенциал энергонасыщения дисперсных систем (руй позволяет установить взаимосвязь между данными кинетики измельчения, параметрами динамики движения мелющих тел, конструктивными и технологическими параметрами измельчительных машин, показателями физико-химических свойств измельчаемого материала и внешней среды, в которой происходит измельчение в процессе энергонасыщения дисперсных систем методом механоактивации.

4. Разработанная теория измельчения твердого материала каскадными измельчительными машинами центробежного типа, в основе которой лежит предложенная автором кинетика одноактного измельчения твердого материала, изотропного по своим физико-механическим свойствам и состоящего из множества частиц малого размера, наиболее полно отражает процесс измельчения твердого материала в измельчительных машинах данного типа.

5. Предложенная методика определения параметров каскадных измельчительных машин центробежного типа на основе разработанной автором теории измельчения в данных машинах позволяет создавать новые конструкции измельчительных машин с учетом всего многообразия разносторонних требований к конструкциям измельчительных машин и технологиям производства энергонасыщенных дисперсных систем из различных материалов.

6. Разработан комплекс измельчительных машин, отличающихся высокой эффективностью их работы и широким диапазоном технологических возможностей: измельчительная машина общего назначения конструкции МКЦ-1, измельчительная машина чистого помола МКЦ-2 и измельчительная машина для получения энергонасыщенных дисперсных систем в защитной среде конструкции МКЦ-3. Кроме того, вышеуказанные разработанные конструкции измельчительных машин отличаются от известных выполнением рабочих органов, взаимным расположением узлов и деталей и защищены патентами РФ на изобретения.

7. Разработанные машины могут быть рекомендованы к внедрению. Использование их на производстве определяется параметрами исходного и конечного продуктов, производимых в технологических процессах производства. Предлагаемые измельчительные машины найдут применение на геологоразведочных и нефтегазодобывающих предприятиях, горнообогатительных фабриках и подразделениях, занимающихся переработкой отходов (например, шлаков, золы, хвостов обогащения и пр.) и вопросами экологии окружающей среды.

8. Разработанные измельчительные машины могут применяться также в химической, строительной, огнеупорной, керамической, металлургической, топливной и других отраслях производства, т.е. везде, где стоит проблема получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем.

9. Результаты экспериментальных исследований и эксплуатации созданных измельчительных машин подтвердили их практическую ценность и возможность в ряде случаев существенно повысить эффективность, производительность технологических процессов на производстве, а также качество выпускаемой ими продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на разнообразие реализуемых во многих отраслях промышленности, таких, как геологоразведочная, нефтегазодобывающая и других, технологических процессов, в основе которых лежит обязательное использование дисперсных систем, в большинстве случаев эффективность и качество работ или количество выпускаемой продукции для данных отраслей зависят от одного и того же фактора. Таким общим фактором, определяющим эффективность этих производств, является показатель удельной энергонасыщенности дисперсных систем Ер уд, используемых или получаемых в вышеуказанных производствах.

Так, проблема получения энергонасыщенных дисперсных систем, используемых при приготовлении высококачественных буровых растворов, в том числе промывочных и тампонажных растворов, становится особенно актуальной с увеличением глубин бурения и связанными с этим существенными усложнениями технологии проходки, оборудования, испытания и эксплуатации скважин как в геологоразведочной, так и в нефтегазовой отраслях. Опыт ведения буровых работ как в нашей стране, так и за рубежом показывает, что только за счет применения высококачественных буровых растворов, удовлетворяющих геолого-техническим условиям бурения, возможно увеличение механической скорости бурения на 25-40%, сокращение временных и материальных затрат на сооружение скважин до 20% и более, повышение на десятки и сотни процентов добычи жидких и газообразных ископаемых. Это достигается за счет значительного улучшения структурно-механических, реологических и технологических параметров промывочных жидкостей и тампонажных растворов, приготовляемых на основе энергонасыщенных дисперсных систем, полученных методом механоактивации. При этом достигается следующее:

- значительное снижение водоотдачи;

- повышение вязкости, статического напряжения сдвига и устойчивости промывочных жидкостей при малом содержании твердой фазы;

- обеспечение высоких структурно-механических свойств утяжеленных промывочных жидкостей или экологически чистых промывочных жидкостей на основе глин, известняка, доломита и т.п., широко используемых в нефтяном и газовом бурении;

- повышение устойчивости, снижение вязкости тампонажных растворов, увеличение их проникающей способности в мелкие трещины тампонируемых горных пород, а также увеличение адгезионной способности, прочности и долговечности тампонажного камня, значительное уменьшение его проницаемости.

Не менее актуальной является проблема получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем в горнодобывающей и горнообогатительной отраслях промышленности, обеспечивающих существенную интенсификацию основных технологических процессов в данных отраслях. Интенсификация технологических процессов в данных отраслях достигается путем повышения физико-химической активности минеральных веществ методом механоактивации, например, в процессах выщелачивания, экстракции, селективного и валового растворения веществ, при совмещении операции измельчения многокомпонентной руды с восстановлением в состоянии низшей валентности и пр. Энергетические затраты на получение энергонасыщенных дисперсных систем в данных случаях окупаются экономией времени и более полным измельчением растворяемых компонентов.

Наконец, обосновывая актуальность получения энергонасыщенных дисперсных систем, следует также отметить, что энергонасыщенные дисперсные системы в настоящее время находят все более широкое применение в нашей стране и за рубежом при решении вопросов комплексного использования минеральных ресурсов и снижения вредного воздействия- продуктов переработки горной промышленности на окружающую среду, а именно:

- при утилизации отходов производства и ликвидации отвалов;

- очистке сточных вод с улавливанием на активированной поверхности ценных (и вредных) компонентов;

- облагораживании торфа, угля, горючих сланцев перед сжиганием с одновременным извлечением металлов, серы и других компонентов;

- замене обжига сульфидных мышьяксодержащих концентратов безобжиговым процессом, основанным на механоактивации, и др.

Вышеизложенное дает основание автору утверждать, что настоящая диссертационная работа, посвященная проблеме получения энергонасыщенных дисперсных систем, является актуальной прежде всего для геологоразведочной, нефтегазовой, горно-обогатительной и экологической отраслей производства.

Практическая реализация получения и использования энергонасыщенных дисперсных систем в условиях производства может быть решена наиболее рентабельно с применением метода механоактивации твердой фазы дисперсных систем, т.е. с использованием высокоэффективной измельчительной техники. Поэтому цель диссертационной работы -установление взаимосвязи между характеристикой процесса энергонасыщения дисперсных систем, кинетикой разрушения материалов при тонком и сверхтонком диспергировании и параметрами измельчительных машин, осуществляющими процесс механоактивации, а также разработка конструкций измельчительных машин с высокой динамикой движения в них мелющих тел и существенно увеличенной передачей количества энергии от последних измельчаемому твердому материалу и оценка эффективности работы предлагаемых измельчительных машин.

Анализ современного состояния уровня разработок в области измельчительных машин тонкого и сверхтонкого измельчения показывает на необходимость их дальнейшего совершенствования. Установлено, что наиболее перспективными являются разработки центробежных измельчительных машин многорядного, т.е. каскадного, типа, которые способны существенно повысить одновременно качество и производительность получения энергонасыщенных дисперсных систем из различных твердых материалов.

Рассмотрение теоретических основ формирования энергонасыщенных дисперсных систем и теории измельчения твердых материалов позволило автору выдвинуть предположение о целесообразности получения энергонасыщенных дисперсных систем методом механоактивации в измельчительных машинах с высокой динамикой движения мелющих тел и повышенной передачей энергии от мелющих тел измельчаемому твердому материалу.

Задачей настоящих исследований и разработок являлись аналитические исследования закономерностей формирования энергонасыщенных дисперсных систем, теоретические иследования интенсификации энергонапряжения дисперсных систем в измельчительных машинах методом механоактивации, разработка теории сухого измельчения твердых материалов в каскадных измельчительных машинах центробежного типа, аналитические исследования динамики движения мелющих тел в данных измельчительных машинах, разработка методики определения и обоснования параметров измельчительных машин применительно к условиям и требованиям производства, стендовые и лабораторные исследования эффективности работы измельчительных машин центробежного типа с высокой динамикой движения мелющих тел. Основные результаты исследований опубликованы в работах [38, 39, 54, 55, 82, 83, 115, 136, 137, 138].

По результатам теоретических исследований произведен выбор конструктивных параметров и . режимов работ измельчительных машин, разработаны принципиально новые конструкции каскадных мельниц центробежного типа: мельница общего назначения для тонкого и сверхтонкого измельчения твердых материалов с предварительным разделением продуктов помола по фракционному составу типа МКЦ-1; мельница чистого помола для получения специальных материалов типа МКЦ-2; мельницы сверхтонкого измельчения для получения энергонасыщенных порошкообразных материалов в защитной среде при переработке минерального и других видов сырья типа МКЦ-3. Все разработки защищены патентами РФ на изобретения.

Разработанные машины прошли стендовые и производственные испытания с целью определения рациональных режимов и эффективности их работы, а также качественных показателей приготовленных ими дисперсных систем. Методика проведения испытаний и собственно результаты исследований опубликованы в работах [84, 85, 90, 91, 92, 114, 142, 143, 144]. Результаты эксплуатации опытных образцов машин в производственных условиях служили основным критерием оценки эффективности, работоспособности и целесообразности практического применения всех конструкторских разработок. Апробация производилась в различных регионах России и стран СНГ: ПГО «Севказгеология» (г. Кустанай), Полуйская ГРЭ, ПО «Тюменьнефтегаз» (г. Лабытнанги), АО «Ависма» (г.Березняки), Волжская ТЭЦ, ПО «Хромпик» (г. Первоуральск), АО «Сорбент» (г. Пермь), Институт металлургии УрО РАН (г.Екатеринбург), ПО «Нефтегаз» (г. Новый Уренгой), Институт «Востокогнеупор», УГТУ-УПИ, Степное ПГО, ООО «ЭнергоТелеком» (г. Екатеринбург) и др.

Требования производства при эксплуатации разработанных машин определили необходимость разработки комплекса измельчительных машин, позволяющих решать различные задачи технологии производства и качества получения дисперсных систем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Усов, Гаврил Анатольевич, 2000 год

1. Молчанов В.И., Селезнева О.Г., Жирнов E.H. Активация минералов при измельчении. - М.: Недра, 1988.

2. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. Новосибирск: Наука, 1979. - 256 с.

3. Круглицкий H.H. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. Киев: Наукова думка, 1968.

4. Корнева Т.А., Лапухова Е.С., Юсупов Т.С. Термические особенности каолинита, подвергнутого сверхтонкому измельчению // ДАН СССР.1976.-Т.231.-С. 711-713.

5. Кулебакин В.Г. Применение механохимии в гидрометаллургических процессах. Новосибирск: Наука, 1988. - 272 с.

6. Круглицкий H.H. Основы физико-химической механики. Киев: Вища школа, 1975. - 266 с.

7. Паничкина В.В. Получение, свойства и применение тонких металлических порошков. Киев: Наукова думка, 1971.

8. О перспективах применения силикальцита в гидротехническом строительстве / Хинт И., Ванаселья Л., Вайк Г. и др. // Бюллетень по водному хозяйству. 1971. - № 8. - С. 111-118.

9. Молчанов В.И., Селезнева О.Г. Технические средства активации минеральных веществ при измельчении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1979. - № 6. - С. 60-75.

10. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. М.: Химия,1977.

11. Ходаков Г.С. Физика измельчения. М.: Наука, 1972. 307 с.

12. Барамбойн Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений. -М.: Химия, 1971.

13. Берестецкая И.В., Бутягин П.Ю. Механохимическая активация поверхности оксида магния // ДАН СССР. 1981. - Т. 260. № 2. - С. 361364.

14. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. -М.: Недра, 1979.-319 с.

15. Нащокин B.B. Техническая термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1980. - 469 с.

16. Еремин E.H. Основы химической термодинамики. М.: Высшая школа, 1978.

17. Глазов В.М. Основы физической химии. М.: Высшая школа, 1981. -456 с.

18. Адамсон А.У. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979.

19. Шаскольская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976. - 391 с.

20. Уиттеккер Э. Кристаллография: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. - 268 с.

21. Биленко Л.Ф. Закономерности измельчения в барабанных мельницах. -М.: Недра, 1984.

22. Ребиндер П.А. Исследование процессов образования дисперсных структур. Минск: Наука и техника, 1971. - 331 с.

23. Андреев С.Е., Перов В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1980.-413 с.

24. Серго Е.Е. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых: Учебник для вузов. М.: Недра, 1985.

25. Ревнивцев В.И., Хопунов ЭЛ., Костин И.М. и др. Селективное разрушение минералов. М.: Недра, 1988.

26. Горобец В.И., Горобец JI.T. Новое направление работ по измельчению. -М.: Недра, 1977.

27. Линч А.Д. Циклы дробления и измельчения. Моделирование, оптимизация, проектирование и управление: Пер. с англ. М.: Недра, 1981.

28. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упруго-пластического разрушения. М.: Наука, 1974.

29. Олевский В.А. Размольное оборудование обогатительных фабрик. М.: ГосНТИ по горному делу, 1963. - 447 с.

30. Инструкция по активации цемента на заводах железобетонных изделий домолом в вибромельницах. М.: Промстройиздат, 1957.

31. Ребиндер П.А. Физико-химическая механика. М.: Знание, 1958.

32. Мельница вибрационная СВМ-320. Техническое описание. 625-00.00.000 ТО / ОЗСБ, ВНИИкровля, 1985. 20 с.

33. Моргулис М.Л. Вибрационное измельчение материалов. М.: Стройиздат, 1957.

34. Павлюченко М.М. Энергия кристаллической решетки и реакционная способность твердых тел // ДАН СССР. 1962. - Т. 143. № 1. - С. 153-155.

35. Арашкевич В.М. Основы обогащения руд. 3-е изд., перераб и доп. -М.: Недра, 1973.

36. Калашников В.Н., Усов Г.А. Теория формирования энергонасыщенных дисперсных систем // Совершенствование техники и технологии бурения скважий на твердые полезные ископаемые: Межвуз.науч.темат.сборник. -Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 1998. Вып. 21.

37. Малахова А .Я. Физическая и коллоидная химия. Минск: Высшая школа, 1981.-304 с.

38. Жуховицкий A.A., Шварцман A.A. Физическая химия. М.: Металлургия, 1976. - 544 с.

39. Томсон Р.И. Физика разрушения // Атомистика разрушения: Сб. М.: Мир, 1987. - С. 104-144.

40. Глушко А.И., Нещеретов И.И. О кинетическом подходе к разрушению горных пород // Изв. АН СССР. 1986. - № 6. - С. 140-146.

41. Киреев В.А. Курс физической химии. М.: Химия, 1975. - 776 с.

42. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. М.: Наука, 1975.

43. Барон ЛИ., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962.

44. Спивак А.И., Попов А.Н. Механика горных пород. М.: Недра, 1975. -200 с.

45. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. М.: Знание, 1969. -91с.

46. Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука, 1979. - 381 с.

47. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 359 с.

48. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. Л.: Недра, 1977.

49. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975.

50. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1976.

51. Воздвиженский Б.И., Мельничук И.П., Пешалов Ю.А. Физико-механические свойства горных пород и влияние их на эффективность бурения. М.: Недра, 1973.

52. Протасов Ю.И. Теоретические основы механического разрушения горных пород. М.: Недра, 1985.

53. Протодьяконов М.М., Ватолин Е.С. Исследование физико-технических свойств горных пород // Современное состояние горной науки в СССР: Сб. М.: Наука, 1968.

54. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилка. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Недра, 1973.

55. Протодьяконов М.М., Ватолин Е.С. Исследование физико-технических свойств горных пород // Современное состояние горной науки в СССР: Сб. -М.: Наука, 1968.

56. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г.С. и др. 2-е изд. - Киев: Наукова думка, 1988. - 736 с.

57. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. М.: Высш. школа, 1995.-416 с.

58. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989. -510с.

59. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Наука, 1970. - Т. 1. - 608 с.

60. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975. Т.1. - 631 с.

61. Андреев С.Е., Товаров В.В., Перов В.А. Закономерности измельчения и исчисление характеристик гранулометрического состава. М.: Металлургиздат, 1959. - 437 с.

62. Спивак А.И., Попов А.П. Разрушение горных пород при бурении скважин: Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1986. -208 с.

63. Ахмадеев Р.Г., Данюшевский B.C. Химия промывочных и тампонажных жидкостей: Учебник для вузов. М.: Недра, 1981. - 152 с.

64. Булатов А. И. Формирование и работа цементного камня в скважинах. -М.: Недра, 1990.

65. Булатов А.И., Мариампольский H.A. Регулирование технологических показателей тампонажных растворов. М.: Недра, 1968.

66. Данюшевский B.C. Проектирование оптимальных составов тампонажных цементов. М.: Недра, 1978.

67. Подготовка минерального сырья к обогащению и переработке / Ревнивцев В.И., Азбель Е.И., Баранов Е.Г. и др. М.: Недра, 1987.

68. Богданов О.С. Справочник по обогащению руд. Подготовительные процессы. М.: Недра, 1982. - 365 с.

69. Круглицкий H.H., Агабалянц Э.Г. Методы физико-химического анализа промывочных жидкостей. Киев: Техника, 1972.

70. Любимов Н.И. Классификация горных пород и рациональное применение буровой техники. М.: Недра, 1977. - 239 с.

71. Мавлютов М.Р. Разрушение горных пород при бурении скважин. М.: Недра, 1978.

72. Технология и техника разведочного бурения / Шамшев Ф.А., Тараканов С.Н., Кудряшов Б.Б. и др. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1983.

73. Патент РФ на изобретение № 2110326, МКИ6 В 02С15/08. Центробежная мельница / В.Н. Калашников, Г.А.Усов, М.В. Федоров. 12 е.: ил.

74. Патент РФ на изобретение № 2110327, МКИ6 В 02С15/06. Центробежная мельница / В.Н. Калашников, Г.А. Усов, М.В. Федоров. 12с.: ил.

75. Будников П.П., Гинстлинг A.M. Реакции в смесях твердых веществ. М.: Стройиздат, 1965.

76. Булатов А.И., Рябченко В.И., Сухарев С.С. Основы физикохимии промывочных жидкостей и тампонажных растворов. М.: Недра, 1968. -176 с.

77. Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Ермилов А.Г. Исследование влияния механического активирования на разложение циркона спеканием скарбонатом кальция // Химия н металлургия редких металлов. М.: Металлургия, 1979. - С. 30-36.

78. Бочаров В.А., Голиков A.A. Об окжшении сульфидных минералов при измельчении // Цветные металлы. i ^7. - № 7. - С. 26-31.

79. Масленицкий И.Н., Чугаев Л.В. Металлургия благородных металлов. -М.: Металлургия, 1972. 367 с.

80. Плаксин И.Н. Металлургия благородных металлов. М.: Металлургиздат, 1958.-364 с.

81. Кипарисов С.С., Либенсон Г.А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1972. - 528 с.

82. Полькйн С.И., Адамов Э.В. Обогащение руд цветных металлов. М.: Недра, 1983. - 399 с.

83. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А~ Якушев A.M. Общая металлургия. -М.: Металлургия, 1985. 479 с.

84. Воробьев А.А., Тонконогов М.П., Векслер Ю.А. Теоретические вопросы физики горных пород. М.: Недра, 1972.

85. Ватолин Е.С. Некоторые динамические свойства и природа деформирования горных пород. М.: Наука, 1966.

86. Спивак А.И. Механика горных пород. М.: Недра, 1967.

87. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979.

88. Меер К. Физико-химическая кристаллография: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1972.

89. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород / Под ред. Н.В.Мельникова, В.В. Ржевского, М.М. Протодьяконова. М.: Недра, 1975.

90. Лаптева Е.С., Юсупов Т.С., Бергер A.C. Физико-химические изменения слоистых силикатов в процессе механической активации. Новосибирск: Наука, 1981.

91. Круглицкий H.H. Физико-химическая механика дисперсных систем в сильных импульсных полях. Киев: Наукова думка, 1983. - 188 с.

92. Голубинцев О.Н. Механические и абразивные свойства горных пород и их буримость. М.: Недра, 1968.

93. Барон Л. И. Характеристики трения горных пород. М.: Наука, 1967.

94. Корнева Т.А., Селезнева О.Г. Исследование термических превращений активированного измельчением пирита // Изв. СО АН СССР. Серия хим.наук'. 1983. - Выпуск 2. - С. 67-71.

95. Теплотехника / Под ред. А.П. Баскакова. М.: Энергоатомиздат, 1991. -224 с.

96. Материалы Пятого Всесоюзного симпозиума по механоэмиссии и механохимии твердых тел. Таллин. - 1977. - Т. 1-3.

97. Механические свойства горных пород при вдавливании и их практическое использование : Сборник статей / Под общ. ред. проф. JI.A. Шрейнера. М.: ВНИИОЭНГ, 1966.

98. Уэрт, Томсон Р. Физика твердого тела. М.: Мир, 1966.

99. Койфман М.И., Ильницкая Е.И., Карпов В.И. Прочность горных пород в объемном напряженном состоянии. М.: Наука, 1964.

100. Булатов А. И., Аветисов А. Г. Справочник инженера по бурению. М.: Недра, 1985.

101. Дедусенко Г.Я., Иванников В.И., Липкес М.И. Буровые растворы с малым содержанием твердой фазы. М.: Недра, 1985. - 160 с.

102. Ивачев JIM. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. М.: Недра, 1987. - 242 с.

103. Рязанов Я.А. Справочник по буровым растворам. М.: Недра, 1979. -215 с.

104. Утяжеление буровых и тампонажных растворов / Резниченко И.И., Булатов А.И., Рябоконь С.А., Шандин С.Н. М.: Недра, 1978.

105. Паус К.Ф. Буровые промывочные жидкости. М.: Недра, 1967. - 310 с.

106. Промывочные жидкости и тампонажные растворы (физикохимия и основы применения) // Булатов А.И., Круглицкий H.H., Мариампольский H.A., Рябченко В.И. Киев.: Техника, 1974.

107. Данюшевский B.C., Толстых И.Ф., Милыптейн В.М. Справочное руководство по тампонажным материалам. М.: Недра, 1973.

108. Грей Дж.Р., Дарли Г.С. Состав и свойства буровых агентов (промывочных жидкостей): Пер.с англ. М.: Недра, 1985. - 509 с.

109. Сорокер В.И., Попов А.Н. Цементы с тонкомолотыми добавками построечного изготовления. М.: Промстройиздат, 1950.

110. Новгородцев Г.А. Исследование влияния высоких степеней помола на твердение вяжущих веществ: Дис. канд. техн. н. М., 1954.

111. Пьячев В.А., Половова Э.А. Зависимость прочности цемента от его дисперсности // Цемент. -1972. №10. - С. 15-16.

112. Сыркин Я.М., Сибирякова И.А., Шатохина Л.П. Роль гранулометрии цемента в формировании его прочности // Шестой Междунар. конгресс по химии цемента. М.: Стройиздат, 1974. - С. 72-76.

113. Тимашев В.В., Цернес Р.Я. Зависимость прочности спарированных цементов от их дисперсности // Цемент. 1972. - № 2. - С. 15-16.

114. Урусов B.C. Энергетическая кристаллохимия. М.: Наука, 1975.

115. Якжин A.A. Опробование и подсчет запасов твердых полезных ископаемых. М.: Госгеолтехиздат, 1954. - 295 с.

116. Практикум по обогащению полезных ископаемых: Учеб. пособие для вузов / Под ред. Н.Г.Бедраня. М.: Недра, 1991. - 526 с.

117. Зависимость скорости выщелачивания катионов при механической активации феррита цинка / Болдырев В. В., Яковлева О. В., Медиков Я.Я. // ДАН СССР. 1983. - Т. 268. - № 3. - С. 636-638.

118. A.c. 1823225 СССР, МКИ5 В02С18/06. Роторная мельница / В.Н.Калашников, В.А. Бобров, А.С.Акулов, Г.П.Шагин, М.А.Саламатов, Г.А. Усов. 6 е.: ил.

119. Патент РФ на изобретение № 2154531, МКИ7 В 02С13/20. Способ измельчения твердых материалов и устройство для его осуществления / В.Н. Калашников, Г.А. Усов. 12 е.: ил.

120. Заявка на изобретение № 2000122054/03 Способ измельчения твердых материалов и устройство для его осуществления / В.Н. Калашников, Г.А.Усов. Положительное решение от 21.10.2000 г.

121. Регламентирование свойств глинопорошков, используемых для приготовления буровых растворов / Литяев З.А., Рябченко В.И., Шишов В.А. и др. М.: ВНИИОЭНГ, 1979. - 48 с.

122. Вартацетов М.Ш. Состояние и перспективы развития оборудования для приготовления и очистки бурового раствора // Бурение. 1976. - Выпуск 10.-С. 24-27.

123. Ивачев Л.М. Промывочные жидкости в разведочном бурении. М.: Недра, 1975.-216 с.

124. Литяева З.А., Рябченко В.И. Глинопорошки для буровых растворов. -М.: Недра, 1992.- 191 с.

125. Коузов П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельченных материалов. Д.: Химия, 1971.

126. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982.

127. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава: ГОСТ 12536-79. М.: Изд-во стандартов, 1982. -41 с.

128. Бей, Кортрайн Г.Д., Мула Э.К. Непрерывный гранулометрический анализ регулирования степени измерения. Фирма «Лидс Энд Нордран», США, 1981.

129. Паничкина В.В., Скороход В.В. Методы определения физических характеристик дисперсных порошков. Киев: ИПМ АН УССР, 1970.

130. Койфман М.И. Скоростной комплексный метод определения механических свойств горных пород // Механические свойства горных пород: Сб. М.: Изд-во АН СССР, 1963.

131. Иткин Г.Е. Контроль крупности минерального сырья автоматическими гранулометрами. М.: Недра, 1986.

132. Рабинович Ф.М. Кондуктометрический метод дисперсного анализа. -М.: Химия, 1970.

133. Руководство по работе на опытном фотоэлектрическом приборе для определения гранулометрического состава тонкодисперсных порошков. -Л.: ВНИИАШ, 1966.

134. Определение удельной поверхности порошкообразных тел по сопротивлению фильтрации разреженного воздуха / Дерягин Б.В., Захаваева H.H., Галаев М.В., Филиповский В.К. М.: Изд-во АН СССР, 1957.

135. Прибор для определения удельной поверхности порошковых пористых тел / Дерягий Б.В., Захаваева H.H., Галаев М.В., Макарова Е.С. М.: Изд-во АН СССР, 1959.

136. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. М.: Мир, 1970. - 408 с.

137. Буянова Н.Е., Карнаухов А.Г. Определение удельной поверхности порошков методом тепловой десорбции газов. Новосибирск: Ин-т катализа, 1968.

138. Ходаков Г.С. Основные методы дисперсионного анализа порошков. -М.: Стройиздат, 1968.

139. Барабащук В.И., Креденцер Б.П., Мирошниченко В.И. Планирование эксперимента в технике / Под ред. Б.П. Креденцера. Киев: Техника, 1984. -200 с.

140. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер и др.; Пер. с нем. М.: Мир, 1977.-552 с.

141. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород. М.: Недра, 1968.

142. Барон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962.

143. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1982. - 224 с.

144. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. Л.: Энергия, 1978. - 262 с.

145. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. М.: Машиностроение, 1981. - 184 с.

146. Морозов Е.Ф., Мейземнек Ю.А., Шумайков В.К. Оптимизация режимов энергопотребления измельчительного оборудования обогатительных фабрик. М.: ВНИИметмаш, 1985. - 315 с.

147. Усов Г.А. Перспективы применения энергонасыщенных дисперсных систем // Технологическое оборудование для горной и нефтегазовой промышленности: Тез. докл. региональной науч.-техн. конф. Екатеринбург: Изд-во УПТА, 1999. 76 с.

148. Козловский Е.А. Оптимизация процесса разведочного бурения. М.: Недра, 1975. - 303 с.

149. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 278 с.

150. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972. - 381 с.