Rozdrabnianie

3.1. Rozdrabnianie

Rozdrabnianie jest to podział elementu na mniejsze cząstki stosowany przy różnych sposobach zadawania obciążeń:

A - zginanie

B - rozłupywanie

C - ścinanie

D - uderzenie

E - zgniatanie

F - ścieranie

G - rozrywanie

                                                               Rys.1. Sposoby zadawania obciążeń podczas rozdrabniania.

W przemyśle stosuje się różnorodne maszyny rozdrabniające różniące się między sobą wykorzystanym mechanizmem rozdrabniającym. Bardzo ważnym elementem jest dobór odpowiedniej metody rozdrabniania, ponieważ dla każdego materiału podatność
na rozdrobnienie jest różna w zależności od zastosowanego mechanizmu. Podstawowymi cechami materiału, które decydują o wyborze rodzaju mechanizmu rozdrabniającego są:

- struktura materiału

- twardość

- odkształcalność, sprężystość, plastyczność

- wytrzymałość

- kruchość

- zawartość wilgoci

- wielkość ziarna surowca [1]

Struktura materiału – która może być krystaliczna, włóknista lub bezpostaciowa. Jest oczywistym, że w przypadku materiałów krystalicznych efektywne mogą być wszystkie wymienione wyżej mechanizmy rozdrabniania, natomiast w materiałów strukturze włóknistej lub bezpostaciowej niektóre z nich są zupełnie nieskuteczne jak np. zginanie lub ściskanie.
W praktyce jednak zdecydowanie więcej ilościowo rozdrabnianych jest materiałów
o strukturze krystalicznej (kopaliny, produkty krystalizacji). Kolejne omówione niżej cechy
w większości dotyczą tylko materiałów  o strukturze krystalicznej.

Twardość - która określa odporność materiału na uszkodzenia powierzchniowe. Istnieje wiele metod sposobów określania twardości. Przykładowo dla metali i ich stopów stosuje się próby wgniatania w powierzchnię badanego materiału twardych elementów
tj. kulka, stożek, ostrosłup. Miarą twardości jest wielkość uzyskanego odcisku
(skale: Brinella, Rockwella, Vickersa). W technice rozdrabniania popularna jest skala Mohsa. Stanowią ją wybrane materiały wzorcowe. Zasada określania twardości materiału badanego jest następująca. Jeżeli materiał wzorcowy ze skali Mosha jest zdolny wykonać rysę
 na materiale badanym, a materiał wzorcowy o stopniu twardości o jednostkę niższy nie robi takiej rysy, oznacza to, że twardość materiału badanego jest taka jak pierwszego materiału wzorcowego.

            Odkształcalność, sprężystość, plastyczność - Obciążając ziarno siłami nie zawsze powodujemy w nim utratę ciągłości materiału. Siły te wywołują wewnątrz ziarna odpowiednie naprężenia – jednostkowe (przypadające na jednostkę powierzchni przekroju) siły wewnętrzne. Jeżeli te naprężenia nie są większe od sił spójności międzycząsteczkowych materiału, ziarno nie ulega zniszczeniu. Następuje jednak z reguły deformacja – odkształcenie ziarna. To odkształcenie może być sprężyste, plastyczne lub sprężysto – plastyczne. Sprężystość jest to zdolność materiału do powrotu do postaci pierwotnej po usunięciu obciążenia, natomiast plastyczność polega na trwałych odkształceniach. Obie te cechy
z reguły utrudniają proces rozdrabniania, przy czym sprężystość w stopniu większym.

Wytrzymałość - która cechuje się wartością naprężeń po przekroczeniu, której następuje utrata ciągłości materiału ( pęknięcie, rozerwanie, ścięcie). Oczywiście można mówić o wytrzymałości danego materiału na ściskanie, rozciąganie, ścinanie, zginanie. Próbę oceny wytrzymałości danego materiału tak rozumianej wykonuje się przy bardzo powolnym w czasie wzroście siły obciążającej.

            Kruchość - która charakteryzuje się zdolnością materiału do przenoszenia sił udarowych. Cecha ta jest powiązana z dwoma wyżej omówionymi: twardością
i sprężystością. Regułą jest, że materiały bardzo twarde nie wykazują cech sprężystości
i charakteryzują się dużą kruchością, czyli łatwo pękają. Przykładem jest szkło czy porcelana

            Zawartość wilgoci – Wpływ wilgoci jest głównie pośredni, bowiem jej ilość materiale rozdrabnianym może w zasadniczym stopniu zmienić, jakie jego cechy jak sprężystość czy wytrzymałość. Ponadto w pewnych przypadkach wilgotne materiały mogą wskazywać takie niekorzystne cechy jak przylepność do elementów roboczych urządzenia czy skłonność do tworzenia aglomeratów po rozdrobnieniu. Oczywiście te rozważania dotyczą jedynie przypadków rozdrabniania na sucho. Oprócz takiego sposobu stosuje się również rozdrabnianie na mokro.

            Wielkość ziaren surowca – Wymiary cząstek surowca do rozdrabniania w dużym stopniu decydują o tym, które mechanizmy mogą być dostatecznie skuteczne, aby proces mógł być realizowany. Dla dużych brył kopalin najkorzystniejszym jest mechanizm kruszenia przez zgniatanie a zupełnie nieprzydatny proces ścierania. Zupełne przeciwstawienie jest, gdy ziarna są bardzo małe, w tedy najefektywniejszym jest ścieranie a zupełnie nie do wykorzystania mechanizm zgniatania czy rozłupywania. Dla materiałów średnich wymiarach ziaren i materiałów stosunkowo kruchych często wykorzystuje się mechanizm udarowego działania sił, czyli uderzenie.[2]

W przemyśle wykorzystuje się różnorodne maszyny rozdrabniające, które można podzielić ze względu na rozmiar rozdrabnianych materiałów. Do elementów o dużych gabarytach służą kruszarki, które wykorzystują mechanizm ściskania. Do rozdrabniania średnich i małych elementów służą młyny, które rozdrabniają za pomocą uderzeń, zgnieceń, ścierania czy ścinania.

---

[1] Hejm Andrzej: Procesy mechaniczne i urządzenia do ich realizacji. Politechnika Łódzka 1996

[2] Hejm Andrzej: Procesy mechaniczne i urządzenia do ich realizacji. Politechnika Łódzka 1996