ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
7

ФИЗИКА И ХИМИЯ
2013. Вып. 3

УДК 622.7

Д.К. Жиров

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ РАЗРУШЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ 
СТРУКТУРНО-НЕОДНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ 
ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЕЛЬНИЦ ДЛЯ ИХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ

Описаны физические процессы измельчения для многокомпонентных материалов. Исследования работы мно-
гоступенчатых центробежно-ударных мельниц показали возможность решения вопросов энергосбережения при 
переработке минерального и техногенного сырья практически во всех перерабатывающих отраслях промыш-
ленности. Сравнение технических характеристик серийных и разработанных устройств по энерго-
ресурсосбережению и сроку службы показали преимущества реализации технологии переработки сырья в уст-
ройствах по схеме многоступенчатого разрушения и классификации частиц массопотока.

Ключевые слова: процессы измельчения, многоступенчатая мельница, энергосбережение.

Измельчение многокомпонентных материалов может быть произведено различными  способа-

ми: раздавливанием, разламыванием, ударом, истиранием, резанием, а также комбинацией этих спо-
собов (рис. 1).

Существуют различные методики определения наиболее эффективного способа измельчения 

для различных материалов. Анализ существующих методик показывает, что большинство из них ос-
новано на статическом и динамическом нагружениях образцов. Наибольшую практическую значи-
мость имеют методики, основанные на динамическом нагружении образцов.

Обсуждение

Анализ выполненных исследований по статическому и динамическому нагружениям различ-

ных материалов показывает, что из всех способов разрушения наиболее эффективным для большин-
ства многокомпонентных структурно-неоднородных материалов является свободный удар. 

Приведенные способы механического разрушения и их комбинации (рис. 1) определяют неод-

нородность разрушения частиц особенно для многокомпонентных структурно-неоднородных мате-
риалов. Неравномерность разрушения определяется различием в физико-механических и химических 
свойствах каждой частицы. Каждая частица индивидуальна. В табл. 1 представлены наиболее прак-
тичные способы разрушения  для материалов с различными свойствами. 

Результаты проведенных исследований А.Р. Демидова, Л.А. Глебова, Р. Гийо, В.А. Денисова, 

С.В. Золотарева [1-6] показали, что измельчение большинства многокомпонентных структурно-
неоднородных материалов с помощью свободного удара позволяет получать продукт помола высоко-
го качества, затрачивая при этом минимальное количество энергии.  

Рис. 1. Способы механического разрушения многокомпо-
нентных материалов: а) раздавливание; б) раскалывание; 
в) разламывание; г) резание; д) распиливание; е) истирание; 
ж) стесненный удар; з) свободный удар

 Работа выполнена при финансовой поддержке проекта УрО РАН № 13-1 ИП-388.

Д.К. Жиров

2013. Вып. 3
ФИЗИКА И ХИМИЯ

Таблица 1 

Способы разрушения материалов

Способы разрушения
Свойства материала

сжатие
удар
истирание
отраженный удар
срез
резание 

Твердый, скалывающийся
+
+
–
+
–
–

Твердый, хрупкий
+
+
–
+
–
–

Твердый, вязкий
+
+
–
–
–
–

Средней твердости
+
+
–
+
0
–

Упругий, мягкий
–
–
+
–
+
+

Волокнистый
0
–
+
+
+
+

Чувствительный к теплоте
–
0
–
+
+

Примечания: + – пригодный; 0 – условно-пригодный; (–) – не пригодный.

При достижении измельчаемых частиц размеров 1 мкм и ниже эффективность ударного спосо-

ба измельчения снижается (в связи с очень низкой массой частиц), поэтому необходимо вовремя вы-
водить готовый продукт из зоны измельчения. Это позволит исключить ненужное переизмельчение 
материала, повысить производительность, получить конечный продукт заданного гранулометриче-
ского состава, снизить расход энергии на единицу готовой продукции, повысить срок службы рабо-
чих органов измельчающего устройства.

На рис. 2 представлена технологическая схема многоступенчатого механореактора, реализующе-

го в себе принцип пошагового нагружения измельчаемых частиц и вывода готового продукта после ка-
ждой ступени измельчения.

Реализованная в мельнице многоступенчатость разрушения и классификации частиц массопо-

тока определяет универсальность ее использования, позволяет решить вопросы переработки сырья по 
различным направлениям их хозяйственного использования, вопросы экологического мониторинга и 
рационального землепользования.

Анализ существующих машин показывает, что для измельчения многокомпонентных материа-

лов  могут быть эффективно использованы молотковые дробилки, центробежные, стержневые, газо-
струйные измельчители и барабанные мельницы. 

Рис. 2. Схема многоступенчатого механореактора

Рассмотрим конкретные механореакторы, реализующие технологию разрушения частиц массо-

потока и их классификацию по многоступенчатой схеме [5]. Механореакторы разных видов приведе-
ны на рис. 3-6. Исследования показали, что данные устройства позволяют эффективно перерабаты-
вать минеральное и техногенное сырьё практически во всех отраслях промышленности. Сравнитель-
ные технические характеристики серийных и разработанных устройств приведены в табл. 2. Данные 
по серийным мельницам приведены в работе [7], по центробежным многоступенчатым мельницам – в 
работе [8].

Приведенные данные по энерго- и ресурсосбережению показывают преимущества реализации 

технологии переработки сырья в устройствах многоступенчатого разрушения и классификации час-