矿物加工工程振动破碎技术与理论

张坤

摘要：随着社会的发展，我国的各行各业的发展也有了进步。振动破碎技术是实现破碎作业节能降耗的有效方法，可以处理高硬度成分复杂的难处理物料，是矿物加工领域高效粉碎工艺的研究热点。介绍了几种在矿物加工领域有显著应用价值的振动破碎技术；分别阐述了设备的工作原理与工作特性，并论述了相应振动破碎系统的动力学问题。针对应用于振动破碎系统中的转子振动自同步、反共振、控制同步等几种典型的振动理论，总结了设计振动破碎系统的关键理论，展望了振动破碎系统设计理论模型的研究方向。

关键词：矿物加工工程；振动破碎技术；理论

引言

不同矿物其自身的性质成分不相同，在进行开采、加工处理、利用等工作时所运用的方法和技术也不同。而矿物加工工程技术的高效发展对提高矿物资源利用率及最大化体现矿物资源应用价值有着十分重要的作用。所以需要相关人员对矿物加工工程技术及相关领域进行研究创新，以更好促进矿业企业的进一步发展。

1振动破碎系统动力学理论

苏联选矿设计研究院在其先进的振动理论研究基础上成功开发了惯性圆锥破碎机与振动颚式破碎机，结合流化床、振动筛的相关设计理论，发展了“振动系统动态自适应性的理论”。关于惯性圆锥破碎机的振动特点，动锥的动力学行为体现了行星转子系统的自同步特性；正是由于该系统的频率俘获趋势，设计了快速实现设备间隙的自动调节装置。振动颚式破碎机以及东北大学开发的振动圆锥破碎机的设计基础是振动转子的自同步理论，利用转子在振动耦合条件下可实现振动自同步的特点保证了系统的动态自平衡。不同于安装在同一振动体上的单质体或双质体转子自同步理论，振动颚式破碎机的转子安装在不同质体上，质体之间存在刚度耦合，因而存在特征频率，在特征频率附近，系统转子的同步行为具有高稳定性与高容差度的特点。俄罗斯米哈诺布尔技术股份公司开发振动冲击破碎机及美国General Kinematics集团设计的VIBRA-JAWTM系列振动颚式破碎机的动力学系统基于转子的自同步理论，以及反共振原理设计，振动转子的自同步理论为激振系统提供了较为稳定的激振源，反共振原理使得工作结构与激振系统分开设计，有效缓冲了破碎过程中的振动冲击对激振系统的影响，提高了设备稳定性与可靠性。法国FCB集团设计的惯性圆锥破碎机利用四个转子驱动，四个转子的运动关系及调节由专门设计的控制系统实现控制同步。值得注意的是，四个转子的控制同步及相位调节需要克服振动自同步产生的振动力矩，如果相关技术不成熟或自适应能力差，常常会发生烧毁电机的行为。其转子的控制技术是开发这类设备的关键。然而，对于振动破碎系统来说，高频的重载振动冲击作用常常使得结构弹簧动力学特性。对于反共振技术而言，其对弹簧刚度的敏感性高。弹簧的刚度变化会直接影响系统的工作性能，反共振振动破碎技术的稳定性相对较差。类似的系统的振动转子自同步特性受到弹簧刚度的影响，若系统工作在远共振区，弹簧性能的变化对系统的影响会明显弱化。控制同步虽然系统复杂，但转子同步的鲁棒性优势明显。因此，对于反共振原理、转子自同步特性优化了设备的结构特点，对于开发高性能振动系统，开发适用于高频重载条件下的同步控制技术是重要的研究方向。对于单激振器振动破碎系统，设备的运转频率应考虑系统的共振区间。多数振动破碎设备均采用减振系统，减振系统会发生疲劳性质的力学性能变化，多数情况下，固有频率会降低，因此将设备的工作频率设计在系统的远共振区间会有更高的稳定性。

2矿物加工工程技术发展及社会发展需求

矿物加工工程是一门研究矿物分离的应用技术学科。其目的是根据矿物化学性质、物理性质的差异，运用相关技术手段达到有用矿物与无用矿物的分离。其前身为冶金工程，冶金工程在快速发展的过程中强化了选矿的相关概念及内容，同时在时代快速发展背景下矿物加工工程技术也得到了较好的提升，进而使得矿物加工工程逐渐独立，并设立学科。在人们需求量和环境问题的影响下，矿物加工工程技术虽有良好发展空间，但也面临着更高的要求，需要相关人员能够对矿物加工工程技术及相关领域进行创新研究，促使矿物加工工程技术的应用价值得到最大化体现。社会发展需求给矿物加工工程技术发展带来一定的要求，主要体现在以下几方面。(1)西部地区。不同地区的经济条件、环境、矿产资源的类型数量等方面都不同。尤其针对于一些矿产资源丰富，但经济条件不好的西部地区，需要加强对矿物加工工程技术水平的提升。做到充分开采、加工和利用矿物资源，才能实现西部地区的经济进步。(2)社会整体需求。我国矿物资源丰富，在社会经济发展过程中矿物资源已被作为重要能源之一。但我国人口量较大，且矿物资源在开发和利用过程中其效率、质量等方面与国外相比还存在差距。所以为了满足社会发展需求，需要相关人员能够对矿物加工工程技术进行研发创新，不断提高矿物资源在社会发展过程中的利用效果。

3功率超声在矿物加工过程中的应用

3.1超声波粉碎

超声空化使在矿浆中矿石等破碎的工艺过程称超声碎，超声粉碎装置一般由换能器、变幅杆和超声频电源组成。超声波粉碎利用超声波的高能量密度（每cm2接触面有数千千瓦的能量）与高频应力（20kHz）两个特点。两个特点相补充，可以在短时间内有较好的破碎效果。上世纪80年代，美国犹他粉碎中心就研制了第一台超声波粉碎设备。我国超声粉碎方面起步较晚，在矿物加工方面多用于非金属矿的超细粉碎。相较于其他超细碎设备，超声粉碎效率更高，粉碎用时更短，产品粒级更窄，很少会出现过磨等情况。但是超声波粉碎由于自身特性，相较于矿物加工过程中的破碎，超声波粉碎在食品加工、粉末冶金和材料科学的应用更广。

3.2超声波强化浮选

浮选是通过捕收剂选择性的吸附在矿粒表面，改变矿物疏水性的过程。捕收剂选择性的吸附在矿粒表面晶格缺陷，另一端吸附气泡。在浮选过程中，影响回收率的主要因素很多，矿石粒度，矿石性质，矿浆温度矿浆pH等等。超声波在溶液中通过空化效应、力学效应、热效应等一系列作用，对矿浆和浮选药剂有如下作用：（1）改善矿石结构与表面性质。超声产生的空化作用对矿粒表面产生清洗作用。在空化作用下，去除矿石表面与罩面杂质。促进矿粒裂隙发育，使目的矿物更好的暴露出来。增加矿粒与药剂接触几率，增加药剂在矿粒表面的吸附量，提升浮选效果。（2）提高固体颗粒的分散性。超声波的空化作用使颗粒分散，同时颗粒悬浮体在超声振动周期性压缩拉伸的作用下，破坏矿浆中团聚结构，使体系达到分散。不同于化学分散，超声分散不需要额外添加分散剂，在不影响矿浆性质的同时，提高矿粒的分散性。

结语

综上所述，矿物加工与环境保护、医疗、航天航空等多个行业领域都有联系，发展矿物加工工程技术对促进社会经济进步有十分重要作用。但目前矿物加工工程技术还需要进一步进行研发创新和优化升级，所以需要相关人员能够对矿物加工工程技术发展做出全面分析，并不断提高自身的专业能力为发展新技术和新领域提供有利条件，进而为促进社会发展做出有效贡献。

参考文献

［1］胡盛坤．我国矿物加工工程技术发展和研究新领域［J］．建筑工程技术与设计，2018，(15):4378．

［2］张洁净．矿物加工工程技术发展和研究新领域［J］．环球市场，2018，000(012):328．

［3］孟庆鑫．矿物加工工程技术发展和研究［J］．山东工业技术，2018，(13):77．