В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005




НазваниеВ. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005
страница1/14
Дата17.01.2013
Размер2.02 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


Донецький національний технічний університет

Донецьке відділення Наукового Товариства ім. Шевченка


Смирнов В.О., Білецький В.С.


Фізичні та хімічні

основи виробництва

Навчальний посібник



За редакцією В.С. Білецького





Донецьк-2005




УДК 622.7



Смирнов В.О., Білецький В.С. Фізичні та хімічні основи виробництва. Навчальний посібник. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2005. – 148 с.


ISBN 966-7804-90-9


Розглянуті питання виникнення корисних копалин. Викладені фізичні та хімічні основи і технологія процесів збагачення корисних копалин, аґломерації і брикетування продуктів збагачення, коксохімічного і металургійного вироб­ництва. Розглянуті принципові конструкції технологічного обладнання і його принцип дії. Викладені основні положення охорони навколишнього середовища.

Посібник призначено для студентів вузів і технікумів.

Табл. 7, іл. 56, бібл. 12.


УДК 622.7


Рецензенти:

д-р техн. наук, професор В.І.Саранчук,

д-р техн. наук, професор В.Ф.Пожидаєв

к-т техн. наук, доцент Ю.Л.Папушин


Розглянуто на засіданні кафедри “Збагачення корисних копалин”.

Протокол № 4 від 16.04.2005 р.


Затверджено на засіданні Навчально-видавничої ради ДонНТУ.

Протокол № 2 від 28.04.2005 р.


ISBN 966-7804-90-9


© Смирнов В.О., Білецький В.С.

© Макет “Східний видавничий дім”

Зміст

Передмова 5

1 Корисні копалини 7

1.1 Корисні копалини і продукти збагачення 7

1.2 Властивості гірських порід та мінералів, що використовуються

при видобутку і переробці корисних копалин 11

2 Вугілля 21

2.1 Походження вугілля 21

2.2 Властивості вугілля 23

2.3 Показники якості вугілля 29

2.4 Класифікація вугілля 30

3 Залізні руди 35

4 Гірнича промисловість 39

4.1 Галузі гірничої промисловості 39

4.2 Способи розробки родовищ корисних копалин 40

4.2.1 Підземний спосіб розробки родовищ корисних копалин 40

4.2.2 Відкритий спосіб розробки родовищ корисних копалин 42

4.2.3 Свердловинний спосіб розробки родовищ

корисних копалин 43

4.2.4 Підземне вилуговування 44

4.2.5 Підземна виплавка 46

4.2.6 Підземна газифікація і сублімація 47

4.2.7 Підземне розчинення 50

4.2.8 Морський спосіб розробки родовищ корисних копалин 51

5 Первинна переробка корисних копалин 55

5.1 Збагачення корисних копалин 55

5.1.1 Технологічні показники збагачення 56

5.1.2 Підготовчі процеси 58

5.1.3 Збагачувальні процеси 64

5.1.4 Заключні процеси 83

5.2 Брикетування 87

5.3 Обкатування 91

5.4 Аґломерація 94

6 Коксохімічне виробництво 98

6.1 Коксування вугілля 98

6.2 Напівкоксування 101

6.3 Деструктивна гідрогенізація 101

7 Металургійне виробництво 103

7.1 Доменне виробництво 103

7.2 Сталеплавильне виробництво 107

7.2.1 Киснево-конверторний спосіб 108

7.2.2 Мартенівський спосіб 110

7.2.3 Електрометалургія 113

7.3 Прокатне виробництво 115


8 Машинобудування 117

8.1 Розробка технологічного процесу 117

8.2 Виготовлення заготовок 118

8.2.1 Ливарне виробництво 118

8.2.2 Ковальсько-штампувальне виробництво 120

8.2.3 Зварювальне виробництво 122

8.3 Обробка заготовок 126

8.3.1 Обробка металу різанням 126

8.3.2 Металорізальні верстати 127

8.4 Складання машин 131

8.4.1 Сутність складання 131

8.4.2 Види поєднань 131

8.4.3 Види і способи складання машин 132

9 Паливно-енергетичний комплекс 134

9.1 Паливна промисловість 134

9.2 Електроенергетика 136

10 Охорона навколишнього середовища 139

10.1 Вплив людини на природу 139

10.2 Заходи щодо охорони навколишнього середовища 142

10.3 Очищення стічних вод 143

10.4 Рекультивація земель, зайнятих відходами 145

Список рекомендованої літератури 147


ПЕРЕДМОВА


Фізичні та хімічні процеси, їх поєднання з біологічними процесами визначають основу сучасних технологій практично у всіх галузях промисловості. Тому їх вивчення як об’єктів, з якими, так чи інакше, в своїй діяльності буде мати справу майбутній фахівець, є вельми важливою складовою у підготовці бакалаврів та магістрів.

Мета викладання дисципліни “Фізичні та хімічні основи галузевого виробництва” у широкому її розумінні полягає у освоєнні студентами основних фізичних та хімічних законів та властивостей, які визначають розвиток сучасної видобувної та переробної промисловості, металургії, машинобудування, енергетики. Звичайно, у залежності від спеціалізації вищого навчального закладу акценти можуть ставитися на тих, чи інших галузях промисловості.

У цьому курсі ми подаємо основні дані про власне корисні копалини, зокрема, вугілля і залізні руди, на які багата Україна, зосереджуємо увагу на фізичних і хімічних процесах видобутку та первинної переробки мінеральної сировини, коксохімічному та металургійному виробництвах, охороні навколишнього середовища.

Всі зазначені нами галузі знань глибоко вивчають спеціальні науки. Наприклад, закономірності утворення і поширення корисних копалин – геологія, яка у свою чергу поділяється на ряд дисциплін – мінералогію, петрографію, тектоніку, історичну геологію, регіональну геологію, літологію, стра­тиг­рафію. Прикладне значення мають гідро­геологія, інженерна геологія та геологія корисних копалин.

Гірництво включає комплекс наук про освоєння ресурсів надр і первинну переробку корисних копалин. Це система наукових знань про умови залягання родовищ корисних копалин і фізичні явища, що відбуваються в товщі гірських порід при створенні гірничих виробок; про способи і засоби розвідки, видобування і збагачування корисних копалин; про організацію виробництва, яка забезпечує безпечну й економічну розробку родовищ.

Мета гірничих наук – розкриття закономірностей і причинно-наслідкових зв'язків технологій і довкілля, а також створення основ для корінного вдосконалення техніки, технології, організації і економіки гірничого вироб­ництва на базі фундаментальних наук. Об'єкти вивчення гірничих наук: родовища твердих, рідких і газоподібних корисних копалин, гірські породи, що вміщають ці родовища; методи і техніка їх розвідки; технологія і техніка видобутку, збагачення і первинної переробки корисних копалин; будівництво спеціальних підземних і наземних споруд. В гірництві виділяють такі великі напрями: гірничо-геологічний (гірнича геологія, маркшейдерія, нафтова геологія і т.д.), гірничотех­но­логічний (свердловинна, шахт­на, кар’єрна гірнича техноло­гія, фізико-біологічна гірнича технологія тощо), гірничотех­ніч­ний (гірничі машини), гірни­чофізичний (гірнича геомеха­ніка, фізика гірських порід, підземна гідрогазодинаміка і т.д.), збагачення і пер­винна переробка гірничої си­ровини та гірничоекономічний напрямок гірничих наук.

Металургія – наука, техніка і галузь про­мис­ловості, пов’язана з одержанням металів з руд або металовмісних речовин з наданням їм необхідних влас­ти­востей. Розрізняють кольорову і чорну металургію. Важли­вими напрямами металургії є гідрометалургія, пірометалургія, ва­куумна мета­лур­гія, порошкова металургія, електро­ме­талургія, плазмо­ва металургія тощо.

Коксування – переробка природного палива нагрівом до температури 900… 1050°С без доступу повітря для одержання коксу, коксового газу та деяких побічних продуктів. Коксуванню піддають кам’яне вугілля, важкі продукти переробки нафти. В результаті коксування паливо розкладається з утворенням летких продуктів і твердого залишку коксу. Основним цільовим продуктом цього процесу є кокс, який використовується головним чином як відновник і паливо у металургійній промисловості.

Гірничі науки, коксохімія і металургія тісно взаємодіють з фізикою, хімією, біологією, екологією, математикою, еконо­мікою.

Енергетика – галузь господарства, що вивчає й використовує природні енергетичні ресурси з метою вироблення, перетворення, розподілу й споживання енергії. Є теплоенергетика, атомна енергетика, гідроенергетика (ці види в Україні розвинуті найбільше), а також вітро- та геліоенергетика і інш. Машинобудування – комплексна галузь важкої промисловості, підприємства якої виробляють знаряддя праці для економіки. Розвиток машинобудування – одна з головних умов, яка забезпечує сучасний технічний прогрес.

В курсі “Фізичні та хімічні основи галузевого виробництва” стоїть непроста задача інтеґрувати всі зазначені галузі науки і практики, розкрити ті ключові фізичні і хімічні процеси і технічні рішення, створені на їх основі, які в основному визначають сучасний стан і тенденції розвитку ключових галузей економіки.

Ефективність використання корисної копалини залежить головним чином від вмісту в ньому корисного компонента і наявності шкідливих домішок. Корисні копалини, що добуваються, тільки в тих випадках піддаються безпосередній переробці металургійними, хімічними та іншими методами, коли їхня якість відповідає вимогам, що висуваються до даної сировини. Але такі корисні копалини в природі зустрічаються рідко. Вміст корисних компонентів у сировині, що добувається, може складати від часток відсотка (мідь, нікель, кобальт і ін.) до декількох відсотків (свинець, цинк і ін.) і декількох десятків відсотків (залізо, марганець, вугілля і ін.). Безпосередня переробка таких корисних копалин технічно і економічно недоцільна. Тому в більшості випадків корисні копалини піддаються спеціальній переробці з метою їхнього збагачення.


  1. . КОРИСНІ КОПАЛИНИ

Мета розділу: вивчення класифікації і основних ознак корисних копалин та продуктів їх первинної переробки.


    1. КОРИСНІ КОПАЛИНИ І ПРОДУКТИ ЗБАГАЧЕННЯ


Корисними копалинами називаються при­род­ні мінеральні утворення, які за сучасного рівня розвитку техніки можуть використовуватись у господарстві у природному вигляді або після попередньої обробки.

За фізичним станом корисні копалини бувають твердими (руди, нерудні і горючі корисні копалини), рідкими (нафта, мінеральні води) і газоподібними (природні гази). За умовами утворення розрізняють корисні копалини ендогенні (магматичні, пегматитові, карбонатитові, гідротермальні та ін.), екзогенні (роз­сипні, осадові) та метаморфогенні. Бувають корисні копалини органічного і неорганічного походження. За умовами залягання – пластові, жильні та ін. За промисловим використанням виділяють такі групи корисних копалин: металеві (рудні), неметалеві (нерудні), горючі (паливні) й гідромінеральні. Значні скупчення корисних копалин утворюють родовища.

За своїм значенням корисні копалини поділяються на загальнодержавного і місцевого значення. В Україні віднесення корисних копалин до загальнодержавного та місце­вого значен­ня здійснюється Кабінетом Міністрів Ук­раїни за поданням Державного комітету України з геології і використання надр.

Ендогенні корисні копалини – речовини, які утворилися в надрах Землі внаслідок кристалізації, затвердіння магми та діяльності магматичних розчинів. До них належать:

магматичні – мінеральні асоціації, що утворилися внаслідок кристалізації та (або) затвердіння магми як на глибині, всередині земної кори, так і на поверхні після виверження; у залежності від цього виділяють два головних класи магматичних корисних копалин – інтрузивні (глибинні) та ефузивні (виливні);

пегматитові – крупнокристалічні мінеральні комплекси, що утворилися внаслідок кристалізації залишкового магматичного розплаву і які залягають у вигляді лінз, жил, штоків та гнізд;

карбонатитові – карбонатні або силікатно-карбонатні гірські породи; представлені жилами та масами неправильної форми з кальциту, доломіту і інш. карбонатів, що містять рудні мінерали, просторово і генетично асоційовані з глибинними (інтрузивними) утвореннями;

гідротермальні – речовини, які утворюються з гарячих водних (гідротермальних) розчинів, які циркулюють у надрах Землі.

Концентрація цінних мінералів у магмі, що вихолоняє зумовлена різними причинами:

– магма при охолодженні може розпадатися на дві рідини, що не змішуються (процес ліквації, який приводить до виникнення лікваційних родовищ), прикладом є сульфідні мідно-нікелеві руди;

– цінні мінерали при розкристалізації можуть виділитися раніше від інших, зосередитися на дні магматичного резервуара і сформувати поклади ранньомагматичних родовищ (акумулятивних або сегрегаційних родовищ). До них належать деякі родовища руд хрому, титану і заліза. Оригінальними ранньомагматичними утвореннями є трубки кімберлітів Сибіру і Південної Африки, що складаються із застиглої магми ультраосновного складу (кімберліт), що містить кристали алмазів, які виділилися на ранній стадії її охолодження;

– у магмі, багатій газом, при її розкристалізації речовина корисної копалини може сконцентруватися в легкоплавкому залишковому розплаві і при подальшому твердінні утворити пізньомагматичні родовища. Серед них відомі родовища титаномагнетитового типу – гори Качканар на Уралі, хромітів південного Уралу, апатитів Кольського півострова, танталу, ніобію і рідкісноземельних елементів;

– значно рідше родовища виникають у вигляді потоків, що виливаються з жерла вулканів, як напр., потоки сірки вулканів Італії і Японії.

Серед магматичних родовищ найбільш значні родовища руд заліза, титану, ванадію, хрому, платиноїдів, міді, нікелю, кобальту, апатиту, алмазів, ніобію, цирконію і гафнію. Магматичні гірські породи можуть використовуватись як будівельні (туфи, лабрадорити і ін.), абразивні (пемза) і теплоізоляційні (пемза, перліт) матеріали.

Екзогенні корисні копалини – речовини, які утворилися на поверхні Землі або у верхній частині земної кори під впливом процесів вивітрювання – фізичного, хімічного, біогенного руйнування, наприклад, при дії потоків води й живих організмів. Утворюються, зокрема, на дні боліт, озер, рік, морів і океанів. Вони формуються в результаті механічного і біохімічного перетворення та диференціації мінеральних речовин ендогенного походження. Розрізнюють чотири генетичні групи цих копалин: залишкові, інфільтраційні, розсипні і осадові.

Залишкові формуються внаслідок винесення розчинних мінеральних сполук із зони вивітрювання і накопичення важкорозчинного мінерального залишку, що утворює руди заліза, нікелю, марганцю, алюмінію.

Інфільтраційні виникають при осадженні з підземних вод поверхневого походження розчинених в них мінеральних речовин з утворенням покладів руд урану, міді, срібла, золота, сірки самородної.

Розсипні утворюються при накопиченні в пухких відкладах на дні рік і морського узбережжя важких цінних мінералів, до числа яких належать золото, платина, мінерали титану, вольфраму, олова.

Осадові утворюються в процесі осадонакопичення на дні морів і континентальних водоймищ, що формує поклади вугілля, горючих сланців, нафти, горючого газу, солей, фосфоритів, руд заліза, марганцю, бокситів, урану, міді, а також будівельних матеріалів (гравій, пісок, глина, вапняк, цементна сировина).

Сучасні осадові гірські породи утворилися на поверхні літосфери внаслідок вивітрювання та перевідкладення більш давніх порід різного походження, випадіння речовин з розчинів, нагромадження решток рослинних і тваринних організмів та продуктів їх життєдіяльності, вулканічного матеріалу та матеріалу, що надходить з космосу. Породоутворення осадових гірських порід включає таку послідовність основних процесів: седиментація або седиментогенез (накопичення осадів) діагенез (перетворення осадів у гірські породи) → катагенез (зміни осадових порід на глибині поза зоною діагенезу) → метагенез (більш глибокі зміни речовини осадових порід на глибині) → гіпергенез (зміни порід під впливом вивітрювання в приповерхневій зоні земної кори). За характером осадонакопичення осадові родовища поділяють на 4 класи:

– механічні осадові родовища представлені уламковими фракціями осадів, що використовуються в основному як будівельні матеріали (родовища гравію, піску і глин), а також річкові, прибережно-морські і океанічні розсипи золота, платини, алмазів, мінералів олова, титану, вольфраму та ін.;

– хімічні осадові родовища включають родовища солей, гіпсу, ангідриту, боратів, бариту, руд заліза, марганцю, алюмінію (бокситів), а також деяких кольорових і рідкісних металів (мідь, молібден, ванадій, уран), що виникли зі справжніх колоїдних розчинів на дні водойм;

– біохімічні осадові родовища включають родовища горючих газів, нафти, вугілля, фосфоритів, карбонатних і кременистих порід; вони осаджувалися з розчинів при хімічних процесах внаслідок життєдіяльності організмів у водах і на дні водойм;

– вулканогенні осадові родовища виникли з осадів продуктів підводного і прибережного вулканізму; до них належать колчеданні родовища кольорових металів, оксидні родовища руд заліза і марганцю, а також яшм і кварцитів.

Біля 70 % всіх корисних копалин представлені осадовими гірськими породами.

Метаморфогенні гірські породи утворилися внаслідок суттєвої зміни текстури, структури і мінералогічного складу магматичних і осадових порід під дією температури, тиску і хімічних глибинних процесів. Метаморфізм звичайно відбувається при зміні температури в діапазоні 1100 – 300ºС і тискові в діапазоні 1 – 6000 атм. Зміни включають перекристалізацію, мінералогічні і хімічні пере­тво­рення гірських порід.

Так наприклад, при тривалій дії великого тиску і високої температури утворюються різні метаморфічні сланці – хлоритові, глинисті та ін.; при зіткненні з розплавленою масою магматичних порід вапняки перетворюються у мармур. Метаморфічні гірські породи характеризуються зернистою будовою, здебільшого сланцюватою текстурою. З метаморфізмом пов’язані родовища мармуру, корунду, сланців, андалузиту, кіаніту, силіманіту, аргілітів та ін.

Залежно від характеру і призначення цінних компонентів корисні копалини підрозділяють на рудні, нерудні і горючі.

Руди поділяються на металічні і неметалічні. До металічних відносяться руди, що є сировиною для одержання чорних, кольорових, рідісних, дорогоцінних і інших металів (залізні, мідні, уранові і ін.). До неметалічних відносяться руди, що є сировиною для металургійної, хімічної і харчової промисловості (азбестові, графітові, фосфоритові і ін.).

До нерудних корисних копалин належить сировина для виробництва будівельних матеріалів (глина, пісок, гравій, вапняк і ін.).

Горючі корисні копалини представлені вугіллям, торфом, горючими сланцями, нафтою, природним газом, кристалогідратами.

Якість корисних копалин і продуктів збагачення визначається вмістом цінного компонента, домішок, супутніх елементів, а також вологістю і крупністю.

Корисним (цінним) компонентом називають хімічний елемент або природну сполуку, для одержання яких добувається корисна копалина (напр., Fe у залізних рудах, Cu у мідних рудах).

Домішками називають хімічні елементи або природні сполуки, що містяться в корисній копалині у невеликих кількостях. Домішки можуть бути корисними і шкідливими; корисні поліпшують якість цінного компонента, а шкідливі – погіршують (напр., V, W, Mn, Cr – корисні домішки в залізних рудах, а S, P – шкідливі).

Супутніми називають цінні елементи, що містяться в корисній копалині у невеликих кількостях, і їхнє вилучення економічно доцільне тільки тому, що вони добуваються з надр попутно з основним компонентом (напр., благородні метали в поліметалічних рудах). Супутні елементи при збагаченні виділяють або в самостійний продукт, або в колективний продукт з основним цінним компонентом. З колективного продукту супутні елементи вилучають у процесі металургійної або хімічної переробки.

Мінерали, що не містять цінних компонентів, називають порожньою породою. При збагаченні вони разом зі шкідливими домішками направляються у відходи і видаляються у відвал.

У результаті збагачення корисна копалина розділяється на кілька продуктів: концентрат (один або декілька) і відходи. Крім того, у процесі збагачення можуть бути отримані проміжні продукти.

Концентрати – продукти, у яких зосереджена основна кількість цінного компонента. Концентрати в порівнянні зі збагачуваним матеріалом характеризуються значно більш високим вмістом корисних компонентів і більш низьким вмістом порожньої породи і шкідливих домішок.

Відходи – продукти, у яких зосереджена основна кількість порожньої породи, шкідливих домішок і невелика (залишкова) кількість корисних компонентів.

Проміжні продукти (промпродукти) – це механічна суміш зростків з розкритими зернами корисних компонентів і порожньої породи. Промпродукти характеризуються більш низьким у порівнянні з концентратами і більш високим у порівнянні з відходами вмістом корисних компонентів.

Найбільш масовими корисними копалинами, що добуваються з надр, являються вугілля і залізні руди.


    1. ВЛАСТИВОСТІ ГІРСЬКИХ ПОРІД ТА МІНЕРАЛІВ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ПРИ ВИДОБУТКУ І ПЕРЕРОБЦІ КОРИСНИХ КОПАЛИН


Корисні копалини є комплексною сировиною, яка містить поряд з цінними мінералами й породні. Корисні копалини дуже різноманітні і мінливі за хімічним і мінералогічним складом, характером вкраплення, текстурними і структурними особливостями, ступеню окиснення, міцності, дробимості, подрібнюваності, збагачуваності. Відмінності властивостей мінералів використовуються при їх переробці.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ гірських порід – внут­ріш­ні, властиві даній гірській породі особливості, які зумовлюють її відмінність або спільність з іншими гірськими породами і виявляються як реакція на вплив зовнішніх фізичних полів або сере­до­вищ. До базисних фізичних властивостей гірських порід і мінералів належать:

- щільнісні – об’ємна маса, пористість;

- механічні – межа міцності на стиск та розтягнення, модуль поздовжньої пружності (модуль Юнга), коеф. відносних поперечних деформацій (коеф. Пуассона), а також пружність, пластичність, твер­дість, міцність, крихкість, дробимість;

- теплові – ко­ефіцієнт теплопровідності, питома теплоємність, термічне роз­ши­рення;

- електромагнітні – питомий електричний опір, відносна діелектрична проникність, відносна магнітна про­никність, електризація та результати вивчення гірських порід спеціальними методами (ЕПР, ЯМР тощо).

Крім того, до основних фізичних властивостей гірських порід належать хвильові, радіаційні, гідрогазодинамічні влас­тивості. Широкий діапазон значень фізичних властивостей гірських порід пояснюється різноманіттям їх мінерального складу, бу­дови, багатофазністю, а також генезисом.

Густина гірських порід знаходиться в межах 1000 (туфи) - 4700 кг/м3; модуль поздовжньої пружності 5х109 -1,5х1011 Па; коеф. Пуассона 0,15-0,38; межа міцності при стисненні до 5х108 Па; межа міцності при розтягу до 2,0х107 Па; коеф. теплопровідності 0,2 -10 Вт/(м·К); питома теплоємність 0,5-1,5 кДж/кг·К; коеф. лінійного теплового розширення 2х10-6- 4х10-4К-1; питомий електричний опір 10-2-1012 Ом·м; відносносна діелектрична проникність 2-30; магнітна сприйнятливість 10-7-3,0.

В залежності від характеру зв’язків окремих зерен розрізняють такі типи гірських порід:

- п у х к і (роздільно-зернисті) - механічні суміші різних мінералів або зерен одного мінералу, не пов’язаних між собою, напр., пісок, ґравій, галька;

- з в’я з н і (глинисті) – гірські породи з водно-колоїдними зв’язками частинок між собою, напр., глини, суглинки, боксити; їх особливість - висока пластичність при насиченні водою;

- т в е р д і (скельні та напівскельні) - з жорсткими та пружними зв’язками, що мають фізико-хімічну природу, напр., пісковики, ґраніти, діабази, ґнейси. Як об'єкт гірничих розробок гірські породи поділяють на скельні, напівскельні, щільні, м'які, сипучі, зруйновані. За структурою гірські породи поділяють на кристалічні, приховано-кристалічні, склуваті, порфірові, уламкові. За текстурою – масивні, пористі, шаруваті. Характеристики та гірничо-технологічні властивості гірських порід – твердість, міцність, абразивність, тривкість, буримість, висаджуваність (вибуховість), збагачуваність.

ТВЕРДІСТЬ мінералів – властивість чинити опір зовнішньому механічному впливу інш. більш твердого тіла, тобто деформуванню при місцевій силовій дії твер­дих тіл на їх поверхню. Зумовлена головним чином міцністю крис­талічної ґратки (тобто типом структури, природою і си­лою хімічного зв'язку, розміром і зарядом частинок, між­атом­ними відстанями і інш.) і її механічними параметрами (пруж­ністю, пластичністю, крихкістю, наявністю і кіль­кіс­тю дислокацій).

У залежності від методу випробування розрізню­ють твердість дряпання, втиснення, шліфування. Визначається переважно методами Брінелля, Віккерса, Роквелла, Шора або Мооса. Найбільш древнім є спосіб дряпання еталонними міне­ралами шкали Мооса, більш точне визначення твердості дряпанням проводиться з допомогою спеціальних приладів – склерометрів та мік­рот­вердометрів і визначається в кг/мм2. З 40-х рр. ХХ ст. діс­тав поширення метод статичного втиснення алмазної піраміди Віккерса, який Комісія з рудної мікроскопії Міжнародної мінералогічної асоціації визнала основним при діагностиці мінералів (в анш­лі­фах). Метод дає можливість визначати твердість мікроскопіч­но малих виділень діаметром 10-30 мкм, дуже чутливий, має уні­вер­сальну сферу застосування.

У практиці широко застосовується шкала Мооса – десятибальна шкала твердості мінералів, за якою розрізняють десять ступенів твердості. Відносна твердість мінералів за цією шкалою визначається шляхом дряпання мінералу, який досліджується, гострими краями еталонних мінералів (пасивна твердість) або дряпання еталонних мінералів досліджуваним зразком (активна твердість). Еталонами є: 1 – тальк, 2 – ґіпс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц, 8 – топаз, 9 – корунд, 10 – алмаз. Мінерал з більшою твердістю дряпає мінерал з меншою твердістю, тобто кожний наступний мінерал цього ряду здатний дряпати попередній мінерал, але не дряпає наступного за ним, більш твердого. Якщо, напр., ґіпс не залишає подряпини на поверхні мінералу, що досліджується, а кальцит залишає, то його твердість вважають рівною 2,5. Ш.М. використовують для швидкої діагностики мінералів. Визначення твердості за шкалою Мооса зручне в польових умовах.

МІЦНІСТЬ гірських порід – їх влас­тивість в певних умовах, не руйнуючись, сприй­мати впливи механічних навантажень, темпе­ратурних, маг­ніт­них, електричних і інш. полів, нерівномірне протікання фіз.-хім. процесів в різних частинах гірських порід. Розріз­ня­ють такі різновиди міцності мінералів:

- т е о р е т и ч н у обчислену на основі об­ліку сил міжатомного зчеплення (вона відповідає при­близно 1/6 модуля поздовжньої пружності);

- с т а т и ч н у властивість гірських порід сприймати короткочасні наванта­жен­ня, прикладені з постійною швидкістю;

- д и н а м і ч н у властивість гірських порід сприймати, не руйнуючись, динамічне навантаження;

- т р и в а л у ­ міцність гірських порід, що зна­ходяться тривалий час під навантаженням; зменшен­ня міцності породи в результаті збільшення тривалості дії навантаження характеризується коефі­ці­єнтом роз­слаб­лення, що дорівнює відношенню миттєвої межі міцності на стиснення до певного значення тривалої міцності г.п. (для глини цей коеф. дорівнює 1,5, для пісковика – 1,8, бетону – 1,7);

- з а л и ш к о в у рівень несучої здат­ності зруйнованої гірської породи, що дорівнює мінімальним напру­женням при даній величині деформації, які порода вит­ри­мує без подальшого деформування і руйнування;

- е л е к т р и ч н у визначається значен­нями напруги про­бою.

Крім того, розрізняють к о н т а к т н у міцність гірських порід – властивість приповерхневого шару породи протистояти руйнуванню при місцевих контактних діяннях. Остання використовується як критерій руйнівної здатності порід різцями та шарошковим інструментом.

Показниками, що характеризують міцність г.п. для різних випадків, є: границі міцності порід на стис­нення ст, розтягнення р, зсув зс, вигин виг, а також текучості т, повзучості п та інш. Для більшості порід границя міц­ності на розтягнення р не перевищує 20 МПа. Границі міцності порід при зсуві, вигині і інш. видах деформацій завжди менші ст і більші р, але ближчі до останньої. З породотвірних мінералів найбільшу міц­ність має кварц. У нього ст перевищує 500 МПа, у по­льо­вих шпатів, пі­роксенів, авгіту, рогової обманки, олівіну і інш. залі­зисто-магнезійних мінералів ст = 200-500 МПа, у каль­циту ст бл. 20 МПа. У полікристалічних г.п. міцність в основному визначається силами взаємного зчеплення безпо­середньо дотичних між собою зерен і насамперед зале­жить від їх міцності, а також будови. Найбільші значен­ня границі міцності при стисненні мають щільні дрібно­зернисті кварцити і нефрити (500-600 МПа). Значну міцність (більше 350 МПа) мають щільні дрібнозернисті ґраніти, трохи меншу – габро, діабази і грубозернисті ґраніти. Міцність вугілля при стисненні змінюється в залежності від ступеня його мета­морфізму і зольності від 1 МПа (коксівне вугілля) до 35 МПа (антрацити).

АБРАЗИВНІСТЬ гірських порід – здатність гірських порід зношувати тверді тіла, які контактують з ними (деталі машин, бу­ро­вих доліт, інструменти і т.і). Зумовлена в основному міцністю, розмірами і формою мінеральних зерен, що складають породу. Абразивність оцінюють за ступенем зносу штіфтів, стержнів, металевих кілець, які труться об поверхню порід при свердлінні або різанні, а також за ступенем стирання порід абразивними матеріалами.

Часто застосовують емпіричні методи оцінки абразивності. За методикою Л.І.Барона і А.В.Кузнецова, показник А.г.п. визначають як сумарну втрату маси (в мг) стандартного стержня, що обертається (з частотою 400 хв-1), притиснутого до породи, при осьовому навантаженні 150 Н за час випробування (10 хв). Абразивність гірських порід поділяють на вісім класів. Показник абразивності складає для мармуру 400-500 мг, вапняку – 800-900 мг, ґраніту – 1000-2000 мг, кварциту – 2100-2500 мг. Для малоабразивних порід, напр., вугілля (абразивність до 5 мг), показник абразивності визначають шляхом стирання стандартного еталона (при постійному тиску на контакті) об роздроблену пробу матеріалу. Найбільш абразивними є породи, що містять корунд, порфірит, діорит, ґраніт. Абразивність впливає на ефективність буріння, різання, сколювання, черпання гірських порід.

ТРИВКІСТЬ гірських порід – загально­при­й­­няте умовне поняття, яке символізує сукупність меха­ні­ч­них властивостей мінералів, що виявляється в різних технологічних процесах при видобутку і переробці корисних копалин. Тривкість – здатність гірських порід чинити опір руйнуванню під дією зовнішніх сил. Тривкість залежить від твердості, в’язкості, крихкості, пружних властивостей, мінералогічного складу і структури, щіль­ності та кліважу. Тривкість зростає зі збільшенням сил зв'яз­ку між частинками і окремостями гірських порід та вмісту міц­них мінералів в породі і знижується, як правило, при зво­ложенні. За М.М.Протодьяконовим виділено 10 кате­го­рій тривкості. Метод експериментального визначення коеф. тривкості (Ктр), запропонований М.М.Протодьяконовим, ос­но­­ва­ний на відносній оцінці роботи, затраченої на дроб­лення гірської породи вантажем масою 2,4 кг, що вільно падає з вис. 0,6 м.


Класифікація тривкості гірських порід (за М.М. Протодьяконовим)


Категорія

Ступінь

трив­кості породи

Породи


Ктр

І

Найвищий

Кварцити, базальти та ін. винятково міцні по­ро­ди

20

ІІ

Дуже тривкі

породи

Ґраніт, кварцові пор­фі­ри, кре­менистий сла­нець, піско­вики та ва­пняки підвищеної міц­нос­ті, деякі кварцити

15

ІІІ

Тривкі

породи

Ґраніти та ґранітні породи, піс­ковики і вапняки, міцні міне­рали залізних руд

10

ІІІ-а

Тривкі породи

Вапняки, деякі ґраніти (не­міц­ні), пісковики, мармур, доло­міт, колчедани

8

ІV

Досить тривкі породи

Звичайний пісковик, залізисті руди

6

ІV-а

Досить тривкі породи

Піскуваті сланці, сланцеві піс­ковики

5

V

Породи середньої тривкості

Міцний глинистий сланець, не­міцні різновиди пісковику і вапняку, м’який конґломерат

4

V-а

Те саме

Різноманітні неміцні сланці, щіль­ний мергель

3

VI

Досить м’які породи

М’який сланець, дуже м’який вап­няк, крейда, кам’яна сіль, ґіпс, мерзлий ґрунт, антра­цит, зви­чайний мергель, зруй­нований пісковик, кам’янистий ґрунт

2

VI-а

Досить м’які породи

Щебенистий ґрунт, зруйно­ваний сланець, злежалі галька та щебінь, тверде кам’яне ву­гілля, затверділа глина

1,5

VII

М’які породи

Глина (щільна), м’яке кам’яне вугілля, міцні наноси

1,0

VII-а

М’які породи

Легка піскова глина, лес, ґра­вій

0,8

VIII

Землянисті

породи

Чорнозем, торф, легкий суг­ли­нок, сирий пісок

0,6

ІХ

Сипучі породи

Пісок, осипи, дрібний гравій, на­сипна земля, видобуте вугіл­ля

0,5

Х

Пливкі породи

Пливуни, болотистий ґрунт, роз­ріджений лес, розріджено-зволожений ґрунт

0,3
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Похожие:

В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconСтефанович білецький список друкованих праць І наукова біографія Донецьк-2005
В брошурі висвітлені основні етапи життя, виробничої, наукової та громадської діяльності відомого вченого в області гірничих наук...
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconНавчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”
Викладено теоретичний матеріал та розглянуті приклади задач щодо визначення вибухопожежонебезпечних параметрів горючих речовин. Приведено...
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра
Будова зливку спокійної сталі. Методи покращення властивостей сталей. Обробка синтетичними шлаками. Електрошлаковий переплав. Алюміній....
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconКнига: Відходи виробництва
Відходи виробництва І споживання та їх вплив на ґрунти І природні води : Навчальний посібник / За ред. В. К. Хільчевського. – К.:...
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconІ. Теоретичні основи аналітичної хімії
Результати аналізу дають можливість встановити хімічні формули синтетичних І природних сполук, оцінити відповідність різноманітних...
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хнамг 2010
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України. 2-е видання
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хдамг 2002
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconМеханізмів І машин навчальний посібник 2010
Рекомендовано Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconЗбірник наукових праць (навчальний посібник) За загальною редакцією кандидата наук з державного управління Валентина Михайловича Петрика Київ 2005
Рецензенти: доктор філософських наук, професор Ю. С. Вілков; доктор філософських наук, професор В. В. Остроухов; кандидат філософських...
В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005 iconДипломатичне представництво: організація І форми работи: навчальний посібник
Порівняльне право Європи: Основи порівняльного правознавства. Європейські традиції
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница