(NLN), đại lượng vật lý để chỉ công cơ học cần thiết tác dụng vào vật liệu cần nghiền, làm cho vật liệu vỡ ra. NLN phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc tính cơ lý của vật liệu cần nghiền (kích thước, hình dáng, độ ẩm, độ bền của vật liệu nghiền, các yêu cầu về độ mịn và sự phân bố trong sản phẩm nghiền), đặc tính kỹ thuật của máy, thiết bị nghiền, chất trợ nghiền, phụ gia khi nghiền, sơ đồ công nghệ của công đoạn nghiền.

Nền tảng của quá trình nghiền chính là quá trình nén cục vật liệu không chuẩn. Khi lực nén tăng lên, cục vật liệu bị nén lại và biến dạng làm ứng lực (x. Ứng lực) trong cục tăng lên, Quá trình này tiêu thụ năng lượng từ ngoài cấp vào. Nếu ứng lực ở một điểm nào đó vượt quá ứng lực phá huỷ của vật liệu thì vết nứt sẽ xuất hiện. Năng lượng của trạng thái ứng lực tạo thành vết nứt sẽ biến thành công trong quá trình mở rộng vết nứt và làm cho cục bị vỡ ra thành các cục có kích thước nhỏ hơn. Nói khác đi khi đó vật liệu được nghiền nhỏ. Năng lượng cần thiết để tạo ra vết nứt đầu tiên là năng lượng chủ yếu cần phải tiêu hao cho quá trình nghiền. Các nghiên cứu lý thuyết về NLN thường được thể hiện dưới dạng định luật nghiền.

1. Định luật nghiền phẳng, được P.Rittinger nêu ra từ năm 1867 theo đó khi nghiền, cục vật liệu được nghiền sẽ tạo ra những bề mặt mới. Về mặt cơ học, để tách được một nhóm phần tử này thành nhóm phần tử khác của cục vật liệu, phải tạo ra được năng lượng đủ lớn từ bên ngoài để thắng được lực liên kết phân tử trên bề mặt của chúng. Năng lượng này được gọi là “năng lượng bề mặt của vật rắn”. Đặc trưng cho từng công đoạn nghiền là mức độ nghiền in là tỷ số giữa kích thước trung bình của các cục vật liệu trước khi nghiền Dtb và của các cục vật liệu sau khi nghiền dtb hoặc kích thước lớn nhất của cục vật liệu trước khi nghiền Dmax và kích thước lớn nhất của cục vật liệu sau khi nghiền dmax, .

Quy luật quan hệ giữa công và số bề mặt tạo ra trong quá trình nghiền được phát biểu thành một định luật như sau: “Công tiêu hao khi nghiền vật liệu tỷ lệ với diện tích bề mặt mới tạo ra trong quá trình nghiền”. Biểu thức biểu thị quan hệ giữa công nghiền An và khối lượng vật liệu cần nghiền Q như sau: , trong đó: ; Dtb - Kích thước trung bình cục vật liệu trước khi nghiền; r – Khối lượng thể tích của vật liệu bị nghiền; s - Ứng suất bề mặt vật liệu nghiền; là công nghiền cần thiết để tạo ra một đơn vị bề mặt mới của cục vật liệu.

Nhược điểm chính của thuyết nghiền này là không có các chỉ dẫn tin cậy để xác định hệ số k1; thuyết này rất thích hợp cho quá trình nghiền mịn. Thực nghiệm trên máy nghiền bi cho thấy để nhận được độ mịn cao, năng lượng riêng cần tiêu hao là rất lớn trong khi lượng bề mặt mới được tạo thêm ngày càng ít đi. Điều này khá phù hợp với thực tế vì độ mịn càng cao thì nó cũng không tăng đáng kể dù có kéo dài thời gian nghiền, năng lượng nghiền bị hao phí khá lớn ở những dạng khác. Định luật nghiền P. Rittinger chỉ thích hợp trong một giới hạn nhất định và thường vật liệu nghiền có tỷ diện không vượt quá 2500 cm2/g. Với nghiền siêu mịn định luật này không được áp dụng.

2. Định luật nghiền thể tích (cg. định luật nghiền Ph.Kik) được thiết lập năm 1885 trên cơ sở nghiên cứu sự phá huỷ vật liệu nghiền bằng lực nén. Khi tăng lực nén ứng suất tăng làm biến dạng của vật liệu tăng. Khi ứng suất vượt giá trị giới hạn, vật liệu nghiền sẽ bị phá huỷ. Sự phá huỷ của vật liệu nghiền được giả thuyết phù hợp với lý thuyết đàn hồi. Định luật nghiền thể tích được viết dưới dạng sau: ; trong đó: A - Công tiêu hao cho quá trình nghiền; với: k2- hằng số, E- Môđun đàn hồi; ∆V - Biến dạng thể tích của cục vật liệu nghiền.

3. Định luật nghiền Ph.Bond: Quá trình nghiền liệu là quá trình hết sức phức tạp, trong đó vật liệu nghiền chịu nhiều tác động khác nhau như: ép vỡ, uốn vỡ, miết vỡ… Cả hai định luật nêu trên mới chỉ đề cập đến từng phần riêng lẻ của quá trình nghiền vì vậy việc ứng dụng chúng thường chỉ đúng cho một loại vật liệu nghiền cụ thể nào đó. Phân tích đặc điểm vừa nêu, năm 1951 Ph.Bond đã đưa ra nguyên lý xác định năng lượng riêng An tiêu hao trong quá trình nghiền như sau: ; trong đó Dtb, – Kích thước trung bình của cục vật liệu trước nghiền; - Chỉ số được xác định bằng thực nghiệm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Đoàn Tài Ngọ (chủ biên), Nguyễn Thiệu Xuân, Trần Văn Tuấn, Nguyễn Thị Thanh Mai, Nguyễn Kiếm Anh, Máy sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng, Nxb. Xây dựng, Hà Nội, 2000.

2. Trần Quang Quý (chủ biên), Nguyễn Văn Vịnh, Nguyễn Bính, Máy và thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng, Nxb. Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2001.

3. Vũ Liêm Chính Chủ biên), Nguyễn Kiếm Anh, Nguyễn Thị Thanh Mai, Đoàn Tài Ngọ, Trần Văn Tuấn, Nguyễn Thiệu Xuân, Máy và thiết bị sản xuất vật liệu và cấu kiện xây dựng, Nxb. Xây dựng, Hà Nội, 2013.