1、球磨機精確化裝補球方法段希祥,周平,潘新潮(昆明理工大學,昆明,650093摘要:用球徑精確化理論改進現(xiàn)有選廠球磨機的裝補球方法。新的裝補球方法提高了磨機生產(chǎn)率及選別指標,并降低了球耗和電耗。工業(yè)試驗證明,新方法效果顯著且簡單易行。關鍵詞:選礦工程;球磨機;裝補球方法;精確化裝補球方法中圖分類號:TD92114;TD952文獻標識碼:A 文章編號:1001-0211(200403-0075-04收稿日期:2003-03-03作者簡介:段希祥(1941-,男,云南彌勒縣人,教授,博士生導師,主要從事磨礦理論及工藝方面的研究。眾所周知,磨礦對選廠的技術經(jīng)濟指標有重大影響,而磨礦過程是靠磨內(nèi)的磨礦介

2、質(zhì)完成的,因此,選礦工作者對球磨機的裝補球方法曾做過大量的研究。然而,由于影響球磨機過程的因素錯綜復雜,至今仍難以找到一個效果顯著又簡單易行的裝補球方法。總結過去的研究,結合磨礦技術的現(xiàn)狀,研究新的裝補球方法是磨礦技術發(fā)展的需要。1裝補球方法的現(xiàn)狀與存在的問題111裝補球方法的現(xiàn)狀從19世紀末葉磨礦機進入工業(yè)化生產(chǎn)以來,磨礦生產(chǎn)實踐已經(jīng)歷了100多年,積累了豐富的磨礦經(jīng)驗。然而,磨礦的理論研究卻落后于生產(chǎn)實踐,即使研究最深入的鋼球拋落運動狀態(tài),理論成果與生產(chǎn)實際也存在較大偏差,難以指導生產(chǎn)實際工程計算。因此,磨礦中碰到的各類問題,包括裝補球問題,只有通過試驗解決。在多年的磨礦實踐中,選礦工作者

3、在球磨機的裝補球方法上作過許多試驗研究1,解決了不少實際問題。球磨機的裝補球方法以原蘇聯(lián)研究得最多也最系統(tǒng),20世紀40年代原蘇聯(lián)的選礦工作者研究出合理平衡裝球法。50年代初,我國從東北地區(qū)開始,曾掀起推廣合理平衡裝球的熱潮,普遍取得了提高磨機生產(chǎn)率10%左右的顯著效果2。直到六七十年代,還有廠礦進行合理平衡裝球的工業(yè)試驗。但是,由于此方法過程繁瑣,試驗工作量大,試驗周期也長,加上取得的效果不太顯著,因此,風行一時以后也就停用了。認識上的誤區(qū)也影響到裝補球方法的應用,有觀點認為大球磨小,小球磨了,加一種大球就行了等等。現(xiàn)行的球磨機裝補球方法多種多樣,有些選礦廠球磨機球徑及配比不合理、磨礦效率不

4、高、鋼材消耗高、磨礦產(chǎn)品質(zhì)量不好,進而影響選別效率。112簡單裝補球方法生產(chǎn)實踐表明,多種球的磨礦效果比單種球好。一種解釋是大礦塊要用大球打,細礦粒要用小球磨,磨機給礦中有粗細不等的礦粒,故要用多種球來磨。另一種解釋是小球充填于大球空隙中間,增強了磨礦效果。但由于補加球是定期地連續(xù)補加,故即使定期只補加一種大球,由于磨損的原因也會使先后加入的球按順序形成一個自然的大小配比。初裝球無論是加一種大球,或是加多種混合球,經(jīng)歷一段時間后初裝球必然因磨損而自然消失,因此,磨內(nèi)的球荷組成終究是由補加球形成的。這樣,就出現(xiàn)了初裝球時裝多種球及補加時加一種大球的簡單裝補方法1。這種方法簡單,初裝球的尺寸及種類

5、可憑經(jīng)驗或經(jīng)驗公式計算,生產(chǎn)管理上也簡化及方便,這一優(yōu)點也可能是這種方法得以生存的原因。但是,這種方法針對性很差,與待磨物料的性質(zhì)不相適應,加上球徑過大,磨礦效率低,鋼材消耗大,用差的磨礦及選別效果來換得磨機操作上的裝補球方法簡單實在不合算,特別是在市場經(jīng)濟條件下的今天更不可取。為實現(xiàn)企業(yè)效益最大化,在磨機裝補球上應多采取點措施,以獲得好的磨礦效果及選別指標。單純補加一種大球在技術上是十分不合理的。按照戴維斯的鋼球磨損假說,球的磨損速度與質(zhì)量成正比,由此可推得單純補加一種直徑D m 的大球時,磨至直徑D 時磨內(nèi)大于D 的球荷粒度特性方程第56卷第3期2004年8月有色金屬Nonferrous

6、Metals Vol 156,No 13August 2004式由式(1所示3。Z =1001-(D/D m 3(1獨補加<75mm 球與同時補加4種球<75<50<40<30=35252020時,磨損平衡后在磨內(nèi)形成的球荷粒度特性曲線,如圖1所示。式(1是立方拋物線方程,即定期補加一種大球形成的球荷粒度特性曲線是一條凸曲線,表明磨內(nèi)大球嚴重偏多。而補加規(guī)格不同的4種球(合理裝球時,雖然每種球形成的也是凸曲線,但由4小段凸曲線構成的綜合曲線比單一種球形成的凸曲線要好得多,更適合于對角線(虛線分布。一般來說,磨機新給礦加返砂的給礦曲線是凹曲線,居于對角線以下。因此,

7、合理裝球的球荷特性更適合磨機給礦特性的要求,而單補加一種大球形成的球荷,大球嚴重偏多 。圖1單獨補加一種大球及同時補加四種混合球時形成的球荷粒度特性曲線Fig.1Forming size constituent characteristic curveunder only a big ball and 4size balls生產(chǎn)實踐證實,單獨加一種大球時磨內(nèi)大球嚴重偏多。對云南某選廠一臺115m ×310m 格子球磨機所作的清球結果顯示,磨機裝球時裝多種球(<100<80<60=603010加權平均為90mm ,補加球時只補加一種<100mm 大球,磨機運轉(zhuǎn)兩

8、個月,磨內(nèi)形成的球荷特性如表1所示。從表1可見,球荷加權平均直徑為80mm ,太大了,因為待磨物料的最大粒度只有16mm ,而加權平均粒度也不過為4mm 。球徑過大存在較大的危害。同樣裝載量下球的個數(shù)少,磨機每轉(zhuǎn)的打擊次數(shù)少,球荷研磨面積小,因而生產(chǎn)率低。同時,產(chǎn)品不均勻化程度加大,過粗及過細的粒級增多,還有球耗增大,對襯板的磨損加劇。另外,大球在磨內(nèi)的滑動使同樣裝載量下裝大球的單位電耗提高。因此,單純補加一種大球的裝補球方法在技術上無可取之處。表1只補加<100mm 球時形成的球荷粒度組成特性Table 1Ball size constituent characteristic wit

9、honly <100mm ball addition直徑/mm 95±90±80±70±60±合計1613913158100100加權平均球徑/mm80113合理平衡裝補球方法由原蘇聯(lián)選礦工作者提出的合理平衡裝補球方法,針對性強也比較完善。我國選礦專業(yè)的碎礦與磨礦教科書上系統(tǒng)地介紹了此種方法4。67有色金屬第56卷驗程序,也可能找到一種更好的裝補球方法。2選礦對磨礦的要求在選礦廠中,磨礦是為選別準備入選物料的,選別要求磨礦產(chǎn)品中礦物的單體解離度高,過粗的磨不細級別要少,過粉碎的微粒級別要少,中間易選粒級要多,也即產(chǎn)品粒度較均勻。磨礦使礦物

10、單體解離及使粒度適合選別,這兩個任務中塔加爾特規(guī)定前者是第一位的,后者是第二位的1。因此,選別前的磨礦屬于以解離礦物為首要目的的解離性磨礦。現(xiàn)代磨礦技術發(fā)展中,提出針對不同礦石性質(zhì)采用不同的磨礦工藝,并認為現(xiàn)代礦石準備流程的主要發(fā)展趨勢,應在磨礦過程中增加礦物解離的選擇性5-6,以爭取在最小能耗下獲得最大的礦物選擇性解離7。選礦廠中的動力及鋼材消耗中磨礦占的比重較大,要降低磨礦成本,磨礦過程必須節(jié)能降耗。磨機是選礦廠中噪音最大的設備,而且車間的噪音常常超過100dB,超過工業(yè)衛(wèi)生的規(guī)定,故要求磨礦應該降低噪音水平。球徑過大時,打擊力過大,礦粒雖然破碎了,但多為貫穿性破碎,破碎沿力的最大方向進行

11、,因此,粒度雖然磨細了,但屬機械性的破碎,單體解離度不高,連生體較多。因此,球徑過大時難以滿足解離性磨礦的要求。另外,球徑過大時,產(chǎn)品粒度不均勻,過粗的及過粉碎的均多,產(chǎn)品粒度不均勻,也難于滿足選別的要求。球徑過大也是球耗高、襯板壽命短及電耗高的根源之一。因此,合理平衡裝補球方法,因為難以使球徑精確,滿足不了要求。從礦石力學性質(zhì)分析,礦石是力學不均勻體,礦石中各種礦物相互結合的相界面是力學脆弱面,相界面上的結合力大約只是內(nèi)部質(zhì)點結合力的75%。當?shù)V塊受破碎力作用時,受力精確時礦物首先沿結合力弱的相界面發(fā)生斷裂,出現(xiàn)了選擇性解離現(xiàn)象,故破碎力精確時磨礦產(chǎn)品的單體解離度高,而且破碎力精確時磨礦產(chǎn)品

12、的粒度較均勻,過粗及過粉碎的級別均少,中間易選級別的產(chǎn)率高8。而破碎力的大小實際是由鋼球的大小決定,只有球徑精確了,破碎力才精確,才能實現(xiàn)入選礦石質(zhì)量好、目的礦物回收率和精礦品位高的目標,磨機噪音也才會有所降低。然而,靠目前國內(nèi)外常見的一些經(jīng)驗球徑公式是難以實現(xiàn)球徑精確的,因為那些經(jīng)驗公式中,考慮了少數(shù)磨礦的影響因素,計算結果偏差較大。歐美各國目前廣泛應用的是阿里斯查爾默斯公司(D b=F/K m1/2(S s W i/C s D1/21/3及諾克斯洛德公司的球徑公式(D b=FW i/(C s K m(S s/D1/21/21/2。這兩個公式雖也為經(jīng)驗公式,但考慮了礦石的力學強度、給礦粒度、

13、磨機轉(zhuǎn)速及直徑等重要因素,考慮比較全面,計算結果也較精確9。但這兩個公式在我國應用不太方便,我國多數(shù)廠礦只有礦石的普氏硬度系數(shù)f的資料,而無功指數(shù)W i 的資料,公式中的給礦粒度是80%的過篩粒度,我國多用95%的過篩粒度,兩種粒度雖可換算10,但畢競麻煩一些。加之,公式中的修正系數(shù)是在國外磨機較大的情況下總結出來的,對磨機直徑較小的我國磨機計算球徑,也可能有不適合之處。鑒于此,從我國的實際情況出發(fā),利用礦石破碎力學原理及戴維斯鋼球運動理論,推導出適合我國國情的球徑半理論公式(D b=015224K/(2-6壓/(10D01/3d11-12,經(jīng)驗證,該公式的計算結果比國內(nèi)外任何一球徑公式都精確

14、,球徑半理論公式的提出及運用,為磨機內(nèi)球徑精確化鋪平了道路。3精確化裝補球方法只有精確化的裝補球方法才能滿足選礦廠對磨礦的要求,而球徑半理論公式的提出為球徑的精確化提供了方法。總結分析簡單裝補球方法及合理平衡裝補球方法的優(yōu)缺點,擇其優(yōu)點,棄其缺點,提出精確化裝補球的新方法,其要點如下:(1針對特定礦石進行篩析,確定待磨礦石的粒度組成特性,按粒度大小進行多級分組;(2分析特定礦石抗破碎性能,用球徑半理論公式計算各組礦粒所需的精確球徑;(3根據(jù)待磨物料粒級組成特性用破碎統(tǒng)計力學原理指導配球,以求得最大破碎概率為原則進行各種鋼球的配比,或者根據(jù)磨礦中存在的問題要加速某些粒級的磨碎速度而進行特殊配球,

15、完成初裝球配比;(4裝補球計算一次完成,既然初裝球比例認為是適合物料粒度特性的,而且配比是科學的,就以其作為補球計算的依據(jù)進行補球計算,減少一次清球及簡化補球計算,減少補球種類,補加23種即可。此方法保留了合理平衡裝補球法針對性強的優(yōu)點,克服了球徑不精確的弊病,綜合了簡單補球及合理補球兩種方法。在球徑確定這個大方面上是精確的,而在補球計算中則又是粗放的,便于生產(chǎn)中推廣應用,但存在一些小的不精確性,因此,此方法是大精確而小粗放,結果必然是效果既顯著而又便于推77第3期段希祥等:球磨機精確化裝補球方法廣應用。曾在幾個廠礦做過精確化裝補球新方法的工業(yè)試驗,取得了比合理平衡裝補球法更顯著的效果,主要表

16、現(xiàn)在:(1在給排礦粒度不變下,提高磨機生產(chǎn)率10%15%;(2在磨礦細度不變的情況下提高礦物的單體解離度56個百分點;(3在選礦條件不變下提高回收率13個百分點,精礦品位同時提高;(4在鋼球材質(zhì)不變時,降低球耗10% 20%;(5裝球不變,減少磨機功率3%5%;(6降低磨機噪音5dB以上;(7延長襯板壽命約30%。可以說,精確化裝補球方法的應用全面改善了磨礦及選別過程,是一種推廣前景很好的裝補球方法。以云南某小選廠為例,原來采用簡單裝補球方法,初裝球時也裝45種尺寸的鋼球,但補加時只補加一種大球。生產(chǎn)上反應出的問題是磨礦產(chǎn)品細度不夠,-74m只能達6568%,達不到70%的要求,而返砂過大,返

17、砂比達700%左右。采用精確化裝補球方法取代原來的簡單裝補球方法后,經(jīng)過3個月的測定及生產(chǎn)統(tǒng)計,取得顯著效果。(1磨機生產(chǎn)能力顯著提高,在產(chǎn)品中-74m細度提高4122個百分點的同時還提高處理量417%,單位容積生產(chǎn)率提高13132%。(2磨礦產(chǎn)品粒度特性有所改善,分級溢流中+74m及-10m減少3152個百分點,粒度均勻性提高,分級的質(zhì)效率及量效率均提高10個百分點以上。(3磨礦循環(huán)有所改善,返砂比由過大的700%左右降至450%左右。(4磨礦產(chǎn)品中鎳礦物及銅礦物的單體解離度提高58個百分點。(5鎳的回收率提高2118個百分點,精礦鎳品位提高013個百分點,銅精礦中銅金屬含量提高3109個百

18、分點。(6鋼球單耗下降16103%,襯板磨損明顯減輕。(7磨機電耗下降2173%,單位礦量電耗下降11175%。精確化裝補球制度在該廠得以應用并堅持下來。理論分析及實踐驗證說明,精確化裝補球方法從我國實際情況出發(fā),吸收了過去裝補球的經(jīng)驗教訓,以創(chuàng)新的球徑精確技術為核心,具有十分顯著的磨礦效果及選別效果,因而,是一種值得大力推廣應用的新的裝補球方法。參考文獻:1塔加爾特A F1選礦手冊1第二卷第二分冊M1冶金部選礦研究院譯1北京:冶金工業(yè)出版社,1959:63-9312崔巍1球磨機的合理平衡裝球M1北京:冶金工業(yè)出版社,195913安德烈耶夫C E,茨維列維奇B B,別洛夫B A1有用礦物的破碎

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