球磨机精确化装补球方法

1、球磨机精确化装补球方法段希祥,周平,潘新潮(昆明理工大学,昆明,650093摘要:用球径精确化理论改进现有选厂球磨机的装补球方法。新的装补球方法提高了磨机生产率及选别指标,并降低了球耗和电耗。工业试验证明,新方法效果显著且简单易行。关键词:选矿工程;球磨机;装补球方法;精确化装补球方法中图分类号:TD92114;TD952文献标识码:A 文章编号:1001-0211(200403-0075-04收稿日期:2003-03-03作者简介:段希祥(1941-,男,云南弥勒县人,教授,博士生导师,主要从事磨矿理论及工艺方面的研究。众所周知,磨矿对选厂的技术经济指标有重大影响,而磨矿过程是靠磨内的磨矿介

2、质完成的,因此,选矿工作者对球磨机的装补球方法曾做过大量的研究。然而,由于影响球磨机过程的因素错综复杂,至今仍难以找到一个效果显著又简单易行的装补球方法。总结过去的研究,结合磨矿技术的现状,研究新的装补球方法是磨矿技术发展的需要。1装补球方法的现状与存在的问题111装补球方法的现状从19世纪末叶磨矿机进入工业化生产以来,磨矿生产实践已经历了100多年,积累了丰富的磨矿经验。然而,磨矿的理论研究却落后于生产实践,即使研究最深入的钢球抛落运动状态,理论成果与生产实际也存在较大偏差,难以指导生产实际工程计算。因此,磨矿中碰到的各类问题,包括装补球问题,只有通过试验解决。在多年的磨矿实践中,选矿工作者

3、在球磨机的装补球方法上作过许多试验研究1,解决了不少实际问题。球磨机的装补球方法以原苏联研究得最多也最系统,20世纪40年代原苏联的选矿工作者研究出合理平衡装球法。50年代初,我国从东北地区开始,曾掀起推广合理平衡装球的热潮,普遍取得了提高磨机生产率10%左右的显著效果2。直到六七十年代,还有厂矿进行合理平衡装球的工业试验。但是,由于此方法过程繁琐,试验工作量大,试验周期也长,加上取得的效果不太显著,因此,风行一时以后也就停用了。认识上的误区也影响到装补球方法的应用,有观点认为大球磨小,小球磨了,加一种大球就行了等等。现行的球磨机装补球方法多种多样,有些选矿厂球磨机球径及配比不合理、磨矿效率不

4、高、钢材消耗高、磨矿产品质量不好,进而影响选别效率。112简单装补球方法生产实践表明,多种球的磨矿效果比单种球好。一种解释是大矿块要用大球打,细矿粒要用小球磨,磨机给矿中有粗细不等的矿粒,故要用多种球来磨。另一种解释是小球充填于大球空隙中间,增强了磨矿效果。但由于补加球是定期地连续补加,故即使定期只补加一种大球,由于磨损的原因也会使先后加入的球按顺序形成一个自然的大小配比。初装球无论是加一种大球,或是加多种混合球,经历一段时间后初装球必然因磨损而自然消失,因此,磨内的球荷组成终究是由补加球形成的。这样,就出现了初装球时装多种球及补加时加一种大球的简单装补方法1。这种方法简单,初装球的尺寸及种类

5、可凭经验或经验公式计算,生产管理上也简化及方便,这一优点也可能是这种方法得以生存的原因。但是,这种方法针对性很差,与待磨物料的性质不相适应,加上球径过大,磨矿效率低,钢材消耗大,用差的磨矿及选别效果来换得磨机操作上的装补球方法简单实在不合算,特别是在市场经济条件下的今天更不可取。为实现企业效益最大化,在磨机装补球上应多采取点措施,以获得好的磨矿效果及选别指标。单纯补加一种大球在技术上是十分不合理的。按照戴维斯的钢球磨损假说,球的磨损速度与质量成正比,由此可推得单纯补加一种直径D m 的大球时,磨至直径D 时磨内大于D 的球荷粒度特性方程第56卷第3期2004年8月有色金属Nonferrous

6、Metals Vol 156,No 13August 2004式由式(1所示3。Z =1001-(D/D m 3(1独补加<75mm 球与同时补加4种球<75<50<40<30=35252020时,磨损平衡后在磨内形成的球荷粒度特性曲线,如图1所示。式(1是立方抛物线方程,即定期补加一种大球形成的球荷粒度特性曲线是一条凸曲线,表明磨内大球严重偏多。而补加规格不同的4种球(合理装球时,虽然每种球形成的也是凸曲线,但由4小段凸曲线构成的综合曲线比单一种球形成的凸曲线要好得多,更适合于对角线(虚线分布。一般来说,磨机新给矿加返砂的给矿曲线是凹曲线,居于对角线以下。因此,

7、合理装球的球荷特性更适合磨机给矿特性的要求,而单补加一种大球形成的球荷,大球严重偏多 。图1单独补加一种大球及同时补加四种混合球时形成的球荷粒度特性曲线Fig.1Forming size constituent characteristic curveunder only a big ball and 4size balls生产实践证实,单独加一种大球时磨内大球严重偏多。对云南某选厂一台115m ×310m 格子球磨机所作的清球结果显示,磨机装球时装多种球(<100<80<60=603010加权平均为90mm ,补加球时只补加一种<100mm 大球,磨机运转两

8、个月,磨内形成的球荷特性如表1所示。从表1可见,球荷加权平均直径为80mm ,太大了,因为待磨物料的最大粒度只有16mm ,而加权平均粒度也不过为4mm 。球径过大存在较大的危害。同样装载量下球的个数少,磨机每转的打击次数少,球荷研磨面积小,因而生产率低。同时,产品不均匀化程度加大,过粗及过细的粒级增多,还有球耗增大,对衬板的磨损加剧。另外,大球在磨内的滑动使同样装载量下装大球的单位电耗提高。因此,单纯补加一种大球的装补球方法在技术上无可取之处。表1只补加<100mm 球时形成的球荷粒度组成特性Table 1Ball size constituent characteristic wit

9、honly <100mm ball addition直径/mm 95±90±80±70±60±合计1613913158100100加权平均球径/mm80113合理平衡装补球方法由原苏联选矿工作者提出的合理平衡装补球方法,针对性强也比较完善。我国选矿专业的碎矿与磨矿教科书上系统地介绍了此种方法4。67有色金属第56卷验程序,也可能找到一种更好的装补球方法。2选矿对磨矿的要求在选矿厂中,磨矿是为选别准备入选物料的,选别要求磨矿产品中矿物的单体解离度高,过粗的磨不细级别要少,过粉碎的微粒级别要少,中间易选粒级要多,也即产品粒度较均匀。磨矿使矿物

10、单体解离及使粒度适合选别,这两个任务中塔加尔特规定前者是第一位的,后者是第二位的1。因此,选别前的磨矿属于以解离矿物为首要目的的解离性磨矿。现代磨矿技术发展中,提出针对不同矿石性质采用不同的磨矿工艺,并认为现代矿石准备流程的主要发展趋势,应在磨矿过程中增加矿物解离的选择性5-6,以争取在最小能耗下获得最大的矿物选择性解离7。选矿厂中的动力及钢材消耗中磨矿占的比重较大,要降低磨矿成本,磨矿过程必须节能降耗。磨机是选矿厂中噪音最大的设备,而且车间的噪音常常超过100dB,超过工业卫生的规定,故要求磨矿应该降低噪音水平。球径过大时,打击力过大,矿粒虽然破碎了,但多为贯穿性破碎,破碎沿力的最大方向进行

11、,因此,粒度虽然磨细了,但属机械性的破碎,单体解离度不高,连生体较多。因此,球径过大时难以满足解离性磨矿的要求。另外,球径过大时,产品粒度不均匀,过粗的及过粉碎的均多,产品粒度不均匀,也难于满足选别的要求。球径过大也是球耗高、衬板寿命短及电耗高的根源之一。因此,合理平衡装补球方法,因为难以使球径精确,满足不了要求。从矿石力学性质分析,矿石是力学不均匀体,矿石中各种矿物相互结合的相界面是力学脆弱面,相界面上的结合力大约只是内部质点结合力的75%。当矿块受破碎力作用时,受力精确时矿物首先沿结合力弱的相界面发生断裂,出现了选择性解离现象,故破碎力精确时磨矿产品的单体解离度高,而且破碎力精确时磨矿产品

12、的粒度较均匀,过粗及过粉碎的级别均少,中间易选级别的产率高8。而破碎力的大小实际是由钢球的大小决定,只有球径精确了,破碎力才精确,才能实现入选矿石质量好、目的矿物回收率和精矿品位高的目标,磨机噪音也才会有所降低。然而,靠目前国内外常见的一些经验球径公式是难以实现球径精确的,因为那些经验公式中,考虑了少数磨矿的影响因素,计算结果偏差较大。欧美各国目前广泛应用的是阿里斯查尔默斯公司(D b=F/K m1/2(S s W i/C s D1/21/3及诺克斯洛德公司的球径公式(D b=FW i/(C s K m(S s/D1/21/21/2。这两个公式虽也为经验公式,但考虑了矿石的力学强度、给矿粒度、

13、磨机转速及直径等重要因素,考虑比较全面,计算结果也较精确9。但这两个公式在我国应用不太方便,我国多数厂矿只有矿石的普氏硬度系数f的资料,而无功指数W i 的资料,公式中的给矿粒度是80%的过筛粒度,我国多用95%的过筛粒度,两种粒度虽可换算10,但毕竞麻烦一些。加之,公式中的修正系数是在国外磨机较大的情况下总结出来的,对磨机直径较小的我国磨机计算球径,也可能有不适合之处。鉴于此,从我国的实际情况出发,利用矿石破碎力学原理及戴维斯钢球运动理论,推导出适合我国国情的球径半理论公式(D b=015224K/(2-6压/(10D01/3d11-12,经验证,该公式的计算结果比国内外任何一球径公式都精确

14、,球径半理论公式的提出及运用,为磨机内球径精确化铺平了道路。3精确化装补球方法只有精确化的装补球方法才能满足选矿厂对磨矿的要求,而球径半理论公式的提出为球径的精确化提供了方法。总结分析简单装补球方法及合理平衡装补球方法的优缺点,择其优点,弃其缺点,提出精确化装补球的新方法,其要点如下:(1针对特定矿石进行筛析,确定待磨矿石的粒度组成特性,按粒度大小进行多级分组;(2分析特定矿石抗破碎性能,用球径半理论公式计算各组矿粒所需的精确球径;(3根据待磨物料粒级组成特性用破碎统计力学原理指导配球,以求得最大破碎概率为原则进行各种钢球的配比,或者根据磨矿中存在的问题要加速某些粒级的磨碎速度而进行特殊配球,

15、完成初装球配比;(4装补球计算一次完成,既然初装球比例认为是适合物料粒度特性的,而且配比是科学的,就以其作为补球计算的依据进行补球计算,减少一次清球及简化补球计算,减少补球种类,补加23种即可。此方法保留了合理平衡装补球法针对性强的优点,克服了球径不精确的弊病,综合了简单补球及合理补球两种方法。在球径确定这个大方面上是精确的,而在补球计算中则又是粗放的,便于生产中推广应用,但存在一些小的不精确性,因此,此方法是大精确而小粗放,结果必然是效果既显著而又便于推77第3期段希祥等:球磨机精确化装补球方法广应用。曾在几个厂矿做过精确化装补球新方法的工业试验,取得了比合理平衡装补球法更显著的效果,主要表

16、现在:(1在给排矿粒度不变下,提高磨机生产率10%15%;(2在磨矿细度不变的情况下提高矿物的单体解离度56个百分点;(3在选矿条件不变下提高回收率13个百分点,精矿品位同时提高;(4在钢球材质不变时,降低球耗10% 20%;(5装球不变,减少磨机功率3%5%;(6降低磨机噪音5dB以上;(7延长衬板寿命约30%。可以说,精确化装补球方法的应用全面改善了磨矿及选别过程,是一种推广前景很好的装补球方法。以云南某小选厂为例,原来采用简单装补球方法,初装球时也装45种尺寸的钢球,但补加时只补加一种大球。生产上反应出的问题是磨矿产品细度不够,-74m只能达6568%,达不到70%的要求,而返砂过大,返

17、砂比达700%左右。采用精确化装补球方法取代原来的简单装补球方法后,经过3个月的测定及生产统计,取得显著效果。(1磨机生产能力显著提高,在产品中-74m细度提高4122个百分点的同时还提高处理量417%,单位容积生产率提高13132%。(2磨矿产品粒度特性有所改善,分级溢流中+74m及-10m减少3152个百分点,粒度均匀性提高,分级的质效率及量效率均提高10个百分点以上。(3磨矿循环有所改善,返砂比由过大的700%左右降至450%左右。(4磨矿产品中镍矿物及铜矿物的单体解离度提高58个百分点。(5镍的回收率提高2118个百分点,精矿镍品位提高013个百分点,铜精矿中铜金属含量提高3109个百

18、分点。(6钢球单耗下降16103%,衬板磨损明显减轻。(7磨机电耗下降2173%,单位矿量电耗下降11175%。精确化装补球制度在该厂得以应用并坚持下来。理论分析及实践验证说明,精确化装补球方法从我国实际情况出发,吸收了过去装补球的经验教训,以创新的球径精确技术为核心,具有十分显著的磨矿效果及选别效果,因而,是一种值得大力推广应用的新的装补球方法。参考文献:1塔加尔特A F1选矿手册1第二卷第二分册M1冶金部选矿研究院译1北京:冶金工业出版社,1959:63-9312崔巍1球磨机的合理平衡装球M1北京:冶金工业出版社,195913安德烈耶夫C E,茨维列维奇B B,别洛夫B A1有用矿物的破碎

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