球团理论与工艺造球理论课件

2造球理论造球（balling）又叫滚动成型，是细磨物料在造球设备中被水润湿并在机械力及毛细力作用下的连续过程。生球质量与：造球工艺过程、原料的物理化学性质和准备方法等有关。各种物料的成球性能取决于：①物料表面性质；②与水的亲和能力。2造球理论2.1物料的表面性质

液体的表面性质（1）液体的表面层、表面能和表面张力液面下厚度约等于分子作用半径的一层液体，叫表面层。不平衡力场表面层内分子比液体内部所具有的更大的位能，称作表面能。2造球理论

液体的表面性质（1）液体的表面层、表面能和表面张力不平衡力场液体具有尽可能缩小其表面的趋势，液体表面就好像一拉紧了的弹性膜，处在沿着表面的使表面有收缩倾向的张力作用下，这种力称作表面张力。2造球理论（2）弯曲液面下的附加压强水平液面的表面张力也是水平的弯曲液膜有取平面的趋势：凸膜变平的趋势对下层的液体施以压力；凹膜变平的趋势对下层的液体起着拉伸的作用；

液体的表面性质2造球理论（2）弯曲液面下的附加压强弯曲液面对液体内部都施以附加压强，凸面为正，凹面为负。（2-4）（2-3）2造球理论

液体和固体的作用（1）润湿现象由于液体分子与固体分子之间的相互引力大于或小于液体分子之间的相互引力，同一种液体，能润湿某些固体的表面，而不能润湿另一些固体的表面。附着力是两种不同物质接触部分的相互吸引力。内聚力又叫粘聚力，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力。2造球理论

液体和固体的作用（1）润湿现象在液体和固体接触处，厚度等于分子作用半径的一薄层液体叫附着层。附着力<内聚力附着力>内聚力平衡时位能最小原理特点：不具备分级作用，需与网筛构成闭路，筛下料返回造球。各种物料的成球性能取决于：仅有吸附水，物料尚不能成球。由于吸附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时才能变为蒸汽。成球过程中毛细水起主导作用。在保证生球达到要求尺寸的前提下，应使母球的生成速度与生球的长大速度达到平衡。进一步润湿，则出现了饱和毛细水，这时达到了最大毛细水含量。已经形成的球，由于冲击或碰撞而破裂成碎片。圆筒造球机的筒体内装有与筒壁平行的刮刀，在筒体的前段设有喷水装置（亦可喷入液状的造球所需的粘结剂，以增强生球的强度）。吸附水的特性及作用重力水：饱和水，对成球不利。在液体和固体接触处，液体表面的切面和固体表面所成的角称为接触角。1）改善物料的亲水性和比表面积；造球物料的水分应控制在略低于适宜造球的水分，造球时补加少量水，以控制母球的形成和生球的长大。粘土状细磨物料（~1.所需料量相当于排出的生球量。（3）成球时间

滚动成球的时间，与对球团矿粒度的要求，以及原料成球的难易有关。毛细水的特性及作用它是在重力和压力差的作用下能移动的自由水。核的形成是造球过程的第一步，核的强度及长大速度都将影响生球产质量。2造球理论

液体和固体的作用（1）润湿现象润湿：①附着层的伸张力向上②表面张力与表面相切，一分力向下③形成凹形液面不润湿：①附着层的收缩力向下②表面张力与表面相切，一分力向上③形成凸形液面2造球理论

液体和固体的作用（1）润湿现象在液体和固体接触处，液体表面的切面和固体表面所成的角称为接触角。完全润湿润湿不润湿完全不润湿2造球理论

液体和固体的作用（2）毛细现象浸润液体在毛细管里升高的现象和不浸润液体在毛细管里降低的现象，叫做毛细现象。管径小于2mm的管子叫毛细管。（2-5）（2-6）Julen公式管子越细，液体上升高度越高凹液面附加压强为负，液面上升高度为正；凸液面附加压强为正，液面上升高度为负2造球理论

细磨物料的表面特性细磨物料特点：分散度和比表面积较大较大表面能表面电性荷负电：方解石、石英、膨润土、金属、金属硫化物等荷正电：氢氧化铁、氢氧化铝2造球理论2.2水分在细磨物料中的形态及作用

水分子的构造与性质水分子具有偶极子构造可与具有某种电荷的其他物体相缔合形成瞬时复合体造球过程中水的形态吸附水、薄膜水、毛细水2造球理论2.2水分在细磨物料中的形态及作用

吸附水的特性及作用在静电引力作用下被吸附在固体颗粒的表面的水分子叫做吸附水。吸附水层的厚度在2～8nm之间。由于吸附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时才能变为蒸汽。2造球理论

吸附水的特性及作用仅有吸附水，物料尚不能成球。吸附水的密度大于1g/cm3，不导电，不结冰，又称为固态水。砂粒状细磨物料（0.1-1.0mm），呈散粒状态粘土状细磨物料（~1.0µm），呈坚硬固体状态仅含吸附水时，2造球理论

薄膜水的特性及作用薄膜水是由形成吸附水以后剩余的未被平衡的分子力所吸引的分子水层；分为强结合水和弱结合水。（1）强结合水最接近固相表面的薄膜水称为强结合水，一般仅相当于几个水分子的厚度；结合水具有固态和液态水的双重性质；即自身重力作用下不能运动，施加外力作用下，才能够流动和变形。2造球理论

薄膜水的特性及作用矿粒具有强结合水时，为牢固状态，无塑性。移动方向与重力无关，速度远慢于普通水，冰点小于零度。最大分子水=吸附水+强结合水。2造球理论

薄膜水的特性及作用（2）弱结合水是薄膜水外缘部分的水，性质接近自由水。受电分子引力的吸引，具有粘滞性。薄膜水由于受静电力和分子力的作用，水分子排列紧密，具有很大粘滞性，使相邻的矿粉颗粒不容易发生相对移动。2造球理论

薄膜水的特性及作用（2）弱结合水当矿粉颗粒相距很近时，可以形成公共的水化膜（图中阴影部分），使颗粒彼此粘结，这就是细磨物料成球后具有一定机械强度的原因。物料达到最大分子结合水以后，在外力作用下表现出可塑性，这时成球过程才能开始。原料成球性差，造球时间也会延长。对母球长大起主导作用的是聚结和成层机理。与造球机工艺参数有关。造球盘的倾角较大时，要求较高的圆周速度，使盘内物料滚动次数增加，有利于提高生球的产量和增加它的强度。就给水点来说，在成核区，给水位置应在给料位置的下方。结合水具有固态和液态水的双重性质；（3）原料的粒度与粒度组成原料水分对于成球影响很大。荷负电：方解石、石英、膨润土、金属、金属硫化物等由于液体分子与固体分子之间的相互引力大于或小于液体分子之间的相互引力，同一种液体，能润湿某些固体的表面，而不能润湿另一些固体的表面。3细磨物料的成球过程吸附水的特性及作用特点：不具备分级作用，需与网筛构成闭路，筛下料返回造球。所需料量相当于排出的生球量。继续增加水，以及毛细水表面张力或外力作用，使颗粒靠拢，于是在它们之间形成了蜂窝状毛细水，这时毛细水在颗粒之间开始连接起来，可以迁移。主要的自然力是毛细压力。颗粒表面亲水性愈高，固相与液相界面的接触角愈小，颗粒容易被水润湿，薄膜水和毛细水含量高，毛细水的迁移速度也高，从而成球性好。在正常生产条件下，需经常维持原料水分略低于生球的适宜水分。荷负电：方解石、石英、膨润土、金属、金属硫化物等影响成球的力：自然力和机械力。造球盘的倾角较大时，要求较高的圆周速度，使盘内物料滚动次数增加，有利于提高生球的产量和增加它的强度。2造球理论

毛细水的特性及作用当物料润湿到超过薄膜水时，水分开始充填在物料颗粒之间的空隙中，形成毛细水。毛细水是靠水的表面张力形成的，在矿粉颗粒的空隙中形成弯曲的液面，产生毛细压力。2造球理论

毛细水的特性及作用在毛细压力和外力的作用下，水滴周围的矿粉颗粒被拉向水滴的中心，形成小球。因此，物料的亲水性越强，颗粒越细，排列越紧密，毛细力的作用越大，成球速度也越快。成球过程中毛细水起主导作用。2造球理论

毛细水的特性及作用当矿粉被水润湿超过薄膜水时，在颗粒之间出现了毛细水，开始出现的叫做触点状毛细水，它使颗粒连系起来。继续增加水，以及毛细水表面张力或外力作用，使颗粒靠拢，于是在它们之间形成了蜂窝状毛细水，这时毛细水在颗粒之间开始连接起来，可以迁移。进一步润湿，则出现了饱和毛细水，这时达到了最大毛细水含量。2造球理论

毛细水的特性及作用

精矿粉成球，毛细水起主导作用，最适宜的含水量介于触点状和蜂窝状毛细水之间。精矿粉成球速度决定于毛细水的迁移速度。亲水性强的物料，可使毛细水迁移速度加快。2造球理论2.2水分在细磨物料中的形态及作用

重力水的特性及作用由于重力总是向下的，因此重力水总是向下运动。由于重力水对矿粒有浮力作用，故对成球不利。当矿粉完全被水饱和时，还存在重力水。它是在重力和压力差的作用下能移动的自由水。所以，只有当水分处于毛细水含量范围以内时，对矿粉成球才有实际意义。2造球理论2.2水分在细磨物料中的形态及作用

四种形态水的作用吸附水：是无效水，呈固态水性质；薄膜水：增加球团机械强度，呈粘滞性；可提高生球强度，可使物料呈现塑性；毛细水：起主导作用，使颗粒成核；重力水：饱和水，对成球不利。2造球理论2.3细磨物料的成球过程

成球机理生球的强度靠自然力将矿粒维持在一起，决定着矿粒的尺寸、表面电荷、结晶构造、添加剂等。主要的自然力是毛细压力。影响成球的力：自然力和机械力。还需借助机械力使润湿颗粒接触，即在造球设备中，以滚动、转动、挤压等方式使物料作机械运动而形成生球。2造球理论

成球机理在机械力的作用下粒子互相靠紧，由于粒子间的毛细作用，而聚集成核。（1）成核机理是任何新球形成必不可少的过程。核的形成是造球过程的第一步，核的强度及长大速度都将影响生球产质量。已经形成的球，因表层水分不足或粘附不牢，在磨剥过程中被磨损。（6）磨损机理（7）磨剥转移机理一定数量的原料从一个球转移到另外一个球上。不存在交换。已经形成的球核，在滚动过程中聚集新料，而逐渐长大。（2）成层机理（3）聚结机理几个小球核连结在一起，称为聚结。可以是两个或多个核聚结，长大速度大于成层，生球尺寸范围较宽。已经形成的球核又被压碎。增加粘结剂可改善。（4）粉碎机理（5）破损机理已经形成的球，由于冲击或碰撞而破裂成碎片。与造球机工艺参数有关。对母球长大起主导作用的是聚结和成层机理。

成球机理2造球理论

成球阶段成核阶段：薄膜水围绕松散细磨物料，通过降低总的气液界面而成核，触点状+蜂窝状连接使母球中空气减少。母球仍是多孔状，由固-液-气三相组成，强度不高。润湿/毛细力起主导作用

包括：成核阶段、过渡阶段和长大阶段。2造球理论

成球阶段过渡阶段：母球彼此碰撞，饱和毛细水使空隙逐渐减小，形成毛细管连接。润湿/毛细力和机械力起主导作用

小球密度增加，仍具较大塑性，粒度范围宽。长大阶段：①间断造球以成核和聚结机理为主导；②连续造球以成层机理为主。机械力起主导作用

循环负荷在100%以上，有时高达400%。044mm≥60%-80%，比表面积1500-1900cm2/g2水分在细磨物料中的形态及作用吸附水的特性及作用四种形态水的作用当矿粉颗粒相距很近时，可以形成公共的水化膜（图中阴影部分），使颗粒彼此粘结，这就是细磨物料成球后具有一定机械强度的原因。边高影响造球盘的充填率，造球机的边高大，细磨物料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒→母球→大料球，大料球位于表面和圆盘的边缘。（3）原料的粒度与粒度组成5m的大型造球盘边高600～650mm，（1）液体的表面层、表面能和表面张力表面层内分子比液体内部所具有的更大的位能，称作表面能。细磨物料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒→母球→大料球，大料球位于表面和圆盘的边缘。（1）液体的表面层、表面能和表面张力特点：不同粒径的球粒分别沿各自不同的轨道运行，按大小分级，排出尺寸合格的生球。几个小球核连结在一起，称为聚结。这样，在造球机转动过程中有一部分未参加造球的散料就会被带至“紧密区”，吸收生球表面的多余水分。（1）圆盘的直径大小不等，但倾斜角度一般在45º～50º之间。铁矿石亲水性（从弱到强）：薄膜水的特性及作用造球盘的倾角较大时，要求较高的圆周速度，使盘内物料滚动次数增加，有利于提高生球的产量和增加它的强度。原料水分对于成球影响很大。薄膜水的特性及作用液体和固体的作用由于重力总是向下的，因此重力水总是向下运动。倾角小，在给料不变的条件下，物料在造球盘中停留时间长，有利于提高生球的强度。可提高生球强度，可使物料呈现塑性；（1）液体的表面层、表面能和表面张力1）改善物料的亲水性和比表面积；由于重力总是向下的，因此重力水总是向下运动。①间断造球以成核和聚结机理为主导；毛细水的特性及作用①间断造球以成核和聚结机理为主导；5m的大型造球盘边高600～650mm，由于吸附水和矿粒之间是靠分子吸引力结合的，因此被牢牢吸附在颗粒表面，不能自由转移，只有在烘干时才能变为蒸汽。（2）倾角固定时，造球盘的速度可在一定范围内调节，以造球盘的周边切线速度计，经常保持在1.造球原料的自然性质中，以颗粒表面的亲水性、颗粒形状，对其成球性影响最大。仅有吸附水，物料尚不能成球。液体和固体的作用液体和固体的作用（1）液体的表面层、表面能和表面张力在毛细压力和外力的作用下，水滴周围的矿粉颗粒被拉向水滴的中心，形成小球。2造球理论2.4造球机

圆盘造球机盘上装有喷水管及刮料板等装置。细磨物料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒→母球→大料球，大料球位于表面和圆盘的边缘。因此，当总给料量大于圆盘的填充量时，大颗粒的合格生球即自盘内排出。2造球理论

圆盘造球机特点：不同粒径的球粒分别沿各自不同的轨道运行，按大小分级，排出尺寸合格的生球。所需料量相当于排出的生球量。2造球理论

圆筒造球机圆筒造球机的筒体内装有与筒壁平行的刮刀，在筒体的前段设有喷水装置（亦可喷入液状的造球所需的粘结剂，以增强生球的强度）。从筒壁上刮下的物料大部分已粘结称成块，在圆筒中翻滚，很快就成球，加速了造球的作用。由于刮刀从筒壁上刮下的料块度和水分都不均匀，尽管造球的时间相等，但生球的粒径不够均匀。2造球理论

圆筒造球机特点：不具备分级作用，需与网筛构成闭路，筛下料返回造球。循环负荷在100%以上，有时高达400%。2造球理论2.5影响造球的因素

原料影响精矿成球的因素很多，概括起来，可分为两类，一是原料的性质，二是造球工艺条件。（1）原料的自然性质造球原料的自然性质中，以颗粒表面的亲水性、颗粒形状，对其成球性影响最大。颗粒表面亲水性愈高，固相与液相界面的接触角愈小，颗粒容易被水润湿，薄膜水和毛细水含量高，毛细水的迁移速度也高，从而成球性好。铁矿石亲水性（从弱到强）：磁铁矿赤铁矿菱铁矿褐铁矿>>>>>>>>>2造球理论

原料（2）原料的水分原料水分对于成球影响很大。对于不同的原料，生球有不同的适宜水分。

①若原料含水过低，虽然在造球时可以洒水补充，但成球速度慢，生产率降低，而且往往由于洒水不均匀，使生球脆弱。

②如果原料含水过高，会给造球带来极大困难，使生球粒度不均匀，相互粘结、形成大块。在这种情况下，必须将原料预先干燥，降低其水分。在正常生产条件下，需经常维持原料水分略低于生球的适宜水分。2造球理论

原料（3）原料的粒度与粒度组成原料具有适宜的粒度组成，可使颗粒排列紧密，毛细管平均直径缩小，颗粒之间的结合力增大。-0.074mm≥80%-90%，-0.044mm≥60%-80%，比表面积1500-1900cm2/g粒度过细的不利影响：

毛细管直径愈小，水在颗粒间的迁移速度下降，从而使成球速度降低。

2造球理论

原料（4）添加剂的影响在造球原料中配加某些添加剂，可以改善物料的成球性。

1）改善物料的亲水性和比表面积；2）改善物料颗粒间的连结，增加生球机械强度。2造球理论2.5影响造球的因素

工艺条件造球工艺对成球的影响可以概括为操作与设备两方面。（1）加水方法造球物料的水分应控制在略低于适宜造球的水分，造球时补加少量水，以控制母球的形成和生球的长大。补加水的大部分以滴状加在成核区，以形成母球，少部分以雾状喷淋在生球成长区，帮助母球迅速长大。就给水点来说，在成核区，给水位置应在给料位置的下方。在生球长大区，则相反，给水位置应在给料位置的上方。

工艺操作滴水成球，雾水长大，无水紧密2造球理论2.5影响造球的因素

工艺条件（2）加料方法

加料的方式必须兼顾生成母球和母球长大，要防止形成过多的母球。原料加在“成核区”和“长球区”。这样，在造球机转动过程中有一部分未参加造球的散料就会被带至“紧密区”，吸收生球表面的多余水分。在保证生球达到要求尺寸的前提下，应使母球的生成速度与生球的长大速度达到平衡。工艺操作2造球理论2.5影响造球的因素

工艺条件（3）成球时间

滚动成球的时间，与对球团矿粒度的要求，以及原料成球的难易有关。球团矿的粒度大，要较长的造球时间；原料成球性差，造球时间也会延长。一般的规律是：延长造球时间，有利于提高生球的强度，特别对于粒度很细的原料，更须要较长的造球时间，才能使生球具有更高的强度。工艺操作2造球理论2.5影响造球的因素设备影响（1）圆盘的直径大小不等，但倾斜角度一般在45º～50º之间。（2）倾角固定时，造球盘的速度可在一定范围内调节，以造球盘的周边切线速度计，经常保持在1.0～2.0m/s之间。

工艺条件如果周速过小或周速过大？2造球理论设备影响（2）周速过小，物料上升不到圆盘的上部区域，一方面造球盘的面积得不到充分利用，另一方面生球在盘内滚动获得的位能低，因而滚动时动能小，球与球相互碰撞得机械作用力小，因而成球慢，生球的强度低。若周速过大，由于离心力作用，物料抛向边缘，跟随造球盘旋转，中心出现无料区，滚动成球的作用受到破坏，甚至无法成球。造球盘的倾角较大时，要求较高的圆周速度，使盘内物料滚动次数增加，有利于提高生球的产量和增加它的强度。

工艺条件2造球理论设备影响（3）造球盘的边高与其直径有关，直径5.5m的大型造球盘边高600～650mm，边高影响造球盘的充填率，造球机的边高大，倾角小，在给料不变的条件下，物料在造球盘中停留时间长，有利于提高生球的强度。

工艺条件2造球理论设备影响（4）刮料板的位置也很重要，它将粘在造球盘上的物料刮下，保持适当的底料厚度，避免粘料过多，加重驱动马达的负荷。此外刮料板还起疏导料流的作用，使成核区和长大区分开，以便于控制生球的成长。

工艺条件原料成球性差，造球时间也会延长。毛细管直径愈小，水在颗粒间的迁移速度下降，从而使成球速度降低。薄膜水由于受静电力和分子力的作用，水分子排列紧密，具有很大粘滞性，使相邻的矿粉颗粒不容易发生相对移动。移动方向与重力无关，速度远慢于普通水，特点：不同粒径的球粒分别沿各自不同的轨道运行，按大小分级，排出尺寸合格的生球。表面层内分子比液体内部所具有的更大的位能，称作表面能。1）改善物料的亲水性和比表面积；主要的自然力是毛细压力。荷负电：方解石、石英、膨润土、金属、金属硫化物等表面层内分子比液体内部所具有的更大的位能，称作表面能。（3）造球盘的边高与其直径有关，直径毛细水的特性及作用润湿/毛细力和机械力起主导作用毛细水的特性及作用分为强结合水和弱结合水。粘土状细磨物料（~1.若周速过大，由于离心力作用，物料抛向边缘，跟随造球盘旋转，中心出现无料区，滚动成球的作用受到破坏，甚至无法成球。3细磨物料的成球过程粘土状细磨物料（~1.细磨物料加进盘内被水湿润后，不断翻滚形成料粒→母球→大料球，大料球位于表面和圆盘的边缘。（3）原料的粒度与粒度组成核的形成是造球过程的第一步，核的强度及长大速度都将影响生球产质量。2造球理论

液体和固体的作用（1）润湿现象润湿：①附着层的伸张力向上②表面张力与表面相切，一分力向下③形成凹形液面不润湿：①附着层的收缩力向下②表面张力与表面相切，一分力向上③形成凸形液面2造球理论

液体和固体的作用（1）润湿现象在液体和固体接触处，液体表面的切面和固体表面所成的角称为接触角。完全润湿润湿不润湿完全不润湿2造球理论

细磨物料的表面特性细磨物料特点：分散度和比表面积较大较大表面能表面电性荷负电：方解石、石英、膨润土、金属、金属硫化物等荷正电：氢氧化铁、氢氧化铝2造球理论

吸附水的特性及作用仅有吸附水，物料尚不能成球。吸附水的密度大于1g/cm3，不导电，不结冰，又称为固态水。砂粒状细磨物料（0.1-1.0mm），呈散粒状态粘土状细磨物料（~1.0µm），呈坚硬固体状态仅含吸附水时，2造球理论

薄膜水的特性及作用（2）弱结合水当矿粉颗粒相距很近时，可以形成公共的水化膜（图中阴影部分），使颗粒彼此粘结，这就是细磨物料成球后具有一定机械强度的原因。物料达