球團理論與工藝造球理論

1、1會計學球團理論與工藝造球理論球團理論與工藝造球理論 造球（balling）又叫滾動成型，是細磨物料在造球設備中被水潤濕并在機械力及毛細力作用下的連續(xù)過程。 生球質(zhì)量與：造球工藝過程、原料的物理化學性質(zhì)和準備方法等有關。 各種物料的成球性能取決于： 物料表面性質(zhì)；與水的親和能力。2.1 物料的表面性質(zhì) 液體的表面性質(zhì) （1） 液體的表面層、表面能和表面張力液面下厚度約等于分子作用半徑的一層液體，叫表面層。不平衡力場表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部所具有的更大的位能，稱作表面能。 液體的表面性質(zhì) （1） 液體的表面層、表面能和表面張力不平衡力場液體具有盡可能縮小其表面的趨勢，液體表面就好像一拉緊了的彈性膜

2、，處在沿著表面的使表面有收縮傾向的張力作用下，這種力稱作表面張力。Lf （2） 彎曲液面下的附加壓強水平液面的表面張力也是水平的彎曲液膜有取平面的趨勢：凸膜變平的趨勢對下層的液體施以壓力；凹膜變平的趨勢對下層的液體起著拉伸的作用； 液體的表面性質(zhì) （2） 彎曲液面下的附加壓強彎曲液面對液體內(nèi)部都施以附加壓強，凸面為正，凹面為負。）（附2111RRPRP2附（2-4）（2-3） 液體和固體的作用 （1） 潤濕現(xiàn)象由于液體分子與固體分子之間的相互引力大于或小于液體分子之間的相互引力，同一種液體，能潤濕某些固體的表面，而不能潤濕另一些固體的表面。附著力是兩種不同物質(zhì)接觸部分的相互吸引力。 內(nèi)聚力又叫

3、粘聚力，是在同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力。 液體和固體的作用 （1） 潤濕現(xiàn)象在液體和固體接觸處，厚度等于分子作用半徑的一薄層液體叫附著層。附著力內(nèi)聚力平衡時位能最小原理 液體和固體的作用 （1） 潤濕現(xiàn)象潤濕：附著層的伸張力向上表面張力與表面相切，一分力向下形成凹形液面不潤濕：附著層的收縮力向下表面張力與表面相切，一分力向上形成凸形液面 液體和固體的作用 （1） 潤濕現(xiàn)象在液體和固體接觸處，液體表面的切面和固體表面所成的角稱為接觸角。完全潤濕潤濕不潤濕完全不潤濕 液體和固體的作用 （2） 毛細現(xiàn)象浸潤液體在毛細管里升高的現(xiàn)象和不浸潤液體在毛細管里降低的現(xiàn)象，叫做毛細現(xiàn)象。管徑小于2

4、mm的管子叫毛細管。ghRP2附（2-5）cosrR grhcos2（2-6）Julen公式管子越細，液體上升高度越高凹液面附加壓強為負，液面上升高度為正；凸液面附加壓強為正，液面上升高度為負 細磨物料的表面特性細磨物料特點：分散度和比表面積較大較大表面能表面電性荷負電：方解石、石英、膨潤土、金屬、金屬硫化物等荷正電：氫氧化鐵、氫氧化鋁2.2 水分在細磨物料中的形態(tài)及作用 水分子的構造與性質(zhì)水分子具有偶極子構造可與具有某種電荷的其他物體相締合形成瞬時復合體造球過程中水的形態(tài)吸附水、薄膜水、毛細水2.2 水分在細磨物料中的形態(tài)及作用 吸附水的特性及作用在靜電引力作用下被吸附在固體顆粒的表面的水分

5、子叫做吸附水。吸附水層的厚度在28nm之間。由于吸附水和礦粒之間是靠分子吸引力結合的，因此被牢牢吸附在顆粒表面，不能自由轉(zhuǎn)移，只有在烘干時才能變?yōu)檎羝?吸附水的特性及作用僅有吸附水，物料尚不能成球。吸附水的密度大于1g/cm3，不導電，不結冰，又稱為固態(tài)水。砂粒狀細磨物料（0.1-1.0mm），呈散粒狀態(tài)粘土狀細磨物料（1.0m），呈堅硬固體狀態(tài)僅含吸附水時， 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層；分為強結合水和弱結合水。（1）強結合水 最接近固相表面的薄膜水稱為強結合水，一般僅相當于幾個水分子的厚度； 結合水具有固態(tài)和液態(tài)水的雙重性質(zhì)；即自身重

6、力作用下不能運動，施加外力作用下，才能夠流動和變形。 薄膜水的特性及作用礦粒具有強結合水時，為牢固狀態(tài)，無塑性。移動方向與重力無關，速度遠慢于普通水，冰點小于零度。最大分子水=吸附水+強結合水。 薄膜水的特性及作用（2）弱結合水 是薄膜水外緣部分的水，性質(zhì)接近自由水。受電分子引力的吸引，具有粘滯性。 薄膜水由于受靜電力和分子力的作用，水分子排列緊密，具有很大粘滯性，使相鄰的礦粉顆粒不容易發(fā)生相對移動。 薄膜水的特性及作用（2）弱結合水當?shù)V粉顆粒相距很近時，可以形成公共的水化膜（圖中陰影部分），使顆粒彼此粘結，這就是細磨物料成球后具有一定機械強度的原因。物料達到最大分子結合水以后，在外力作用下表

7、現(xiàn)出可塑性，這時成球過程才能開始。 毛細水的特性及作用當物料潤濕到超過薄膜水時，水分開始充填在物料顆粒之間的空隙中，形成毛細水。毛細水是靠水的表面張力形成的，在礦粉顆粒的空隙中形成彎曲的液面，產(chǎn)生毛細壓力。 毛細水的特性及作用在毛細壓力和外力的作用下，水滴周圍的礦粉顆粒被拉向水滴的中心，形成小球。因此，物料的親水性越強，顆粒越細，排列越緊密，毛細力的作用越大，成球速度也越快。成球過程中毛細水起主導作用。 毛細水的特性及作用當?shù)V粉被水潤濕超過薄膜水時，在顆粒之間出現(xiàn)了毛細水，開始出現(xiàn)的叫做觸點狀毛細水，它使顆粒連系起來。繼續(xù)增加水，以及毛細水表面張力或外力作用，使顆粒靠攏，于是在它們之間形成了蜂

8、窩狀毛細水，這時毛細水在顆粒之間開始連接起來，可以遷移。進一步潤濕，則出現(xiàn)了飽和毛細水，這時達到了最大毛細水含量。 毛細水的特性及作用 精礦粉成球，毛細水起主導作用，最適宜的含水量介于觸點狀和蜂窩狀毛細水之間。 精礦粉成球速度決定于毛細水的遷移速度。 親水性強的物料，可使毛細水遷移速度加快。 2.2 水分在細磨物料中的形態(tài)及作用 重力水的特性及作用由于重力總是向下的，因此重力水總是向下運動。由于重力水對礦粒有浮力作用，故對成球不利。當?shù)V粉完全被水飽和時，還存在重力水。它是在重力和壓力差的作用下能移動的自由水。所以，只有當水分處于毛細水含量范圍以內(nèi)時，對礦粉成球才有實際意義。2.2 水分在細磨物

9、料中的形態(tài)及作用 四種形態(tài)水的作用吸附水：是無效水，呈固態(tài)水性質(zhì)；薄膜水：增加球團機械強度，呈粘滯性；可提高生球強度，可使物料呈現(xiàn)塑性；毛細水：起主導作用，使顆粒成核；重力水：飽和水，對成球不利。2.3 細磨物料的成球過程 成球機理生球的強度靠自然力將礦粒維持在一起，決定著礦粒的尺寸、表面電荷、結晶構造、添加劑等。主要的自然力是毛細壓力。影響成球的力：自然力和機械力。還需借助機械力使?jié)櫇耦w粒接觸，即在造球設備中，以滾動、轉(zhuǎn)動、擠壓等方式使物料作機械運動而形成生球。 成球機理在機械力的作用下粒子互相靠緊，由于粒子間的毛細作用，而聚集成核。（1）成核機理是任何新球形成必不可少的過程。核的形成是造球

10、過程的第一步，核的強度及長大速度都將影響生球產(chǎn)質(zhì)量。已經(jīng)形成的球，因表層水分不足或粘附不牢，在磨剝過程中被磨損。（6）磨損機理（7）磨剝轉(zhuǎn)移機理一定數(shù)量的原料從一個球轉(zhuǎn)移到另外一個球上。不存在交換。已經(jīng)形成的球核，在滾動過程中聚集新料，而逐漸長大。（2）成層機理（3）聚結機理幾個小球核連結在一起，稱為聚結。可以是兩個或多個核聚結，長大速度大于成層，生球尺寸范圍較寬。已經(jīng)形成的球核又被壓碎。增加粘結劑可改善。（4）粉碎機理（5）破損機理已經(jīng)形成的球，由于沖擊或碰撞而破裂成碎片。與造球機工藝參數(shù)有關。對母球長大起主導作用的是聚結和成層機理。 成球機理 成球階段成核階段：薄膜水圍繞松散細磨物料，通過

11、降低總的氣液界面而成核，觸點狀+蜂窩狀連接使母球中空氣減少。母球仍是多孔狀，由固-液-氣三相組成，強度不高。潤濕/毛細力起主導作用 包括：成核階段、過渡階段和長大階段。 成球階段過渡階段：母球彼此碰撞，飽和毛細水使空隙逐漸減小，形成毛細管連接。潤濕/毛細力和機械力起主導作用 小球密度增加，仍具較大塑性，粒度范圍寬。長大階段：間斷造球以成核和聚結機理為主導；連續(xù)造球以成層機理為主。機械力起主導作用 2.4 造球機 圓盤造球機 盤上裝有噴水管及刮料板等裝置。 細磨物料加進盤內(nèi)被水濕潤后，不斷翻滾形成料粒母球大料球，大料球位于表面和圓盤的邊緣。 因此，當總給料量大于圓盤的填充量時，大顆粒的合格生球即

12、自盤內(nèi)排出。 圓盤造球機特點：不同粒徑的球粒分別沿各自不同的軌道運行，按大小分級，排出尺寸合格的生球。所需料量相當于排出的生球量。 圓筒造球機圓筒造球機的筒體內(nèi)裝有與筒壁平行的刮刀，在筒體的前段設有噴水裝置（亦可噴入液狀的造球所需的粘結劑，以增強生球的強度）。從筒壁上刮下的物料大部分已粘結稱成塊，在圓筒中翻滾，很快就成球，加速了造球的作用。由于刮刀從筒壁上刮下的料塊度和水分都不均勻，盡管造球的時間相等，但生球的粒徑不夠均勻。 圓筒造球機特點：不具備分級作用，需與網(wǎng)篩構成閉路，篩下料返回造球。循環(huán)負荷在100%以上，有時高達400%。2.5 影響造球的因素 原料影響精礦成球的因素很多，概括起來，

13、可分為兩類，一是原料的性質(zhì)，二是造球工藝條件。 （1）原料的自然性質(zhì) 造球原料的自然性質(zhì)中，以顆粒表面的親水性、顆粒形狀，對其成球性影響最大。顆粒表面親水性愈高，固相與液相界面的接觸角愈小，顆粒容易被水潤濕，薄膜水和毛細水含量高，毛細水的遷移速度也高，從而成球性好。 鐵礦石親水性（從弱到強）：磁鐵礦赤鐵礦菱鐵礦褐鐵礦 原料（2）原料的水分 原料水分對于成球影響很大。對于不同的原料，生球有不同的適宜水分。 若原料含水過低，雖然在造球時可以灑水補充，但成球速度慢，生產(chǎn)率降低，而且往往由于灑水不均勻，使生球脆弱。 如果原料含水過高，會給造球帶來極大困難，使生球粒度不均勻，相互粘結、形成大塊。在這種情

14、況下，必須將原料預先干燥，降低其水分。 在正常生產(chǎn)條件下，需經(jīng)常維持原料水分略低于生球的適宜水分。 原料（3）原料的粒度與粒度組成 原料具有適宜的粒度組成，可使顆粒排列緊密，毛細管平均直徑縮小，顆粒之間的結合力增大。 -0.074mm80%-90%，-0.044mm 60%-80%，比表面積1500-1900cm2/g 粒度過細的不利影響： 毛細管直徑愈小，水在顆粒間的遷移速度下降，從而使成球速度降低。 原料（4）添加劑的影響在造球原料中配加某些添加劑，可以改善物料的成球性。 1）改善物料的親水性和比表面積；2）改善物料顆粒間的連結，增加生球機械強度。2.5 影響造球的因素 工藝條件造球工藝對

15、成球的影響可以概括為操作與設備兩方面。 （1）加水方法 造球物料的水分應控制在略低于適宜造球的水分，造球時補加少量水，以控制母球的形成和生球的長大。 補加水的大部分以滴狀加在成核區(qū)，以形成母球，少部分以霧狀噴淋在生球成長區(qū)，幫助母球迅速長大。就給水點來說，在成核區(qū)，給水位置應在給料位置的下方。在生球長大區(qū)，則相反，給水位置應在給料位置的上方。 工藝操作滴水成球，霧水長大，無水緊密 2.5 影響造球的因素 工藝條件（2）加料方法 加料的方式必須兼顧生成母球和母球長大，要防止形成過多的母球。 原料加在“成核區(qū)”和“長球區(qū)”。這樣，在造球機轉(zhuǎn)動過程中有一部分未參加造球的散料就會被帶至“緊密區(qū)”，吸收

16、生球表面的多余水分。 在保證生球達到要求尺寸的前提下，應使母球的生成速度與生球的長大速度達到平衡。工藝操作2.5 影響造球的因素 工藝條件（3）成球時間 滾動成球的時間，與對球團礦粒度的要求，以及原料成球的難易有關。 球團礦的粒度大，要較長的造球時間；原料成球性差，造球時間也會延長。 一般的規(guī)律是：延長造球時間，有利于提高生球的強度，特別對于粒度很細的原料，更須要較長的造球時間，才能使生球具有更高的強度。 工藝操作2.5 影響造球的因素設備影響（1）圓盤的直徑大小不等，但傾斜角度一般在45 50 之間。（2）傾角固定時，造球盤的速度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，以造球盤的周邊切線速度計，經(jīng)常保持在1.0

17、2.0m/s之間。 工藝條件如果周速過小或周速過大？設備影響 （2）周速過小，物料上升不到圓盤的上部區(qū)域，一方面造球盤的面積得不到充分利用，另一方面生球在盤內(nèi)滾動獲得的位能低，因而滾動時動能小，球與球相互碰撞得機械作用力小，因而成球慢，生球的強度低。 若周速過大，由于離心力作用，物料拋向邊緣，跟隨造球盤旋轉(zhuǎn)，中心出現(xiàn)無料區(qū)，滾動成球的作用受到破壞，甚至無法成球。 造球盤的傾角較大時，要求較高的圓周速度，使盤內(nèi)物料滾動次數(shù)增加，有利于提高生球的產(chǎn)量和增加它的強度。 工藝條件設備影響（3）造球盤的邊高與其直徑有關，直徑5.5m的大型造球盤邊高600650mm，邊高影響造球盤的充填率，造球機的邊高大

18、，傾角小，在給料不變的條件下，物料在造球盤中停留時間長，有利于提高生球的強度。 工藝條件設備影響 （4）刮料板的位置也很重要，它將粘在造球盤上的物料刮下，保持適當?shù)牡琢虾穸?，避免粘料過多，加重驅(qū)動馬達的負荷。 此外刮料板還起疏導料流的作用，使成核區(qū)和長大區(qū)分開，以便于控制生球的成長。 工藝條件 液體和固體的作用 （1） 潤濕現(xiàn)象潤濕：附著層的伸張力向上表面張力與表面相切，一分力向下形成凹形液面不潤濕：附著層的收縮力向下表面張力與表面相切，一分力向上形成凸形液面 液體和固體的作用 （1） 潤濕現(xiàn)象在液體和固體接觸處，液體表面的切面和固體表面所成的角稱為接觸角。完全潤濕潤濕不潤濕完全不潤濕 細磨物料的表面特性細磨物料特點：分散度和比表面積較大較大表面能表面電性荷負電：方解石、石英、膨潤土、金屬、金屬硫化物等荷