磨礦機(jī)能耗的理論分析

磨礦機(jī)能耗的理論分析

上述問題限制了工廠生產(chǎn)能力的提高，增加了整個采礦過程的成本，阻礙了公司的發(fā)展。因此，更好地解決這些問題已成為礦山工人的首要任務(wù)。2分析和中國砂礦生產(chǎn)過程中存在的問題及對策2.1磨礦機(jī)能耗要更好地認(rèn)識磨礦過程的能耗,就必須先了解能量的損失過程。物料的破碎過程,就工藝特征而言是一個粒度減小的過程。從力學(xué)實(shí)質(zhì)看,磨礦過程是一個功能轉(zhuǎn)變的過程:磨礦機(jī)械對礦石做功,功轉(zhuǎn)變?yōu)榈V石的變形能,破碎后成為表面能。而從能量消耗上看,在介質(zhì)破碎物料的過程中所出現(xiàn)的破碎損失功占了絕大多數(shù)的比例,最終形成磨礦產(chǎn)品的表面能僅約為總能量的1%左右。所以,磨礦作業(yè)的節(jié)能降耗大有潛力可挖。磨礦機(jī)節(jié)能降耗途徑可從以下幾點(diǎn)考慮:(1)磨礦機(jī)在空轉(zhuǎn)時仍要將介質(zhì)舉升到同樣的高度,而且由于空轉(zhuǎn)時介質(zhì)重心低,負(fù)荷的旋轉(zhuǎn)力臂長,因而空轉(zhuǎn)的耗能更高。所以為了消除磨機(jī)空轉(zhuǎn)及負(fù)荷不足的危害,應(yīng)使磨礦機(jī)滿負(fù)荷給礦。(2)我國各選廠最終破碎粒度多在20～30mm,而J·C·法孿特和R·諾爾思從碎礦與磨礦總消耗能最低的原則出發(fā),導(dǎo)出最適宜破碎粒度約12.7mm。由于磨礦機(jī)的破碎概率很低,是一種效率很低的破碎設(shè)備,而破碎機(jī)的效率比磨礦機(jī)高得多,因此,我國的破碎最終粒度應(yīng)該降低,多碎少磨是有效的方法。(3)磨礦機(jī)的耗能特性還與磨機(jī)的規(guī)格尺寸有關(guān),一般來說,小磨機(jī)獲得單位容積的功耗要比大磨機(jī)高一些,但并不是磨機(jī)越大功耗越低,也有一個極限。我國20世紀(jì)80年代以前都是搞設(shè)備大型化,80年代后這種趨勢已停止,而是在設(shè)備挖潛革新上下功夫。(4)Davis鋼球磨損理論表明,鋼球的磨損速度與球的體積成正比,大鋼球磨損量大,小鋼球磨損量小,而我國各選廠的球徑均偏大,且偏大嚴(yán)重,所以應(yīng)改為小鋼球。研究顯示,小鋼球的單耗比大鋼球降低20%以上。2.2預(yù)處理閉路磨礦眾所周知,開路磨礦中無產(chǎn)品粒度控制設(shè)備,磨機(jī)排出多粗就是多粗,因而開路磨礦會造成磨不細(xì)現(xiàn)象嚴(yán)重。即使是二段磨與搖床選別聯(lián)結(jié),形成一種大循環(huán)閉路,但從磨礦循環(huán)本身而言仍是開路磨礦,仍然會產(chǎn)生磨不細(xì)現(xiàn)象。開路磨礦的缺陷就是磨不細(xì),導(dǎo)致生產(chǎn)率低。如果使篩子與磨機(jī)閉路,由篩子控制磨礦產(chǎn)品,使進(jìn)入選別的都是粒度合格的物料,這樣就不會出現(xiàn)磨不細(xì)現(xiàn)象。而且由于閉路下磨機(jī)功率并不增加,單位產(chǎn)品的電耗就相應(yīng)的降低,因而閉路磨礦能增加磨機(jī)生產(chǎn)率。所以從增加磨機(jī)生產(chǎn)率和節(jié)能降耗考慮,也應(yīng)將開路磨礦改為閉路磨礦。2.3鋼球尺寸適宜中磨與細(xì)磨如上所述,磨礦機(jī)械的功是通過鋼球來做的:磨機(jī)將鋼球舉升到磨內(nèi)較高位置,使鋼球具有足夠的位能及動能,當(dāng)鋼球落下打擊礦石時即把自身具有的機(jī)械能釋放出來,對礦石做功,但破碎礦石時鋼球傳給礦粒的能量并不是越大越好,而應(yīng)該使礦粒按人們意愿沿礦物晶界面之間解離。傳遞的能量過大,會使礦粒產(chǎn)生“貫穿破碎”,破碎行為毫無選擇性,同時,過大的破碎力也會使礦粒產(chǎn)生過度粉碎。傳給的能量過小也不行,它不能使破碎行為發(fā)生,已作用的破碎能量將在礦石的彈性恢復(fù)中喪失,只有在壓力的多次作用使礦石達(dá)到疲軟極限時才可能產(chǎn)生破碎行為,這必然多耗能量。所以,鋼球尺寸過大或過小都不合理,只有當(dāng)鋼球尺寸適宜時,才能發(fā)揮出最好的效果。目前國外的許多公式,都是從眾多的磨礦影響因素中挑選出一個或兩個因素來作為計算球徑的依據(jù),因而會出現(xiàn)較大誤差。有的公式中提到的參數(shù)在我國根本查不到,許多技術(shù)習(xí)慣與我國的也不一樣,如國外采用80%的過篩粒度,而我國采用95%的過篩粒度等。另外,國外的經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù)是在國外大型磨機(jī)及給礦粒度較細(xì)的情況下提出的,我國選廠按他們提出的公式來計算球徑時,不可避免的會出現(xiàn)較大誤差。針對這種情況,結(jié)合我國的國情,昆明理工大學(xué)段希祥教授從破碎力學(xué)原理出發(fā),并借用戴維斯鋼球運(yùn)動理論推導(dǎo)并提出了球徑半理論公式。在粗磨作業(yè),該公式雖然與國外公式計算結(jié)果相比較為精確,但是效果不如中磨和細(xì)磨時理想,因而,對該公式進(jìn)行了修正,即在計算公式中采用自然礦塊實(shí)測的δ壓值計算,或?qū)?biāo)準(zhǔn)力學(xué)試件測出的δ壓值作降值處理,從而使得球徑半理論公式在粗磨、中磨及細(xì)磨作業(yè)中都能精確地計算球徑。球徑半理論公式為選廠選擇鋼球尺寸提供了很好的依據(jù)。2.4球磨機(jī)的選擇中心排料棒磨機(jī)的磨碎產(chǎn)品是經(jīng)排礦端空心軸頸溢出,為此,筒內(nèi)礦漿的液面必須高于排礦軸頸最低母線所在的平面。而周邊排礦棒磨機(jī)是通過周邊孔排出的。研究顯示,周邊排料棒磨機(jī)與中心排料棒磨機(jī)相比,當(dāng)磨機(jī)規(guī)格及給排礦粒度均相同時,不僅生產(chǎn)能力高20%～30%,而且產(chǎn)品中小于19μm的過粉碎級別也少3%左右,而回收率及精礦品位均高2%～3%,同時,產(chǎn)出的精礦品位也粗10%左右。因此,在粗磨中一般用周邊排料棒磨機(jī)取代中心排料棒磨機(jī)。格子型球磨機(jī)雖然排礦快,能有效減少礦石過粉碎,但是由于絕大多數(shù)格子型磨礦機(jī)的格子孔達(dá)20～30mm,因而不利于選擇小鋼球。此時鋼球尺寸若選擇過大,也會造成磨不細(xì)和過粉碎現(xiàn)象嚴(yán)重,況且大多數(shù)選廠細(xì)磨中主要問題不是過粉碎而是磨不細(xì),所以應(yīng)將格子型球磨機(jī)改為溢流型球磨機(jī),以增加產(chǎn)品細(xì)度,減少磨不細(xì)現(xiàn)象。但是也應(yīng)注意到,細(xì)磨溢流型球磨機(jī)的鋼球充填率通常不超過40%,并且鋼球尺寸也難于降至15mm以下,因而介質(zhì)的研磨面積就受到很大的限制;另外溢流型球磨機(jī)的排礦靠兩端面礦漿面的高度實(shí)現(xiàn),物料的這種運(yùn)動方式使得一個參數(shù)的改變牽動若干個因素的變化,不利于磨礦條件的調(diào)整。但是綜合各方面因素考慮,溢流型球磨機(jī)還是優(yōu)于格子型球磨機(jī)。一般來說,兩段磨礦時通常一段用格子型,二段用溢流型。2.5棒磨和細(xì)磨的比較在各種形狀的介質(zhì)中,球形雖有最好的轉(zhuǎn)動性能,但為點(diǎn)接觸破碎。由于在接觸點(diǎn)上的破碎力往往過大,破碎力作用精確性差,故選擇性解理差,貫穿破碎作用可能較多,過粉碎現(xiàn)象嚴(yán)重。特別是當(dāng)球的尺寸選擇過大時,這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。另外由幾何知識知道,同體積的物體中以球形的表面積最小,而細(xì)磨又隨著介質(zhì)的研磨面積的增大而效果顯著,因而球形并不是最好的選擇。棒體破碎為線接觸,產(chǎn)品粒度均勻,達(dá)粉碎現(xiàn)象少,但它只有繞軸向的轉(zhuǎn)動性能好,其他方向不能轉(zhuǎn)動,而且棒形單位體積的介質(zhì)表面積也比較小,因此棒磨只適于粗磨,可見棒形也不太理想。對于短柱形小尺寸介質(zhì),它們既有鋼球表面積大的特點(diǎn),而且轉(zhuǎn)動性能也有所改善,另外又有短線接觸的破碎作用特性,因此產(chǎn)品粒度特性均勻、過粉碎現(xiàn)象少,故它兼有小鋼球及棒的優(yōu)點(diǎn),是一種適宜于細(xì)磨的介質(zhì)形狀。經(jīng)工業(yè)試驗(yàn)研究證明:短柱型介質(zhì)比同重量的球形介質(zhì)細(xì)磨效果好,在處理量相同時,磨不細(xì)級別及過粉碎級別都有明顯減少,合格粒級產(chǎn)率有明顯增加,產(chǎn)品粒度均勻,有利于選別。2.6新型細(xì)磨介質(zhì)的研制磨球是球磨機(jī)中最常用的研磨介質(zhì),也是各種易磨損件中消耗量最大的零件。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計,在我國僅金屬礦山濕式球磨機(jī)所消耗的磨礦介質(zhì)約40～50萬t/a。磨球的巨額消耗引起了人們的重視,故提高磨球的耐磨性、延長使用壽命具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會意義。目前的許多研究者都主張采用高質(zhì)量合金鋼球或經(jīng)復(fù)雜熱處理技術(shù)的高質(zhì)量鍛鋼球作為磨礦介質(zhì),雖然可以顯著降低鋼球單耗,但是由于各類高質(zhì)量合金鋼球及熱處理優(yōu)質(zhì)鋼球價格都很高,所以介質(zhì)成本降低并不顯著。而從研究細(xì)磨的運(yùn)動形式來看,細(xì)磨下應(yīng)放棄強(qiáng)烈沖擊的作用,主要采用磨剝作用,再輔以輕微沖擊,這樣才有好的效果。所以,昆明理工大學(xué)段希祥教授提出采用硬而耐磨且廉價的鑄鐵作介質(zhì)材料,生產(chǎn)截頭圓錐體鑄鐵段。一是雖然耐磨鑄鐵段介質(zhì)單耗比優(yōu)質(zhì)鋼球高15%左右,但由于其價格僅為優(yōu)質(zhì)鋼球的30%～40%,所以每噸礦的總介質(zhì)成本可下降50%左右。二是由于鑄鐵段磨至報廢時能自動從磨機(jī)內(nèi)排出,這樣可以長時間不用清理介質(zhì),節(jié)省了管理費(fèi)用。研究顯示,新型細(xì)磨介質(zhì)耐磨鑄鐵段,不僅生產(chǎn)率高,過粉碎現(xiàn)象少,而且產(chǎn)品單體解離度高,選別指標(biāo)好,磨礦成本低,全面改善了細(xì)磨及選別過程。所以,鑄鐵段是材質(zhì)的最佳選擇。2.7調(diào)整磨礦條件在我國大多數(shù)選廠特別是鐵選廠的磨礦中,都是采用細(xì)磨細(xì)篩的工藝,但是細(xì)磨效率很低,單位產(chǎn)品電耗和材料消耗都很高,分離效果不是很好。選擇性磨礦是基于礦物的物理性質(zhì)的不同,通過調(diào)整磨礦條件,增大礦物磨礦行為的差異,以實(shí)現(xiàn)各種礦物在磨礦產(chǎn)品中不同粒級的礦物相對富集。昆明理工大學(xué)段希祥教授提出的選擇性磨礦原理較好地解決了這類問題。因?yàn)槟壳暗募?xì)磨細(xì)篩工藝僅利用了天然力學(xué)性質(zhì)差異所引起的選擇性磨礦,但是若人為地強(qiáng)化這種現(xiàn)象,將能提高細(xì)磨細(xì)篩的工藝效果。在此基礎(chǔ)上,段希祥教授研制出了一種新型的專用細(xì)磨機(jī),用此磨礦機(jī)與普通球磨機(jī)對錫礦石等幾種礦料作對比研究,在排料粒度相同時其生產(chǎn)能力比普通球磨機(jī)大一倍,單礦產(chǎn)品電耗降低30%～40%,過粉碎減少3%～4%,噪音降低10dB。3球磨機(jī)的選擇1.磨礦作業(yè)消耗電能太大,因此應(yīng)采用滿負(fù)荷給礦、多碎少磨、改進(jìn)設(shè)備、合理選擇磨礦介質(zhì)(包括形狀、尺寸、材質(zhì))等措施,以達(dá)到節(jié)能降耗、降低磨礦成本的目的。2.在磨礦流程上,開路不利于提高磨機(jī)生產(chǎn)率,應(yīng)將開路改為閉路。3.球徑半理論公式用于細(xì)磨及中磨的球徑計算時非常精確,在對粗磨的球徑計算時應(yīng)做修正處理,即降值處理。球徑半理論公式為我國各選廠確定介質(zhì)尺寸提供了很好的依據(jù)。4.粗磨時將中心排料棒磨機(jī)改成周邊排料棒磨機(jī),以提高生產(chǎn)能力及減少過粉碎。細(xì)磨時將格子型球磨機(jī)改成溢流型球磨機(jī),為選擇小介質(zhì)創(chuàng)造條件。5.小鋼球并不是最好的介質(zhì)形狀,介質(zhì)形狀應(yīng)采用短截頭圓錐形為最佳。6.鑄鐵段不僅可以節(jié)省介質(zhì)成本,而且能全面改善細(xì)磨過程,使磨礦效率提高。鑄鐵段可取代鋼球在細(xì)磨作業(yè)中推廣應(yīng)用,是介質(zhì)材質(zhì)的最佳選擇。7.在一切鐵礦物與脈石礦物的力學(xué)性質(zhì)差異大的礦石細(xì)磨中,均可以采用選擇性細(xì)磨的新方法。新型的專用細(xì)磨機(jī)是一種處理貧磁鐵石英巖礦石的優(yōu)良設(shè)備,應(yīng)大力進(jìn)行試驗(yàn)及推廣使用。在礦產(chǎn)資源日益貧乏的今天,如何有效地充分利用資源、提高企業(yè)生產(chǎn)率至關(guān)重要。磨礦在選礦作業(yè)中占有極其重要的地位,因此,改善磨礦作業(yè),提高效率,降低成本就成為各選廠急需解決的問題。1鋼球磨機(jī)在粗磨過程中造成的過粉碎我國選廠的磨礦工藝存在的問題是多方面的:(1)磨礦作業(yè)能耗十分驚人,占選廠能耗的50%左右。(2)磨礦流程