球磨機(jī)裝補(bǔ)球方法的研究

球磨機(jī)裝補(bǔ)球方法的研究

眾所周知，研磨對(duì)選擇工廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有重大影響，研磨過(guò)程用研磨介質(zhì)完成。因此，采礦員在旋轉(zhuǎn)磨損機(jī)的安裝和彌補(bǔ)方法方面進(jìn)行了大量研究。然而,由于影響球磨機(jī)過(guò)程的因素錯(cuò)綜復(fù)雜,至今仍難以找到一個(gè)效果顯著又簡(jiǎn)單易行的裝補(bǔ)球方法。總結(jié)過(guò)去的研究,結(jié)合磨礦技術(shù)的現(xiàn)狀,研究新的裝補(bǔ)球方法是磨礦技術(shù)發(fā)展的需要。1裝補(bǔ)球法的現(xiàn)狀和問(wèn)題1.1試驗(yàn)研究的誤區(qū)從19世紀(jì)末葉磨礦機(jī)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái),磨礦生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)歷了100多年,積累了豐富的磨礦經(jīng)驗(yàn)。然而,磨礦的理論研究卻落后于生產(chǎn)實(shí)踐,即使研究最深入的鋼球拋落運(yùn)動(dòng)狀態(tài),理論成果與生產(chǎn)實(shí)際也存在較大偏差,難以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際工程計(jì)算。因此,磨礦中碰到的各類問(wèn)題,包括裝補(bǔ)球問(wèn)題,只有通過(guò)試驗(yàn)解決。在多年的磨礦實(shí)踐中,選礦工作者在球磨機(jī)的裝補(bǔ)球方法上作過(guò)許多試驗(yàn)研究,解決了不少實(shí)際問(wèn)題。球磨機(jī)的裝補(bǔ)球方法以原蘇聯(lián)研究得最多也最系統(tǒng),20世紀(jì)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(guó)從東北地區(qū)開(kāi)始,曾掀起推廣合理平衡裝球的熱潮,普遍取得了提高磨機(jī)生產(chǎn)率10%左右的顯著效果。直到六七十年代,還有廠礦進(jìn)行合理平衡裝球的工業(yè)試驗(yàn)。但是,由于此方法過(guò)程繁瑣,試驗(yàn)工作量大,試驗(yàn)周期也長(zhǎng),加上取得的效果不太顯著,因此,風(fēng)行一時(shí)以后也就停用了。認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)也影響到裝補(bǔ)球方法的應(yīng)用,有觀點(diǎn)認(rèn)為大球磨小,小球磨了,加一種大球就行了等等?，F(xiàn)行的球磨機(jī)裝補(bǔ)球方法多種多樣,有些選礦廠球磨機(jī)球徑及配比不合理、磨礦效率不高、鋼材消耗高、磨礦產(chǎn)品質(zhì)量不好,進(jìn)而影響選別效率。1.2磨機(jī)裝補(bǔ)球大球生產(chǎn)實(shí)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(xì)礦粒要用小球磨,磨機(jī)給礦中有粗細(xì)不等的礦粒,故要用多種球來(lái)磨。另一種解釋是小球充填于大球空隙中間,增強(qiáng)了磨礦效果。但由于補(bǔ)加球是定期地連續(xù)補(bǔ)加,故即使定期只補(bǔ)加一種大球,由于磨損的原因也會(huì)使先后加入的球按順序形成一個(gè)自然的大小配比。初裝球無(wú)論是加一種大球,或是加多種混合球,經(jīng)歷一段時(shí)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(bǔ)加球形成的。這樣,就出現(xiàn)了初裝球時(shí)裝多種球及補(bǔ)加時(shí)加一種大球的簡(jiǎn)單裝補(bǔ)方法。這種方法簡(jiǎn)單,初裝球的尺寸及種類可憑經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,生產(chǎn)管理上也簡(jiǎn)化及方便,這一優(yōu)點(diǎn)也可能是這種方法得以生存的原因。但是,這種方法針對(duì)性很差,與待磨物料的性質(zhì)不相適應(yīng),加上球徑過(guò)大,磨礦效率低,鋼材消耗大,用差的磨礦及選別效果來(lái)?yè)Q得磨機(jī)操作上的裝補(bǔ)球方法簡(jiǎn)單實(shí)在不合算,特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的今天更不可取。為實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化,在磨機(jī)裝補(bǔ)球上應(yīng)多采取點(diǎn)措施,以獲得好的磨礦效果及選別指標(biāo)。單純補(bǔ)加一種大球在技術(shù)上是十分不合理的。按照戴維斯的鋼球磨損假說(shuō),球的磨損速度與質(zhì)量成正比,由此可推得單純補(bǔ)加一種直徑Dm的大球時(shí),磨至直徑D時(shí)磨內(nèi)大于D的球荷粒度特性方程式由式(1)所示。Z=100[1-(D/Dm)3](1)C.E.安德烈耶夫曾做過(guò)理論模擬計(jì)算,得出單獨(dú)補(bǔ)加?75mm球與同時(shí)補(bǔ)加4種球?75∶?50∶?40∶?30=35∶25∶20∶20時(shí),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(bǔ)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(yán)重偏多。而補(bǔ)加規(guī)格不同的4種球(合理裝球)時(shí),雖然每種球形成的也是凸曲線,但由4小段凸曲線構(gòu)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(duì)角線(虛線)分布。一般來(lái)說(shuō),磨機(jī)新給礦加返砂的給礦曲線是凹曲線,居于對(duì)角線以下。因此,合理裝球的球荷特性更適合磨機(jī)給礦特性的要求,而單補(bǔ)加一種大球形成的球荷,大球嚴(yán)重偏多。生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí),單獨(dú)加一種大球時(shí)磨內(nèi)大球嚴(yán)重偏多。對(duì)云南某選廠一臺(tái)1.5m×3.0m格子球磨機(jī)所作的清球結(jié)果顯示,磨機(jī)裝球時(shí)裝多種球(?100∶?80∶?60=60∶30∶10加權(quán)平均為90mm),補(bǔ)加球時(shí)只補(bǔ)加一種?100mm大球,磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)月,磨內(nèi)形成的球荷特性如表1所示。從表1可見(jiàn),球荷加權(quán)平均直徑為80mm,太大了,因?yàn)榇ノ锪系淖畲罅６戎挥?6mm,而加權(quán)平均粒度也不過(guò)為4mm。球徑過(guò)大存在較大的危害。同樣裝載量下球的個(gè)數(shù)少,磨機(jī)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(shí),產(chǎn)品不均勻化程度加大,過(guò)粗及過(guò)細(xì)的粒級(jí)增多,還有球耗增大,對(duì)襯板的磨損加劇。另外,大球在磨內(nèi)的滑動(dòng)使同樣裝載量下裝大球的單位電耗提高。因此,單純補(bǔ)加一種大球的裝補(bǔ)球方法在技術(shù)上無(wú)可取之處。1.3試驗(yàn)方法一:k.a.拉蘇莫夫公式d由原蘇聯(lián)選礦工作者提出的合理平衡裝補(bǔ)球方法,針對(duì)性強(qiáng)也比較完善。我國(guó)選礦專業(yè)的《碎礦與磨礦》教科書(shū)上系統(tǒng)地介紹了此種方法。該方法的針對(duì)性強(qiáng)體現(xiàn)在3個(gè)方面。(1)對(duì)磨機(jī)新給礦及返砂作篩析,然后按返砂比情況折算待磨物料的粒度組成,并將待磨物料按粒度分組,求出各組物料所需的鋼球尺寸,最后,根據(jù)鋼球尺寸配比大致和計(jì)算所依據(jù)的各組礦粒百分率相當(dāng)?shù)脑瓌t進(jìn)行配球。即所確定的球配比是適合于待磨物料的粒度性質(zhì)的。(2)用待磨礦料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室磨碎試驗(yàn),確定K.A.拉蘇莫夫球徑公式D=idn中的參數(shù)i及n,得到針對(duì)該礦石性質(zhì)的球徑公式。(3)把磨礦效果好的情況下的球荷粒級(jí)組成當(dāng)作補(bǔ)球計(jì)算的依據(jù),力求使補(bǔ)球以后達(dá)到好的球荷組成情況。但該方法也存在一些弊病。(1)依據(jù)礦石粒度確定鋼球尺寸時(shí)使用的是K.A.拉蘇莫夫公式,公式考慮的因素少,計(jì)算出的球徑偏差大。盡管用實(shí)際礦石做試驗(yàn)來(lái)確定公式的參數(shù)i及n,但在實(shí)驗(yàn)中只能做5mm以下的兩組試驗(yàn),而5mm以下是力學(xué)強(qiáng)度大的粒級(jí),求出的i及n值偏大,由此計(jì)算的各個(gè)粒級(jí)所需球徑自然偏大。工業(yè)試驗(yàn)求i及n時(shí),不僅工作量大,誤差也大,而且人為的干擾因素更多。確定的球徑偏差大,無(wú)論其他步驟如何細(xì)致認(rèn)真,得到的結(jié)果只能是大的方面不精確而小的方面精確。(2)試驗(yàn)程序多,過(guò)程長(zhǎng),工作量大。初裝球時(shí)需作一次清球,為求得補(bǔ)球計(jì)算依據(jù)的鋼球平衡球荷特性資料,初裝球后進(jìn)行磨礦調(diào)試最少要一個(gè)月以上,而且還要再清一次球。初裝球時(shí)要試驗(yàn),計(jì)算補(bǔ)球時(shí)又要再清球計(jì)算。由于過(guò)程長(zhǎng),步驟繁,工作量大,此方法難于在工業(yè)上推廣開(kāi)并堅(jiān)持下來(lái)。(3)從國(guó)內(nèi)外的資料報(bào)道來(lái)看,合理平衡裝補(bǔ)球方法只能提高生產(chǎn)率10%左右,這可能是球徑不精確的原因,或許試驗(yàn)工作不全面。如果保留此方法針對(duì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),克服其球徑不精確的弱點(diǎn),并且簡(jiǎn)化試驗(yàn)程序,也可能找到一種更好的裝補(bǔ)球方法。2球徑精確的計(jì)算在選礦廠中,磨礦是為選別準(zhǔn)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(guò)粗的磨不細(xì)級(jí)別要少,過(guò)粉碎的微粒級(jí)別要少,中間易選粒級(jí)要多,也即產(chǎn)品粒度較均勻。磨礦使礦物單體解離及使粒度適合選別,這兩個(gè)任務(wù)中塔加爾特規(guī)定前者是第一位的,后者是第二位的。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?，F(xiàn)代磨礦技術(shù)發(fā)展中,提出針對(duì)不同礦石性質(zhì)采用不同的磨礦工藝,并認(rèn)為現(xiàn)代礦石準(zhǔn)備流程的主要發(fā)展趨勢(shì),應(yīng)在磨礦過(guò)程中增加礦物解離的選擇性,以爭(zhēng)取在最小能耗下獲得最大的礦物選擇性解離。選礦廠中的動(dòng)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(guò)程必須節(jié)能降耗。磨機(jī)是選礦廠中噪音最大的設(shè)備,而且車間的噪音常常超過(guò)100dB,超過(guò)工業(yè)衛(wèi)生的規(guī)定,故要求磨礦應(yīng)該降低噪音水平。球徑過(guò)大時(shí),打擊力過(guò)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(jìn)行,因此,粒度雖然磨細(xì)了,但屬機(jī)械性的破碎,單體解離度不高,連生體較多。因此,球徑過(guò)大時(shí)難以滿足解離性磨礦的要求。另外,球徑過(guò)大時(shí),產(chǎn)品粒度不均勻,過(guò)粗的及過(guò)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(guò)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(bǔ)球方法,因?yàn)殡y以使球徑精確,滿足不了要求。從礦石力學(xué)性質(zhì)分析,礦石是力學(xué)不均勻體,礦石中各種礦物相互結(jié)合的相界面是力學(xué)脆弱面,相界面上的結(jié)合力大約只是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力的75%。當(dāng)?shù)V塊受破碎力作用時(shí),受力精確時(shí)礦物首先沿結(jié)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(shí)磨礦產(chǎn)品的單體解離度高,而且破碎力精確時(shí)磨礦產(chǎn)品的粒度較均勻,過(guò)粗及過(guò)粉碎的級(jí)別均少,中間易選級(jí)別的產(chǎn)率高。而破碎力的大小實(shí)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(shí)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(biāo),磨機(jī)噪音也才會(huì)有所降低。然而,靠目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的一些經(jīng)驗(yàn)球徑公式是難以實(shí)現(xiàn)球徑精確的,因?yàn)槟切┙?jīng)驗(yàn)公式中,考慮了少數(shù)磨礦的影響因素,計(jì)算結(jié)果偏差較大。歐美各國(guó)目前廣泛應(yīng)用的是阿里斯·查爾默斯公司(Db=[F/Km)1/2·(SsWi/CsD1/2)1/3])及諾克斯洛德公司的球徑公式(Db=[FWi/(CsKm)·(Ss/D1/2)1/2]1/2)。這兩個(gè)公式雖也為經(jīng)驗(yàn)公式,但考慮了礦石的力學(xué)強(qiáng)度、給礦粒度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速及直徑等重要因素,考慮比較全面,計(jì)算結(jié)果也較精確。但這兩個(gè)公式在我國(guó)應(yīng)用不太方便,我國(guó)多數(shù)廠礦只有礦石的普氏硬度系數(shù)f的資料,而無(wú)功指數(shù)Wi的資料,公式中的給礦粒度是80%的過(guò)篩粒度,我國(guó)多用95%的過(guò)篩粒度,兩種粒度雖可換算,但畢競(jìng)麻煩一些。加之,公式中的修正系數(shù)是在國(guó)外磨機(jī)較大的情況下總結(jié)出來(lái)的,對(duì)磨機(jī)直徑較小的我國(guó)磨機(jī)計(jì)算球徑,也可能有不適合之處。鑒于此,從我國(guó)的實(shí)際情況出發(fā),利用礦石破碎力學(xué)原理及戴維斯鋼球運(yùn)動(dòng)理論,推導(dǎo)出適合我國(guó)國(guó)情的球徑半理論公式(Db=0.5224K/(Ψ2-Ψ6)·[σ壓/(10ρD0)1/3d]),經(jīng)驗(yàn)證,該公式的計(jì)算結(jié)果比國(guó)內(nèi)外任何一球徑公式都精確,球徑半理論公式的提出及運(yùn)用,為磨機(jī)內(nèi)球徑精確化鋪平了道路。3是否可以采用精確的裝補(bǔ)方法只有精確化的裝補(bǔ)球方法才能滿足選礦廠對(duì)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?？偨Y(jié)分析簡(jiǎn)單裝補(bǔ)球方法及合理平衡裝補(bǔ)球方法的優(yōu)缺點(diǎn),擇其優(yōu)點(diǎn),棄其缺點(diǎn),提出精確化裝補(bǔ)球的新方法,其要點(diǎn)如下:(1)針對(duì)特定礦石進(jìn)行篩析,確定待磨礦石的粒度組成特性,按粒度大小進(jìn)行多級(jí)分組;(2)分析特定礦石抗破碎性能,用球徑半理論公式計(jì)算各組礦粒所需的精確球徑;(3)根據(jù)待磨物料粒級(jí)組成特性用破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理指導(dǎo)配球,以求得最大破碎概率為原則進(jìn)行各種鋼球的配比,或者根據(jù)磨礦中存在的問(wèn)題要加速某些粒級(jí)的磨碎速度而進(jìn)行特殊配球,完成初裝球配比;(4)裝補(bǔ)球計(jì)算一次完成,既然初裝球比例認(rèn)為是適合物料粒度特性的,而且配比是科學(xué)的,就以其作為補(bǔ)球計(jì)算的依據(jù)進(jìn)行補(bǔ)球計(jì)算,減少一次清球及簡(jiǎn)化補(bǔ)球計(jì)算,減少補(bǔ)球種類,補(bǔ)加2~3種即可。此方法保留了合理平衡裝補(bǔ)球法針對(duì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),克服了球徑不精確的弊病,綜合了簡(jiǎn)單補(bǔ)球及合理補(bǔ)球兩種方法。在球徑確定這個(gè)大方面上是精確的,而在補(bǔ)球計(jì)算中則又是粗放的,便于生產(chǎn)中推廣應(yīng)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(jié)果必然是效果既顯著而又便于推廣應(yīng)用。曾在幾個(gè)廠礦做過(guò)精確化裝補(bǔ)球新方法的工業(yè)試驗(yàn),取得了比合理平衡裝補(bǔ)球法更顯著的效果,主要表現(xiàn)在:(1)在給排礦粒度不變下,提高磨機(jī)生產(chǎn)率10%~15%;(2)在磨礦細(xì)度不變的情況下提高礦物的單體解離度5~6個(gè)百分點(diǎn);(3)在選礦條件不變下提高回收率1~3個(gè)百分點(diǎn),精礦品位同時(shí)提高;(4)在鋼球材質(zhì)不變時(shí),降低球耗10%~20%;(5)裝球不變,減少磨機(jī)功率3%~5%;(6)降低磨機(jī)噪音5dB以上;(7)延長(zhǎng)襯板壽命約30%?？梢哉f(shuō),精確化裝補(bǔ)球方法的應(yīng)用全面改善了磨礦及選別過(guò)程,是一種推廣前景很好的裝補(bǔ)球方法。以云南某小選廠為例,原來(lái)采用簡(jiǎn)單裝補(bǔ)球方法,初裝球時(shí)也裝4~5種尺寸的鋼球,但補(bǔ)加時(shí)只補(bǔ)加一種大球。生產(chǎn)上反應(yīng)出的問(wèn)題是磨礦產(chǎn)品細(xì)度不夠,-74μm只能達(dá)65~68%,達(dá)不到70%的要求,而返砂過(guò)大,返砂比達(dá)700%左右。采用精確化裝補(bǔ)球方法取代原來(lái)的簡(jiǎn)單裝補(bǔ)球方法后,經(jīng)過(guò)3個(gè)月的測(cè)定及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì),取得顯著效果。(1)磨機(jī)生產(chǎn)能力顯著提高,在產(chǎn)品中-74μm細(xì)度提高4.22個(gè)百分點(diǎn)的同時(shí)還提高處理量4.7%,單位容積生產(chǎn)率提高13.32%。(2)磨礦產(chǎn)品粒度特性有所改善,分級(jí)溢流中+74μm及-10μm減少3.52個(gè)百分點(diǎn),粒度均勻性提高,分級(jí)的質(zhì)效率及量效率均提高10個(gè)百分點(diǎn)以上。(3)磨礦循環(huán)有所改善,返砂比由過(guò)大的700%左右