韓登峰， 盧世杰，張躍軍

(北京礦冶研究總院， 北京 100160)

介質(zhì)直徑及其加載量對(duì)立磨機(jī)磨礦效果影響的初探

韓登峰， 盧世杰，張躍軍

(北京礦冶研究總院， 北京 100160)

本文通過建立實(shí)驗(yàn)室模型，對(duì)影響立磨機(jī)磨礦效率的介質(zhì)直徑及加載量大小進(jìn)行了分析研究。小直徑介質(zhì)有利于磨機(jī)內(nèi)能量密度的提高和磨削面積的增加，而適當(dāng)增大介質(zhì)直徑則可提升有效磨礦容積和延遲磨礦時(shí)間。介質(zhì)參數(shù)的最終選取還要根據(jù)其它因素綜合考慮。

立磨機(jī)；介質(zhì)直徑； 介質(zhì)加載量； 磨礦效率

隨著礦物嵌布粒度的細(xì)化，礦石的細(xì)磨和再磨成為生產(chǎn)工藝發(fā)展的趨勢(shì)要求，立磨機(jī)則在這一過程中扮演著重要角色，而磨礦介質(zhì)參數(shù)是影響其磨礦效果的關(guān)鍵因素之一。介質(zhì)大小的選擇直接影響到粉磨效率和產(chǎn)品細(xì)度，一般要根據(jù)給料粒度和要求產(chǎn)品細(xì)度確定[1-2]。采用小直徑磨礦介質(zhì)是立磨機(jī)高效磨礦的關(guān)鍵，這意味著單位磨礦體積內(nèi)介質(zhì)的比表面積更大，進(jìn)而大大增加了介質(zhì)與顆粒，尤其是與細(xì)顆粒的碰撞研磨概率[3]。磨礦過程本身是一個(gè)影響因素諸多、過程極為復(fù)雜的過程，特別是對(duì)于礦石的細(xì)磨，其介質(zhì)因素影響尤為顯著。本研究主要針對(duì)介質(zhì)直徑和加載量這兩項(xiàng)參數(shù)可能引起的有關(guān)磨機(jī)效率的影響效果進(jìn)行了初步探討，以期獲得對(duì)立磨機(jī)磨礦效果的深入了解。

1 試驗(yàn)條件與方法

本研究主要是考查磨礦介質(zhì)直徑及加載量對(duì)磨機(jī)磨礦特性的影響情況，通過建立試驗(yàn)系統(tǒng)模型，模擬實(shí)際磨礦環(huán)境并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析研究，考察其機(jī)械性能和工藝特性。

1.1 實(shí)驗(yàn)室模型

首先是根據(jù)工業(yè)應(yīng)用機(jī)型建立實(shí)驗(yàn)室立式攪拌磨模型系統(tǒng)，該試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括了磨機(jī)筒體、螺旋攪拌軸、驅(qū)動(dòng)裝置以及相配套的功率檢測和礦石粒度分析等。該模型的主體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)示意圖

1.2 物料性質(zhì)

本研究選取的磨礦物料為普通石英砂，其主要礦物成分是SiO2，SiO2含量≥90%～99%，F(xiàn)e2O3含量≤0.06%～0.02%，硬度7，相對(duì)密度為2.65，規(guī)格0.5～1 mm，堆積密度約1.6。

1.3 介質(zhì)直徑

對(duì)于實(shí)驗(yàn)室模型，由于其尺寸要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的立磨機(jī)尺寸，故對(duì)于介質(zhì)大小的選取也要做相應(yīng)的比例縮放。為了能較準(zhǔn)確地掌握介質(zhì)直徑對(duì)磨機(jī)特性的影響，選取工業(yè)上常用的3種介質(zhì)球的直徑進(jìn)行相似比例縮放，得到7 mm、10 mm、13 mm共3種試驗(yàn)用介質(zhì)球直徑，并以此3種直徑的介質(zhì)球?yàn)榛A(chǔ)對(duì)立磨機(jī)磨礦特性進(jìn)行分析研究。

1.4 試驗(yàn)方法

為了能準(zhǔn)確測量并精確計(jì)算，首先是在清水條件下對(duì)磨機(jī)的有效處理容積和介質(zhì)比表面積進(jìn)行研究；能耗是設(shè)備選取的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，本研究還需對(duì)不同介質(zhì)加載條件下的能耗進(jìn)行對(duì)比分析；最后是進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，研究不同介質(zhì)條件下的磨礦性能，分析各參數(shù)對(duì)其的影響。

2 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

2.1 不同介質(zhì)直徑下的有效容積對(duì)比分析

有效容積是處理能力的一種體現(xiàn)，它雖然不能代表磨礦效率，但卻是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)，它是進(jìn)入磨機(jī)內(nèi)部礦漿可被有效研磨的基礎(chǔ)，是計(jì)算磨礦時(shí)間的依據(jù)。本研究對(duì)不同直徑下不同加載質(zhì)量的立磨機(jī)在運(yùn)行時(shí)的有效容積進(jìn)行了測算與分析，其測試結(jié)果見表1，關(guān)系分析如圖2所示。

表1 三種不同介質(zhì)直徑下加載量與有效容積的關(guān)系 單位：L

從圖2中可以看出，不同介質(zhì)直徑下磨機(jī)的有效磨礦容積與介質(zhì)加載量基本上成線性正比關(guān)系，同時(shí)可以看出，不同介質(zhì)加載量下有效容積一般會(huì)隨著介質(zhì)直徑的增加而增加。磨機(jī)機(jī)體在設(shè)備選型安裝后一般都不能改動(dòng)，而給礦量由選廠工藝條件確定，一般也無法隨意改變，因此要改變磨礦時(shí)間，即改變有效磨礦容積，就可從介質(zhì)加載量和介質(zhì)直徑兩方面來考慮，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整以達(dá)到最佳磨礦效果。

介質(zhì)球經(jīng)的變化往往會(huì)影響到磨礦粒度的大小，一般認(rèn)為磨礦介質(zhì)在濕式攪拌磨中的粉碎作用主要是相互撞擊接觸產(chǎn)生的沖擊力和擠壓力、轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的剪切和摩擦力。其中前兩者更多地決定物料的初期粉碎效果，后者更多地依賴于介質(zhì)間接觸的面積和幾率，決定細(xì)磨的效率[4]。圖3所示研究結(jié)果表明，立磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所形成的單位有效容積內(nèi)介質(zhì)的比表面積會(huì)隨著直徑的增大而成指數(shù)級(jí)減小，這就要求在實(shí)際應(yīng)用中注意介質(zhì)直徑的選取，減小介質(zhì)直徑會(huì)大大增加介質(zhì)的比表面積，即增大摩擦面，這有利于細(xì)粒礦物的進(jìn)一步粉碎。

圖3 單位有效容積內(nèi)的介質(zhì)比表面積

2.2 不同介質(zhì)直徑下的能耗對(duì)比

細(xì)粒礦物的粉磨往往需要更高的能量和更長的磨礦時(shí)間，而通過增加磨礦的能量密度可縮短磨礦時(shí)間，從而提高磨礦效率。對(duì)于磨礦介質(zhì)則是盡可能地減少自身運(yùn)行產(chǎn)生的能量消耗，并高效率地將能量轉(zhuǎn)化為礦石粉碎所需功。介質(zhì)加載量與其運(yùn)轉(zhuǎn)所需能耗的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，關(guān)系分析如圖4所示。

表3 不同介質(zhì)加載量下的功耗 單位：W

圖4 介質(zhì)加載量與介質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)所需總功耗關(guān)系

圖4表明介質(zhì)加載量與介質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)所需總功耗呈線性正比關(guān)系，這也與理論分析相吻合。同時(shí)也可以看出大直徑磨礦介質(zhì)的運(yùn)行能耗要高于小直徑磨礦介質(zhì)。

圖5 單位有效容積的能耗分析

雖然介質(zhì)運(yùn)行的總能耗是隨著加載量的增加而增加的，但同時(shí)如圖1所顯示，隨著介質(zhì)加載量的增加磨礦有效容積也在增加。從圖5可以看出，隨著介質(zhì)加載量的增加，單位有效容積內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行的能耗是迅速降低的。因而在相同的輸入功率條件下，適當(dāng)?shù)脑黾幽サV介質(zhì)質(zhì)量可有效提高磨機(jī)內(nèi)的能量輸入密度，從而提高磨礦效率，節(jié)省磨礦時(shí)間。

圖6 不同直徑對(duì)單位容積內(nèi)介質(zhì)運(yùn)行功耗的影響

由圖6可以看出，介質(zhì)直徑增大會(huì)降低單位容積內(nèi)介質(zhì)的運(yùn)行能耗，但是影響不大。

2.3 相同轉(zhuǎn)速下不同介質(zhì)直徑的磨礦粒度對(duì)比分析

對(duì)介質(zhì)直徑和加載量做了一些基礎(chǔ)分析研究后，就需要對(duì)其綜合磨礦影響效果做一檢驗(yàn)。本研究對(duì)普通等級(jí)的石英砂進(jìn)行了磨礦試驗(yàn)，測試了三種不同直徑介質(zhì)對(duì)磨礦效果的影響，磨礦數(shù)據(jù)見表4。圖7則是石英砂在不同磨礦條件下的粒級(jí)分布情況，從圖中可以看出介質(zhì)直徑13 mm時(shí)，-0.044 mm粒級(jí)的磨礦產(chǎn)率最大，即其細(xì)磨效果最好。同時(shí)從前面分析研究可知，對(duì)于直徑13 mm介質(zhì)，其

表4 不同介質(zhì)條件下的磨礦粒級(jí)產(chǎn)率 單位：%

介質(zhì)比表面積和單位運(yùn)行能耗指標(biāo)都不如直徑7 mm的介質(zhì)，而其有效磨礦容積則要明顯大于直徑7 mm磨礦介質(zhì)，這說明磨礦過程中這些因素綜合對(duì)磨礦效果產(chǎn)生影響，而由此引出的磨礦時(shí)間在這一磨礦試驗(yàn)過程中起到了主導(dǎo)作用。

圖7 不同直徑介質(zhì)磨礦效果對(duì)比

3 結(jié)論

磨礦介質(zhì)直徑大小的選擇會(huì)直接影響到磨機(jī)的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品粒度均勻性、產(chǎn)品解離度、以及磨機(jī)的能耗、球耗。磨礦介質(zhì)是磨礦過程中能量傳遞的媒介，采用小直徑介質(zhì)可以提高磨礦比表面積和單位容積內(nèi)的能量密度，但是它也會(huì)降低磨機(jī)的有效磨礦容積，從而減少磨礦時(shí)間。而介質(zhì)的加載量會(huì)影響到磨礦的效率，加載量越大效率就越高，但是過大會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部球運(yùn)動(dòng)的干涉和礦漿的內(nèi)部循環(huán)，從而降低磨礦效率而增加功耗。

磨礦內(nèi)介質(zhì)直徑及加載量的選擇還取決于給料粒度、物料性質(zhì)和產(chǎn)品要求粒度等，不能僅就一個(gè)因素對(duì)其做出判斷，需要進(jìn)行綜合考慮，通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)或由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算取得，尋求不同參數(shù)間的最優(yōu)配合。

[1] 錢效林.研磨介質(zhì)對(duì)攪拌磨效率的影響[J].陶瓷科學(xué)與藝術(shù)，2004，(1)：25-27.

[2] Matthew D. Sinnott, Paul W. Cleary, Rob D. Morrison.Is media shape important for grinding performance in stirred mills?[J]. Minerals Engineering, 2010.10.016: 1-13.

[3] 金勇士.艾薩磨技術(shù)的應(yīng)用及最新進(jìn)展[J].有色設(shè)備，2013，(4)：15-18.

[4]丁浩.研磨介質(zhì)在細(xì)磨煤系緞燒高嶺土中的行為與影響[J]. IM&P化工礦物與加工，1999，(5)：2-4.

Preliminary Study of the Grinding Effect of Grinding Media Diameter and Loading Capacity in Vertical Stirred Mill

HAN Deng-feng， LU Shi-jie， ZHANG Yue-jun

(Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy, Beijing 100160, China)

The paper studies on the grinding effect of media’s diameter and loading capacity of vertical stirred mill by laboratory model. Small-diameter media is conducive to improve the energy density and increase the specific surface area of grinding in the mill. Well, the appropriate media diameter can be increased to enhance the volume and expend the effective grinding time. Ultimately selections of media parameters are also based on other factors.

vertical stirred mill； media diameter； media loading capacity； grinding efficiency

2013-09-22

北京市科技計(jì)劃(D121100001312001)

韓登峰(1984-)，男，陜西蒲城人，工程師，碩士研究生，主要從事選礦設(shè)備研究設(shè)計(jì)及技術(shù)推廣工作。

盧世杰(1972-)，男，河北景縣人，教授級(jí)高級(jí)工程師，碩士研究生，主要從事選礦設(shè)備研究設(shè)計(jì)及技術(shù)推廣工作，現(xiàn)任北京礦冶研究總院機(jī)械研究設(shè)計(jì)所副所長。

TD453

B

1003-8884(2014)01-0001-03

張躍軍(1980-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師，碩士研究生，主要從事選礦設(shè)備研究設(shè)計(jì)及技術(shù)推廣工作。