楊 攀

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、影響球磨機(jī)研磨效率的主要因素

影響球磨機(jī)粉磨的因素眾多，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)球磨機(jī)的理論研究大多采用離散單元法來(lái)確定其相關(guān)參數(shù)。建立固體顆粒體系的參數(shù)化模型進(jìn)行顆粒行為模擬和分析，通過(guò)離散元軟件EDEM模擬球磨機(jī)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和筒體內(nèi)部顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并可以直觀的觀察到筒體內(nèi)部顆粒之間的各種作用力以及筒體與內(nèi)部顆粒的各種作用力的作用過(guò)程，其中磨機(jī)的工作條件方面有：球磨機(jī)轉(zhuǎn)速率、介質(zhì)添加程度(介質(zhì)的材料、尺寸、靜態(tài)充填率等)、球料比及研磨時(shí)間等指標(biāo)共同決定著球磨機(jī)的研磨效率[1]～[2]。

二、轉(zhuǎn)速率對(duì)研磨效率的影響

磨介越過(guò)磨機(jī)的最高點(diǎn)而沒(méi)有掉落下來(lái)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速就是球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速,球磨機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)速和臨界的轉(zhuǎn)速的比值就叫做轉(zhuǎn)速率[3]。球磨機(jī)內(nèi)部的磨介工作狀態(tài)會(huì)跟隨轉(zhuǎn)速率的改變而改變。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低，磨罐內(nèi)部呈泄落狀態(tài)，破碎來(lái)自于研磨作用[4]。當(dāng)轉(zhuǎn)速適中，磨罐內(nèi)部呈拋落狀態(tài)，破碎主要來(lái)自于沖擊作用。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高，磨介不再具有破碎作用。

東南大學(xué)顏景平等通過(guò)建立坐標(biāo)系，以斜拋運(yùn)動(dòng)為標(biāo)的，建立小球斜拋方程，對(duì)磨介的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行理論分析計(jì)算，得出理論最佳轉(zhuǎn)速為n=80%nc[6]。

吉林大學(xué)田秋娟通過(guò)離散元軟件EDEM對(duì)球磨機(jī)里的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，特別是拋落運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行深入研究，在理想條件下，即忽略介質(zhì)間和介質(zhì)和襯板間相對(duì)滑動(dòng)，以及介質(zhì)都處于最佳工作狀態(tài)中的兩種情況，計(jì)算得出球磨機(jī)理論上最佳工作為:n=(76%～88%)nc[7]。

三、介質(zhì)填充率對(duì)研磨結(jié)果的影響

我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中常常要測(cè)定的填充率—般就是指磨礦介質(zhì)靜態(tài)填充率，是靜態(tài)時(shí)的松散容積與球磨機(jī)有效容積兩者的比值。如果介質(zhì)填充率過(guò)大，介質(zhì)堆積率就比較高，影響礦石的通過(guò)能力，使得介質(zhì)的沖擊作用減弱，介質(zhì)的粉碎能力降低；相反，如果介質(zhì)的填充率過(guò)小，介質(zhì)的沖擊作用就達(dá)不到研磨所需要的能量，進(jìn)而導(dǎo)致研磨質(zhì)量降低。因此，合理的介質(zhì)填充率是提高粉磨效率和生產(chǎn)效率的一個(gè)重要因素[8-9]。

曹雪麗、董為民等通過(guò)利用球磨機(jī)樣機(jī)，選取不同的介質(zhì)填充率和料球比進(jìn)行研磨試驗(yàn)，分析在不同條件下研磨該產(chǎn)品-200目的產(chǎn)率，從而得到了在一定轉(zhuǎn)速率的條件下，最佳的介質(zhì)填充率，最終實(shí)驗(yàn)測(cè)得在料球比、轉(zhuǎn)速等其他因素相同的條件下，介質(zhì)填充率為0.3時(shí)，生產(chǎn)效率最高[10]。

鄒偉東等通過(guò)對(duì)球磨機(jī)內(nèi)部介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，探討了不同填充率下轉(zhuǎn)速對(duì)于球磨機(jī)粉碎速度、能量利用的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)介質(zhì)填充率為18%時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速升高，粉碎和研磨效果較好。當(dāng)介質(zhì)填充率為30%時(shí)，粗磨階段轉(zhuǎn)速在76%-79%范圍內(nèi)效果最好，細(xì)磨時(shí)研磨效率和能量利用率隨轉(zhuǎn)速升高而升高[11]。

四、球料比對(duì)研磨結(jié)果的影響

球料比是指當(dāng)球磨機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，球磨機(jī)磨筒內(nèi)磨球之間的空瞭體積與被磨礦料的體積(包括礦料之間的空隙)的比值，它反映T礦料量和介質(zhì)填充率之間的相對(duì)比例關(guān)系。

在暢曉亮、董為民采以Φ600mm×400mm型球磨機(jī)作為試驗(yàn)樣機(jī)，采用批次磨礦試驗(yàn)進(jìn)行，在介質(zhì)充填率和轉(zhuǎn)速率一定時(shí)，選取不同的料球比進(jìn)行試驗(yàn)，分析不同條件下磨礦產(chǎn)品的產(chǎn)率，得出在一定轉(zhuǎn)速率和介質(zhì)充填率下，球料比對(duì)研磨效率的影響，結(jié)果表明，在規(guī)定的磨礦時(shí)間內(nèi)，料球比為0.6的磨礦效果最好，為0.8時(shí)次之，1.0時(shí)最差[12]。

尚清亮、張偉，采用高能球磨法對(duì)片狀鋅粉的制備方法進(jìn)行研究，考察球料比、球磨時(shí)間對(duì)片狀鋅粉性能的影響，他們發(fā)現(xiàn)在相同球磨時(shí)間條件下，球料比不斷增大，球磨出來(lái)的鋅粉粒度逐漸減小，片狀化程度不斷增高，松裝密度也在不斷降低，若要保證較高片狀化程度，需要提高球料比，但也應(yīng)保證球磨裝填系數(shù)的要求以及生產(chǎn)效率，確定最佳球料比為15：1[13]。

五、球磨時(shí)間對(duì)研磨結(jié)果的影響

在其他影響因素確定的情況下，研磨時(shí)間越長(zhǎng)，球與石墨之間有效碰撞的時(shí)間就越長(zhǎng)，對(duì)石墨的破碎效果越明顯，越容易得出石墨烯，但球磨的時(shí)間越長(zhǎng)，得到的片層的尺寸越小，越碎，同時(shí)由于比表面面積和表面能的增大，容易導(dǎo)致團(tuán)聚，進(jìn)而影響使用性能。

王武通過(guò)研究，采用球磨法制備親水性石墨烯，采用石墨衍生物作為添加劑，在水相介質(zhì)中采用球磨剝離并結(jié)合高溫煅燒制備石墨烯，系統(tǒng)研究制備石墨烯的工藝條件，最終選取研磨時(shí)間為16小時(shí)[14]。

汪凱在用球磨法制備石墨烯/甲殼素納米纖維雜化材料實(shí)驗(yàn)中，采用36小時(shí)作為最佳工藝參數(shù)[15]。

六、總結(jié)

球磨的實(shí)際效果由多種因素制約，各因素間又會(huì)存在相互的耦合作用，對(duì)于不同的規(guī)格球磨機(jī)，研磨不同的物料，難以找出理論最佳的一套工藝，但通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可以找到經(jīng)驗(yàn)上較為合理得到因數(shù)取值范圍，由此可大大提升實(shí)際的生產(chǎn)效率。