劉嬌嬌，王淑紅

(山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

磨機(jī)主要用于選礦廠磨礦過程中的物料被破碎之后，再進(jìn)行粉碎的過程，是礦物加工生產(chǎn)中的主機(jī)設(shè)備之一，在銅礦、鐵礦、有色金屬等制備中都發(fā)揮著重要作用；但磨礦的能耗極高，全世界磨礦消耗的電能占當(dāng)年發(fā)電量的3%～4%，有時甚至高達(dá)5%。碎磨作業(yè)的投資占全廠的60%左右，耗電量為全廠的50%，生產(chǎn)經(jīng)營費用占全廠的40%～50%，所以，磨機(jī)的生產(chǎn)能力直接決定著選礦廠的生產(chǎn)能力[1]。在磨礦過程中，磨機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、操作條件等，將會影響到磨礦效率、能耗、處理量、襯板的磨損率和磨礦效果等評價指標(biāo)，最終影響選礦廠的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[2]。當(dāng)前，大部分選礦廠都是通過分析總結(jié)前人經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，對磨機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，缺乏具體情況和多因素的分析[2-3]。另外，由于磨機(jī)使用范圍有限，對于磨機(jī)的工作參數(shù)分析少之又少，因此，對磨礦操作條件的優(yōu)化將會為磨機(jī)的磨礦工藝做出指導(dǎo)。

為了給選礦廠提供有效的數(shù)據(jù)分析，減少生產(chǎn)調(diào)節(jié)造成的不必要的人力和財力損耗，在實驗室條件下進(jìn)行了相關(guān)研究，探究工作參數(shù)對磨機(jī)磨礦效率的影響。

1 實驗分析

1.1 研究對象的選擇

現(xiàn)如今，對于選礦廠來說，在不改變設(shè)備數(shù)量的前提下很難找到有效提高磨機(jī)磨礦效率的方法。不同的選礦廠有著不同的礦石性質(zhì)、工藝條件、環(huán)境因素，完全一樣型號的磨機(jī)也可能會因為其他條件的不同而導(dǎo)致不一樣的磨礦效率，所以最終確定了一臺棒磨機(jī)來進(jìn)行本次研究。采用單因素試驗法，分析轉(zhuǎn)速、時間、填充率和液固比對磨礦效率的影響[4]。

1.2 實驗設(shè)備與條件

本實驗采用一臺實驗室的RK/BM一三輥四桶智能棒磨機(jī)，礦樣選用螢石，磨筒直徑內(nèi)徑132 mm，高150 mm(總高200 mm)，磨筒的容積為2 255 305 mm2，鋼棒的直徑為15 mm，高140 mm，磨機(jī)轉(zhuǎn)速n為150、160、170、180、190 r/min，填充率為12.05%，13.26%，14.46%，19.28%，20.49%，21.69%，磨礦液固質(zhì)量比c為100%和50%，棒磨時間t分別取3、5、6、7、9、12 min。

1.3 工作參數(shù)的確定

因為磨機(jī)的入料參數(shù)對磨礦效率影響較大，所以本次實驗主要以轉(zhuǎn)速、時間、填充率和液固比作為影響因子進(jìn)行實驗及分析。

轉(zhuǎn)速是通過磨機(jī)來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

時間通過秒表來進(jìn)行計時，以保證時間的準(zhǔn)確性，減少實驗誤差。

填充率是球磨機(jī)筒體內(nèi)部的鋼棒的體積與筒體的體積的百分比[5]，可以用下面的公式進(jìn)行計算：

Φ=(V鋼棒/V)×100%，

(1)

式中:Φ為填充率；V鋼棒為鋼棒的體積；V為筒體的體積。

液固比是液體與固體質(zhì)量的百分比[6]，可以用下面的公式來計算：

c=(m水/m螢石)×100%，

(2)

式中:c為液固比；m水為液體的質(zhì)量，即水的質(zhì)量；m螢石為固體的質(zhì)量，即螢石的質(zhì)量。

1.4實驗方案

根據(jù)實驗條件，采用單因素試驗法，固定其它條件，對可變參數(shù)進(jìn)行組合，組合出了幾種不同的實驗方案，見表1。

表1 磨機(jī)磨礦實驗方案

1.5 實驗過程

本次實驗為依次進(jìn)行礦樣稱取、向磨機(jī)中加入礦樣、計時磨礦、磨礦產(chǎn)品濕式篩分、過濾、烘干、檢查篩分和數(shù)據(jù)處理。兩次篩分所用到的篩子均為200目標(biāo)準(zhǔn)篩。

2 結(jié)果討論

對于磨礦效果的評判標(biāo)準(zhǔn)有三個方面：合格的磨礦產(chǎn)品、較高的磨礦效率和較低的單位能耗，磨礦效率是評價磨礦能量消耗的指標(biāo)，是每消耗單位電能所處理的礦石量[5]，在此處用篩上產(chǎn)品質(zhì)量的多少，即在處理相同質(zhì)量的礦樣后，所得到的200目標(biāo)準(zhǔn)篩的篩上產(chǎn)品質(zhì)量的多少，來估量其磨礦效率。

2.1 方案一的磨礦結(jié)果討論

對螢石礦樣按照方案一的工作參數(shù)進(jìn)行磨礦，研究其篩上產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。以時間為變量，在同一轉(zhuǎn)速下就繪制出了三條不同的曲線；以轉(zhuǎn)速為變量，在相同時間下，可以通過縱坐標(biāo)數(shù)值的不同，來觀測并計算磨機(jī)的磨礦能力。具體曲線圖如圖1所示。

圖1 液固比為50%時，不同轉(zhuǎn)速下篩上產(chǎn)品的質(zhì)量

首先，根據(jù)圖1，在相同時間內(nèi)，所得到的礦樣粒度在數(shù)值上差不多，只有微小的差異。在磨礦時間均為3 min時，這三個轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的篩上、篩下產(chǎn)品質(zhì)量不一，轉(zhuǎn)速為最小值170 r/min時效果最好，磨礦能力最優(yōu)，磨礦后的礦樣粒度小。在磨礦時間為6 min和9 min時，轉(zhuǎn)速最高的190 r/min的篩上產(chǎn)品質(zhì)量最小，即篩下產(chǎn)品質(zhì)量最大，磨礦的效果好，產(chǎn)生的礦樣粒度小，隨著轉(zhuǎn)速的降低，磨礦效果也逐漸變差，篩上產(chǎn)品質(zhì)量變大。在磨礦時間為12 min時，與磨礦時間為6 min和9 min時的情況相反，轉(zhuǎn)速最高的190 r/min的篩上產(chǎn)品質(zhì)量最大，即篩下產(chǎn)品質(zhì)量最小，磨礦的效果差，產(chǎn)生的礦樣粒度大，隨著轉(zhuǎn)速的降低，磨礦效果也逐漸變好，篩上產(chǎn)品質(zhì)量變小。

第二，針對于同一轉(zhuǎn)速時，不同的磨礦時間產(chǎn)生的篩上產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以分析出一定的規(guī)律。由圖1可知，隨著時間的加長，三條曲線均呈現(xiàn)下降趨勢。在相同轉(zhuǎn)速下，隨著磨礦時間的加長，篩上產(chǎn)品的質(zhì)量越小，磨礦的效果也就越好。

2.2 方案二的磨礦結(jié)果討論

根據(jù)方案二的工作參數(shù)對螢石礦樣進(jìn)行磨礦，分析其篩上產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)速相同，時間為變量，可以繪制出三條不同的曲線；以轉(zhuǎn)速為變量，在相同時間下，可以通過觀測縱坐標(biāo)數(shù)值的不同，來觀測并計算磨機(jī)的磨礦能力。具體曲線圖如圖2所示。

圖2 液固比為100%時，不同轉(zhuǎn)速下篩上產(chǎn)品的質(zhì)量

首先，通過圖2可知，在相同時間內(nèi)，所得到的礦樣粒度在數(shù)值上相差無幾，但仍有微小的差異。綜合來看，在磨礦時間分別為3、5、7、9 min時，這三個轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的篩上、篩下產(chǎn)品質(zhì)量并不相同，在轉(zhuǎn)速為最大值170 r/min時效果最好，磨礦能力最優(yōu)，磨礦后的礦樣粒度小。轉(zhuǎn)速是影響磨礦性能的重要因素,在高轉(zhuǎn)速下鋼棒的運動將更活躍,增加單位時間的有效粉磨次數(shù),提高粉磨速率[7]。轉(zhuǎn)速升高或降低都會對磨礦效果產(chǎn)生一定的影響，降低磨礦能力和磨礦效率。

第二，在同一轉(zhuǎn)速時，不同的磨礦時間產(chǎn)生的篩上產(chǎn)品的質(zhì)量，也可以分析出一定的規(guī)律。在相同轉(zhuǎn)速下，隨著磨礦時間的加長，篩上產(chǎn)品的質(zhì)量就會越小，磨礦的效果也就越好，細(xì)粒級物料也就越多。

2.3 方案三的磨礦結(jié)果討論

對螢石礦樣進(jìn)行磨礦，按照方案三的工作參數(shù)進(jìn)行，根據(jù)實驗結(jié)果研究其篩上產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。以填充率為變量，在同一液固比下可以繪制出三條不同的曲線，通過觀察縱坐標(biāo)數(shù)值的不同，來比較并計算磨機(jī)的磨礦能力。具體曲線圖如圖3所示。

圖3 液固比為50%時，不同填充率下篩上產(chǎn)品的質(zhì)量

通過圖3可以觀察到在不同的填充率下可以達(dá)到不一樣的效果，但是并不是填充率越大越好，當(dāng)填充率達(dá)到一定的量時，即鋼棒所占用的體積達(dá)到整體容積的一定比例時，磨礦能力與效率將會有所降低；填充率也不是越小越好，所運行著的鋼棒越少，就會造成礦粒與鋼棒之間、礦粒與礦粒之間的碰撞減少，從而降低磨礦的指標(biāo)。另外，研磨介質(zhì)填充率會影響磨機(jī)的粉碎效率、粉體質(zhì)量、磨機(jī)的振動特性及運行狀態(tài),具有聯(lián)系磨機(jī)內(nèi)外部動力學(xué)的紐帶作用[8-9]，鋼棒也是在整體磨礦中所占比重較大，所以，在磨礦時應(yīng)盡量保持在一定的范圍內(nèi)來填充鋼棒。在實際生產(chǎn)中，鋼棒作為一種長期消耗品，過分增加鋼棒填充數(shù)目會增加成本，填充數(shù)目過少不利于磨機(jī)的正常生產(chǎn)[10]，所以對于填充率的選擇應(yīng)盡可能找到最佳中間數(shù)值來進(jìn)行生產(chǎn)，使鋼棒更好地發(fā)揮研磨作用。

2.4 方案四的磨礦結(jié)果討論

對螢石礦樣進(jìn)行磨礦，按照方案四的工作參數(shù)進(jìn)行，根據(jù)實驗結(jié)果研究其篩上產(chǎn)品質(zhì)量之間的關(guān)系。以填充率為變量，在同一液固比下可以繪制出三條不同的曲線，通過觀察縱坐標(biāo)數(shù)值的不同，來比較并計算磨機(jī)的磨礦能力。具體曲線圖如圖4所示。

圖4 液固比為100%時，不同填充率下篩上產(chǎn)品的質(zhì)量

通過圖4可以觀察到在不同的填充率下可以達(dá)到不一樣的效果，在液固比為100%時，填充率最大時，磨礦效果最好。但是填充率越大，也會意味著磨礦時的鋼棒的能耗越高，消耗的鋼棒數(shù)量就越多，整體能耗增加。所以，在磨礦時應(yīng)盡量保持在一定的范圍內(nèi)來填充鋼棒。

2.5 方案五的磨礦結(jié)果討論

根據(jù)方案五的工作參數(shù)對螢石礦樣進(jìn)行磨礦，保持轉(zhuǎn)速和磨礦時間不變，考查液固比及鋼棒填充率不同對磨礦效率影響規(guī)律，如圖5所示。

圖5 不同液固比，不同填充率下篩上產(chǎn)品的質(zhì)量

通過圖5可知，整體磨礦效果在液固比為100%時相對較好，隨著時間的增加，磨礦效果也隨之變好，因此，在磨礦過程中，液固比也起著十分重要的作用，在實際工程中，也應(yīng)當(dāng)將磨礦液固比調(diào)配好，才能夠達(dá)到最佳的磨礦效果。

3 結(jié)論

1)通過對螢石礦進(jìn)行單因素實驗，實驗結(jié)果表明，只有合適的轉(zhuǎn)速才會產(chǎn)生最佳的磨礦效果，本次實驗所測，液固比為50%時，磨礦時間為3、12 min時，最適宜轉(zhuǎn)速是170 r/min，磨礦時間為6、9 min時，最適宜轉(zhuǎn)速是190 r/min；液固比為100%時，磨礦時間為3、7、9 min時，最適宜轉(zhuǎn)速是170 r/min，磨礦時間為5 min時，最適宜轉(zhuǎn)速是150 r/min。轉(zhuǎn)速的升高或降低都將會降低磨礦效率，產(chǎn)生更多的粗粒級產(chǎn)品，因而在進(jìn)行磨礦選擇轉(zhuǎn)速時，應(yīng)選擇中間值轉(zhuǎn)速。

2)不同的填充率也會對磨礦效果產(chǎn)生一定的影響，但填充率的多少直接取決于填充的鋼棒的數(shù)目的多少。在本實驗中，在磨礦時間為3、12 min時，最佳填充率為14.46%，在磨礦時間為6、9 min時，最佳填充率為13.26%。

3)磨礦時間越長，磨礦產(chǎn)生的細(xì)粒級產(chǎn)品就越多，最適合的時間是9 min和12 min，因而在實際生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所需要的最終產(chǎn)品粒度來進(jìn)行時間長短的選擇，在選擇時，應(yīng)當(dāng)注意時間過長將會導(dǎo)致過磨現(xiàn)象的出現(xiàn)，也將會增加能耗，所以選擇磨礦時間不宜過長，合理即可。

4)綜上所述，轉(zhuǎn)速、時間、填充率和液固比對磨機(jī)磨礦效率會產(chǎn)生一定的影響，但有的因素只能定性分析，很難定量的判斷。在這幾種參數(shù)中，時間是影響最大的因素，隨著磨礦時間的增加，磨機(jī)的磨礦后篩下產(chǎn)品質(zhì)量幾乎隨直線攀升，選取一個最合適的磨礦時間將會對磨礦效率等產(chǎn)生極大的影響。液固比影響次之，填充率稍微有些影響，轉(zhuǎn)速影響最小。所以，在實際生產(chǎn)中，仍需要根據(jù)礦石自身的性質(zhì)、磨機(jī)的類型等來調(diào)節(jié)其工作參數(shù)，使選礦廠實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高磨礦效率，改善磨礦效果，大大增加選廠的經(jīng)濟(jì)效益。