磨机磨矿效率影响因素分析.pdf

6 6 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第4 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 l - 9 4 9 2 ．2 0 1 8 ．0 4 ．0 1 4 磨机磨矿效率影响因素分析 刘志伟 中国恩菲工程技术有限公司，北京1 0 0 0 3 8 摘要磨矿效率是衡量磨机生产综合性能的重要的参数指标，本文综合论述了人磨矿石粒度、磨矿介质、矿浆 流变特性、磨矿浓度、返砂比、磨机衬板、助磨剂等因素对球磨机磨矿效率的影响，并要求磨矿生产过程应具有较高的 自动化水平。 关键词磨矿；磨矿介质；筒体衬板；磨矿效率；球磨机 中图分类号T D 4 5 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 _ 9 4 9 2 2 0 1 8 0 4 觚6 硝 D i s c u s s i o no ft h eF a c t O r st h a tI I l f l u e n c eG r i n d i n gE m c i e n c y u Uz h 洳e i C 硒z 乜E Ⅳ衍E 昭i 聊e n gC o ．，血d ，B e 咖增j D D D 3 8 ，筋i 凡口 A b s t r a c t T h eg r i n d i n ge m c i e n c yi st h em o s ti m p o r t a n tp a I j a m e t e rt oe v a l u a t em a c h i n ep e I f o m l a n c e ． T h i s a r t i c l ed i s c u s s e dt h ef a c t o r st h a ti n n u e n c eg d n d i n ge m c i e n c yi n c l u d i n ga n i c I es i z et om i l lm a c h i n e ， m i l l i n g m e d i u m ，s l u I T yr h e o l o g i c a lp r o p e n i e s ， u n d e m o wr a t i o ， l i n e r ，g r i n d i n ga i de t c ． T h em i Um a c h i n es h o u l db e a u t o m a t i cc o n t r o l l e di nah i g hl e v e l ． K e yw o r d s o r eg d n d i n g ；m i l l i n gm e d i u m ；l i n e r ；g r i n d i n ge m c i e n c y ；m i l lm a c h i n e 磨矿作业是选矿厂中非常重要的一个作业工 段，为后续作业提供合格粒级物料，除部分砂矿外， 所有选矿厂都有磨矿作业。磨矿作业在选矿厂的基 建投资中占有很大比例，同时又是钢耗能耗较高的 作业，据统计，选矿厂碎磨作业的能耗约占选矿厂总 能耗的6 5 ％～7 5 ％，钢耗几乎占1 0 0 ％，成本占选矿 厂总成本的5 0 ％一7 0 ％1 1 。。因此正确选择计算磨 机，优化磨机的运行工艺参数，提高磨矿效率，具有 很大的经济和社会效益。 1 入磨矿石粒度对磨矿效率的影响 选矿厂常规碎磨流程中，磨矿作业建设投资和 生产运营费用比破碎作业高很多，因此应尽可能降 低入磨粒度，入磨粒度越细，磨矿效率越高，钢球消 耗量愈低。多碎少磨已是目前选矿厂设计和生产的 主要原则之一。针对同种性质的矿石，人磨产品中 细粒级含量越高，磨矿效率越高。人磨粒度影响磨 矿效率的原因，从经验校正系数分析，入磨粒度从 一2 0m m 降到一1 0m m ，磨矿效率仅提高5 ％～ 1 0 ％。辽宁某金矿，通过将人磨矿石从一1 5m m 降 到一1 0m m ，给矿中0 5m m 含量占6 0 ％，磨机日处 理量从l1 5 0t 提高到15 0 0t ，吨矿钢耗从1 ．5 3k g 降到1 ．1k g ，吨矿综合电耗从4 1 ．5 7k w h 降到 2 9 ．2k w h 。武钢某铁矿，入磨矿石粒度从一1 3m m 降到一8m m 后，磨机年处理量从2 0 0 万t 提高到了 3 0 0 万t 【2 j 。通过践行“多碎少磨”两个矿山均取得 了明显的经济效益。 2 介质对磨矿效率的影响 磨矿介质是影响磨矿效率高低的主要因素。一 般来说，如果磨矿介质、配比及充填率选择不当，磨 机的磨矿效率不会很高。在工业生产中应根据来料 粒度特性、硬度特性、产品粒度要求来确定磨矿介质 的种类、形状、尺寸配比和磨机充填率。 2 ．1 介质充填率 磨机内介质的体积和磨机内腔体积之比即为磨 机充填率。介质在球磨机中以抛落式和泻落式状态 运动。抛落式运动的介质用于砸碎大颗粒矿石，泻 落式运动的介质主要起研磨作用。磨机充填率较低 时，磨矿介质在磨机内不易提升到高位，不会产生抛 收稿日期2 0 1 8 旬3 ．2 8 修回日期2 0 1 8 舶．1 3 作者简介刘志伟 1 9 7 9 一 ，男，河北正定人，硕士，高级工程师，从事选矿工程设计方面的工作。 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 刘志伟磨机磨矿效率影响因素分析 - 6 7 落运动，主要以泻落运动为主。所以细磨时磨机充 填率比粗磨磨机充填率要低约5 ％。 磨机内介质的运动状态与介质充填率有关，介 质与衬板之间存在摩擦力，当充填率足够大，摩擦力 足够大时，衬板才能将磨矿介质带到抛落点高度。 有试验表明，当球荷达到4 0 ％时，介质和衬板之间 的滑动即停止。但充填率也不宜太高，充填率太高， 钢耗增加，生产能力并不增高，反而会降低。钢球的 充填率一般在3 0 ％～4 5 ％，球磨机直径越大，充填 率应越低H 1 。对于棒磨机，因为棒的堆密度比球的 堆密度大得多，棒磨机钢棒的充填率一般比同规格 球磨机充填率低1 0 ％。 介质充填率对磨矿效率的影响，主要是影响介 质在磨机内的运动状态。介质运动状态还与衬板形 状、磨机转速、矿浆性质有关。对于可变频调速的磨 机，介质充填率与磨机转速相关，一定的转速对应有 一最佳充填率，生产中通过一段时间的运行摸索，是 能找到磨机最佳充填率的，可获得电耗钢耗最小的 最佳运行状态。 2 ．2 钢球直径及配比 磨矿介质的适宜尺寸受矿石硬度、磨机给料及 产品粒度、磨机规格、衬板形式、介质形状及材质等 因素的影响。在粗磨时，需要磨矿介质的抛落作用 对物料进行冲击破碎，在细磨时需要磨矿介质和物 料之间更大的接触面积，将细粒物料磨碎，因此粗磨 时需要装大直径钢球，细磨时需要装小直径钢球。 在实际生产中往往通过生产试验来确定合适的介质 尺寸。 磨矿效率体现在磨机处理量和磨矿产品细度， 在满足后续工段物料细度的情况下，磨机处理量大 才能反应磨机的高效运行。所以磨机的高效运行， 磨矿介质中需要有大直径钢球，以提高磨机处理量， 但也应级配一定量的小直径钢球，以保证磨矿细度。 东北大学陈炳辰教授提出了磨机合理配球的计 算机模拟算法，该算法的指导思想是单一尺寸的球 介质对混合粒级磨机给料的磨碎作用等于其对组成 混合物料的各窄级别物料磨碎作用的线性迭加；混 合加球对混合物料的磨碎作用等于混合加球中各单 一尺寸球对各窄级别物料磨碎作用的线性迭加”o 。 利用该方法对东鞍山矿石进行的模拟计算值很接近 试验值。但在实际生产过程中，钢球是不断消耗，直 径逐渐变小的，很难保证钢球直径的配比。实践证 明，通过自动加球机加球可保证磨机内钢球的良好 配比。自动加球机可实现连续加球，及时补充钢球 在磨机内的自然消耗来保证球比。 2 ．3 介质形状 过去几十年，国内外对磨矿介质形状的研究都 进行了大量的试验工作，部分人认为球和棒是唯一 有效的和合适的磨矿介质，另外一部分人则持反对 观点。更多的研究结果表明，在通常粒度范围内，采 用球形介质是最有效和最便宜的，球体的磨矿粒度 最细。近年来对磨矿介质形状的研究主要集中在柱 球、柱、球。柱球是一种异形柱，其中间为圆柱，两端 为半球体。东北大学实验室模拟工业生产条件的连 续磨矿试验结果表明柱球磨矿产品中的粗粒级别 1 0 0 斗m 含量最低，其次为柱介质和球介质；就 细粒级别含量 一7 7 “m 而言，柱球介质的产品粒 度与球介质差不多，这说明柱球介质的磨矿产品粒 度要均匀的多。就各级别的生成速率而言，柱球介 质均大大高于球介质及柱介质，并且柱球介质的产 品粒度均匀、泥化很轻，这非常有利于浮选。除此之 外，介质与物料及介质与介质之间的接触方式也有 很大影响。柱介质具有明显的选择磨碎作用，但滚 动性差，因此适用于粗磨而不适用于细磨。实验室 批次试验结果表明，当磨矿产品粒度大于5 0 0 m 时，柱介质的磨矿速度较球介质高1 0 ％以上。柱球 介质兼有选择破碎和细磨作用，故产品粒度均匀、过 粉碎轻，为很好的磨矿介质形状，需注意的是要正确 决定其长径比pJ 。 3 矿浆流变性对磨矿效率的影响 流变学是研究物体流动与形变的科学。矿浆通 常被认为是流体，它受应力作用会产生变形，矿浆的 浓度、颗粒形状及粒度分布是影响矿浆流变特性的 重要因素。在磨矿过程中，上述诸因素不断变化。 图1 概括了矿浆固体浓度与矿浆黏度和磨矿速率的 一般规律。 在A 区，矿浆浓度较低，黏度也较小，磨机产量 不发生多大变化。在B 区，矿浆浓度增大，黏度也 较高，磨机产量也较高。此区较高的矿浆黏度可由 增加矿浆浓度或调解粒度分布来达到。C 区为过高 黏度区，在此区域内磨机产量将要降低，原因是矿浆 黏度太大时将产生过细颗粒。生产实践也表明球 磨机在区域B 内运行，磨机处理量较在区域A 或区 域c 区中运行提高4 ％～2 0 ％。因此，湿式磨矿浓 度在B 区内磨矿效率最高‘3J 。 从以上矿浆的流变特性对矿浆的磨矿速度分析 可知，磨矿浓度影响矿浆的流动性，影响矿粒在磨矿 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 8 年第4 期 割一j 圳。彳／乒爪、＼ L A 卜彤十f c 弋 E 二盐 萋f1 竽 ／／貅裂区 图l固体浓度与矿浆黏度和磨矿 速度的关系曲线 F i g ．1 S o l i dc o n c e n t I ．a t i o na n ds l u r r yv i s c o s i t y a n dg d n d i n gs p e e dc u r V e 介质上的黏着程度，影响着磨机的磨矿效率。浓度 过低，矿浆流动快，在介质上黏着程度低，使钢球对 物料的冲击和研磨作用弱；浓度过高，物料在磨矿介 质上的黏着程度好，介质对物料的冲击和研磨作用 好，但矿浆流动慢，易造成过粉碎，影响磨机处理量。 实践证明，只有当磨矿浓度适当时，球磨机磨矿效率 才会最高，它随被磨物料性质及工艺条件而定。球 磨机的一段磨矿浓度一般控制在7 2 ％～8 2 ％。密 度大或硬度大的矿石磨矿浓度可控制的稍高些，密 度小或硬度小的矿石磨矿浓度可控制的稍低些。 4 微阶段磨矿对磨矿效率的影响 物料从磨机给料端向排料端移动的过程中，是 逐渐被磨细的。物料在磨机的给料端到排料端之间 的粒级分布是不同的，靠近给料端，物料粒度分布较 粗，靠近排料端，物料粒度分布较细。所以理想状态 下，靠近磨机给料端，希望钢球的抛落运动多一些， 靠近排料端，希望钢球的泻落运动多一些，这样才能 获得最佳的磨矿效率。微阶段磨矿就是在磨机筒体 轴线方向上安装不同形状的衬板，获得对钢球不同 的提升高度，以实现磨矿筒体轴线方向各区段不同 的磨矿作用。磨机给料端冲击粉碎作用为主，排料 端磨剥粉碎作用为主，中间阶段处于两种磨矿作用 的过渡状态。微阶段磨矿更好的适应了不同粒度矿 石对磨碎形式的不同需要，因而可提高磨矿效率。 微阶段磨矿在梅山铁矿得到了成功应用哺刁J ， 在磨矿产品细度和磨机能耗不变的情况下，磨机处 理能力显著提高，并改善了磨矿产品的粒度组成。 5 返砂对磨矿效率的影响 返砂是经过磨矿以后粒度不合格而又接近合格 的矿料，返回磨机进行再磨，因此大量返砂的加入必 然使合格矿粒增多。一般情况下球磨机内沿整个轴 向长度工作效率并不均衡，给矿端物料中粗粒级含 量高，钢球打击以及研磨粗粒级的概率大，磨矿效率 高；排矿端物料中粗粒级含量低，钢球打击及研磨粗 粒的概率就低，工作效率也低。磨机的磨矿效率从 给矿端至排矿端是逐步降低的，原因在于粗粒级沿 轴向分布的不均匀性，而返砂的加入一定程度上改 变了这种粗粒级的分布不均衡性。返砂粒度较粗， 而且量大，球磨机闭路磨矿时的返砂比经常是 2 5 0 ％～3 5 0 ％，所以返砂的加入可使球磨机内的物 料流动速度加快，从而使之沿轴向长度粗粒级分布 趋向合理，钢球在磨机长度上均能高效工作，故而闭 路磨矿能显著提高磨矿效率。 从破碎理论分析，增加返砂量并不增加磨机的 功耗，只是增加磨机内物料的流动速度，磨机内钢球 及物料的充填状态也未发生变化。根据雷廷格面积 学说，表面积增加就要增加功耗，而在闭路磨矿时磨 矿产品的表面积并未增加，只是生产了更多粒度均 匀的合格粒级，减少了过粉碎的发生。所以，增加返 砂在一定程度上是有利的旧引。但返砂比也不宜过 大，因为磨机中矿浆的轴向流速是一定的，即单位时 间内流过磨机横截面的流量是一定的，超过某一极 限值，磨机工作将失调，如发生“肚胀”现象，磨机效 率降低等。 6 衬板及助磨剂对磨矿效率的影响 衬板在磨机内起着保护磨机筒体和端盖，并提 升磨矿介质的作用。衬板的形状和材质对磨矿的钢 耗影响很大。除了传统的锰钢衬板，常用的还有橡 胶衬板和磁性衬板。 6 ．1 橡胶衬板 磨机衬板消耗在选矿成本中占很大比例，近年 出现了一些新型耐磨材料，其中橡胶衬板以其耐磨、 寿命长、节能、降噪等特点得到了较好推广。橡胶衬 板由于材质较软，在筒体上起到软垫的作用，在粗磨 作业中，会对钢球的冲击作用进行缓冲，降低了磨机 的生产效率0 | 。但在细磨作业中，钢球主要以磨剥 作用为主，磨矿降效作用并不明显，橡胶衬板寿命 长、节能、降噪的优点得以体现，因此在细磨作业中， 万方数据 2 0 1 8 年第4 期 刘志伟磨机磨矿效率影响因素分析6 9 橡胶衬板可提高能源利用效率，提高磨矿效率。 6 ．2 磁性衬板 磁性衬板是利用衬板本身的磁性在筒体内吸附 一层铁磁性物质，包括磁性矿物、碎钢球等，以形成 一层衬板保护层，从而防止衬板本体被磨损，大幅延 长衬板寿命。但当待磨物料中的铁磁性物质不足 时，就需要另外添加铁磁性物质。在粗磨作业或大 直径磨机中，由于钢球较大或钢球抛落高度过高，容 易将磁性衬板打碎，故磁性衬板多用于细磨作 业⋯J2 | 。在细磨作业中，由于磁性衬板重量轻，寿 命长，可有效降低磨矿成本，提高磨矿效率。 6 ．3 助磨剂 助磨剂是一种粉磨助剂，在粉磨过程中可加快 塑性变形，促进粉碎过程，防止凝聚和粘壁，还有选 择性磨碎作用。少量添加助磨剂便能起到提高粉磨 效率、降低粉磨电耗的作用。目前助磨剂在水泥和 陶瓷行业的研究应用较多3 | ，在金属矿山的研究应 用较少。 7结论 磨矿是一个能耗和钢耗都很高的作业，直接影 响选矿成本和后续选别指标，建议在磨机试验选型 阶段，对矿石的可磨性做详细研究，选型合理的磨机 才能做到经济效益的最大化。 现阶段国内大多数磨机皆为定速磨机，磨机转 速一般是参考类似规格磨机的转速，但是各选矿厂 入磨矿石硬度、细度等参数均不相同，同一矿山不同 开采年份的矿石性质也可能并不相同，磨矿产品细 度要求也不尽相同，这就要求磨机在处理不同来矿 时磨机转速率有所不同。处理较粗较硬物料时，磨 矿介质的抛落运动多一些，处理较细较易研磨物料 时泻落运动多一些，所以球磨机变频调速就显得非 常重要，是球磨机发挥最大性能的保证。 磨矿过程是一个动态不断变化的过程，建议对 球磨机运行实施“电耳”音频监控，并对磨机分级细 度进行在线实时监测。球磨机运行噪音很大，人工 很难准确监测，借助“电耳”技术可监测球磨机内的 钢球运动状态，可判断转速率是否合适，钢球是否有 冲击衬板，从而确定磨机的最佳转速率，最佳磨矿状 态。在线粒度分析可实时反馈磨矿细度情况，调节 给矿和钢球充填率。 砾磨是利用天然的砾石作为磨矿介质的磨矿过 程，但由于很难获得大量天然砾石，砾磨工艺在国内 应用并不多。近年来，国内大多新建选矿厂采用半 自磨机工艺，半自磨机稳定产出一定比例的大颗粒 砾石，可将半自磨机砾石筛分出来，用于二段细磨球 磨机的磨矿介质。砾石作为磨矿介质，可减少F e 2 对可浮性矿物的污染，提高浮选回收率。目前国内 已有将半自磨砾石作为立磨机磨矿介质的应用实 例，但作为细磨球磨机的应用还很少。 参考文献 [ 1 ] 杨松荣，蒋仲亚．碎磨工艺及应用[ M ] ．北京冶金工业 出版社，2 0 1 3 ． [ 2 ] 伏雪峰，张长久，梁晓峰．多碎少磨提高磨矿效率的机 理探讨[ J ] ．矿业工程，2 0 0 5 ，3 3 2 0 ．2 1 ． [ 3 ] 陈炳辰．磨矿原理[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 9 ， [ 4 ] 崔学茹，刘厚乾，李明东．磨矿介质与磨矿效率剖析 [ J ] ．矿业工程，2 0 0 5 ，3 6 3 5 ．3 7 ． [ 5 ] 张锦瑞．球磨机机理与磨矿介质制度研究现状及发展 趋势[ J ] ．有色矿冶，2 0 1 3 2 4 2 ．4 5 ． [ 6 ] 王宇斌．微阶段化磨矿研究与实践[ J ] ．I M ＆P 化工矿物 与加工，2 0 0 5 1 1 0 1 4 ． [ 7 ] 刘安平．微阶段化磨矿技术在梅山的应用研究[ J ] ．矿 冶工程，2 0 0 4 4 3 9 4 1 ． [ 8 ] 明平田．磨矿分级工艺考察及分析研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 6 4 5 ．4 7 ． [ 9 ] 黄礼龙，张国旺．磨矿分级工艺流程的考察及优化[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，加1 7 增刊1 5 4 - 5 7 ． [ 1 0 ] 彭远伦．橡胶衬板在粗磨机上使用的探索性研究[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 6 2 8 - 2 9 ． [ 1 1 ] 魏明安，吴建明．磁性衬板技术和应用的新进展[ J ] ． 有色金属 选矿部分 ，2 0 1 7 6 5 9 斟． [ 1 2 ] 苏兴强，周鲁生．金属磁性衬板应用进展[ J ] ．金属矿 山，2 0 0 6 3 1 4 - 1 7 ． [ 1 3 ] 饶舜．助磨剂对矿渣性能的影响研究[ J ] ．混凝土与 水泥制品，2 0 1 7 3 8 9 - 9 1 ． 万方数据