精确化装球的实验室扩大试验研究.pdf

1 8 有色金属 选矿部分 2 0 0 6 年第1 期 精确化装球的实验室扩大试验研究 杜茂华1 ，石贵明2 ， 1 ．昆明理工大学机电工程学院，昆明6 5 0 0 9 3 ； 周平2 ，段希祥2 2 ．昆明理工大学国土资源学院，昆明6 5 0 0 9 3 摘要总结精确化装球方法的理论基础并在对钢球直径确定的典型方法比较的基础上，给出了精确化装球在应 用中的研究方法，包括根据矿石力学强度，精确计算初装球球径的方法和精确化初装球方案的验证试验方法。经实验室 扩夫对比磨碎试验研究显示，该方法可提高磨机生产率、改善磨矿产品粒度组成、提高解离度、提高选别指标．从而为生 产实际中科学合理地进行装球并为全面改善磨矿效果提供指导。 关键词磨矿；精确化装球；半理论公式；扩大试验 中图分类号T D 9 2 1 ．4文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 6 0 1 0 0 1 8 0 4 长期以来，我国选矿界确定球径的方法，多数应 用前苏联拉苏莫夫在1 9 4 8 年提出的给矿最大粒度 州m i l l 与所需球径D b r a m 的拉苏莫夫公式D 一泖 i 为球径系数，n 为矿料性质参数 。由于该公式中 有两个未知参数i 和n ，不能直接使用，必须通过试 验方法 即做两组风和卉的关系试验，组成两个方 程式的联立方程组然后求解 ，确定不同条件下的参 数i 和n 。此公式使用起来较麻烦。而且因拉苏莫夫 公式只侧重考虑给矿粒度因素，故所计算的球径值 在粗块给矿下偏差较大 偏低 Ⅲ。 钢球尺寸偏差大，既会造成不必要的能量消耗， 同时也会影响磨矿生产率、产品的粒度分布以及解 离特性。因此，在我国选矿界推广精确化装补球方法 是很有必要的。 精确化装补球方法，即用段氏半理论公式精确 计算球径，用破碎统计力学原理指导初装球时配球， 并以初装球作为补球计算的依据，在若干实际应用 中已取得了良好的磨矿效果∞。此新方法正在开发及 完善，即针对不同矿种、不同磨机规格、不同磨矿条 件，通过试验，使该方法蛀终得以普遍认可。本文即 足对精确化装球方法及其实验室小型试验和扩大对 比磨碎试验的相应研究。 1 精确化装球方法的理论基础 1 ．1 精确化初装球是磨碎概率最高的方法 最初装球时，装入磨机内的球的种类、各种球的 直径及它们的重量比例直接关系到磨矿效果的好 坏。磨矿实践证明，对于待磨矿料中粗细不同的粒 级，采用几种大小不同的混合球比仅用一种钢球的 磨矿效果好，即粗矿粒要用大钢球打击，细矿粒需要 用小钢球磨矿。在装球量一定时，若钢球尺寸偏大， 则每次球荷循环对矿粒的打击次数就减少；另一方 面，由于球荷总表面积小，矿粒受磨碎的机会减少， 磨不细级别的产率必然增大。反之，若钢球尺寸偏 小，则每次球荷循环对矿粒的打击次数较多，但由于 每个钢球的能量小，打击力不足，仍然不能有效地磨 碎矿粒口。因此，在对各种直径的球进行配比时，钢球 尺寸偏太偏小均不好，应该确定最适宜的钢球尺寸， 做到既有足够的打击力，又要有较多的打击次数和 较强的研磨作用。根据破碎统计力学观点，各种尺寸 钢球所占比例应该和它所适合磨细的矿粒的产率一 致，即大球的比例大致和粗矿粒的百分率相当，小球 的比例大致和细矿粒的百分率一致。这样才能使各 级别有最高的磨碎概率。 1 ．2 单级别钢球直径精确确定的典型方法比较 目前，用于确定钢球直径的方法大体分为两类 一类是采用较好的公式直接计算；另一类是通过试 验确定。在此，就目前欧美国家及地区广泛应用的比 较典型的两个经验公式和半理论公式进行比较。 直接用球径公式计算所需球径时，过去多半用 拉苏莫夫等球径经验公式进行计算。由于各个球径 经验公式中基本上只考虑给矿粒度一个因素，因此 计算的误差大，目前很少采用这些经验公式。目前欧 美各国普遍采用的阿里斯查尔默斯公式和诺克斯 洛德公司的经验球径公式，因它们考虑的因素多达 五、六个，计算结果比那些只考虑给矿粒度一个因素 收稿日期2 0 0 5 0 7 2 2 作者简介杜茂华 1 9 6 8 一 ，女，山西五寨人，副教授，主要从事数字化设计与制造以及磨矿设备研发和矿物加工科研工作。 万方数据 2 0 0 6 年第1 期杜茂华等精确化装球的实验室扩大试验研究 1 9 的经验公式要精确得多。1 9 8 9 年我国推导出了适合 我国国情的球径半理论公式，计算结果精确，应用也 方便。 用试验方法确定球径，对细磨机容易实现，在试 验室磨机中即可确定及试验。因给矿粒度细，所需球 径小。对于粗磨机的所需球径则只能在工业试验中 确定，因给矿粒度大及所需球径大。而工业试验确定 所需球径的方法影响因素太多，试验周期也长，工作 量也大，得出的结果误差也大。本研究中试图寻找一 种能精确计算所需球径的公式计算法，并找出一种 工作量最小的球径验证方法。 这里，先就常见的三个球径计算公式进行分析 比较和选择。 1 阿里斯查尔默斯公式 耻 惫 } 器产 2 诺克斯洛德公式 巩 [ 舞 ＼／嘉卜I 式中，风为所需钢球直径，英寸；如为新给矿粒 度 8 0 ％过筛粒度 ，仙m ；S 为矿石密度，t ／m 3 ；W ．为待 磨矿石功指数；D 为磨机内径，英尺；e 为磨机转速 率，％；如为修正系数，按给定条件查表选取。 阿里斯查尔默斯公式和诺克斯洛德公司形式 比较复杂，考虑因素较多，并以一个综合系数考虑了 其它未列入因素的影响，这是比较合理的，计算结果 较准确。但两个公式中均有我国多数选矿厂缺少的 功指数，粒度表示的技术习惯与我国也不同，加上两 个公式中的经验修正系数多是在国外大型磨机的情 况下提出来的。鉴于上述原因，使用它们来确定我国 磨机钢球尺寸均较不方便且会产生一些误差，故在 我国应用不方便。 3 球径半理沦公式[ 3 1 D h K 晋V 靠d ， 式中，仇为所需钢球直径，c m ；I p 为磨机转速 率，％；o r ／为矿石抗压极限强度，k g f ／c m 2 ；8 ’为钢球的 有效密度，g ／c m 3 ；最为钢球密度，g ／c m 3 ；t 5 。为矿浆密 度，g ／c ／3 1 1 3 ；D o 为球荷“中间缩聚层”直径，D 。 2 R 。 2 、／虽；；堕，R 。为最外层球半径，R K R 。，K 尺，R ．。 墨与转速率、充填率币有关，为综合修正系数，可查 表取值；卉为磨机给矿粒度9 5 ％过筛计最大粒度 f c m l 。 球径半理论公式是在给定的矿石力学强度发给 定磨机工作条件下计算所需钢球直径公式。计算所 需的各个参数均是设计及生产中所能方便提出的。 因此，采用球径半理论公式计算球径不仅对我I 雪选 矿厂适用及方便，而且是目前所需钢球直径尺寸计 算最精确的公式[ 4 1 。 依据矿石力学条件及磨机实际工作条件用球径 半理论公式计算所需的精确球径是精确化装球的第 一步，它解决单级别球径的精确问题， 1 ．3 整体球径精确确定的方法 1 ．2 节解决了单级别球径的精确确定问题，而磨 机内整体球荷直径的精确化则要靠配球来解决。用 破碎统计力学理论指导配球就能使整个球荷具有最 高的破碎概率，即针对磨机全给矿的待磨粒级组成 分别配备各种球径的球，保证矿粒的磨碎概率最高。 2 精确化装球方法在应用研究中的研 究方法 依据段氏半理论公式进行球径精确计算，按磨 机给矿粒度组成进行配球，这是精确化装球的基本 原则，具体实施精确化装球的方法步骤如下所述。 2 ．1 初装球球径的精确计算方法 初装球球径的精确计算分如下4 个步骤 1 待磨物料的粒度组成测定。将球磨机的新 给矿和返砂进行筛分分析，根据返砂比大小，计算出 球磨机的全给矿的粒度组成。扣除不需磨碎的细粒 级后求出待磨物料的粒度组成。 2 矿粒分组并计算各组矿粒产率。根据步骤 1 计算所得磨机全给矿中待磨物料的粒度分布特 性，结合具体磨矿要求、目的，按适当的粒度范围，将 全给矿待磨粒度划分成几组粒级。 3 磨机球荷直径 球径 精确计算。采用段氏球 径半理论公式，计算各组待磨粒级所需的精确球荷 直径大小。 4 精确化初始装球比例确定。应用破碎统计力 学原理，即根据装人钢球的种类、各种直径和蘑量比 例与待磨物料性质相适应原理 根据磨机全给矿粒 度分布特性，粗级别物料用大尺寸钢球磨矿，细粒级 物料用小尺寸钢球磨矿，并使大尺寸钢球的比例大 致与粗级别物料的百分率相当，小尺寸钢球比例大 致与细粒级物料产率一致 ，精确确定磨机各种球的 初装比例。 2 ．2 精确化初装球方案的验证试验方法 万方数据 有色金属 选矿郜分 2 0 0 6 年第1 期 依据矿石力学条件及磨机工作条件计算的精确球 径，以及依据全给矿粒度特性用破碎统计力学原理 指导配出的精确化初装球方案均是依据测定和计算 得出的结果，要证明这个结果的可靠性只有通过实 际磨碎试验来验证。为了验证更有说服力，可配出一 个比推荐方案球径偏大及一个偏小的方案，再加上 一个现场的实际方案，四个方案在同等条件下磨碎， 以磨碎结果证明推荐的精确化初装球方案是最佳的 方案。 3 应用研究实例 3 ．1 试验过程 本研究得出的精确化装球方法在云南大红山铜 矿二期工程0 3 ．6 r e x 4 ．5 m 大型磨机进行实际应用。 现列出实验室扩大试验的研究过程及结果。 在可以装球l O O k g 左右、可装最大球为 0 1 2 0 m m 的4 5 0 m m x 4 5 0 m m 大型实验室磨机中开展 试验。根据上述2 中所述方法，初装球应根据磨机的 全给矿粒度组成来配制，但由于取试样时工作不正 常，返砂量少而细，故本研究仅按大红山铜矿 0 3 ．6 r e x 4 ．5 m 磨机一段磨新给矿来配球，只不过配出 的球巾犬球比例会高一些，这对于已大幅度F 降最 大球径的磨机，影响不会大。 3 ．1 ．1 磨机给矿粒度组成 0 36 r n x 4 ．5 m 磨机一段磨新给矿筛析结果见表 1 。 表1 一段磨新给矿粒度筛析结果 T a b1S c r e e na n a l y s i sr e s u l t so ft h es i z eo fn e w l y f e do r ei n s i n g l e - s t a g eg r i n d i n g 3 ．1 ．2 磨机初装球确定 先将表l 中的各级别产率扣除一7 4 t - m 不需要 磨碎物料后折算出待磨的级别产率。再将待磨物料 按产率大致相等的原则分为①固5 个组。又根据各 组的上限粒度运用段氏半理论公式计算所需球径。 最后按各组的产率确定适合该组矿粒的钢球比例， 确定时仍然按大球比例略高的原则调整比例。确定 的初装球比例见表2 。 表20 3 ．6 m x 4 ．5 m 磨机初装球比例确定结果 T a b2T h ed e t e r m i n e dp e r c e n t a g e so fi n i t i a lb a l l l o a di nt h eb a l lm i l lo f36 m x 4 ．5 m 4 ．9 1 1 53 9 68 9 1 l _ 7 7 2 0 ．5 7 8 ．8 2 l O ．7 8 2 05 9 ①2 06 0 8 02 5 0 0 ②】8 6 3 ③2 05 7 ④1 96 0 ⑤2 0 ．6 0 7 02 50 0 6 02 0 】o 4 02 0 0 0 3 0 1 0 o o 表2 显示，精确配球方案为中8 0 0 7 0 0 6 0 币4 0 中3 0 2 5 2 5 2 0 2 0 1 0 。 为了进行比较，再配一个比推荐方案球径偏大 及一个偏小的方案，最后加上一个现场方案，具体如 下方案卜一推荐方案；方案Ⅱ偏大方案；方案Ⅲ一 偏小方案；方案Ⅳ一现场方案。最后通过试验来证明 推荐的方案是最佳的方案。 3 ．2 试验结果比较 为了使给矿粒度均匀，将磨机给矿分为 S m m 占3 6 ．3 7 ％ 及一8 n u n 占6 3 ．6 3 ％ 两部分，分别筛分 后合并，每份试料1 4 ，3 k g 。分别按偏大方案、偏小方 案、现场方案和精确配球方案进行磨矿。每个方案均 磨3 5 m i n 试验后确定 后进行产品筛析。所计算的 各指标结果见表3 。磨碎结果用下列指标评价 1 1 ．0 m m 产率，用以查明各个方案磨碎粗粒的能力； 2 0 ．1 5 r a m 磨不细的产率，磨矿要求磨至一7 4 t r m 达7 0 ％，相当于0 ．1 5 m m ，故以 0 ．1 5 m m 代表磨不细 级别； 3 一7 4 m 产率，直观地判断各方案的细磨能 力高低； 4 q - 7 4 利用系数，或叫单位容积生产率，判 明各方案生产能力的高低； 5 各方案的单位容积生 产能力与现场的单位容积生产能力的比较，判观各 方案比现场方案优越的程度。 由表3 看出 1 推荐的初装球方案磨不细产率 较低，一7 4 m 产率最大，而且过粉碎不严重，是最优 的方案； 2 比推荐方案偏大或偏小的初装球方案其 ”m H∞m聃酊m盥∞M丘m博一帅堪憎蝴裂；；荔；l嚣 万方数据 2 0 0 6 年第1 期杜茂华等精确化装球的实验室扩大试验研究 2 1 表3 一段磨矿四个初装球方案的对比磨碎结果比较 T a b3R e s u l t sc o n t r a s to f g r o u n dm i n e r a l si nf o u ri n i t i a l b a l l - l o a ds c h e m e si ns i n g l e - s t a g eg r i n d i n g 1O m m 产军／％0 4 6 0 6 004 00 4 4 4 4 1 1 5 n m a 磨不细产辊2 41 41 81 0 2 08 6 1 7 ．1 4 1 0 p ．| m 过粉碎产率棍 1 21 41 34 81 24 81 2 ．9 4 7 4 p , m 产率，％ 5 66 86 13 05 8 皇46 3 ．4 6 q ～／ t ‘m 4 ‘h 1 0 ．2 6 4 0 ． 9 0 O2 7 603 0 3 qu 为现场方案的倍数 1 ．0 0 011 0 21 ．0 4 511 4 8 磨碎效果均不如推荐方案； 3 现场所采用的方案是 效果最差的方案；f 4 偏小的方案效果仅次于推荐方 案，因而不必担心推荐方案的球径过小； 5 与现场方 案比较，采用精确化装补球方案后，推荐方案比现场 2 ．证明推荐的方案确实是精确化的初装球方 案。偏大偏小方案效果均较差。这是因为球径精确化 后，球的打击力足够而打击次数大幅度增加，因此， 磨碎能力加强，磨机生产能力将显著增加。同时，打 击力的精确将使磨矿产品粒度更均匀，过粗及过细 级别减少，中间易选级别增加，即人选的物料性质明 显地改善了，从而有利于提高选矿的回收率。 3 ．计算结果来自于实验室内的研究，还需进一 步通过工业生产试验验证。 4 ．经过大红山铜矿的磨矿试验研究，说明推荐 的“精确化装球法”，方法简单，效果显著，全面改善 了磨矿及选别过程，值得在生产中推广应用。 方案磨机生产能力提高1 4 ．8 ％。 [ 1 ] 4 结论 [ 2 ] 1 ．对实际待磨矿料作粒度组成分析，根据待磨 矿料粒级组成及矿石力学强度精确计算球径及用破[ 3 ] 碎统计力学原理指导配球，确定推荐的最佳球荷，并 与现场装球、偏大偏小装球等多个方案进行扩大对[ 4 ] 比磨碎试验，体现了推荐精确方案的优越性。 参考文献 李启衡碎矿和磨矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 0 ， 1 8 5 1 8 7 段希祥．选择性磨矿及其应用[ M ] 北京冶金工业出版 社，1 9 9 1 1 7 4 1 7 5 段希祥选择性磨矿及其应用[ M ] ．北京冶金工业出版 礼，1 9 9 1 ，1 8 0 ． 段希祥球磨机钢球直径的理论计算研究[ J ] ．中国科学 A 辑 1 9 8 9 ． 8 8 5 6 8 6 3 ． E X P A N D E DC o N T R A S TE X P E R Ⅱ讧E N TS T U D Yo NA C C U R A T EB A L L L o A DI N T H EL A B o R A T o R Y D uM a o h u a l ，S H IG u i m i n g z ，Z H O UA 时，D U A N X i x i a n 9 2 仃．F a c u l t yo fM e c h a n i c a la n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g ；2 ．F a c u l t yo fL a n dR e s o u r c e s E n g i n e e r i n g , K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y , K u n m i n g6 5 0 0 9 3 , C h i n a A B S T R A C T O nt h eb a s i so f s u m m a r i z i n gt h e t h e o r e t i c a lb a s eo ft h em e t h o d so fa c c u r a t eb a l l l o a d ，a n do f c o m p a r i n gt y p i c a lm e t h o d so fd e t e r m i n i n gt h ed i a m e t e r o ft h e g n d i n gb a l l ，t h ep a p e rp r o p o s e s r e s e a r c h m e t h o d so fa p p l y i n gt h em e t h o do fa c c u r a t eb a l l l o a dt ot h ep r o d u c t i o np r a c t i c e ，i n c l u d i n gt h em e t h o do f e M c u l 砒i n gt h ed i a m e t e r so f i n i t i a l b a l ll o a d e da n dt h a to fv a l i d a t i n g e x p e r i m e n t so ft h es c h e m eo fi n i t i a l b a l l l o a d a c c o r d i n g t ot h em e c h a n i c ss t r e n g t ho ft h eo r e ．T h e e x p a n d e de x p e r i m e n t a ls t u d y i nt h e l a b o r a t o r y ，b yc o n t r a s t i n gg r o u n dm i n e r a l s ，s h o w st h a tt h ep r o p o s a lm e t h o d sm a yi m p r o v et h ep r o d u c t i v i t yo f g r i n d i n gm i l l ，t h ec o m p o s i t i o n o ft h ef i n e n e s so f g r o u n dp r o d u c t s ，t h em i n e r a l l i b e r a t i o n d e g r e ea n dt h e s e p a r a t i o ni n d e x e s ，s u c ht h a tp r o v i d e s t h eg u i d ef o rl o a d i n gb a l l s c i e n t i f i c a l l ya n dr e a s o n a b l y i n p r a c t i c a l a p p l i e a t i o n sa n df o ri m p r o v i n gt h eg r l n d i n ge f f e c tc o m p r e h e n s i v e l y ． 1 皿YW O R D S 撕n d i n go p e r a t i o n ；a c c u r a t eb a l l l o a d ；D u a n sh a l ft h e o r yf o r m u l a ；e x p a n d e d e x p e f i m e n t s 万方数据