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我国粗磨球磨机钢球尺寸状况的分析 段希祥 昆明理工大学,昆明,650093 摘 要 根据大量的生产数据,指出了我国粗磨球磨机的钢球尺寸严重偏大。造成球径偏大 的原因,主要是缺乏成熟的理论指导、 球径确定方法和经验数据本身的误差以及我国国情及 习惯的影响。总结了球径过大的六种危害。 关键词 球磨机 钢球尺寸 计算方法Ξ 在金属矿石的磨矿中,所用的磨机主要有 棒磨机、 球磨机和自磨机等。自磨机是50年代 后大量发展及应用的磨机,在能源价格上涨过 快及磨矿介质不太稳定的情况下,80年代后许 多自磨机又改为半自磨及球棒磨机。由于技术 习惯的原因,殴美各国广泛采用棒磨机作为粗 磨设备。我国的情况与国外有些不同,除钨锡 矿等脆性矿物的粗磨多用棒磨机外,对于黑色 及有色金属矿石,采用棒磨机作粗磨设备的选 矿厂很少,仅包钢、 金堆城、 金川二选厂、 大姚铜 矿二选厂等少数几个选厂,而大多数选矿厂均 采用球磨机作粗磨设备。近年来,能源价格的 大幅度上涨,钢球价格的上扬,使磨矿成本明显 增大。再加上我国球磨机的性能比国外的 差[1],更加剧了磨矿成本的上升。因此,加强 粗磨作业中节能降耗的研究具有重要的意义。 球磨机磨矿是靠钢球的打击及磨剥来完成 的,钢球是能量媒介体及破碎力实施体,因此, 钢球尺寸的合理与否就决定着破碎能量的合理 与否,也决定着磨矿效果的好坏。而且,金属矿 石的磨矿是以解离矿物为目的的解离性磨矿, 钢球破碎力的精确与否严重影响着矿物解离性 总的好坏,即影响磨矿产品质量的好坏。此外, 钢球尺寸的大小还严重影响着球耗及电耗的高 低。因此可以说,钢球尺寸这个参数牵动着整 个磨矿过程的各项技术经济指标,是磨矿中至 关重要的一个因素。 近年来,许多国内外的专家都指出我国粗 磨作业的球径过大,但却提不出偏大的幅度及 解决这个问题的有效办法。尽管 “多碎少磨,以 碎代磨” 的技术观点被重视,不少厂矿相对地降 低了碎矿粒度,收到了一定效果,但降低碎矿粒 度后球磨机的球径如何合理调整的问题并未解 决。因此,结合我国国情进行球磨机钢球尺寸 的分析,找准问题,进而科学地加以解决,是至 关重要的。笔者试图在这方面进行一些分析研 究,以便为解决这个问题提供一些参考意见。 1 我国粗磨机的钢球尺寸现状 表1列出了我国一些大中型选矿厂粗磨作 业球磨机补加钢球的最大球径。为了与国外对 比,收集了一些国外选矿厂粗磨作业中所用钢球 最大球径的情况见表 2 。表3列出了塔加尔 特AF主编的选矿手册中列举的部分资料[2],那 是比较早的生产资料,但可作对比分析。 综合分析表1至表3的数据,可以得出如 下几点认识 1 在球磨机规格及给矿粒度水 平大致相同的情况下,我国粗磨作业所用钢球 的尺寸比国外大得多,约偏大20;2即使 与塔加尔特AF时代的球磨机用球相比那时 球磨机规格还比较小 , 我国粗磨作业所用钢球 的尺寸也是偏大的 ; 3 应根据我国矿石的硬 度、 给矿粒度及磨机直径大小等因素,寻找一条 降低我国粗磨作业钢球尺寸的科学途径。 第18卷第1期 1998年3月 矿 冶 工 程 MININGANDMETALLURGICALENGINEERING Vol.18№1 March1998 Ξ 收稿日期 1997212205 作者 男 教授 博士导师 表1 我国部分选矿厂粗磨球磨机补加钢球的最大球径 选矿厂名称 球磨机规格 dlm 矿石硬度 f 给矿粒 度/mm 最大球 径/mm 铜矿石 东鞍山选矿厂31231112～1812～0127 大孤山选矿厂21721112～1612～0127 弓长岭选矿厂21731612～1812～0127 齐大山选矿厂21731612～1620～0125 南芬选矿厂21731610～1215～0120 水厂铁矿选矿厂21731612～1415～0125 大石河选矿厂21731612～1412～0127 大冶铁矿选矿厂31231112～1625～0125 程潮铁矿选矿厂2173168～1013～0100 攀矿密地选矿厂31641014～1625～0125 铜矿石 德兴四洲选矿厂3123115～720～0100 铜陵狮子山选矿厂31231112～1413～0125 铜陵铜官山选矿厂21721110～1213～0100 易们小木奔选矿厂3123118～1018～0120 易们狮子山选矿厂3123118～1018～0120 牟定选矿厂21731616～2312～0120 东川222选矿厂31231110～1412～0120 东川因民选矿厂31231110～1420～0120 表2 国外部分选矿厂粗磨球磨机补加钢球的最大球径 选矿厂名称 球磨机规格 dlm 矿石种类 给矿粒 度/mm 最大球 径/mm 鹰桥选矿厂3123165铜镍矿石11～0100 斯特拉斯康纳选厂 Ⅱ 系列 4115149铜镍矿石11～0100 朗摩尔选矿厂31053196镍矿石8～089 威尔罗依选矿厂31233166铜铅锌矿石25～075 布坎斯选矿厂21441152铅锌矿石16～075 艾萨选矿厂217211铅锌矿石10～075 南方采选公司2选厂316410磁铁石英岩25～0125 哲兹卡兹干选矿厂312311铜矿石20～0100 诺里利斯克选矿厂312311铜镍矿石25～0100 列宁诺戈尔斯克 选矿厂 217316多金属矿石20～0100 凯洛格铅锌选矿厂312铅锌矿石25～0100 腊梅斯贝克选矿厂118310铅锌铜矿石15～080 南越选矿厂1180175铅锌铜矿石10～0100 千岁选矿厂21441122金银矿石10～075 锌有限公司选矿厂21441183铅锌矿石5～050 兰波选矿厂217211铜铅锌矿石18～075 布干维尔选矿厂515713铜矿石13～075 诺里利斯克选矿厂312318铜钼矿石16～0100 表3 文献[2]粗磨球磨机补加钢球的最大球径 选矿厂或矿石名称 球磨机规格 dlm 给矿粒 度/mm 最大球 径/mm 蒙特 鲁也尔选厂3105310528～0100～105 三塞因选厂218452113527～0100 乌尼维尔阿特拉选厂21745214432～0100 辉钼矿217452144915～090 安迪斯选厂216552174532～0115 莱特 哈尔格列兹选厂2165521135915～090 铜矿石21655211352514～0100 英格利斯选厂2135118331175～0125 含金石英矿石2135118338～0100 艾达露 马蒂兰德选厂21351183616～0125 满天塞提选厂213511831217～0100 图艾尔氧化矿213511831217～075 图艾尔硫化矿213511831217～075 洛利脱选厂2135118338～0125 含金石英矿石2135118838～0125 锡利维奈特选厂211353105915～0100 赫林格尔选厂2113521285915～075 瓦尔克矿选厂211352113538～0100 2 钢球尺寸偏大的原因 211 缺乏成熟的理论指导[3] 磨矿是选矿过程中影响因素最复杂的作业 之一,因此要从理论上解决这个问题难度很大。 现代固体力学不可能解决岩矿破坏的强度计算 问题,只能借助工程测量的方法才能确定岩矿 的破坏强度。另外,现代数学也不可能求解众 多未知数的方程。加之,诸如磨矿浓度、 衬板形 状等因素对钢球尺寸的影响也难于从理论上确 定,只能借助经验参数来表达。因此,现代磨矿 理论不可能找到磨矿机钢球尺寸的理论计算公 式,最多能找到涉及几个重要因素的球径半理 论公式。直至目前为止,除作者提出了一个球 径半理论公式外,其余的球径公式均属于经验 公式范围,因为有的经验公式中的某些因素采 用理论推导,但公式本身的框架仍是经验公式。 经验公式均来自一定范围的经验总结,其应用 范围有限,并且结果的精确性受经验因素影响 较大。国外的经验公式未必适合我国国情,国 内也有人提出过径验公式,但与国外的大同小 42矿 冶 工 程第18卷 异,意义不大。没有成熟的理论指导,必然使球 径的选择误差过大。即便是笔者推导的半理论 公式,尽管计算结果比其他公式精确,但误差也 较大,仍须经过修正后才能较准确地计算粗磨 球磨机的球径[4]。 212 球径确定方法的误差 长期以来,我国选矿界确定球径的方法多 数沿用前苏联拉苏莫夫公式Db idn,公式中 的2个参数i和n由试验确定,即在实验室小 型磨机中对5mm以下的矿粒分别确定2个粒 度d1及d2下最佳的球径Db1及Db2,从而得到 一组方程式 Db1 id n 1 Db2 id n 2 1 2 d1, Db1, d2及Db2是试验确定的已知数,由下 面式子即可求出n及i n lg D b1/ Db2 lg d 2/ d1 3 i Db1 dn 1 或i Db2 dn 2 4 由上述方法求出的i及n再代回Db idn 中,即可求得某一特定矿石下钢球直径Db与给 矿粒度d之间的关系式。 由此关系式可求得任 意给矿粒度di下所需的最佳钢球直径Dbi。 这种确定钢球直径的方法误差过大,原因 在于,对于不同粒度的矿粒,其力学强度差别较 大,矿粒越大,则强度越低;反之,矿粒越小,强 度越高。在实验室条件下,用5mm以下强度 高的细矿粒求出的参数i及n,来计算10～25 mm或更粗的强度差的矿粒所需的球径,其结 果必然是偏大的。若在工业生产条件下确定i 及n,一是试验工作量大,无法接受,二是试验 结果受经验影响而误差过大。 213 经验数据本身的误差 许多选矿厂出于省事,直接参照一些书 藉[5,6]所列出的经验球径见表 4 。与表2及 表3的对比结果表明,表4中给出的经验球径 是偏大的。所以,直接采用经验球径的误差也 是过大的。 表4 钢球直径与给矿粒度之间的经验关系 钢球直径/mm 适合处理的矿粒粒度/mm 东北某些厂矿云南某些厂矿 12012～1820 10010～1210 908～10 806～85 704～6215 602～4112 501～2016 40013～1013 214 我国国情及习惯的影响 进入60、70年代,国外经济发展很快,对金 属材料的需求急剧增大,因此出现了老厂扩建 及新建大型选厂的热潮。在此种情况下设备大 型化十分突出,国外磨机直径多数达到4～6 m。磨机中钢球的势能大,这可以弥补球径不 足的缺陷。因此,国外大型磨机中的最大球径 通常只为75～80mm,很少超过100mm。 我国的磨机直径多在316m以下,仅江西 铜业公司大山选矿厂及永平铜矿从国外引进几 台直径在5m以上的大磨机,因此,磨机中钢球 的势能比大磨机的小,故球径相对比国外的大。 但是如何确定合适的钢球尺寸,却没有一个科 学的说法。另外,在生产技术管理上,磨机的加 球制度得不到严格执行,不少厂矿只加一种大 球,凡此种种原因及习惯,也是使我国粗磨球磨 机球径偏大的重要原因。 3 粗磨球磨机球径过大的危害 在磨矿过程中钢球是对矿石实施破碎作用 的破碎工具,也是传递破碎能量的介质体。破 碎矿石的基本原则是避免不必要的破碎,因为 对硬度大的物料,破碎的能耗及材料消耗均很 高。钢球尺寸过大既会提高能耗及材料消耗, 也会影响磨矿产品的粒度组成,其危害主要体 现在以下几个方面 1过大的打击力既会产生不必要的破 碎,又使钢球自身受到大的磨损,同时使能耗增 大。国外技术先进国家的钢球单耗为018k g/t 52第1期段希祥我国粗磨球磨机钢球尺寸状况的分析 左右,国内则高达115～116k g/t,比国外高一 倍。当然,这与钢球的材质有关,国外多用硬镍 合金钢球及衬板,而国内多用碳素钢球,但与国 内所用钢球球径过大也有密切关系,因为大球 的耗量高于小球[2]。 2球径过大,会加剧磨矿产品粒度的不 均匀化,导致入选物料的粒度特性差。球径过 大时,在同样的装载量下球的个数减少,对物料 形成的打击次数少,但每次的打击力过大,必然 形成磨矿产品中过粗的及过粉碎的粒子均较 多,产品粒度不均匀。 3球径过大,难以提高目的矿物的单体 解离度。打击力过大时,破碎是沿作用力的最 大方向发生,矿粒的破碎无选择性;当打击力精 确时,矿粒将沿矿物之间的结合面发生解离碎 裂,因为不同矿物之间的结合面是矿块内的力 学脆弱面。美国矿业局作过测定,矿物之间界 面上的结合力只有矿物内部结合力的75 [7] 。 因此,精确的球径,也即精确的打击力,可以增 加矿物的选择解离机率。金属矿的磨矿是解离 性磨矿,球径的精确化将使磨矿产品的单体解 离度高,产品质量好。 4球径过大,对磨机衬板的冲击力增强, 衬板及衬板的螺钉头磨损严重,筒体漏浆严重。 5球径过大,将使磨机工作噪音加大。 因为过大的打击力将使一部分能量转化为声 能。噪音过大,对工人的身体健康不利。 6球径过大,将使能耗增高。在同样的 装球量下,大球的能耗比小球的能耗高。 由于球径过大有如此众多的危害,因此使 球径精确化就显得特别重要。若能达到这一目 标,则能起到提高生产率、 产品细度、 磨矿效率、 产品单体解离度和降低球耗、 衬板磨损、 电耗、 噪音的 “四提四降” 作用。 4 结 论 大量的生产数据表明,我国粗磨球磨机的 钢球尺寸严重偏大,与国外相比,约偏大20。 造成球径偏大的原因,主要是缺乏成熟的理论 指导、 球径确定方法和经验数据本身的误差以 及我国国情及习惯的影响。球径过大会造成许 多危害,因此,针对球径确定方法以及生产技术 管理方面存在的问题,寻找球径精确化的方法, 是选矿工作者面临的研究任务。 参考文献 1 段希祥.国外金属矿选矿,1986,8 18～19. 2 塔加尔特AF主编.选矿手册湿式磨碎 . 第2卷第2分 册.冶金工业部选矿研究院译.北京冶金工业出版社, 1959.130～209,63～73. 3 段希祥.中国科学A辑,1989,8 856～863. 4 段希祥.中国科学E辑,1997,27 6 5 李启衡主编.碎矿与磨矿.北京冶金工业出版社,1980. 185. 6 刀政超.选矿厂磨矿工.1987.152～153. 7 段希祥.选择性磨矿及其应用.北京冶金工业出版社, 1991.62. AREVIEWOFTHESIZESOFSTEELBALLSFOR CHINA′SCOARSEGRINDINGMILLS DuanXixain g Kunmin g Unversit y of Science and Engineerin g ,Kunmin g ,650093 ABSTRACT Fromalotofoperationaldata,itcanbeseenthatthesizesofsteelballsforcoarsegrind2 ingmillsinChinaareexcessivelylar ge.Theauthoranalysesvariousfactorsresultinginthefact,and pointsout6harmsofexcessivelylar geballsizes. KEYWORDS Ballmill, Sizeofsteelballs, Calculation 62矿 冶 工 程第18卷