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黃河科技學院畢業(yè)設計(文獻綜述) 第 8 頁
球磨機裝補球理論的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
摘 要：論述了國內(nèi)外磨礦機裝補球理論及實踐的現(xiàn)狀，分析了其存在的主要缺點，并指出了今后發(fā)展的趨勢。
關鍵詞：裝補球理論；現(xiàn)狀評述；發(fā)展趨勢；
引言
磨礦往往是金屬礦石粉碎過程的最后一道工序，在此階段，顆粒在沖擊和磨剝的聯(lián)合作用下逐漸減小。其目的是使礦石中的有用礦物與脈石礦物相互解離并在粒度上適合選礦要求．最終得到有用礦物解離充分且粉碎盡量少的入選物料，因而恰當?shù)哪サV往往是有效選礦的前提及關鍵。由于球磨機中鋼球是產(chǎn)生沖擊及磨剝作用的破碎力實施體及能量傳遞體，所以合理的鋼球尺寸、配比及裝補球制度將直接決定磨礦指標的好壞．并最終影響到選礦廠的選別指標和經(jīng)濟效益。
1磨機裝補球理論的現(xiàn)狀
1.1球磨機鋼球尺寸的確定方法
球磨機中的鋼球尺寸對磨礦影響極大，然而影響鋼球尺寸的因素又很多，致使準確確定鋼球尺寸成為一個很大的難題?，F(xiàn)代固體力學還不能從理論上計算巖礦的破壞強度．只能借助工程測定來解決．現(xiàn)代數(shù)學也不能求解眾多未知數(shù)的方程[l]，因此球徑的純理論計算公式還不能產(chǎn)生，至多能找到包含主要因素的半理論公式。早先，人們只抓住一兩個主要因素而總結(jié)出一些經(jīng)驗球徑公式。在前些年的選礦工程實踐中，常用的確定鋼球尺寸的經(jīng)驗公式主要有以下幾個。
1． V．A．奧列夫斯基公式
（1）
式中 ——所需球徑，mm；
——溢流、給礦粒度，mm．
根據(jù)此公式計算確定的球徑比實際偏小過多，所以在實踐中較少采用，常用的是拉蘇莫夫經(jīng)驗公式。
2． 拉蘇莫夫公式
（2）
式中 D——與給礦粒度相應的球徑.mm；
d——給礦最大粒度，mm；
i，n——礦料性質(zhì)參數(shù)。
此公式需通過實驗室試驗確定i及n值，基本上能反映磨礦過程的實際特性．使用的較為廣泛。對中硬礦石，拉蘇莫夫公式可轉(zhuǎn)變?yōu)楹喕问健?
（3）
1.2磨機裝補球制度
1.2.1磨機初裝球
磨礦實踐表明．磨機中存在不同尺寸的混合介質(zhì)時磨礦效果較單一尺寸介質(zhì)的磨礦效果好。前蘇聯(lián)對磨機合理裝球作了大量的研究并認為．要使球磨機以高效率工作，球荷中不但應有足夠數(shù)量的磨碎粗粒物料的大球．同時也應有研磨細粒物料的中球和小球。合理裝球的目的，就是在球荷中保持大球、中球、小球有適當?shù)谋壤?。前面的球徑公式只解決了計算單一窄級別球徑的問題．對于給礦為多級別的混合礦料，磨機內(nèi)的鋼球就必須確定裝球的級別尺寸及各尺寸之間的比例，這就靠初裝球來解決。常用的初裝球方法有兩種：一種是根據(jù)經(jīng)驗確定3～5種球，各種球的比例也由經(jīng)驗確定，此種方法較簡單，易實行，但理論性差而經(jīng)驗性很強，在歐美用得較多；另一種則通過對磨機全給礦的粒度分析，扣除不需磨細的部分后，將全給礦按粒度分組，求出各組礦粒所需的球徑，再按各組球的比例與該組礦粒產(chǎn)率相一致的原則確定初裝球比例。此方法是較系統(tǒng)及科學的方法，但方法本身太繁瑣，其中也有不少經(jīng)驗成分，且在生產(chǎn)中難以長期堅持及推廣。
國內(nèi)的研究始于50年代，基本上是照蘇聯(lián)的方法。在發(fā)現(xiàn)最初裝球三、五天甚至半個月內(nèi)磨礦效率下降，粒度變粗的情況下，選礦廠開始重視最初裝球問題。崔巍等通過試驗逐漸擴大裝球種類及比例或在清球時僅把其中碎球部分拿掉，再補上相當于碎球大小的好球，均取得了一定的效果[4]。東北大學則提出了線性疊加原理算法，即認為單一尺寸的球介質(zhì)對混合粒級磨機給礦的磨碎作用等于其對組成混合物料的各窄級別物料磨碎作用的線性疊加；混合加球?qū)旌辖o料的磨碎作用等于混合球中各單一尺寸球?qū)Ω髡墑e物料磨碎作用的線性疊加[5]。據(jù)此可通過試驗求出某一級別球介質(zhì)磨碎各窄級別或混合物料的磨礦動力學方程式中參數(shù)，并可模擬算出混合加球磨碎混合物料的磨礦產(chǎn)品粒度分布。
1.2.2磨機補加球制度
初裝球只解決磨機工作前的裝球問題，磨機一經(jīng)工作，磨損隨即產(chǎn)生，接著就是補球的問題。球磨機連續(xù)工作過程中球逐漸磨損，機體內(nèi)球荷重量不斷減少，磨機內(nèi)破碎力減弱，因而磨機生產(chǎn)率降低，需定期向磨機內(nèi)添加一定數(shù)量的鋼球，以保證磨機內(nèi)球荷穩(wěn)定及正常工作。要確定合理的補加球種類及比例，就必須計算球的磨損及消耗，這就要弄清球的磨損規(guī)律。
球磨機中球的磨損有許多種，有化學腐蝕磨損、機械磨損及非正常磨損等。其中化學腐蝕磨損的情況復雜，目前還難以作為工程計算，非正常磨損則主要由球的質(zhì)量不好所致，情況也復雜，難以定量計算。目前僅能對機械磨損作為工程計算。盡管磨礦介質(zhì)種類繁多，有鑄鐵、碳素鋼、合金鋼等多種其耐磨性也各不相同，但其磨損卻基本遵循相同的磨損規(guī)律。關于球的磨損規(guī)律有三個假說，較公認的為榜德假說，即認為球的磨損速度與鋼球直徑的2.3次方成正比，較符合實際。但以此規(guī)律為基礎發(fā)展起來的補加球制度卻各不相同，歐美國家多補加3～4種球，前蘇聯(lián)及我國多采用合理平衡補加球法，即在認為磨機工作效果好時，停下磨礦機，清理出磨機內(nèi)鋼球，找出其球徑分布，并認定它是最好的球徑分布，以此作為磨損后應達到的標準，通過計算磨損率來確定補加鋼球制度，再根據(jù)現(xiàn)場人員經(jīng)驗校核計算結(jié)果。但是，由于礦石性質(zhì)的變化，這種較粗放的補加球方法常常使磨機內(nèi)盈球或虧球，很難達到磨內(nèi)球荷總量及各種球配比的穩(wěn)定狀態(tài)。
2現(xiàn)行磨機裝補球理論的缺陷
2.1鋼球尺寸確定公式的缺陷
2.1.1與磨礦目的不太相符
礦料的磨碎有各種目的。一種情況只要求將原始固體的尺寸減小到某一要求的尺寸，例如獲得粉體。此情況下一般礦料磨得越細越好，水泥磨礦即如此，這種以粉碎礦料為目的的磨碎稱為粉碎性磨礦；還有一種情況是磨礦只是為了擦洗或暴露新鮮表面，并非為了磨細礦料，此種以擦洗為目的的磨礦稱擦洗性磨礦；而有用礦物選礦工藝中對磨礦的要求又不同于以上兩種情況，在這種情況下要求礦物在較粗粒度下即可解離，以減少不必要的磨碎及減輕過粉碎，為此要解離脈石與有用礦物之間的連生體，即磨礦的目的是獲得解離充分且過粉碎輕的礦料，為后續(xù)的選別作業(yè)創(chuàng)造條件，此種以解離礦物為目的的磨礦稱為解離性磨礦。金屬礦選礦廠中的磨礦均屬于解離性磨礦。而以上列舉的球徑經(jīng)驗公式由于誤差較大。通常算得的球徑偏大，過大的球徑產(chǎn)生過大的破碎力，使礦粒產(chǎn)生貫穿破碎。只能保證一定的磨礦細度，適應不了解離性磨礦的要求。解離性磨礦要求破碎力精確，故目前的球徑計算方法與磨礦目的不太相符。
一般而言，礦物的單體解離度與礦石的磨礦細度密切相關，但由于解離性磨礦的存在而使二者不存在正比例的關系。當球徑過大時，雖然磨礦細度高，但礦物的單體解離度不一定就高，而且過分追求高的磨礦細度，就必然造成過粉碎嚴重，使選礦指標降低，礦物資源浪費。當球徑精確時，雖然磨礦細度不很高，也能得到高的礦物單體解離度，這不僅有利于選礦，也能節(jié)能降耗。
2.1.2考慮因素過分簡單
磨礦過程是一個復雜的過程，其影響因素很多。給礦粒度、礦石的力學強度、磨機，工作參數(shù)及礦漿的物理和化學性質(zhì)都直接影響著球徑的選擇。如此多的復雜因素要一一考慮是不可能的。只有抓住主要因素，簡化甚至省略次要因素，才是解決復雜問題的關鍵。但過于簡單化，只考慮一兩個因素，必然導致過大的誤差。以上列舉的球徑尺寸經(jīng)驗公式大多從實踐經(jīng)驗出發(fā)，對鋼球尺寸的計算進行了探討，有其簡單實用的方面，但由于它們考慮的因素太少，過分簡單及經(jīng)驗性強，局限性大，計算結(jié)果必然誤差較大。
2.1.3適用范圍窄
由于以上經(jīng)驗公式大多根據(jù)實際經(jīng)驗獲得，經(jīng)驗性強，局限性大，則適用性就差。對于礦石性質(zhì)復雜多變，每個選礦廠都有自己特殊的情況，應用以上公式準確性就差。如對于粒度大小相同的不同礦料，由于它們的力學強度不同，所需的球徑也不相同，而運用經(jīng)驗公式計算出的結(jié)果卻無法滿足這一點，且不同的經(jīng)驗公式有不同的結(jié)果，大的誤差對指導實際生產(chǎn)必然有較大偏差，仍需要不斷調(diào)整。半理論公式考慮了較多因素，在計算細磨時誤差極小，在粗磨情況下仍需校正使用。最近，公式推導者已找到了具體的修正辦法[6]，在粗磨下精確選擇球徑。
2.2磨機裝補球制度的缺陷
現(xiàn)行磨機初裝及補加球方法仍然存在缺陷。補裝球的種類及比例按“與被磨物料性質(zhì)相適應”的原因確定，但很大程度上則依賴于操作人員的經(jīng)驗。補加球則是通過新裝球運行一段時間后對磨內(nèi)鋼球的分析獲得，這段時間補加球的種類及比例只有根據(jù)經(jīng)驗邊摸索邊調(diào)整，直至達到操作人員認為合適為止。因此，這種意義上的合理平衡也是受操作人員經(jīng)驗的限制，僅能視為一定程度上的合理，即經(jīng)驗性強而科學性明顯較差。這是現(xiàn)行裝補球方法的主要問題之一。
現(xiàn)行裝補球方法的另一主要問題是方法繁瑣，而效果又不顯著，因此很少有廠礦堅持使用，多數(shù)廠礦完全憑經(jīng)驗操作。而由于球徑公式誤差大，導致球徑在大的方面很不精確，而在小的方面則過分追求精確，要求補加球種類達四至五種，粗磨甚至達到七種，給生產(chǎn)和管理帶來不便，難以堅持。只有在大的方面精確，小的方面粗放的裝補球方法才能在生產(chǎn)中堅持應用，才有生命力。
東北大學以線性疊加算法確定裝補球的方法，理論性很強，缺陷在于該法需在實驗室條件下計算參數(shù)K、n值，但現(xiàn)場生產(chǎn)條件與實驗室條件相差太大，所以必然會產(chǎn)生誤差，即使能用于工業(yè)生產(chǎn)，方法也太繁瑣，加之該辦法也未解決球徑精確計算的問題，所以，仍需作進一步改進。
3磨機裝補球理論的發(fā)展趨勢
基于以上裝補球理論的缺陷，要優(yōu)化磨礦操作，提高磨礦效率，裝補球應從以下幾方面展開研究。
3．1增強以提高單體解離度為目的的意識
著名選礦學者A．F，塔加爾特把解離礦物視為磨礦的第一目的，而減小粒度作為第二目的[7]。那么確定磨機的工作參數(shù)就必須以保證獲得解離充分且過粉碎輕的物料為基本原則，特別是確定鋼球尺寸時，應以提高礦物的單體解離度及減輕過粉碎為主要準則，這就必須使球徑精確化，由此使礦石所需的破碎力精確化，使破碎沿礦石中聚合力弱的礦物界面發(fā)生，提高解離度。避免因球徑過大，破碎力過大而導致貫穿破碎及過度粉碎，解離度降低和金屬損失升高的現(xiàn)象及因球徑太小，破碎力不足所導致的需多打擊礦石才能破碎，磨礦能力降低及消耗升高的現(xiàn)象。在攀枝花密地選礦廠的試驗也證明球徑精確化后不但可以在較粗的粒度下獲得好的解離度，而且可以使電耗球耗等降低[8]。因此，球徑精確化應該是今后新的裝補球方法研究的主要內(nèi)容之一。
3.2采用科學性強及較簡單的方法
磨機中的鋼球破碎作用是一種隨機性行為，只有用統(tǒng)計力學的辦法來解決，用精確的球徑加上統(tǒng)計力學的辦法，使磨機中有最高的破碎概率及單體解離度，這才是科學的裝球方法。同時，又要考慮生產(chǎn)管理上的方便及操作性強，以入磨物料的性質(zhì)及新球徑確定方法來確定合理的初裝球及在基本磨損規(guī)律的基礎上確定補加球制度。而既然初裝球是根據(jù)給礦粒度組成科學地確定的，就可以以初裝球比例作為補球計算的依據(jù)，不必再去搞經(jīng)驗性強的鋼球平衡資料。裝補球的方法應堅持大的方面精確，小的方面粗放，粗磨只需2～3種球，細磨僅1～2種。有較強的理論性，且不增加操作人員負擔的方法才能在生產(chǎn)中堅持應用，才是有生命力的方法。
3．3穩(wěn)定磨機內(nèi)球荷總量及配比
當原礦給入的性質(zhì)是穩(wěn)定的，即主要指粒度組成及強度穩(wěn)定，磨機內(nèi)的球荷及配比也應是穩(wěn)定的。所以應該在裝補球時應用自動控制的方法，使磨機內(nèi)的裝球符合生產(chǎn)要求，這也應是今后研究的方向。
參考文獻
[1]段希祥.球磨機鋼球尺寸的理論計算研究[J]，中國科學(A輯)，1989，(8).
[2]劉如盤.確定球磨機適宜鋼球尺寸的公式[M]，礦冶工程，1991，(4).
[3]段希祥.選擇性磨礦及其應用[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，1991，8.
[4]崔巍球.磨機的臺理平衡裝球[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，1959，10.
[5]陳丙辰主編.選礦手冊[M](第二卷第二分冊，磨礦部分)，北京：冶金工業(yè)出版社，1993，10.
[6]段希祥.球徑半理論計算公式的修正研究[J]，中國科學(E輯)，1997(12).
[7]A.F塔加爾特主編.選礦手冊[M](第二卷第二分冊，濕式磨碎)，北京：冶金工業(yè)出版社，1959，9.
[8]曹亦俊等.提高磨礦產(chǎn)品單體解離度的研究[J]，礦物巖石地球化學通報，1997，16(增刊).