磨矿总论20140407

1、选矿厂辅助设备 第11讲磨矿总论2014年 4 月 7 日 矿山选矿生产线流程示意图目前新型选矿生产线一般由颚式破碎机、球磨机、分级机、磁选机、浮选机、浓缩机和烘干机等主要设备组成，配合给矿机、提升机、传送机可组成完整的选矿生产线。该生产线具有高效、低能、处理量高、经济合理等优点。具体选矿生产流程如下： 开采的矿石先由颚式破碎机进行初步破碎，在破碎至合理细度后经由提升机、给矿机均匀送入球磨机，由球磨机对矿石进行粉碎、研磨。经过球磨机研磨的矿石细料进入下一道工序：分级。螺旋分级机借助固体颗粒的比重不同而在液体中沉淀的速度不同的原理，对矿石混合物进行洗净、分级。经过洗净和分级的矿物混合料在经过磁选

2、机时，由于各种矿物的比磁化系数不同，经由磁力和机械力将混合料中的磁性物质分离开来。经过磁选机初步分离后的矿物颗粒在被送入浮选机，根据不同的矿物特性加入 不同的药物，使得所要的矿物质与其他物质分离开。在所要的矿物质被分离出来后，因其含有大量水分，须经浓缩机的初步浓缩，再经烘干机烘干，即可得到干燥的矿物质。一、概述1、作用与地位 磨矿作业是矿石破碎过程的继续，是分选前准备作业的重要组成部分。磨矿作业不仅用于选矿工业，而且在建筑、化学和电力等工业部门中亦广泛应用。 除处理某些砂矿以外的所有选矿厂，几乎都有磨矿作业。在选矿工业中，当有用矿物在矿石中呈细粒嵌布时，为了能把脉石从矿石中除去，并把各种有用矿

3、物相互分开，必须将矿石磨细至0.10.3mm，甚至有时磨至0.050.074mm以下。磨矿细度与选矿指标有着密切的关系。在一定程度上，有用矿物的回收率随着磨矿细度的减小而增加。因此，适当减小矿石的磨碎细度能提高有用矿物的回收率和产量。磨矿所消耗的动力占选矿厂动力总消耗的30以上。因此，磨矿作业在选矿工艺流程中占有很重要的地位。 在洁净煤技术领域，磨矿作业用于水煤浆、油煤浆、管输煤浆、煤粉燃烧和煤系伴生矿物综合利用等方面。在重介质选煤厂中，磨矿作业用来制备重介质选煤所用的加重质。 2、基本结构与原理 磨矿作业所用的机械设备称为磨矿机。图示为常用的圆筒型磨矿机的工作原理图。这种磨矿机有一个空心圆筒

4、1，圆筒两端是带有端盖2和3的空心轴颈4和5。轴颈支承在轴承上。圆筒内装有各种直径的研磨介质(钢球、钢棒和砾石等)。 当圆筒绕水平轴线按规定的转速回转时，装在筒内的研磨介质和矿石在离心力和摩擦力的作用下，随着筒壁上升到一定高度，然后脱离筒壁自由落下或滚下。矿石的磨碎主要是靠研磨介质落下时的冲击力和运动时的磨剥作用。矿石是从圆筒一端的空心轴颈不断地给人，而磨碎以后的产品经圆筒另一端的空心轴颈不断地排出，筒内矿石的移动是利用不断给入矿石的压力来实现的。湿磨时，矿石被水流带出磨矿机；干磨时，矿石被向筒外抽出的气流带出磨矿机。 原 料端 盖端 盖空 心 轴 颈空 心 轴 颈磨 矿 产 物空 心 圆 筒

5、空 心 圆 筒 磨 矿 机 工 作 原 理 图3、分类 磨矿机的分类如图所示。 按照排矿方法不同，常用的磨矿机可以分为中心排矿磨矿机(a、b、c)和格子排矿磨矿机(d)两种。中心排矿磨矿机的磨碎产品经排矿端空心轴颈自由溢出。为此，筒内矿浆的液面必须高于排矿轴颈最低母线所在的水平面。中心排矿的磨矿机称为溢流型磨矿机。格子排矿磨矿机则是在筒体排矿端安装有排矿格子，磨矿产品经格子外边缘处的孔排出。磨矿机除了上述两种排矿方法以外，还有通过筒体周边排矿的周边排矿磨矿机，但现在已很少采用。 磨矿机按照筒体的形状不同，可以分为圆锥型磨矿机(b)和圆筒型磨矿机(a、c、d)两种。圆筒型磨矿机根据筒体的长度不同

6、又可分为短筒型磨矿机（筒体长度L2D，D表示筒体的直径；如图a、d和管型磨矿机(筒体的长度L3D)。 磨矿机按照研磨介质的不同，可以分为球磨机、棒磨机、砾磨机和自磨机。球磨机的介质是钢球或铸铁球；棒磨机的介质是钢棒；砾磨机的介质是磨圆了的硅质卵石；自磨机的介质则是被粉碎物料本身。在选矿工业中，广泛使用的磨矿机有球磨机和自磨机。 ( a) 短筒型磨矿机( 溢流型)LDLD( b) 圆锥型磨矿机( 溢流型)LD( c) 管型磨矿机( 溢流型)( d) 短筒型磨矿机( 格子型)LD4、磨矿工艺流程 目前，选煤厂主要采用格子型球磨机和溢流型球磨机。如图所示的磨矿和分级工艺联合的流程叫闭路磨矿，它可以提

7、高磨矿效率。与磨矿机配合使用的常用分级设备有螺旋分级机、水力旋流器等。球磨机的排矿不进入分级设备，直接进入下一作业的称为开路磨矿（如图b)。二、磨矿作用及磨矿条件的确定（一）磨矿机对矿石的磨矿作用 在磨矿过程中，磨矿机以一定转速旋转，处在筒体内的研磨介质由于旋转时产生离心力，致使它与筒体之间产生一定摩擦力。摩擦力使研磨介质随着筒体旋转，并到达一定的高度。当研磨介质的自身重力(实际上是重力的向心分力)大于离心力时，研磨介质就脱离筒体抛射下落，从而击碎矿石。同时，在磨矿机转动过程中，研磨介质还会有滑动现象，对矿石产生研磨作用。所以，矿石在研磨介质产生的冲击力和研磨力联合作用下得到粉碎，如图所示。

8、磨矿机给 矿排 矿(b )开 路 磨 矿磨矿机给 矿排 矿返 砂分级机(b )闭 路 磨 矿O磨 矿 机 对 矿 石 的 磨 矿 作 用（二）磨矿机磨矿条件的确定 磨矿机的工作参数包括临界转速、工作转速、装球质量和所需功率等。 1研磨介质在磨矿机内的运动规律 研磨介质在磨矿机中的运动状态与筒体转速及筒体衬板的摩擦系数有关。( a ) 泻 落 式 运 动( b ) 抛 落 式 运 动( c ) 离 心 式 运 动 磨矿机在泻落式工作状态下，研磨介质从筒体的上部下落到底部时的冲击作用较小，物料主要由研磨介质互相滑动时产生压碎和研磨作用而粉碎。棒磨机和管磨机通常在泻落式运动状态下工作。 磨矿机在抛落

9、式工作状态下，物料主要靠研磨介质群落下时产生的冲击力而粉碎，同时也靠部分研磨作用。球磨机就是在抛落式状态下工作的。 当磨矿机旋转速度超过一定值时；研磨介质就在离心力的作用下不脱离磨矿机筒壁。磨矿机在研磨介质作离心式运动状态下工作，就不产生磨矿作用。因此，离心式运动状态是应该避免发生的。 磨矿机的试验研究表明：磨矿机筒体内研磨介质的上述三种运动状态是在一定的研磨介质充填率条件下才发生的。当磨矿机内只有少量研磨介质时，研磨介质只在筒体最低位置处跳动，根本不随筒壁上升。只有当研磨介质充填率达到一定程度时，才会发生随筒壁上升和抛落的现象。戴维斯和列文逊等人拍摄了磨矿机内钢球的运动情况后证实，磨矿机内钢

10、球充填率低时，钢球产生滑动；在充填率为10、20、30时，若不加水和矿砂，钢球还产生滑动；只有充填率达到40以上时，钢球滑动才停止。 2主要工作参数的确定 (1)临界转速与磨矿机转速 当磨矿机筒体的转速达到某一数值时，作用在研磨介质上的离心力等于研磨介质的重力，研磨介质开始随筒体一起回转，这时的磨矿机转速叫临界转速。我们可以通过研磨介质的受力分析来求得磨矿机的临界转速。磨矿机筒体内研磨介质的受力情况如图所示。 MA0HnvFA1GNO球 磨 机 内 研 磨 介 质 受 力 分 析aa 设质量为m、重量为G的研磨介质钢球对筒壁的正压力为N，钢球以速度，随筒体一起旋转而受到的离心力为F，钢球不下落

11、(也就是钢球不离开筒壁)的条件是： 2coscos0vNFGmmgR即 2cosvmmgR将 30Rnv代入上式，整理后可得： 30cosnR据受力分析，钢球不脱离筒壁的临界条件是N=0，则此时： 30cosnR当 0时，也就是因筒体转动而产生的离心力恰好能将钢球带到筒体的最高点A0 不致下落时，上式取最大值(筒体达到临界转速)： 30LnR，或 42.6LnD（r/min） 式中D筒体直径，m 球磨机的工作转速： 0.76 0.86Lnn(2)钢球的提升高度 由球磨机内研磨介质受力分析图可以看出，钢球升起的高度与其脱离角 的大小有关。 在筒体内破碎矿石主要靠钢球的冲击与研磨作用。钢球升起愈高

12、冲击愈强。从理论上讲，钢球有一个最有利的升起高度；在这个高度下，其冲击矿石的作用最强，对应于这个最有利的升起高度的脱离角叫钢球最有利的脱离角。 由于升起高度H是脱离角的函数(参磨机内研磨介质受力分析图)，通过求H的极大值，可得到最有利的脱离角为： 54 44实际的脱离角的大小与筒体转速有关，可根据式 30cosnR求得 MA0HnvFA1GNO球 磨 机 内 研 磨 介 质 受 力 分 析aa(3)运转周期磨矿机内钢球在筒体内的运动可分为两部分：与筒体一起的圆运动和离开筒体的抛物线运动。 假设钢球作圆运动过程所用的时间为T0，经过推导可得： 02minTn钢球作抛物线运动的时间设为T1，可得：

13、 1sin2minTn则钢球运动周期为： 012sin2minTTn球磨机筒体运转一周时，钢球的循环次数为： 1012sin2iTT当 54 44时， 1.444i 次。 (4)球磨机结构参数 筒体直径影响球磨机的处理能力球磨机的处理能力与筒体直径的2.52.6次方成正比。 筒体长度影响球磨机处理能力和产品细度球磨机的处理能力与筒体长度成正比；筒体短，磨矿产品粒度粗；筒体长，磨矿产品粒度细而功耗大。长度与直径之比常为0.752。 衬板形状影响处理能力不平滑衬板的处理能力比平滑衬板的处理能力大；过厚的衬板会降低球磨机的有效容积，也降低球磨机的处理能力；衬板被磨损后，筒体直径加大，钢球充填率显得偏

14、低，使处理能力减小，故应适当增加装球量。 (5)球磨机工作条件的确定 球磨机研磨介质的性质、充填率以及矿浆浓度等因素均对磨矿效果影响较大。Db钢 球 充 填 率 计 算 图 研磨介质的性质在其他条件不变时，研磨介质密度愈大，球磨机的功耗与处理能力也愈高。一般选用钢球或铸铁球作为研磨介质。给矿中有粗细不等的各个粒度级别，就应配备不同直径的钢球，各种钢球的质量比例应与物料粒度特性相适应。装一种钢球的磨矿效果不如装多种钢球的磨矿效果理想，对粒度范围宽的一段磨矿，一般装67种钢球。直径小个数多时，研磨面积大，但每个钢球的打击力小；直径大个数少时，研磨面积小，但每个钢球的打击力大。粗粒宜用大钢球，细粒宜

15、用小钢球。钢球直径D可按下式计算： 25.4Ddmm式中：d按80过筛计的物料最大粒度，mm。 钢球的充填率装球过多时，中心部分钢球只作蠕动，不能有效工作。充填率 可根据右图，按下式计算： 50 127(%)bD式中D磨机筒体内径，mm；b介质表面到筒体中心距离，mm。 球磨机中钢球的充填率一般为4050。 矿浆浓度通常用矿浆中矿石的质量百分数表示，球磨机一般取其排矿浓度。矿浆浓度对磨矿效果影响很大。矿浆浓时，粘性大，矿粒易粘在介质上，矿浆流动慢，被磨时间长，但对介质缓冲效应大，削弱打击力；矿浆稀时，情况则相反。处理粒度粗、硬度大以及密度大的矿石应用较浓的矿浆；处理粒度细、硬度小及密度小的矿石

16、应用较稀的矿浆。对中等转速的球磨机而言，粗磨矿(产品粒度0.15mm以上)或磨密度大的矿石，矿浆浓度较大，约7580；细磨矿(产品粒度0.0740.1 mm)或磨密度较小的矿石，矿浆浓度较低，约6575。 (6)功率 球磨机在抛落工作状态下所需全部有用功率为： 2.53446160.6789 113NDLKK式中：D筒体内径，m；L筒体长度，m； 介质的堆密度，t/m3； 磨矿机的转速率，%；K系数 ，其中，R为筒体内半径，m；R1为最内层钢球至筒体中心的距离，m。 1RKR若已知规格为D1L1球磨机的有用功率为N1，规格为D2L2球磨机的有用功率为N2，则： 2.522212.511DLNN

17、DL 球磨机有用功率是指使介质运动而发生磨矿作用的功率，约为总功率的75%80% （7）磨矿机的处理能力 设计的磨矿机生产能力可按右式计算： 21/VqQt h式中：V设计的磨矿机有效容积，m3； 产品中小于0.074mm级别含量，%； 给矿中小于0.074mm级别含量，%； 按新形成级别（0.074mm）计算的单位生产能力，t/（m3h）。 21q 由试验确定，或采用矿石性质类似、设备及工作条件相同的生产指标。 当没有试验数据与生产指标时，可按右式计算： 01234qq K K K K式中： 磨矿机按新形成（0.074mm）级别计算的实际单位生产能力，t/（m3h）；K1矿石可磨性系数，可用

18、实验方法确定。磨矿机研磨设计规定处理的矿石与研磨供比较用的矿石（即现场目前处理的矿石）时，按新形成级别计算的生产率之比，就是系数K1，也可按下表选取； 0q硬度等级b/MPa普氏硬度系数f可碎性系数可磨性系数实例很软软中等硬度硬很硬20204040808010010022448810101.301.401.151.251.000.800.900.500.751.402.001.251.501.000.750.850.500.70石膏、无烟煤页岩、泥灰岩硫化矿一般铁矿玄武岩、含铁石英岩K2磨矿机型式校正系数，按下表选取；磨矿机型式桥子型球磨机溢流型球磨机棒磨机K21.00.91.00.85K3磨

19、矿机直径校正系数， 。其中，D1和D2为设计的和目前工作的磨矿机的直径，m；b1和b2为设计的和目前工作的磨矿机的衬板厚度，m； 0.511322DbKDbK4给矿和产品粒度系数， 。其中，m1和m2是设计与生产的给矿和产品粒度按新形成（-0.074mm）级别计算的相对生产能力。m1和m2值见下表。 142mKm给矿粒度及产品粒度的相对生产能力m值 给矿粒度/mm产品粒度/mm0.40.30.20.150.100.0740.074mm级别含量/%40486072859504002001005030.770.891.021.151.190.810.921.031.131.160.820.921.

20、001.051.060.810.880.930.950.950.800.860.900.910.910.780.820.850.850.85 和 应按实际资料计算；若无实际资料，可按相应推荐表选取。 21给矿中0.074mm级别含量 给矿粒度/mm0400200100503/%难碎性矿石中等可碎性矿石易碎性矿石235568810151015201523251产品粒度中0.074mm级别含量 产品粒度/mm0.40.30.20.150.10.074/%4048607285952三、磨矿机的构造 前面所述的球磨机、棒磨机和砾磨机之间仅是某些部件不同，它们的结构基本上相同。 1球磨机图示为27003

21、600格子型球磨机。格子型球磨机由以下6部分组成：筒体部、给矿部、排矿部、轴承部、传动部和润滑系统。球磨机的圆形筒体6由几块钢板焊接而成，其两端焊有法兰盘。筒体通过法兰盘和铸钢的端盖5和13连接。为了便于更换磨损了的衬板7和检查磨矿机的内部状况，在筒体上开有人孔8；为了使衬板与筒体内壁紧密接触和缓冲钢球对筒体的冲击，在衬板与筒体内壁之间敷有胶合板；为了保护筒体内表面不受磨损和控制钢球在筒体内的运动轨迹，筒体内铺有由高锰钢制成的50130mm厚的衬板7。 （1）衬板通常，细磨矿时，采用细棱边或完全光滑的衬板；粗磨矿时，则采用带棱的衬板。 为了提高衬板的使用寿命，国内外正在发展和使用橡胶衬板。 （

22、2）球磨机的给矿部是由带有中空轴颈的端盖5、联合给矿器1、扇形衬板4和轴颈内套2等部件组成。（3）球磨机的排矿部是由带有中空轴颈的端盖13、格子衬板11、楔铁15、中心衬板10和轴颈内套14等部件所组成。（4）球磨机的中空轴颈支承在调心式滑动轴承3上。 溢流型球磨机与格子型球磨机的构造基本相同，其区别仅在于溢流型球磨机的筒体内无排矿格子。格子型球磨机与溢流型球磨机比较，具有下列优点：排矿口矿浆面低，矿浆通过的速度快，能减少矿石过粉碎；装钢球多，不仅可装大钢球，同时还可以使用小钢球；由于排矿端装有格子，小球不会被矿浆带出筒体，并能形成良好的工作条件；格子型球磨机比同规格的溢流型球磨机的生产能力高2030，并节省电力1030。 格子型球磨机的缺点是构造比溢流型球磨机稍复杂。 高效节能圆锥球磨机主要技术参数规格型号筒体转速(r/min)装球量(t)进料粒度(mm)出料粒度(mm)产量（t/h)配用动力（kw