磨矿机能耗的理论分析

磨矿机能耗的理论分析

上述问题限制了工厂生产能力的提高，增加了整个采矿过程的成本，阻碍了公司的发展。因此，更好地解决这些问题已成为矿山工人的首要任务。2分析和中国砂矿生产过程中存在的问题及对策2.1磨矿机能耗要更好地认识磨矿过程的能耗,就必须先了解能量的损失过程。物料的破碎过程,就工艺特征而言是一个粒度减小的过程。从力学实质看,磨矿过程是一个功能转变的过程:磨矿机械对矿石做功,功转变为矿石的变形能,破碎后成为表面能。而从能量消耗上看,在介质破碎物料的过程中所出现的破碎损失功占了绝大多数的比例,最终形成磨矿产品的表面能仅约为总能量的1%左右。所以,磨矿作业的节能降耗大有潜力可挖。磨矿机节能降耗途径可从以下几点考虑:(1)磨矿机在空转时仍要将介质举升到同样的高度,而且由于空转时介质重心低,负荷的旋转力臂长,因而空转的耗能更高。所以为了消除磨机空转及负荷不足的危害,应使磨矿机满负荷给矿。(2)我国各选厂最终破碎粒度多在20～30mm,而J·C·法孪特和R·诺尔思从碎矿与磨矿总消耗能最低的原则出发,导出最适宜破碎粒度约12.7mm。由于磨矿机的破碎概率很低,是一种效率很低的破碎设备,而破碎机的效率比磨矿机高得多,因此,我国的破碎最终粒度应该降低,多碎少磨是有效的方法。(3)磨矿机的耗能特性还与磨机的规格尺寸有关,一般来说,小磨机获得单位容积的功耗要比大磨机高一些,但并不是磨机越大功耗越低,也有一个极限。我国20世纪80年代以前都是搞设备大型化,80年代后这种趋势已停止,而是在设备挖潜革新上下功夫。(4)Davis钢球磨损理论表明,钢球的磨损速度与球的体积成正比,大钢球磨损量大,小钢球磨损量小,而我国各选厂的球径均偏大,且偏大严重,所以应改为小钢球。研究显示,小钢球的单耗比大钢球降低20%以上。2.2预处理闭路磨矿众所周知,开路磨矿中无产品粒度控制设备,磨机排出多粗就是多粗,因而开路磨矿会造成磨不细现象严重。即使是二段磨与摇床选别联结,形成一种大循环闭路,但从磨矿循环本身而言仍是开路磨矿,仍然会产生磨不细现象。开路磨矿的缺陷就是磨不细,导致生产率低。如果使筛子与磨机闭路,由筛子控制磨矿产品,使进入选别的都是粒度合格的物料,这样就不会出现磨不细现象。而且由于闭路下磨机功率并不增加,单位产品的电耗就相应的降低,因而闭路磨矿能增加磨机生产率。所以从增加磨机生产率和节能降耗考虑,也应将开路磨矿改为闭路磨矿。2.3钢球尺寸适宜中磨与细磨如上所述,磨矿机械的功是通过钢球来做的:磨机将钢球举升到磨内较高位置,使钢球具有足够的位能及动能,当钢球落下打击矿石时即把自身具有的机械能释放出来,对矿石做功,但破碎矿石时钢球传给矿粒的能量并不是越大越好,而应该使矿粒按人们意愿沿矿物晶界面之间解离。传递的能量过大,会使矿粒产生“贯穿破碎”,破碎行为毫无选择性,同时,过大的破碎力也会使矿粒产生过度粉碎。传给的能量过小也不行,它不能使破碎行为发生,已作用的破碎能量将在矿石的弹性恢复中丧失,只有在压力的多次作用使矿石达到疲软极限时才可能产生破碎行为,这必然多耗能量。所以,钢球尺寸过大或过小都不合理,只有当钢球尺寸适宜时,才能发挥出最好的效果。目前国外的许多公式,都是从众多的磨矿影响因素中挑选出一个或两个因素来作为计算球径的依据,因而会出现较大误差。有的公式中提到的参数在我国根本查不到,许多技术习惯与我国的也不一样,如国外采用80%的过筛粒度,而我国采用95%的过筛粒度等。另外,国外的经验修正系数是在国外大型磨机及给矿粒度较细的情况下提出的,我国选厂按他们提出的公式来计算球径时,不可避免的会出现较大误差。针对这种情况,结合我国的国情,昆明理工大学段希祥教授从破碎力学原理出发,并借用戴维斯钢球运动理论推导并提出了球径半理论公式。在粗磨作业,该公式虽然与国外公式计算结果相比较为精确,但是效果不如中磨和细磨时理想,因而,对该公式进行了修正,即在计算公式中采用自然矿块实测的δ压值计算,或对标准力学试件测出的δ压值作降值处理,从而使得球径半理论公式在粗磨、中磨及细磨作业中都能精确地计算球径。球径半理论公式为选厂选择钢球尺寸提供了很好的依据。2.4球磨机的选择中心排料棒磨机的磨碎产品是经排矿端空心轴颈溢出,为此,筒内矿浆的液面必须高于排矿轴颈最低母线所在的平面。而周边排矿棒磨机是通过周边孔排出的。研究显示,周边排料棒磨机与中心排料棒磨机相比,当磨机规格及给排矿粒度均相同时,不仅生产能力高20%～30%,而且产品中小于19μm的过粉碎级别也少3%左右,而回收率及精矿品位均高2%～3%,同时,产出的精矿品位也粗10%左右。因此,在粗磨中一般用周边排料棒磨机取代中心排料棒磨机。格子型球磨机虽然排矿快,能有效减少矿石过粉碎,但是由于绝大多数格子型磨矿机的格子孔达20～30mm,因而不利于选择小钢球。此时钢球尺寸若选择过大,也会造成磨不细和过粉碎现象严重,况且大多数选厂细磨中主要问题不是过粉碎而是磨不细,所以应将格子型球磨机改为溢流型球磨机,以增加产品细度,减少磨不细现象。但是也应注意到,细磨溢流型球磨机的钢球充填率通常不超过40%,并且钢球尺寸也难于降至15mm以下,因而介质的研磨面积就受到很大的限制;另外溢流型球磨机的排矿靠两端面矿浆面的高度实现,物料的这种运动方式使得一个参数的改变牵动若干个因素的变化,不利于磨矿条件的调整。但是综合各方面因素考虑,溢流型球磨机还是优于格子型球磨机。一般来说,两段磨矿时通常一段用格子型,二段用溢流型。2.5棒磨和细磨的比较在各种形状的介质中,球形虽有最好的转动性能,但为点接触破碎。由于在接触点上的破碎力往往过大,破碎力作用精确性差,故选择性解理差,贯穿破碎作用可能较多,过粉碎现象严重。特别是当球的尺寸选择过大时,这种现象更为严重。另外由几何知识知道,同体积的物体中以球形的表面积最小,而细磨又随着介质的研磨面积的增大而效果显著,因而球形并不是最好的选择。棒体破碎为线接触,产品粒度均匀,达粉碎现象少,但它只有绕轴向的转动性能好,其他方向不能转动,而且棒形单位体积的介质表面积也比较小,因此棒磨只适于粗磨,可见棒形也不太理想。对于短柱形小尺寸介质,它们既有钢球表面积大的特点,而且转动性能也有所改善,另外又有短线接触的破碎作用特性,因此产品粒度特性均匀、过粉碎现象少,故它兼有小钢球及棒的优点,是一种适宜于细磨的介质形状。经工业试验研究证明:短柱型介质比同重量的球形介质细磨效果好,在处理量相同时,磨不细级别及过粉碎级别都有明显减少,合格粒级产率有明显增加,产品粒度均匀,有利于选别。2.6新型细磨介质的研制磨球是球磨机中最常用的研磨介质,也是各种易磨损件中消耗量最大的零件。据有关部门统计,在我国仅金属矿山湿式球磨机所消耗的磨矿介质约40～50万t/a。磨球的巨额消耗引起了人们的重视,故提高磨球的耐磨性、延长使用寿命具有重要的经济意义和社会意义。目前的许多研究者都主张采用高质量合金钢球或经复杂热处理技术的高质量锻钢球作为磨矿介质,虽然可以显著降低钢球单耗,但是由于各类高质量合金钢球及热处理优质钢球价格都很高,所以介质成本降低并不显著。而从研究细磨的运动形式来看,细磨下应放弃强烈冲击的作用,主要采用磨剥作用,再辅以轻微冲击,这样才有好的效果。所以,昆明理工大学段希祥教授提出采用硬而耐磨且廉价的铸铁作介质材料,生产截头圆锥体铸铁段。一是虽然耐磨铸铁段介质单耗比优质钢球高15%左右,但由于其价格仅为优质钢球的30%～40%,所以每吨矿的总介质成本可下降50%左右。二是由于铸铁段磨至报废时能自动从磨机内排出,这样可以长时间不用清理介质,节省了管理费用。研究显示,新型细磨介质耐磨铸铁段,不仅生产率高,过粉碎现象少,而且产品单体解离度高,选别指标好,磨矿成本低,全面改善了细磨及选别过程。所以,铸铁段是材质的最佳选择。2.7调整磨矿条件在我国大多数选厂特别是铁选厂的磨矿中,都是采用细磨细筛的工艺,但是细磨效率很低,单位产品电耗和材料消耗都很高,分离效果不是很好。选择性磨矿是基于矿物的物理性质的不同,通过调整磨矿条件,增大矿物磨矿行为的差异,以实现各种矿物在磨矿产品中不同粒级的矿物相对富集。昆明理工大学段希祥教授提出的选择性磨矿原理较好地解决了这类问题。因为目前的细磨细筛工艺仅利用了天然力学性质差异所引起的选择性磨矿,但是若人为地强化这种现象,将能提高细磨细筛的工艺效果。在此基础上,段希祥教授研制出了一种新型的专用细磨机,用此磨矿机与普通球磨机对锡矿石等几种矿料作对比研究,在排料粒度相同时其生产能力比普通球磨机大一倍,单矿产品电耗降低30%～40%,过粉碎减少3%～4%,噪音降低10dB。3球磨机的选择1.磨矿作业消耗电能太大,因此应采用满负荷给矿、多碎少磨、改进设备、合理选择磨矿介质(包括形状、尺寸、材质)等措施,以达到节能降耗、降低磨矿成本的目的。2.在磨矿流程上,开路不利于提高磨机生产率,应将开路改为闭路。3.球径半理论公式用于细磨及中磨的球径计算时非常精确,在对粗磨的球径计算时应做修正处理,即降值处理。球径半理论公式为我国各选厂确定介质尺寸提供了很好的依据。4.粗磨时将中心排料棒磨机改成周边排料棒磨机,以提高生产能力及减少过粉碎。细磨时将格子型球磨机改成溢流型球磨机,为选择小介质创造条件。5.小钢球并不是最好的介质形状,介质形状应采用短截头圆锥形为最佳。6.铸铁段不仅可以节省介质成本,而且能全面改善细磨过程,使磨矿效率提高。铸铁段可取代钢球在细磨作业中推广应用,是介质材质的最佳选择。7.在一切铁矿物与脉石矿物的力学性质差异大的矿石细磨中,均可以采用选择性细磨的新方法。新型的专用细磨机是一种处理贫磁铁石英岩矿石的优良设备,应大力进行试验及推广使用。在矿产资源日益贫乏的今天,如何有效地充分利用资源、提高企业生产率至关重要。磨矿在选矿作业中占有极其重要的地位,因此,改善磨矿作业,提高效率,降低成本就成为各选厂急需解决的问题。1钢球磨机在粗磨过程中造成的过粉碎我国选厂的磨矿工艺存在的问题是多方面的:(1)磨矿作业能耗十分惊人,占选厂能耗的50%左右。(2)磨矿流程