我国磨矿生产中的能耗问题

我国磨矿生产中的能耗问题

中国的石材通常具有穷人、细微差别和杂种性。随着工业的发展，需要研磨的矿石数量日益增加，钢的消耗也非常大。磨矿的电耗和材料消耗这两项费用占选矿成本比重很大,其中磨矿介质的费用占两项费用的一半左右。因此,提高磨矿效率,降低磨矿能耗就显得非常必要。这不仅是降低选矿成本的重要手段,也能达到节能降耗的目的。近年来,关于降低磨矿过程中能耗问题的研究取得了显著成就。已找到了一些减少能耗的措施,如改变磨机衬板和介质的钢材成分而研制的耐磨钢材;改善磨矿介质的组成及配比;添加抗蚀药剂及用橡胶衬板取代钢质衬板等。本文对主要的磨矿影响因素和提高磨矿效率的途径进行剖析,探讨磨矿的主要影响因素和提高磨矿效率的一些途径,从而直接或间接的找到一些降低磨矿生产成本的方法。1磨矿作业的重要性采矿、选矿、冶金、化工、建材、火电这些行业均是国民经济的基础行业,这些行业中均以矿石作为原料或产品。矿石开采出来绝大多数必须经过磨矿加工处理,每年我国需要磨碎的矿料为数十亿吨。因此,磨矿在国民经济中占有重要的地位并起着重要的作用。磨矿是一个能耗很高的作业,全世界磨矿消耗的电能占当年发电量的3%~4%,甚至高达5%。磨1t矿石大约消耗0.8~2.0kg钢球,目前国内每年耗于磨矿的钢材估计超过200万t。磨矿作业在选矿厂占有极重要的地位,选矿的前提是有用矿物与脉石矿物单体充分解离并减少过粉碎。从投资上看,碎磨作业占全厂投资的60%左右,耗电量约占全厂的50%左右,生产经营费用也占全厂40%~50%。在技术上,磨矿产品的质量高低直接影响着选矿指标的高低,磨矿生产能力直接决定着选矿厂的生产能力。2影响砂浆机的主要因素磨矿过程的影响因素主要包括:物料性质、给矿粒度、产品细度;磨机的类型及结构;装球和补球;磨矿浓度;给矿速度;球径和球比等。2.1磨矿细度对产品生产率的影响矿石越硬,可磨性越小,磨细它所耗的能量较多,磨机的处理能力也较低。此外,矿石中各矿物的性质已有差别,有易磨的和难磨的,因而会有选择磨细的现象,即一部分还未磨细,一部分已出现过粉碎了,对于一些很易过粉碎的矿石,尤其要注意,应该及时把已磨细的分出。矿石越细越难磨,随磨矿比增大,可磨性系数也会变化。给矿越粗,由于需要磨矿的时间较长,将它磨到规定的细度的功耗较多,生产率也较小。给矿粒度的改变对磨矿机生产率的影响与矿石性质和产品细度有关。磨矿机按新形成的小于0.074毫米级别计算的相对生产率,通常是随过矿粒度的降低而增加,但其增加幅度随产品的变细而减少。粗磨时增加的幅度较细磨时要大些,非均匀矿石较均匀矿石更为明显。因此,当要求提高磨矿机生产能力时,在一定范围内,降低给矿粒度有重大作用。磨矿产品细度直接影响着选别指标。磨矿产品粒度过粗,有用矿物和脉石没有获得充分解离,太细了又引起较严重的过粉碎,两种情况都会使选别指标降低。如将磨矿粒度改变为较细后,能量消耗和钢消耗量增加,生产率降低,每磨碎一吨矿石的费用比磨矿较粗时要高。因此,确定磨矿粒度须要技术经济综合考虑。磨矿产品的粒度,通常是用磨至大于某筛孔级的筛上量百分数或用小于0.074毫米和含量表示。磨矿产品的粒度对于生产能力的影响,决定两个互相矛盾的因素。一方面,磨粗粒原矿至细度时,随着磨矿时间的增加,被磨物料的平均粒度皆越来越小,磨矿机的生产能力因而越到后期越高。另一方面,由于磨矿的选择作用,易磨矿部分也被磨细,剩下的都是难磨部分,因而磨矿机生产能力越到后期越低。由于这两种情况相反因素的影响,磨矿产物粒度与磨机处理能力的关系,可能上升的,下降的或先上升后下降,以及实际上没有变化等情况,随这两个矛盾因素的对比所决定。大体上说,对于非均匀质矿石,后一因素较为重要,故磨矿机的相对生产能力随磨矿细度的增加而增加。总之,凡矿石越硬,给矿越粗,产物越细,磨矿机的生产率越小,按(kW·h/t)计算的磨矿效率指标越高。操作工首先要根据矿石的性质、给矿粗度、给矿量和产品细度来决定操作条件,就是为了力求得到较好的磨矿指标。2.2磨矿机转速与装球率的关系总的来讲,棒磨机的生产率比格子型球磨机的低15%,比溢流型球磨机低5%左右,溢流型球磨机的生产率较格子型球磨机的低10%~15%,有时甚至低25%。磨机长度主要影响到磨矿时间,从而影响到磨矿细度。过短的磨矿机不能完成规定的磨矿细度,过长了会增加动力消耗,并产生过粉碎。目前,国产的球磨机长度与直径之比在0.78~2范围,棒磨机的长度一般是直径的1.5~2倍。磨矿机的转速有在临界转速以下和超临界转速运转二种不同的情况。磨矿机的转速与装球率紧密相关。在临界转速内工作的磨矿机的有用功率与转速和装球率的关系说明了在装球率一定时,有用功率是随转速不同而变化的,当转速为一适宜值时,有用功率可以达到最大值。既然有用功率是指发生磨矿作用所消耗的功率,与有用功率相对应的生产率,它与转速的关系,基本上和有用功率与转速的关系类似。目前,制造厂规定的磨矿机转速大致在52%~62%。多数在80%以下,转速稍偏低,就很难达到高的生产率。近年来我国某些厂矿的生产实践表明,适当地提高磨矿机的现有转速,是提高选矿厂处理能力的措施之一。但应当注意到转速提高后,钢球和衬板的磨耗量有所增加,磨矿机的振动也较厉害,必须加强设备管理和维修工作。并采取合理的措施,适当地降低装球率,相应地调整磨矿浓度和提高分级机的效率。同时,还应考虑传动部件的强度和电动机的负荷情况。绝大多数的磨矿机仍然是在临界转速以下工作,超临界转速磨矿尽管有提高磨机生产率等某些优点,但仍存在一些问题,有待进一步的研究解决。2.3磨矿机的测量在其他条件不变的情况下,磨矿介质的比重越大,磨机的功率消耗和生产率都较高。一般都用钢和铸铁作磨矿介质。不同的转速有不同的极限装球率。在临界转速以内操作时,装球率通常是40%~50%。磨矿机的生产率(Q)和装球量(G)的关系,可用下面经验公式表示:Q=(1.54~4.48)G0.6(t/h)磨矿机消耗的功率(N)和装球量(G)的关系,也可以用下面的经验公式表示:N=0.735CGD−−√(kw)Ν=0.735CGD(kw)式中的D是磨矿机内径(m)、G是装球量(t)、C是与装球率和磨矿介质种类有关的系数。这些经验指出,当装入的钢球是有效工作的时候,装球越多,生产率越大,功率消耗也越大。但装球过多,由于转速的限制,靠近磨机的中心的那部分球是蠕动的,不能有效的工作。通常装球率不超过50%。超临界转速时,装球量要减少到保证不发生离心运转,但也不可以少到削弱生产能力的程度。一般认为棒磨机的装棒率应较同直径的球磨机的约低10%,大致为35%~45%。最初配好的钢球,用了一些时候,它们都逐渐磨损,如不补球,球的大小和重量都不符合需要,磨矿机的生产率和磨矿效率都会降低。2.4提高磨矿效率磨矿浓度也是影响磨机效率的一个重要因素。磨矿浓度通常是用磨矿机中矿石的重量占整个矿浆重量的百分数来表示。磨矿浓度的大小影响矿浆的比重、矿粒在钢球周围的粘着程度和矿浆的流动性。磨矿浓度低,矿浆流动快,物料在钢球周围的粘着程度低,使钢球对物料的冲击和研磨作用弱,排矿粒度不合格,磨矿效率得不到发挥;磨矿浓度高,物料在钢球周围的粘着程度好,钢球对物料的冲击和研磨作用均较好,但矿浆流动慢,易造成物料过粉碎,更不利于提高磨机处理量。就中等转速的磨矿机来说,粗磨矿(产品粒度在0.15mm以上)或磨比重大的矿石时,磨矿浓度应当较大,约75%~82%(固体)。通过多个选厂自动化实践证明,磨矿浓度不宜太高,在78%~8l%范围内,更有利于磨矿效率的发挥。细磨矿(产品细度在0.10~0.075mm)或磨比重较小的矿石时,磨矿浓度应低些,通常为65%~75%(固体)。转速较高时,磨矿浓度应稍低一点。当矿浆中含有少量的原生矿泥时,就会显著地提高它的粘度和稳定性。这时可适当地加入分散剂或絮凝剂来改变矿浆的流动性和稳定性。常用的化学药剂有水玻璃、碳酸钠和石灰等。2.5提高磨矿效率给矿速度就是单位时间内通过磨矿机的矿石量。当给矿速度很低时,磨矿机器内矿量小,不但生产率低,而且形成空打的结果,使磨损和过粉碎都很严重。为了使磨矿机有效地工作,应当维持充分高的给矿速度,以便在磨机中保持多量的待磨矿石。随着给矿速度的提高后,由磨矿动力学可知,排矿产物中合格粒度的含量就减少,而产出的合格粒度数量却增加,比功耗将降低,磨矿效率显著提高。如果给矿速度超过磨矿机在特定操作制度下的某定额时,磨矿机将发生过负荷,出现排出钢球,吐出大块矿石及涌出矿浆等情况,甚至被堵塞。因此,给矿必须连续均匀,不要时多时少,使以后的选别受到不好的影响,所以磨机的给矿量都不允许有太大的波动。在上述诸多的因素中,首先要认清矿石的性质和要求达到的磨矿细度,才谈得上选择什么样的磨机和正确地决定操作条件。无论影响磨矿效果的因素是怎样的复杂,但撞击效果必然是最重要的。只要能够针对矿石的性质正确地决定转速、装球、给矿速度和磨矿浓度,就可以得到较好的撞击效果。有些因素虽然不像上面讲的那些重要,但如果忽视了它们,磨矿效果仍然不好。2.6钢球配比对磨矿效率的影响在细磨过程,物料粒度较细,重在对物料的研磨,因此要求钢球的直径较小,钢球之间的间隙小,钢球在运动过程中对物料进行充分研磨。在粗磨过程中,重在对物料进行冲击破碎,因此要求钢球的直径较大,在抛落过程中,对物料冲击力大,磨矿效率高。钢球配比也影响磨矿分级效率。磨机的磨矿效率体现在磨机处理量和磨矿细度,只有处理量而不考虑磨矿细度,或只有磨矿细度而不考虑处理量,均不能体现磨机效率高。如果磨机中直径较大的钢球占的比重大,则钢球对粗粒矿物的冲击力大,磨机的处理能力较大,但由于钢球之间的问隙较大,钢球对细粒矿物的研磨作用弱,磨机的排矿粗,分级循环负荷大,影响磨机处理量;反之亦然。在实际生产过程中,钢球配比很难实现,各选厂通过定期加球来保证(一般一天加一次)。实践证明,通过自动加球机加球可保证磨机内钢球的良好配比。自动加球机可实现每小时加一次钢球,每次加7~10个(根据工艺定),通过钢球在磨机内的自然消耗来保证球比。3程中的重要环节由于磨矿过程的低效率及高能耗,因此提高磨矿效率及降低能耗在选矿过程中显得尤为重要。根据影响磨矿过程的因素,可以从降低矿石可磨性、降低磨机给矿粒度、改变磨机结构参数、提高分级效率、适当提高分级返砂量、精确化装补球、选择性磨矿和微阶段化磨矿等途径来提高磨矿效率。3.1化学药剂研磨法现代磨矿领域中出现了一种助磨工艺,即在磨矿过程中添加一些特定的化学药剂来改善磨矿效果,增加磨机的生产率。在一些生产厂矿已经应用,如某些铁矿,应用效果较好,精矿品位及回收率有提高,磨机生产率有提高。3.2多碎少磨技术一般来说,碎矿处理的是较粗的矿块,而磨矿处理的是较细的矿粒,钢球对矿石的破碎是一种随机性的破碎,破碎效率很低,有的研究指出,辊式破碎机的破碎效率高达70%~l00%,而球磨机的破碎效率仅只6%~9%,喷射磨的则只有1%~2%。由于这样,有关学者们提出“多碎少磨”的办法,这就是当前选矿界盛行的多碎少磨技术。多碎少磨就是降低入磨的粒度。3.3磨机与磨矿的配合性研究磨机结构参数主要包括磨机的结构、转速、衬板等。因改变磨机的结构比较困难,所以很少见改变这个结构参数。改变磨机的转速相对容易,转速过高会降低磨机作业率和处理量,并增加磨损和功耗。但近年来,一些研究者作了一些转速与磨矿效果的调查,认为磨机转速偏低的效果好。磨机衬板的改变,将衬板改为角螺旋衬板在一些厂矿获得成功。角螺旋衬板除搅拌物料及钢球的作用外,还兼有分级衬板的作用,它的能耗和介质消耗比常规衬板节省10%~20%。近年来,国内有人提出了“微阶段化磨矿”并进行了深入的研究。它是相对“阶段化磨矿”而言的。所谓微阶段化磨矿,即在同一台球磨机内,沿球磨机筒体的轴线方向安装具有不同表面形状的筒体衬板,使磨碎形式沿球磨机筒体轴线方向发生变化。3.4提高磨机生产率分级机与磨机闭路工作,控制磨矿产品粒度并能提高磨机生产率,故提高分级效率可以提高磨机生产率并降低能耗。提高分级效率的研究正向改进分级设备结构参数及操作参数方向进行。3.5提高磨机生产率分级返砂的作用不但是返回不合格的粗粒,而且还有不可忽视的另一个重要作用,即使磨机给矿变粗,让钢球在磨机整个轴向长度上能高效率破碎,从而提高磨机生产率。一般返砂量一段不宜超过500%,二段不宜超过800%。3.6球磨机的精确性钢球是影响磨矿的主要因素之一,球径过大或过小均有害,只有适合矿粒破碎需要的精确球径才是磨矿所需的。我国由于磨机规格较小,为保证足够破碎力往往使球径偏大。钢球直径的精确计算只能解决单级别矿粒所需球径的精确计算问题,而磨机内整体球荷的精确性则要靠初装球方法来解决,要维持磨机内球荷的精确性就要靠补加球方法来解决。由于问题的复杂性,使得球磨机一直没有一套成功的、科学的、效果显著的及易于推广应用的装补球方法。针对这种情况,段希祥提出了一种新的精确化装补球方法,其方法的要领是:①加强针对性,实测矿石的抗破碎强度;②用球径半理论公式精确计算各级别矿粒需要的精确球径;③筛析磨机的全给矿,按待磨矿石粒度组成用破碎统计力学原理指导配球;④以精确化的初装球荷组成为补球依据,用作图法找出补球比例,即装补球一次计算完成。精确化装补球方法在云南金平镍矿进行过半年的工业试验,其后在工业生产中推广应用,应用效果表明,采用精确化装补球方法后,磨机生产率有很大的提高。3.7充填材料的选择矿物在磨矿及分级机械中出现选择性磨碎现象是一种普遍而正常的现象,它是由于组成矿石的各种矿物的力学性质不同而产生的。研究证实,短圆柱形介质就有选择性保护细粒的作用,在细磨中用短