几种常用介质配比方法的试验比较

几种常用介质配比方法的试验比较

研磨矿广泛应用于矿山、冶金、化工、能源、建材等部门。这是一个影响整个生产流程技术方向和最终运营效率的重要工作。影响磨矿作业的因素多,包括磨机结构参数、磨机操作参数和矿石性质因素三大类,在众多影响因素中,磨矿介质制度是磨矿效率和磨矿产物粒度的最直接最明显的影响因素之一,也是最易于调节变化的因素之一,在生产实践中受到广泛重视[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。磨矿介质制度包括磨矿介质尺寸、充填率和配比等。本文对生产实践中一些主要的磨矿介质配比方法进行了试验比较,得出了适宜的介质配比计算方法。1计算机模拟及计算基因充填材料配比的方法及应用关于介质配比的计算,生产实践中主要有以下方法:(1)按给料粒度组成,使各直径球占球荷总质量的百分率等于给料中对应粒级的产率确定介质配比,以下简称给料粒度相关法;(2)按各直径钢球占球荷的质量百分比相等计算配比,以下简称等质量百分比法;(3)按各种尺寸钢球占球荷总质量百分率与钢球直径成正比计算介质配比,以下简称质量直径等比法;(4)按各直径钢球的总表面积相等计算介质配比,以下简称等表面积法;(5)按各直径钢球占球荷总质量百分率与单球表面积成正比计算配比,以下简称质量表面积等比法;(6)直接按各直径钢球个数相等确定配比,以下简称等个数法;(7)直接加入单尺寸钢球于磨机中,让其通过磨损形成自然配比,以下简称磨损补加法;(8)东北大学的陈炳辰教授在颗粒粒度最大消失速率原理、磨矿动力学原理和磨矿过程线性迭加原理的基础上,建立了根据给料粒度分布、磨矿产品粒度分布要求、物料性质及磨机转速等计算介质尺寸及配比的计算机模拟算法,以下简称产物粒度相关法。上述各种配比计算方法在实践中都有应用,方法(1)～(6)计算简单,易于被大多数生产企业所采用,但各种方法的结果存在明显差异;产物粒度相关法已被实践证明在产物粒度要求严格的特殊情况下是最理想和行之有效的方法,但该方法计算过程较复杂。因此,一定意义上说,还没有一种方法被普遍采用。考虑到我国矿山、冶金等生产企业的实际情况,本文就计算方法较为简单的(1)～(6)方法进行了比较研究。2介质配比方法试验磨机为ϕ200mm×240mm实验室小型球磨机,物料为广西平果铝土矿石,由-5～+2.5mm和-2.5～+0.075mm两个窄级别混合而成,介质充填率为40%,磨矿浓度为75%。试验分别采用两类混合介质磨矿,Ⅰ类由ϕ31mm和ϕ19mm球介质混合而成,Ⅱ类由ϕ42mm和ϕ19mm球介质混合而成,其中,过去的试验已经证明ϕ31mm和ϕ19mm球介质分别为-5～+2.5mm和-2.5～+0.075mm两个窄级别的最佳尺寸磨矿介质。根据不同的给料粒度组成和介质配比计算方法,分3组进行试验。A组试验是按照上述各种配比计算方法分别计算各尺寸介质的质量百分数,试验采用了两类混合介质,计算所得的介质构成见表1,磨机给料由-5～+2.5mm和-2.5～+0.075mm两个窄级别按40%和60%的质量百分比混合而成,磨矿时间分别为6min和12min。B组试验是按等差数列的形式直接改变大球介质的质量百分数,磨矿介质采用Ⅱ类混合介质,其中,ϕ42mm大球介质的质量百分数分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%,磨机给料由20%的-5～+2.5mm和80%的-2.5～+0.075mm两个窄级别混合而成,磨矿时间为8min。C组试验介质配比方法与B组相同,所不同是磨机给料由60%的-5～+2.5mm和40%的-2.5～+0.075mm两个窄级别混合而成,磨矿时间为12min。试验考查指标为磨矿产物细度(以-0.074mm的产率计算)。3试验结果与讨论3.1由31mm和19mm混合的磨矿介质配比对研磨矿效果的影响(1)磨矿时间为6min时,无论是Ⅰ类混合球,还是Ⅱ类混合球,当大球占介质总质量百分数为40%时,磨矿细度均达到最大值(见图1和图3),该介质配比是按给料粒度相关法计算所得;磨矿时间为12min时,两组混合球中均是大球质量百分数为50%时,磨矿细度最大(见图2和图4),此时的配比是按各直径钢球重相等计算所得,即按等质量百分比法计算所得。(2)在大球介质质量百分数和磨矿时间相同的条件下,由ϕ31mm和ϕ19mm两种尺寸介质混合而成的Ⅰ类混合介质的磨矿细度均高于由ϕ42mm和ϕ19mm球介质混合而成的Ⅱ类混合介质的磨矿细度(磨矿时间为6min时见图1和图3,磨矿时间为12min时见图2和图4)。因此,由ϕ31mm和ϕ19mm两种尺寸介质混合的磨矿效果比由ϕ42mm和ϕ19mm两种尺寸介质混合的磨矿效果好。(3)从图中曲线的变化趋势看,在磨矿时间相同的条件下,采用Ⅰ类介质磨矿时磨矿细度随大球质量百分数的变化相对较慢,甚至在大球质量百分数为20%～62%的范围内磨矿细度变化较小;而采用Ⅱ类介质磨矿时这一关系变化更快。也就是说,采用Ⅱ类混合介质磨矿时,磨矿细度对大球质量百分数的变化更加敏感,大球质量百分数的变化更容易导致磨矿细度降低。在过去的试验中已经证明,对于-5～+2.5mm和-2.5～+0.075mm两种窄级别物料来说,其最佳磨矿介质尺寸分别为ϕ31mm和ϕ19mm。因此,在处理混合宽级别物料时,采用各窄级别物料最佳单尺寸的介质混合作为磨矿介质,不仅可以获得较高的磨矿细度,而且磨矿细度受介质配比的影响更小。因此,确定最佳介质配比的前提应该是选择好与物料各粒级匹配的最佳单尺寸介质,这样不仅可以提高磨矿效率,而且更有利于磨矿生产指标的稳定。关于最佳单尺寸介质的选择计算,国内外有许多研究报道可供参考。以上结果说明,适宜的磨矿介质配比与磨矿时间有关,与所选用的介质尺寸有关。事实上,磨矿时间较短或磨矿初期,由于给料较粗,新生成的细颗粒含量较少,细颗粒对介质的粘附较少,矿浆的粘度较低,此时各种尺寸的介质均能够较好地发挥其冲击或研磨破碎能力。因此,按照给料粒度相关法计算配比,即根据给料中粗、细粒级的含量分别选用数量匹配的大、小介质,能够获得最大的磨矿细度。大球过少必然使总的冲击破碎力不够,大球过多,虽然增加了冲击破碎能力,但由于介质总表面积减少使研磨破碎力减低,两者都使磨矿细度减小。磨矿时间较长或磨矿后期,新生成的细颗粒较多,甚至产生一定量的微细颗粒,易在介质表面产生粘附,且矿浆的粘度增加,介质的冲击或研磨能力都受到影响,因此,适量增加大介质比例能够弥补冲击不足,增加磨矿细度。但过多大介质同样因介质总表面积减少使研磨破碎力减低,从而使磨矿细度减小。因此,磨矿时间较短或粗磨矿时,按照给料粒度相关法计算介质配比最合适,而磨矿时间较长或细颗粒过多而不能及时排出时,采用等质量百分比法计算介质配比较合适,此时,适当增加了大尺寸介质的质量百分比。3.2%磨矿细度从图5可以看出,当ϕ42mm大球所占质量百分数为20%时,磨矿细度最大,此时大球所占质量百分数与给料中粗粒窄级别-5～+2.5mm所占比例一样,该介质配比与按给料粒度相关法的计算结果完全一致。3.3c组的最佳介质配比由图6可见,当ϕ42mm大球所占质量百分数为60%时,磨矿细度最大,其结果与B组试验一致。与图2和图4结果不同的是,该组试验磨矿时间虽然达12min,但最佳介质配比是按给料粒度相关法计算所得,不是按等质量百分比法计算所得。其原因可能是:A组试验的给料中粗粒级物料-5～+2.5mm与细粒级物料-2.5～+0.075mm的质量百分比是40∶60,而C组试验是60∶40,因此,A组试验磨矿时间为12min时按等质量百分比法计算介质配比能够增加大球的比例,克服磨矿矿浆粘度大、粘附力强的负面影响,提高磨矿效率,而C组试验按等质量百分比法计算介质配比则降低了大球的比例,不利于克服磨矿产物中细粒级含量高所产生的负面影响。因此,在磨矿时间达12min时,A组试验的最佳介质配比是按等质量百分比法计算,C组试验的最佳介质配比仍然是按给料粒度相关法计算。根据以上研究结果,可以得出:一般磨机或粗磨机的给料粒度较粗,磨矿时间较短,磨机中细粒级含量较低,矿浆的粘度较小,因此,应该按给料粒度相关法计算介质配比。二段磨机或细磨机的给料粒度较细,磨矿时间较长,矿浆的粘度较大,因此,如果给料中粗级别的含量比细级别的含量高,可按给料粒度相关法计算介质配比;如果给料中粗级别的含量比细级别的含量低,可按等质量百分比法计算介质的配比,以适当增加大球介质的比例,提高磨矿效率。4适宜磨矿