畢兵兵 張祖剛

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

球磨機(jī)是選礦廠的重要設(shè)備之一，一般選擇鋼球作為磨礦介質(zhì)。初裝球尺寸、比例大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，隨著時(shí)間的推移，鋼球不斷磨損，鋼球配比與數(shù)量發(fā)生變化[1-2]。因此必須定期向球磨機(jī)內(nèi)添加鋼球，以穩(wěn)定鋼球配比和充填率在一個(gè)可以接受的范圍內(nèi)，保證磨礦細(xì)度。球磨機(jī)內(nèi)不同尺寸鋼球的比例即鋼球的組成特性。大鋼球占比過大，容易造成過粉碎，過小則造成排礦偏粗。為保證鋼球組成特性在合理范圍內(nèi)波動(dòng)，需要正確及時(shí)補(bǔ)加鋼球，因此掌握鋼球磨損規(guī)律，適時(shí)調(diào)整鋼球補(bǔ)加方案尤為重要。

1 鋼球磨損規(guī)律

球磨機(jī)筒體在外在動(dòng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼球等磨礦介質(zhì)隨筒體運(yùn)動(dòng)，從而研磨礦石實(shí)現(xiàn)磨礦。鋼球在筒體中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，對礦石的作用形式也不同。鋼球隨筒體上升到一定高度后，再向下滾落，滾落過程中球荷之間的礦粒被研磨；鋼球從最高點(diǎn)滾落至筒體最低點(diǎn)時(shí)，沖擊礦石顆粒實(shí)現(xiàn)破碎。瀉落式的磨礦作用以研磨作用為主，沖擊作用為輔。球荷表面積越大，鋼球之間所夾的礦粒越多，研磨效果越明顯。

鋼球上升過程中，和瀉落式運(yùn)動(dòng)前半段一樣，鋼球研磨礦石實(shí)現(xiàn)磨礦。鋼球上升到最高點(diǎn)后脫離筒體向下作拋落運(yùn)動(dòng)，鋼球在下落過程中速度逐漸增大，當(dāng)鋼球觸底接觸到其他球荷時(shí)，拋落鋼球因具有很大的動(dòng)能，對礦石和其他鋼球產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊，從而破碎礦石。鋼球拋落運(yùn)動(dòng)時(shí)磨礦作用以沖擊為主，研磨為輔。球荷球徑越大，重力越大，沖擊效果越明顯[3-4]。

1.1 鋼球磨損速度與其重力關(guān)系

一般鐵礦山一段磨礦(粗磨)以拋落式為主，粗粒礦石磨礦靠鋼球拋落產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊破碎作用實(shí)現(xiàn)，簡單認(rèn)為鋼球磨損速度與其重力成正相關(guān)，見式(1)：

Gt=Gce-kt，

(1)

式中，t為鋼球磨損時(shí)間，d；Gt為磨損一段時(shí)間后鋼球的重力，N；k為比例系數(shù)；Gc為鋼球初始重力，N。

鋼球磨損到一定程度后會(huì)隨礦排除，格子型和溢流型球磨機(jī)稍有不同。簡單認(rèn)為鋼球可以磨損至0(消失)，球磨機(jī)內(nèi)所有鋼球重力為GT，則：

(2)

根據(jù)式(2)可得任意球徑D、重力G的鋼球，小于等于該球徑鋼球總重力GD，則：

(3)

根據(jù)式(2)、(3)及球體重力計(jì)算公式，可得到小于球徑D的鋼球粒度組成特性方程：

(4)

從而得出初裝球和補(bǔ)加一種尺寸鋼球的球磨機(jī)內(nèi)鋼球粒度組成特性，同理可得初裝球添加幾種不同尺寸鋼球后的粒度組成特性。設(shè)根據(jù)要求需要分別裝入球徑為D1,D2,D3...,Dc(從大到小)的比例為γ1,γ2,γ3...,γn,則球徑大于Dn的鋼球占比見表1。

1.2 鋼球磨損速度與表面積關(guān)系

二段磨礦(細(xì)磨)以瀉落式為主，一般認(rèn)為細(xì)磨鋼球磨損速度與其表面積成正相關(guān)。如果向球磨機(jī)內(nèi)定期添加一種Dc尺寸的鋼球,根據(jù)皮列恩吉斯鋼球磨損理論可以推出球荷的粒度組成特性方程，球磨機(jī)內(nèi)鋼球球徑小于D的鋼球粒度組成方程：

(5)表1 不同球徑范圍鋼球占比

根據(jù)表1，同理可推得不同球徑的鋼球占比：

(6)

2 精確化鋼球補(bǔ)加方案實(shí)踐

以某鐵礦山選礦山兩段球磨機(jī)磨礦為例，分析精確化鋼球補(bǔ)加方案的應(yīng)用效果。

2.1 一段磨礦

當(dāng)前確定球磨機(jī)鋼球尺寸的公式以段氏球徑半理論公式最為適用。某礦山采用段氏球徑半理論公式計(jì)算各段磨機(jī)鋼球球徑。

表2 某鐵礦一段磨礦球磨機(jī)工作參數(shù)

注：φ為磨機(jī)轉(zhuǎn)速率，%；δ為球徑在礦漿中的有效密度，g/cm3；Kc為綜合修正系數(shù)；df為磨機(jī)給礦粒度，cm；D0為球荷“中間縮聚層”直徑，cm；σ為礦石抗壓極限強(qiáng)度，kg/cm2；Db為所需鋼球球徑，cm；ρe為鋼球有效密度，g/cm3；C為礦漿重量百分濃度，%；K為與轉(zhuǎn)速率及充填率有關(guān)，計(jì)算中間縮聚層的參數(shù)。

按段氏球徑半理論公式和表2參數(shù)可計(jì)算出一段磨礦球磨機(jī)所需的鋼球理論球徑Db=90 mm。

為保證球磨機(jī)鋼球粒度組成特性在合理范圍內(nèi)波動(dòng)，需要控制不同球徑的鋼球數(shù)量比，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式和生產(chǎn)實(shí)踐來確定合理的鋼球球徑與不同球徑鋼球的比例。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及段氏球徑半理論公式計(jì)算，按照球徑90 mm、80 mm、60 mm的鋼球數(shù)量分別占60%、20%、20%的方式進(jìn)行初裝球，由表1可得出球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平衡各球徑鋼球占比，然后根據(jù)一定磨損規(guī)律下各球徑鋼球占比(表3)和現(xiàn)場排礦粒度組成，確定精確化鋼球補(bǔ)加方案。

表3 一定磨損規(guī)律下各球徑鋼球占比

2.2 二段磨礦

按段氏球徑半理論公式計(jì)算二段磨礦所需的鋼球理論球徑Db=60 mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按球徑60 mm、40 mm鋼球數(shù)量分別占20%、80%進(jìn)行初裝球，由式6可得出球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平衡時(shí)各球徑鋼球占比，再根據(jù)一定磨損規(guī)律各球徑鋼球占比(表4)和現(xiàn)場排礦粒度組成，確定精確化鋼球補(bǔ)加方案。

表4 一定磨損規(guī)律下各球徑鋼球占比

2.3 精確化補(bǔ)加鋼球應(yīng)用效果

對一段和二段磨礦球磨機(jī)實(shí)施精確化補(bǔ)加鋼球后磨礦效果見表5。

表5 精確補(bǔ)加鋼球前后磨礦效果

從表5 可以看出，相比原磨礦產(chǎn)品(二段磨礦排礦)，精確化補(bǔ)加鋼球后磨礦產(chǎn)品-0.074 mm粒級含量提高了10.13個(gè)百分點(diǎn)，-10 μm粒級含量提高1.05個(gè)百分點(diǎn)；0.3～10 μm合格粒級含量提高3.53個(gè)百分點(diǎn)，平均粒徑也由于0.21 mm降低到0.017 mm，產(chǎn)品粒度均勻性更好，粒度更細(xì)。

3 結(jié) 論

(1)鐵礦山選礦廠一段磨礦(粗磨)以拋落式為主，磨礦作用以研磨作用為主，沖擊作用為輔，鋼球磨損速度與其重力成正相關(guān)；二段磨礦(細(xì)磨)以瀉落式為主，磨礦作用以沖擊為主，研磨為輔，鋼球磨損速度與其表面積成正相關(guān)。

(2)某鐵礦山選礦廠應(yīng)用精確化鋼球補(bǔ)加方案優(yōu)化磨礦條件，相比優(yōu)化前，二段磨礦產(chǎn)品細(xì)度-0.074 mm含量由30.80%增大到40.93%，0.3～10 μm合格粒級含量由71.10%提高到74.63%，產(chǎn)品粒徑更小，粒度更均勻，明顯改善磨礦效果，可在其他礦山球磨系統(tǒng)推薦實(shí)施。