介質直徑及其加載量對立磨機磨礦效果影響的初探

韓登峰， 盧世杰，張躍軍

(北京礦冶研究總院， 北京 100160)

介質直徑及其加載量對立磨機磨礦效果影響的初探

韓登峰， 盧世杰，張躍軍

(北京礦冶研究總院， 北京 100160)

本文通過建立實驗室模型，對影響立磨機磨礦效率的介質直徑及加載量大小進行了分析研究。小直徑介質有利于磨機內能量密度的提高和磨削面積的增加，而適當增大介質直徑則可提升有效磨礦容積和延遲磨礦時間。介質參數的最終選取還要根據其它因素綜合考慮。

立磨機；介質直徑； 介質加載量； 磨礦效率

隨著礦物嵌布粒度的細化，礦石的細磨和再磨成為生產工藝發展的趨勢要求，立磨機則在這一過程中扮演著重要角色，而磨礦介質參數是影響其磨礦效果的關鍵因素之一。介質大小的選擇直接影響到粉磨效率和產品細度，一般要根據給料粒度和要求產品細度確定[1-2]。采用小直徑磨礦介質是立磨機高效磨礦的關鍵，這意味著單位磨礦體積內介質的比表面積更大，進而大大增加了介質與顆粒，尤其是與細顆粒的碰撞研磨概率[3]。磨礦過程本身是一個影響因素諸多、過程極為復雜的過程，特別是對于礦石的細磨，其介質因素影響尤為顯著。本研究主要針對介質直徑和加載量這兩項參數可能引起的有關磨機效率的影響效果進行了初步探討，以期獲得對立磨機磨礦效果的深入了解。

1 試驗條件與方法

本研究主要是考查磨礦介質直徑及加載量對磨機磨礦特性的影響情況，通過建立試驗系統模型，模擬實際磨礦環境并對各項參數進行分析研究，考察其機械性能和工藝特性。

1.1 實驗室模型

首先是根據工業應用機型建立實驗室立式攪拌磨模型系統，該試驗系統主要包括了磨機筒體、螺旋攪拌軸、驅動裝置以及相配套的功率檢測和礦石粒度分析等。該模型的主體結構示意圖見圖1。

圖1 試驗模型結構示意圖

1.2 物料性質

本研究選取的磨礦物料為普通石英砂，其主要礦物成分是SiO2，SiO2含量≥90%～99%，Fe2O3含量≤0.06%～0.02%，硬度7，相對密度為2.65，規格0.5～1 mm，堆積密度約1.6。

1.3 介質直徑

對于實驗室模型，由于其尺寸要遠遠小于實際工業應用的立磨機尺寸，故對于介質大小的選取也要做相應的比例縮放。為了能較準確地掌握介質直徑對磨機特性的影響，選取工業上常用的3種介質球的直徑進行相似比例縮放，得到7 mm、10 mm、13 mm共3種試驗用介質球直徑，并以此3種直徑的介質球為基礎對立磨機磨礦特性進行分析研究。

1.4 試驗方法

為了能準確測量并精確計算，首先是在清水條件下對磨機的有效處理容積和介質比表面積進行研究；能耗是設備選取的一項重要經濟指標，本研究還需對不同介質加載條件下的能耗進行對比分析；最后是進行磨礦試驗，研究不同介質條件下的磨礦性能，分析各參數對其的影響。

2 結果分析與評價

2.1 不同介質直徑下的有效容積對比分析

有效容積是處理能力的一種體現，它雖然不能代表磨礦效率，但卻是一個關鍵的參數，它是進入磨機內部礦漿可被有效研磨的基礎，是計算磨礦時間的依據。本研究對不同直徑下不同加載質量的立磨機在運行時的有效容積進行了測算與分析，其測試結果見表1，關系分析如圖2所示。

表1 三種不同介質直徑下加載量與有效容積的關系 單位：L

從圖2中可以看出，不同介質直徑下磨機的有效磨礦容積與介質加載量基本上成線性正比關系，同時可以看出，不同介質加載量下有效容積一般會隨著介質直徑的增加而增加。磨機機體在設備選型安裝后一般都不能改動，而給礦量由選廠工藝條件確定，一般也無法隨意改變，因此要改變磨礦時間，即改變有效磨礦容積，就可從介質加載量和介質直徑兩方面來考慮，進行相應的參數調整以達到最佳磨礦效果。

介質球經的變化往往會影響到磨礦粒度的大小，一般認為磨礦介質在濕式攪拌磨中的粉碎作用主要是相互撞擊接觸產生的沖擊力和擠壓力、轉動產生的剪切和摩擦力。其中前兩者更多地決定物料的初期粉碎效果，后者更多地依賴于介質間接觸的面積和幾率，決定細磨的效率[4]。圖3所示研究結果表明，立磨機在運轉過程中所形成的單位有效容積內介質的比表面積會隨著直徑的增大而成指數級減小，這就要求在實際應用中注意介質直徑的選取，減小介質直徑會大大增加介質的比表面積，即增大摩擦面，這有利于細粒礦物的進一步粉碎。

圖3 單位有效容積內的介質比表面積

2.2 不同介質直徑下的能耗對比

細粒礦物的粉磨往往需要更高的能量和更長的磨礦時間，而通過增加磨礦的能量密度可縮短磨礦時間，從而提高磨礦效率。對于磨礦介質則是盡可能地減少自身運行產生的能量消耗，并高效率地將能量轉化為礦石粉碎所需功。介質加載量與其運轉所需能耗的試驗數據見表3，關系分析如圖4所示。

表3 不同介質加載量下的功耗 單位：W

圖4 介質加載量與介質運轉所需總功耗關系

圖4表明介質加載量與介質運轉所需總功耗呈線性正比關系，這也與理論分析相吻合。同時也可以看出大直徑磨礦介質的運行能耗要高于小直徑磨礦介質。

圖5 單位有效容積的能耗分析

雖然介質運行的總能耗是隨著加載量的增加而增加的，但同時如圖1所顯示，隨著介質加載量的增加磨礦有效容積也在增加。從圖5可以看出，隨著介質加載量的增加，單位有效容積內介質運行的能耗是迅速降低的。因而在相同的輸入功率條件下，適當的增加磨礦介質質量可有效提高磨機內的能量輸入密度，從而提高磨礦效率，節省磨礦時間。

圖6 不同直徑對單位容積內介質運行功耗的影響

由圖6可以看出，介質直徑增大會降低單位容積內介質的運行能耗，但是影響不大。

2.3 相同轉速下不同介質直徑的磨礦粒度對比分析

對介質直徑和加載量做了一些基礎分析研究后，就需要對其綜合磨礦影響效果做一檢驗。本研究對普通等級的石英砂進行了磨礦試驗，測試了三種不同直徑介質對磨礦效果的影響，磨礦數據見表4。圖7則是石英砂在不同磨礦條件下的粒級分布情況，從圖中可以看出介質直徑13 mm時，-0.044 mm粒級的磨礦產率最大，即其細磨效果最好。同時從前面分析研究可知，對于直徑13 mm介質，其

表4 不同介質條件下的磨礦粒級產率 單位：%

介質比表面積和單位運行能耗指標都不如直徑7 mm的介質，而其有效磨礦容積則要明顯大于直徑7 mm磨礦介質，這說明磨礦過程中這些因素綜合對磨礦效果產生影響，而由此引出的磨礦時間在這一磨礦試驗過程中起到了主導作用。

圖7 不同直徑介質磨礦效果對比

3 結論

磨礦介質直徑大小的選擇會直接影響到磨機的生產效率、產品粒度均勻性、產品解離度、以及磨機的能耗、球耗。磨礦介質是磨礦過程中能量傳遞的媒介，采用小直徑介質可以提高磨礦比表面積和單位容積內的能量密度，但是它也會降低磨機的有效磨礦容積，從而減少磨礦時間。而介質的加載量會影響到磨礦的效率，加載量越大效率就越高，但是過大會產生內部球運動的干涉和礦漿的內部循環，從而降低磨礦效率而增加功耗。

磨礦內介質直徑及加載量的選擇還取決于給料粒度、物料性質和產品要求粒度等，不能僅就一個因素對其做出判斷，需要進行綜合考慮，通過相關的實驗或由經驗公式計算取得，尋求不同參數間的最優配合。

[1] 錢效林.研磨介質對攪拌磨效率的影響[J].陶瓷科學與藝術，2004，(1)：25-27.

[2] Matthew D. Sinnott, Paul W. Cleary, Rob D. Morrison.Is media shape important for grinding performance in stirred mills?[J]. Minerals Engineering, 2010.10.016: 1-13.

[3] 金勇士.艾薩磨技術的應用及最新進展[J].有色設備，2013，(4)：15-18.

[4]丁浩.研磨介質在細磨煤系緞燒高嶺土中的行為與影響[J]. IM&P化工礦物與加工，1999，(5)：2-4.

Preliminary Study of the Grinding Effect of Grinding Media Diameter and Loading Capacity in Vertical Stirred Mill

HAN Deng-feng， LU Shi-jie， ZHANG Yue-jun

(Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy, Beijing 100160, China)

The paper studies on the grinding effect of media’s diameter and loading capacity of vertical stirred mill by laboratory model. Small-diameter media is conducive to improve the energy density and increase the specific surface area of grinding in the mill. Well, the appropriate media diameter can be increased to enhance the volume and expend the effective grinding time. Ultimately selections of media parameters are also based on other factors.

vertical stirred mill； media diameter； media loading capacity； grinding efficiency

2013-09-22

北京市科技計劃(D121100001312001)

韓登峰(1984-)，男，陜西蒲城人，工程師，碩士研究生，主要從事選礦設備研究設計及技術推廣工作。

盧世杰(1972-)，男，河北景縣人，教授級高級工程師，碩士研究生，主要從事選礦設備研究設計及技術推廣工作，現任北京礦冶研究總院機械研究設計所副所長。

TD453

B

1003-8884(2014)01-0001-03

張躍軍(1980-)，男，黑龍江哈爾濱人，工程師，碩士研究生，主要從事選礦設備研究設計及技術推廣工作。