球磨機工作參數研究進展的綜述

楊 攀

(重慶交通大學 重慶 400074)

一、影響球磨機研磨效率的主要因素

影響球磨機粉磨的因素眾多，目前國內外對球磨機的理論研究大多采用離散單元法來確定其相關參數。建立固體顆粒體系的參數化模型進行顆粒行為模擬和分析，通過離散元軟件EDEM模擬球磨機的運動過程和筒體內部顆粒的運動狀態(tài)，并可以直觀的觀察到筒體內部顆粒之間的各種作用力以及筒體與內部顆粒的各種作用力的作用過程，其中磨機的工作條件方面有：球磨機轉速率、介質添加程度(介質的材料、尺寸、靜態(tài)充填率等)、球料比及研磨時間等指標共同決定著球磨機的研磨效率[1]～[2]。

二、轉速率對研磨效率的影響

磨介越過磨機的最高點而沒有掉落下來的瞬時轉速就是球磨機的臨界轉速,球磨機實際的轉速和臨界的轉速的比值就叫做轉速率[3]。球磨機內部的磨介工作狀態(tài)會跟隨轉速率的改變而改變。當轉速較低，磨罐內部呈泄落狀態(tài)，破碎來自于研磨作用[4]。當轉速適中，磨罐內部呈拋落狀態(tài)，破碎主要來自于沖擊作用。當轉速較高，磨介不再具有破碎作用。

東南大學顏景平等通過建立坐標系，以斜拋運動為標的，建立小球斜拋方程，對磨介的各種運動狀態(tài)進行理論分析計算，得出理論最佳轉速為n=80%nc[6]。

吉林大學田秋娟通過離散元軟件EDEM對球磨機里的介質運動，特別是拋落運動的規(guī)律進行深入研究，在理想條件下，即忽略介質間和介質和襯板間相對滑動，以及介質都處于最佳工作狀態(tài)中的兩種情況，計算得出球磨機理論上最佳工作為:n=(76%～88%)nc[7]。

三、介質填充率對研磨結果的影響

我們在生產實踐中常常要測定的填充率—般就是指磨礦介質靜態(tài)填充率，是靜態(tài)時的松散容積與球磨機有效容積兩者的比值。如果介質填充率過大，介質堆積率就比較高，影響礦石的通過能力，使得介質的沖擊作用減弱，介質的粉碎能力降低；相反，如果介質的填充率過小，介質的沖擊作用就達不到研磨所需要的能量，進而導致研磨質量降低。因此，合理的介質填充率是提高粉磨效率和生產效率的一個重要因素[8-9]。

曹雪麗、董為民等通過利用球磨機樣機，選取不同的介質填充率和料球比進行研磨試驗，分析在不同條件下研磨該產品-200目的產率，從而得到了在一定轉速率的條件下，最佳的介質填充率，最終實驗測得在料球比、轉速等其他因素相同的條件下，介質填充率為0.3時，生產效率最高[10]。

鄒偉東等通過對球磨機內部介質運動規(guī)律的研究，探討了不同填充率下轉速對于球磨機粉碎速度、能量利用的影響，發(fā)現當介質填充率為18%時，隨著轉速升高，粉碎和研磨效果較好。當介質填充率為30%時，粗磨階段轉速在76%-79%范圍內效果最好，細磨時研磨效率和能量利用率隨轉速升高而升高[11]。

四、球料比對研磨結果的影響

球料比是指當球磨機處于靜止狀態(tài)時，球磨機磨筒內磨球之間的空瞭體積與被磨礦料的體積(包括礦料之間的空隙)的比值，它反映T礦料量和介質填充率之間的相對比例關系。

在暢曉亮、董為民采以Φ600mm×400mm型球磨機作為試驗樣機，采用批次磨礦試驗進行，在介質充填率和轉速率一定時，選取不同的料球比進行試驗，分析不同條件下磨礦產品的產率，得出在一定轉速率和介質充填率下，球料比對研磨效率的影響，結果表明，在規(guī)定的磨礦時間內，料球比為0.6的磨礦效果最好，為0.8時次之，1.0時最差[12]。

尚清亮、張偉，采用高能球磨法對片狀鋅粉的制備方法進行研究，考察球料比、球磨時間對片狀鋅粉性能的影響，他們發(fā)現在相同球磨時間條件下，球料比不斷增大，球磨出來的鋅粉粒度逐漸減小，片狀化程度不斷增高，松裝密度也在不斷降低，若要保證較高片狀化程度，需要提高球料比，但也應保證球磨裝填系數的要求以及生產效率，確定最佳球料比為15：1[13]。

五、球磨時間對研磨結果的影響

在其他影響因素確定的情況下，研磨時間越長，球與石墨之間有效碰撞的時間就越長，對石墨的破碎效果越明顯，越容易得出石墨烯，但球磨的時間越長，得到的片層的尺寸越小，越碎，同時由于比表面面積和表面能的增大，容易導致團聚，進而影響使用性能。

王武通過研究，采用球磨法制備親水性石墨烯，采用石墨衍生物作為添加劑，在水相介質中采用球磨剝離并結合高溫煅燒制備石墨烯，系統(tǒng)研究制備石墨烯的工藝條件，最終選取研磨時間為16小時[14]。

汪凱在用球磨法制備石墨烯/甲殼素納米纖維雜化材料實驗中，采用36小時作為最佳工藝參數[15]。

六、總結

球磨的實際效果由多種因素制約，各因素間又會存在相互的耦合作用，對于不同的規(guī)格球磨機，研磨不同的物料，難以找出理論最佳的一套工藝，但通過經驗總結，可以找到經驗上較為合理得到因數取值范圍，由此可大大提升實際的生產效率。