河南某鉬礦球磨機鋼球配比優化研究及應用

高玉和

（伊萊特能源裝備股份有限公司）

球磨機作為重要的磨礦設備，被廣泛應用于各選廠，其通過運動的筒體在摩擦力的作用下帶動介質在磨機內部周期性運動，原料從筒體一端進入，在磨礦介質的沖擊、研磨和壓碎作用下從筒體的另一端排出［1-3］。

長期以來，為提升球磨機的磨礦能力、改善磨礦效果，業界在磨機襯板參數、介質參數、助磨劑等方面開展了大量的工作。在不改變其他磨礦條件的情況下，調整鋼球尺寸及配比具有易實施、經濟投入低等優點，成為推動球磨機磨礦指標優化的重要手段［4］。

目前，國內圍繞球磨機鋼球配比優化開展了大量的工作，也取得了顯著成果。張謙等［5］的研究表明，優化球磨機鋼球配比，在處理量相當的情況下磨礦細度可以提高10.68個百分點，磨礦技術效率提高3.35個百分點。鄭競等［6］的研究表明，改善球磨機鋼球配比，球磨機磨礦效率提高6個百分點、單位功耗降低0.42 kWh/t。黃胤淇等［7］的研究表明，采取改變鋼球配比的方式，使選礦廠銅回收率提高了3.70個百分點，球耗降低了0.032 kg/t。楊森等［8］的研究表明，優化鋼球配比可以使磨礦產品0.1～0.01 mm粒級產率提高2.28個百分點，銅精礦回收率及品位分別提高1.34、0.94個百分點。馬帥等［9］的研究表明，改善鋼球配比后，磨礦產品0.15～0.010 mm與0.10～0.028 mm級別產率分別提高2.98、0.57個百分點，過磨情況得以改善。

某鉬礦高壓輥磨產品經濕篩，篩上進入?4.8 m×7.0 m球磨機（球磨機與水力旋流器形成閉路），篩下經水力旋流器分級，沉砂返回φ4.8 m×7.0 m球磨機再磨，溢流進入浮選作業。為改善球磨機磨礦效果，以?4.8 m×7.0 m球磨機鋼球為研究對象，開展鋼球尺寸及配比優化研究。

1 試驗原料

在采場選取6塊尺寸大于200 mm×200 mm×200 mm的礦石進行力學性質測定；取選礦廠振篩機篩上及篩下、球磨機排礦、水力旋流器沉砂和溢流，在實驗室開展相關試驗及分析，水力旋流器返砂與振篩機篩上入磨試驗質量比為15.5∶1。

2 試驗方案

（1）粒級分析。+2.5 mm物料干篩，-2.5 mm物料濕篩，-0.074 mm物料水析。

（2）試驗。實驗室試驗及工業試驗按實際生產情況設置磨礦試驗條件，且保證在單一因素發生變化的情況下進行對比試驗。磨礦試驗條件見表1，為確定推薦方案是否可以帶來最佳磨礦效果，設置多組對比試驗，磨礦對比試驗方案見表2。

?

3 試驗結果與分析

3.1 實驗室試驗

3.1.1 力學性質分析

?

礦石的力學性質是礦石受到外力時表現出的性質，為確定適宜的鋼球尺寸及配比，需綜合考慮礦石間的力學性質差異。礦石力學性質分析結果見表3。

由表3可以看出：①礦石單軸抗壓強度5.37～119.7 MPa、平均83.6 MPa，根據單軸抗壓強度計算普氏硬度系數為5.37～11.97、平均8.36，屬于硬度差異大的礦石，說明礦石易過磨，且對破碎力的承受能力差異較大；②礦石彈性模量（1.76～13.37）×104MPa、平均5.79×104MPa，說明部分礦石脆性較大；③礦石泊松比0.66～0.15、平均0.35，說明礦石總體韌性較大，可磨性較差。

?

3.1.2 球磨機磨礦系統產品粒度分析

選廠振篩機篩上及篩下、球磨機排礦、水力旋流器沉砂和溢流粒度組成見圖1。

由圖4可以看出：①篩上最大粒度7.68 mm，篩上、篩下-0.074 mm產率分別為5.56%與46.95%。②旋流器沉砂最大粒度2.07 mm，-0.2 mm產率43.09%，說明旋流器分級效率偏低，不利于減少過粉碎。③球磨機給礦+0.2 mm產率59.13%，球磨機排礦+0.2 mm產率53.67%，磨礦作業僅減少+0.2 mm產率5.46個百分點，新生成-0.074 mm產率6.13%，-0.010 mm產率占整個-0.074 mm粒級的19.0%，產品過粉碎現象嚴重，不利于后續選別作業。磨礦效果不理想，因此，需對鋼球尺寸及配比進行優化。

3.1.3 不同磨礦方案情況下磨礦系統溢流產品粒度分析

產品粒度可以表征產品的粉碎程度，將礦石粒度劃分為多個粒級進行指標評價，+0.20 mm粒級含量判明磨碎粗粒能力，0.15～0.019 mm粒級含量判明易選級別的生成情況，-0.074 mm粒級含量判明細磨能力，-0.010 mm粒級含量判明過粉碎情況。不同磨礦方案情況下磨礦系統溢流產品篩析結果見表4。

?

由表4可以看出：①與現場方案相比，推薦方案溢流產品+0.20 mm減少了4.23個百分點，-0.010 mm粒級產率減少了1.30個百分點，-0.074 mm與0.15～0.019 mm粒級產率分別提高了4.54、4.42個百分點，推薦方案在保證磨礦細度的前提下，可以獲得更多中間級別的產品。②與其他方案相比，偏大方案溢流產品-0.010 mm粒級產率最低，但+0.20 mm粒級產率最高，達18.85%，-0.074 mm、0.15～0.019 mm粒級產率均低于其他方案，這與偏大方案平均球徑大有關，保持充填率不變的條件下鋼球數量少，降低了礦石與介質有效碰撞的次數，因而總體磨礦效果偏差。③與其他方案相比，偏小方案溢流產品+0.20 mm粒級產率6.08%，在所有方案中最低；0.15～0.019 mm粒級產率65.24%，在所有方案中最高，較推薦方案高0.93個百分點；-0.010 mm粒級產率16.83%，較推薦方案高2.29個百分點，過粉碎現象嚴重，這是由于偏小方案鋼球平均直徑較小，介質研磨面積大，磨礦以研磨為主，加劇了過粉碎級別的產生。

3.2 工業生產結果與分析

2017年—2019年在選廠開展了工業試驗，主要考察了旋流器溢流粒度、磨機處理量、鋼耗指標。考察以+0.100 mm和-0.028 mm為難選級別，0.100～0.028 mm為易選級別，-0.074 mm粒級產率為磨礦細度考核指標，考核指標見表5、表6。

?

?

由表5可以看出：鋼球尺寸及配比優化后，旋流器溢流+0.100 mm粒級產率由31.40%降低至30.86%，0.100～0.028 mm粒級產率由37.80%提高至40.05%，-0.028 mm粒 級 產 率 由30.80%降 低 至29.09%，有效改善了磨礦產品粒度組成，實現了中間粒級產率提高、兩頭粒級產率降低的優化目標。

由表6可以看出：球磨機處理量由7 719 t/d提高至11 882 t/d，增產約54%；鋼球單耗由0.95 kg/t降低至0.40 kg/t，降幅約58%。

可見，將現場?4.8 m×7.0 m球磨機的鋼球直徑80、70、60、50、40 mm，配比20∶30∶25∶10∶15，優化為直徑80、70、50、40 mm，配比15∶25∶30∶30，可以改善磨礦產品粒度組成，提高球磨機處理量，降低球耗。

4 結論

（1）某鉬礦石單軸抗壓強度53.7～119.7 MPa、平均83.6 MPa，屬于硬度差異大的礦石，礦石易過磨，且對破碎力的承受能力差異較大；礦石彈性模量（1.76～13.37）×104MPa、平均5.79×104MPa，說明部分礦石脆性較大；礦石泊松比0.66～0.15、平均0.35，說明礦石總體韌性較大，可磨性較差。

（2）針對礦石磨礦效果不理想問題，不同磨礦方案情況下，與現場方案相比，推薦方案溢流產品+0.20 mm粒級產率較低，-0.074 mm與0.15～0.019 mm粒級產率較高，適于選別的中間級別更多；偏大方案溢流產品-0.010 mm粒級產率最低，但+0.20 mm粒級產率最高；偏小方案溢流產品+0.20 mm粒級產率最低、0.15～0.019 mm、-0.010 mm粒級產率均高，過粉碎現象嚴重。因此，總體推薦方案較好。

（3）鋼球尺寸及配比優化后，旋流器溢流+0.100 mm粒級產率由31.40%降低至30.86%，0.100～0.028 mm粒級產率由37.80%提高至40.05%，-0.028 mm粒級產率由30.80%降低至29.09%，有效改善了磨礦產品粒度組成，實現了中間粒級產率提高、兩頭粒級產率降低的優化目標。

（4）鋼球尺寸及配比優化后，球磨機處理量由7 719 t/d提高至11 882 t/d，增產約54%；鋼球單耗由0.95 kg/t降低至0.40 kg/t，降幅約58%。

（5）現場?4.8 m×7.0 m球磨機的鋼球直徑由80、70、60、50、40 mm優化為80、70、50、40 mm，配比由20∶30∶25∶10∶15優化為15∶25∶30∶30，可以改善磨礦產品粒度組成，提高球磨機處理量，降低球耗。