磨機工作參數對磨礦效率的影響

劉嬌嬌，王淑紅

(山東理工大學 資源與環境工程學院，山東 淄博 255049)

磨機主要用于選礦廠磨礦過程中的物料被破碎之后，再進行粉碎的過程，是礦物加工生產中的主機設備之一，在銅礦、鐵礦、有色金屬等制備中都發揮著重要作用；但磨礦的能耗極高，全世界磨礦消耗的電能占當年發電量的3%～4%，有時甚至高達5%。碎磨作業的投資占全廠的60%左右，耗電量為全廠的50%，生產經營費用占全廠的40%～50%，所以，磨機的生產能力直接決定著選礦廠的生產能力[1]。在磨礦過程中，磨機的主要技術參數、操作條件等，將會影響到磨礦效率、能耗、處理量、襯板的磨損率和磨礦效果等評價指標，最終影響選礦廠的經濟指標[2]。當前，大部分選礦廠都是通過分析總結前人經驗和數據，對磨機參數進行設定，缺乏具體情況和多因素的分析[2-3]。另外，由于磨機使用范圍有限，對于磨機的工作參數分析少之又少，因此，對磨礦操作條件的優化將會為磨機的磨礦工藝做出指導。

為了給選礦廠提供有效的數據分析，減少生產調節造成的不必要的人力和財力損耗，在實驗室條件下進行了相關研究，探究工作參數對磨機磨礦效率的影響。

1 實驗分析

1.1 研究對象的選擇

現如今，對于選礦廠來說，在不改變設備數量的前提下很難找到有效提高磨機磨礦效率的方法。不同的選礦廠有著不同的礦石性質、工藝條件、環境因素，完全一樣型號的磨機也可能會因為其他條件的不同而導致不一樣的磨礦效率，所以最終確定了一臺棒磨機來進行本次研究。采用單因素試驗法，分析轉速、時間、填充率和液固比對磨礦效率的影響[4]。

1.2 實驗設備與條件

本實驗采用一臺實驗室的RK/BM一三輥四桶智能棒磨機，礦樣選用螢石，磨筒直徑內徑132 mm，高150 mm(總高200 mm)，磨筒的容積為2 255 305 mm2，鋼棒的直徑為15 mm，高140 mm，磨機轉速n為150、160、170、180、190 r/min，填充率為12.05%，13.26%，14.46%，19.28%，20.49%，21.69%，磨礦液固質量比c為100%和50%，棒磨時間t分別取3、5、6、7、9、12 min。

1.3 工作參數的確定

因為磨機的入料參數對磨礦效率影響較大，所以本次實驗主要以轉速、時間、填充率和液固比作為影響因子進行實驗及分析。

轉速是通過磨機來進行調節的。

時間通過秒表來進行計時，以保證時間的準確性，減少實驗誤差。

填充率是球磨機筒體內部的鋼棒的體積與筒體的體積的百分比[5]，可以用下面的公式進行計算：

Φ=(V鋼棒/V)×100%，

(1)

式中:Φ為填充率；V鋼棒為鋼棒的體積；V為筒體的體積。

液固比是液體與固體質量的百分比[6]，可以用下面的公式來計算：

c=(m水/m螢石)×100%，

(2)

式中:c為液固比；m水為液體的質量，即水的質量；m螢石為固體的質量，即螢石的質量。

1.4實驗方案

根據實驗條件，采用單因素試驗法，固定其它條件，對可變參數進行組合，組合出了幾種不同的實驗方案，見表1。

表1 磨機磨礦實驗方案

1.5 實驗過程

本次實驗為依次進行礦樣稱取、向磨機中加入礦樣、計時磨礦、磨礦產品濕式篩分、過濾、烘干、檢查篩分和數據處理。兩次篩分所用到的篩子均為200目標準篩。

2 結果討論

對于磨礦效果的評判標準有三個方面：合格的磨礦產品、較高的磨礦效率和較低的單位能耗，磨礦效率是評價磨礦能量消耗的指標，是每消耗單位電能所處理的礦石量[5]，在此處用篩上產品質量的多少，即在處理相同質量的礦樣后，所得到的200目標準篩的篩上產品質量的多少，來估量其磨礦效率。

2.1 方案一的磨礦結果討論

對螢石礦樣按照方案一的工作參數進行磨礦，研究其篩上產品質量之間的關系。以時間為變量，在同一轉速下就繪制出了三條不同的曲線；以轉速為變量，在相同時間下，可以通過縱坐標數值的不同，來觀測并計算磨機的磨礦能力。具體曲線圖如圖1所示。

圖1 液固比為50%時，不同轉速下篩上產品的質量

首先，根據圖1，在相同時間內，所得到的礦樣粒度在數值上差不多，只有微小的差異。在磨礦時間均為3 min時，這三個轉速下產生的篩上、篩下產品質量不一，轉速為最小值170 r/min時效果最好，磨礦能力最優，磨礦后的礦樣粒度小。在磨礦時間為6 min和9 min時，轉速最高的190 r/min的篩上產品質量最小，即篩下產品質量最大，磨礦的效果好，產生的礦樣粒度小，隨著轉速的降低，磨礦效果也逐漸變差，篩上產品質量變大。在磨礦時間為12 min時，與磨礦時間為6 min和9 min時的情況相反，轉速最高的190 r/min的篩上產品質量最大，即篩下產品質量最小，磨礦的效果差，產生的礦樣粒度大，隨著轉速的降低，磨礦效果也逐漸變好，篩上產品質量變小。

第二，針對于同一轉速時，不同的磨礦時間產生的篩上產品的質量，也可以分析出一定的規律。由圖1可知，隨著時間的加長，三條曲線均呈現下降趨勢。在相同轉速下，隨著磨礦時間的加長，篩上產品的質量越小，磨礦的效果也就越好。

2.2 方案二的磨礦結果討論

根據方案二的工作參數對螢石礦樣進行磨礦，分析其篩上產品質量之間的關系。轉速相同，時間為變量，可以繪制出三條不同的曲線；以轉速為變量，在相同時間下，可以通過觀測縱坐標數值的不同，來觀測并計算磨機的磨礦能力。具體曲線圖如圖2所示。

圖2 液固比為100%時，不同轉速下篩上產品的質量

首先，通過圖2可知，在相同時間內，所得到的礦樣粒度在數值上相差無幾，但仍有微小的差異。綜合來看，在磨礦時間分別為3、5、7、9 min時，這三個轉速下產生的篩上、篩下產品質量并不相同，在轉速為最大值170 r/min時效果最好，磨礦能力最優，磨礦后的礦樣粒度小。轉速是影響磨礦性能的重要因素,在高轉速下鋼棒的運動將更活躍,增加單位時間的有效粉磨次數,提高粉磨速率[7]。轉速升高或降低都會對磨礦效果產生一定的影響，降低磨礦能力和磨礦效率。

第二，在同一轉速時，不同的磨礦時間產生的篩上產品的質量，也可以分析出一定的規律。在相同轉速下，隨著磨礦時間的加長，篩上產品的質量就會越小，磨礦的效果也就越好，細粒級物料也就越多。

2.3 方案三的磨礦結果討論

對螢石礦樣進行磨礦，按照方案三的工作參數進行，根據實驗結果研究其篩上產品質量之間的關系。以填充率為變量，在同一液固比下可以繪制出三條不同的曲線，通過觀察縱坐標數值的不同，來比較并計算磨機的磨礦能力。具體曲線圖如圖3所示。

圖3 液固比為50%時，不同填充率下篩上產品的質量

通過圖3可以觀察到在不同的填充率下可以達到不一樣的效果，但是并不是填充率越大越好，當填充率達到一定的量時，即鋼棒所占用的體積達到整體容積的一定比例時，磨礦能力與效率將會有所降低；填充率也不是越小越好，所運行著的鋼棒越少，就會造成礦粒與鋼棒之間、礦粒與礦粒之間的碰撞減少，從而降低磨礦的指標。另外，研磨介質填充率會影響磨機的粉碎效率、粉體質量、磨機的振動特性及運行狀態,具有聯系磨機內外部動力學的紐帶作用[8-9]，鋼棒也是在整體磨礦中所占比重較大，所以，在磨礦時應盡量保持在一定的范圍內來填充鋼棒。在實際生產中，鋼棒作為一種長期消耗品，過分增加鋼棒填充數目會增加成本，填充數目過少不利于磨機的正常生產[10]，所以對于填充率的選擇應盡可能找到最佳中間數值來進行生產，使鋼棒更好地發揮研磨作用。

2.4 方案四的磨礦結果討論

對螢石礦樣進行磨礦，按照方案四的工作參數進行，根據實驗結果研究其篩上產品質量之間的關系。以填充率為變量，在同一液固比下可以繪制出三條不同的曲線，通過觀察縱坐標數值的不同，來比較并計算磨機的磨礦能力。具體曲線圖如圖4所示。

圖4 液固比為100%時，不同填充率下篩上產品的質量

通過圖4可以觀察到在不同的填充率下可以達到不一樣的效果，在液固比為100%時，填充率最大時，磨礦效果最好。但是填充率越大，也會意味著磨礦時的鋼棒的能耗越高，消耗的鋼棒數量就越多，整體能耗增加。所以，在磨礦時應盡量保持在一定的范圍內來填充鋼棒。

2.5 方案五的磨礦結果討論

根據方案五的工作參數對螢石礦樣進行磨礦，保持轉速和磨礦時間不變，考查液固比及鋼棒填充率不同對磨礦效率影響規律，如圖5所示。

圖5 不同液固比，不同填充率下篩上產品的質量

通過圖5可知，整體磨礦效果在液固比為100%時相對較好，隨著時間的增加，磨礦效果也隨之變好，因此，在磨礦過程中，液固比也起著十分重要的作用，在實際工程中，也應當將磨礦液固比調配好，才能夠達到最佳的磨礦效果。

3 結論

1)通過對螢石礦進行單因素實驗，實驗結果表明，只有合適的轉速才會產生最佳的磨礦效果，本次實驗所測，液固比為50%時，磨礦時間為3、12 min時，最適宜轉速是170 r/min，磨礦時間為6、9 min時，最適宜轉速是190 r/min；液固比為100%時，磨礦時間為3、7、9 min時，最適宜轉速是170 r/min，磨礦時間為5 min時，最適宜轉速是150 r/min。轉速的升高或降低都將會降低磨礦效率，產生更多的粗粒級產品，因而在進行磨礦選擇轉速時，應選擇中間值轉速。

2)不同的填充率也會對磨礦效果產生一定的影響，但填充率的多少直接取決于填充的鋼棒的數目的多少。在本實驗中，在磨礦時間為3、12 min時，最佳填充率為14.46%，在磨礦時間為6、9 min時，最佳填充率為13.26%。

3)磨礦時間越長，磨礦產生的細粒級產品就越多，最適合的時間是9 min和12 min，因而在實際生產中，應當根據所需要的最終產品粒度來進行時間長短的選擇，在選擇時，應當注意時間過長將會導致過磨現象的出現，也將會增加能耗，所以選擇磨礦時間不宜過長，合理即可。

4)綜上所述，轉速、時間、填充率和液固比對磨機磨礦效率會產生一定的影響，但有的因素只能定性分析，很難定量的判斷。在這幾種參數中，時間是影響最大的因素，隨著磨礦時間的增加，磨機的磨礦后篩下產品質量幾乎隨直線攀升，選取一個最合適的磨礦時間將會對磨礦效率等產生極大的影響。液固比影響次之，填充率稍微有些影響，轉速影響最小。所以，在實際生產中，仍需要根據礦石自身的性質、磨機的類型等來調節其工作參數，使選礦廠實現節能降耗，提高磨礦效率，改善磨礦效果，大大增加選廠的經濟效益。