展翅鵬

(寶鋼集團(tuán)(南京)梅山礦業(yè)公司選礦廠)

梅山選礦廠降低球磨機(jī)鋼球直徑試驗(yàn)

展翅鵬

(寶鋼集團(tuán)(南京)梅山礦業(yè)公司選礦廠)

針對(duì)梅山選礦廠入磨礦粒度由14 mm降低至12 mm的生產(chǎn)實(shí)際，探索研究了降低球磨機(jī)鋼球直徑對(duì)磨礦效果的影響。經(jīng)過在球磨第4系列工業(yè)試驗(yàn)證明：降低球磨機(jī)鋼球直徑可以改善2段分級(jí)溢流產(chǎn)品質(zhì)量，并能達(dá)到節(jié)能降耗的效果，且經(jīng)濟(jì)效益顯著。

球磨機(jī) 磨礦粒度 鋼球直徑

梅山鐵礦選礦廠年處理礦石400萬t，磨礦分級(jí)工藝為2段閉路磨礦，共6個(gè)系列，其中1～4系列1段和2段球磨均采用φ2.7 m×3.6 m格子型球磨機(jī)，與φ2 m雙螺旋分級(jí)機(jī)組成閉路循環(huán)，鋼球補(bǔ)加制度為1段補(bǔ)加φ120 mm鋼球、2段補(bǔ)加φ80 mm鋼球，每天白班補(bǔ)加1次。自2010年對(duì)破碎篩分設(shè)備進(jìn)行了更新，用HP500破碎機(jī)替代了原H6800破碎機(jī)，篩分篩網(wǎng)篩孔尺寸由原來的14 mm×14 mm更換為12 mm×12 mm，即入磨礦粒度由14 mm下降到12 mm。為此，對(duì)1段球磨機(jī)是否還需要沿用原來的φ120 mm 鋼球問題進(jìn)行了研究。

1 降低球磨機(jī)鋼球直徑的理論依據(jù)

磨礦介質(zhì)尺寸的大小是影響磨礦和磨礦過程的主要因素之一，而適應(yīng)的介質(zhì)尺寸取決于許多因素。目前，確定鋼球直徑的方法主要有2類。一類是用球徑經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，常用計(jì)算球徑公式及計(jì)算結(jié)果見表1；另一類是試驗(yàn)確定。

表1 常用計(jì)算鋼球直徑的經(jīng)驗(yàn)公式

注：d為給礦最大粒度，即95%的過篩粒度。

由表1可知，根據(jù)表1經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，其鋼球直徑均低于φ120 mm，這說明降低梅山選礦廠1段磨礦鋼球直徑理論上是可行的。

2 不規(guī)則入磨礦礦塊抗壓強(qiáng)度測(cè)定

針對(duì)磨碎礦石的力學(xué)特性及磨礦工作條件，選擇合適的鋼球直徑提高磨礦的針對(duì)性，符合當(dāng)代磨礦技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[1]，選礦生產(chǎn)中通常按礦石的力學(xué)強(qiáng)度及給礦粒度來確定粗磨機(jī)的鋼球尺寸，通常選用礦石的普氏硬度系數(shù)f值來表示礦石的硬度。在給礦粒度一定時(shí)，f值大的采用大直徑鋼球，f值小采用較小直徑的鋼球。梅山選礦廠入磨礦平均粒度為12 mm，為檢驗(yàn)梅山選礦廠入磨礦礦石硬度，試驗(yàn)室選取入磨礦塊中粒級(jí)分別為7，9，12，13，15，17 mm不規(guī)則礦粒進(jìn)行了壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不規(guī)則礦塊不同粒徑壓力試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，當(dāng)入磨礦平均粒度為12 mm時(shí)，礦石的抗壓強(qiáng)度為483.99 kg/cm2，換算成f值為5以下，礦石的普氏硬度系數(shù)f值較小，可以考慮采用較小直徑的鋼球。

3 降低鋼球直徑方案的確定

3.1 選擇鋼球直徑方法的確定

確定鋼球直徑的方法，主要有經(jīng)驗(yàn)公式法和試驗(yàn)確定法。經(jīng)分析驗(yàn)證各種球徑經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算誤差均較大[2]，而用試驗(yàn)確定球徑的工作量又太大且同樣存在較大誤差。關(guān)于鋼球直徑大小計(jì)算的問題，吳彩斌[3]曾詳細(xì)論述了確定鋼球尺寸大小的公式以段氏球徑半理論公式(1)最為適用，也符合我國(guó)國(guó)情。段氏球徑半理論公式[4]為

(1)

式中，Db為所需鋼球直徑，cm；Kc為綜合修正系數(shù)，由相應(yīng)專著提供的資料確定；φ為磨機(jī)轉(zhuǎn)速率，%；σ為礦石的抗壓極限強(qiáng)度，10-1MPa；ρe為鋼球的有效密度，g/cm3；D0為球荷“中間縮聚層”直徑，cm；df為按95%過篩最大粒度，cm。

根據(jù)梅山選礦廠球磨機(jī)各個(gè)參數(shù)的特定條件(見表3)，計(jì)算出1段球磨機(jī)所需鋼球的理論球徑值Db=90 mm，低于當(dāng)前實(shí)際加球直徑120 mm。

表3 梅山選礦廠1段球磨機(jī)的工作參數(shù)

3.2 球磨機(jī)初裝球方案確定

對(duì)球磨機(jī)給礦及返砂粒度進(jìn)行篩析，確定球磨機(jī)給料粒度的組成。再根據(jù)礦石力學(xué)強(qiáng)度用段氏理論公式計(jì)算出理論球徑值，結(jié)合梅山選礦廠多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定球磨機(jī)初裝球球徑比例為φ100 mm∶φ80 mm =40%∶60%；球磨機(jī)鋼球充填率取38%。

3.3 補(bǔ)加球方案確定

考慮到目前選礦廠開展工業(yè)試驗(yàn)為重新初裝球不符合實(shí)際生產(chǎn)，為減少清球所帶來的巨大工作量，決定在球磨第4系列采用新球頂替舊球的方法邊生產(chǎn)邊調(diào)試，逐步調(diào)整到位后再取樣分析，并和第3系列作對(duì)比分析。補(bǔ)加球制度見表4。

表4 梅山選礦廠4系列和3系列補(bǔ)加球制度對(duì)比

梅山選礦廠4系列從2013年10月1日起按新的補(bǔ)加球制度每日進(jìn)行添加，根據(jù)鋼球消耗，計(jì)算約30 d可將原來φ120 mm鋼球全部替代。

4 工業(yè)試驗(yàn)及結(jié)果

在工業(yè)試驗(yàn)階段，研究工作主要從兩個(gè)方面進(jìn)行，一是按照預(yù)定的補(bǔ)加球方案補(bǔ)加鋼球，二是進(jìn)一步優(yōu)化磨礦分級(jí)工藝參數(shù)。經(jīng)過半個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)取樣分析，取樣結(jié)果顯示，降低1段鋼球直徑，可改善2段分級(jí)溢流產(chǎn)品的質(zhì)量和磁選尾礦產(chǎn)品的質(zhì)量，且節(jié)能降耗效果顯著，其試驗(yàn)結(jié)果見表5～表7。

表5 球磨3、4系列最終溢流產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比 %

對(duì)比指標(biāo)γ-0.076mmγ0.3～0.001mm2次溢流產(chǎn)品平均粒級(jí)/mmγ-0.001mm3系列64.1580.150.1015.204系列60.5580.750.1014.15差值-3.60+0.60相當(dāng)-1.05

注：“+”代表提高，“-”代表降低，以下同。

表6 4系列工業(yè)試驗(yàn)前后最終溢流產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比 %

對(duì)比指標(biāo)γ-0.076mmγ0.3～0.001mm2次溢流產(chǎn)品平均粒級(jí)/mmγ-0.001mm4系列(前)62.0879.420.1015.384系列(后)60.5580.750.1014.15差值-1.53+1.33相當(dāng)-1.23

表7 3、4系列磨礦相關(guān)參數(shù)對(duì)比

由表5～表7可知，降低鋼球直徑后，在磨機(jī)處理能力相當(dāng)?shù)臈l件下，能獲得比試驗(yàn)前更佳的最終分級(jí)溢流產(chǎn)品；從3、4系列對(duì)比試驗(yàn)來看，平均粒度相當(dāng)，-0.001mm產(chǎn)率降低了1.05個(gè)百分點(diǎn)，過粉碎減輕幅度為6.91個(gè)百分點(diǎn)；在細(xì)度降低3.6個(gè)百分點(diǎn)的條件下，合格粒級(jí)含量(0.3～0.001mm)增加0.6個(gè)百分點(diǎn)。從4系列試驗(yàn)前后對(duì)比結(jié)果看，平均粒度相當(dāng)，-0.001mm產(chǎn)率降低了1.23個(gè)百分點(diǎn)，過粉碎減輕幅度為8.00個(gè)百分點(diǎn)；在細(xì)度降低1.53個(gè)百分點(diǎn)的條件下，合格粒級(jí)含量(0.3～0.001mm)增加1.33個(gè)百分點(diǎn)。在磨礦處理能力不變的條件下，球磨機(jī)1段、2段的總單耗下降了1.48kWh/t；1段、2段總鋼球單耗下降0.1kg/t；球磨機(jī)噪音下降2～6dB，磨礦礦漿溫度降低0.5～ 2 ℃。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

1段、2段球磨機(jī)單耗共下降1.48kWh/t，按照磨機(jī)臺(tái)時(shí)73t/h計(jì)算，每天節(jié)約電耗2 486.4kWh。工業(yè)用電按照0.6元/kWh、每年生產(chǎn)330d計(jì)算，則每年可節(jié)約49.23萬元。1段、2段球磨機(jī)共降低鋼球消耗0.1kg/t，鋼球外購(gòu)成本約3 000元/t，則預(yù)計(jì)每年可節(jié)約鋼球55.44t，年節(jié)約16.63萬元。延長(zhǎng)了球磨機(jī)襯板使用壽命，降低了噪音。從綜合經(jīng)濟(jì)效益來看，僅4系列每年可降低生產(chǎn)成本65.86萬元，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益顯著。

6 結(jié) 語

(1)梅山選礦廠降低鋼球直徑在球磨第4系列的成功應(yīng)用，可以在保持當(dāng)前臺(tái)時(shí)處理量不變的情況下，改善選礦指標(biāo)，節(jié)能降耗明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有在其他同類型球磨機(jī)中推廣應(yīng)用的參考價(jià)值。

(2)降低補(bǔ)加鋼球直徑，可以減少磨礦過程中的礦石過粉碎現(xiàn)象，提高合格粒級(jí)含量，球磨第4系列磨礦產(chǎn)品中 -0.001mm粒級(jí)含量減少1.23個(gè)百分點(diǎn)，合格粒級(jí)增加1.33個(gè)百分點(diǎn)，有利于改善后續(xù)浮選和磁選選別指標(biāo)。

[1] 段希祥，周 平.強(qiáng)化針對(duì)性磨礦——增強(qiáng)磨礦針對(duì)性是當(dāng)代磨礦領(lǐng)域的重要原則[J].有色金屬：選礦部分，2004(4):57-61.

[2] 段希祥.球磨機(jī)的鋼球尺寸研究[J].有色金屬：選礦部分，1983(5):52-57.

[3] 吳彩斌.破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理及轉(zhuǎn)移概率在補(bǔ)裝球制度中的研究應(yīng)用[D].昆明:昆明理工大學(xué)，2002.

[4] 段希祥.降低粗磨機(jī)鋼球尺寸的研究[J].礦山機(jī)械，1998(10):18-21.

2015-01-28)

展翅鵬(1979—)，男，工程師，210041 江蘇省南京市雨花臺(tái)區(qū)西善橋。