磨机工作参数对磨矿效率的影响

刘娇娇，王淑红

(山东理工大学 资源与环境工程学院，山东 淄博 255049)

磨机主要用于选矿厂磨矿过程中的物料被破碎之后，再进行粉碎的过程，是矿物加工生产中的主机设备之一，在铜矿、铁矿、有色金属等制备中都发挥着重要作用；但磨矿的能耗极高，全世界磨矿消耗的电能占当年发电量的3%～4%，有时甚至高达5%。碎磨作业的投资占全厂的60%左右，耗电量为全厂的50%，生产经营费用占全厂的40%～50%，所以，磨机的生产能力直接决定着选矿厂的生产能力[1]。在磨矿过程中，磨机的主要技术参数、操作条件等，将会影响到磨矿效率、能耗、处理量、衬板的磨损率和磨矿效果等评价指标，最终影响选矿厂的经济指标[2]。当前，大部分选矿厂都是通过分析总结前人经验和数据，对磨机参数进行设定，缺乏具体情况和多因素的分析[2-3]。另外，由于磨机使用范围有限，对于磨机的工作参数分析少之又少，因此，对磨矿操作条件的优化将会为磨机的磨矿工艺做出指导。

为了给选矿厂提供有效的数据分析，减少生产调节造成的不必要的人力和财力损耗，在实验室条件下进行了相关研究，探究工作参数对磨机磨矿效率的影响。

1 实验分析

1.1 研究对象的选择

现如今，对于选矿厂来说，在不改变设备数量的前提下很难找到有效提高磨机磨矿效率的方法。不同的选矿厂有着不同的矿石性质、工艺条件、环境因素，完全一样型号的磨机也可能会因为其他条件的不同而导致不一样的磨矿效率，所以最终确定了一台棒磨机来进行本次研究。采用单因素试验法，分析转速、时间、填充率和液固比对磨矿效率的影响[4]。

1.2 实验设备与条件

本实验采用一台实验室的RK/BM一三辊四桶智能棒磨机，矿样选用萤石，磨筒直径内径132 mm，高150 mm(总高200 mm)，磨筒的容积为2 255 305 mm2，钢棒的直径为15 mm，高140 mm，磨机转速n为150、160、170、180、190 r/min，填充率为12.05%，13.26%，14.46%，19.28%，20.49%，21.69%，磨矿液固质量比c为100%和50%，棒磨时间t分别取3、5、6、7、9、12 min。

1.3 工作参数的确定

因为磨机的入料参数对磨矿效率影响较大，所以本次实验主要以转速、时间、填充率和液固比作为影响因子进行实验及分析。

转速是通过磨机来进行调节的。

时间通过秒表来进行计时，以保证时间的准确性，减少实验误差。

填充率是球磨机筒体内部的钢棒的体积与筒体的体积的百分比[5]，可以用下面的公式进行计算：

Φ=(V钢棒/V)×100%，

(1)

式中:Φ为填充率；V钢棒为钢棒的体积；V为筒体的体积。

液固比是液体与固体质量的百分比[6]，可以用下面的公式来计算：

c=(m水/m萤石)×100%，

(2)

式中:c为液固比；m水为液体的质量，即水的质量；m萤石为固体的质量，即萤石的质量。

1.4实验方案

根据实验条件，采用单因素试验法，固定其它条件，对可变参数进行组合，组合出了几种不同的实验方案，见表1。

表1 磨机磨矿实验方案

1.5 实验过程

本次实验为依次进行矿样称取、向磨机中加入矿样、计时磨矿、磨矿产品湿式筛分、过滤、烘干、检查筛分和数据处理。两次筛分所用到的筛子均为200目标准筛。

2 结果讨论

对于磨矿效果的评判标准有三个方面：合格的磨矿产品、较高的磨矿效率和较低的单位能耗，磨矿效率是评价磨矿能量消耗的指标，是每消耗单位电能所处理的矿石量[5]，在此处用筛上产品质量的多少，即在处理相同质量的矿样后，所得到的200目标准筛的筛上产品质量的多少，来估量其磨矿效率。

2.1 方案一的磨矿结果讨论

对萤石矿样按照方案一的工作参数进行磨矿，研究其筛上产品质量之间的关系。以时间为变量，在同一转速下就绘制出了三条不同的曲线；以转速为变量，在相同时间下，可以通过纵坐标数值的不同，来观测并计算磨机的磨矿能力。具体曲线图如图1所示。

图1 液固比为50%时，不同转速下筛上产品的质量

首先，根据图1，在相同时间内，所得到的矿样粒度在数值上差不多，只有微小的差异。在磨矿时间均为3 min时，这三个转速下产生的筛上、筛下产品质量不一，转速为最小值170 r/min时效果最好，磨矿能力最优，磨矿后的矿样粒度小。在磨矿时间为6 min和9 min时，转速最高的190 r/min的筛上产品质量最小，即筛下产品质量最大，磨矿的效果好，产生的矿样粒度小，随着转速的降低，磨矿效果也逐渐变差，筛上产品质量变大。在磨矿时间为12 min时，与磨矿时间为6 min和9 min时的情况相反，转速最高的190 r/min的筛上产品质量最大，即筛下产品质量最小，磨矿的效果差，产生的矿样粒度大，随着转速的降低，磨矿效果也逐渐变好，筛上产品质量变小。

第二，针对于同一转速时，不同的磨矿时间产生的筛上产品的质量，也可以分析出一定的规律。由图1可知，随着时间的加长，三条曲线均呈现下降趋势。在相同转速下，随着磨矿时间的加长，筛上产品的质量越小，磨矿的效果也就越好。

2.2 方案二的磨矿结果讨论

根据方案二的工作参数对萤石矿样进行磨矿，分析其筛上产品质量之间的关系。转速相同，时间为变量，可以绘制出三条不同的曲线；以转速为变量，在相同时间下，可以通过观测纵坐标数值的不同，来观测并计算磨机的磨矿能力。具体曲线图如图2所示。

图2 液固比为100%时，不同转速下筛上产品的质量

首先，通过图2可知，在相同时间内，所得到的矿样粒度在数值上相差无几，但仍有微小的差异。综合来看，在磨矿时间分别为3、5、7、9 min时，这三个转速下产生的筛上、筛下产品质量并不相同，在转速为最大值170 r/min时效果最好，磨矿能力最优，磨矿后的矿样粒度小。转速是影响磨矿性能的重要因素,在高转速下钢棒的运动将更活跃,增加单位时间的有效粉磨次数,提高粉磨速率[7]。转速升高或降低都会对磨矿效果产生一定的影响，降低磨矿能力和磨矿效率。

第二，在同一转速时，不同的磨矿时间产生的筛上产品的质量，也可以分析出一定的规律。在相同转速下，随着磨矿时间的加长，筛上产品的质量就会越小，磨矿的效果也就越好，细粒级物料也就越多。

2.3 方案三的磨矿结果讨论

对萤石矿样进行磨矿，按照方案三的工作参数进行，根据实验结果研究其筛上产品质量之间的关系。以填充率为变量，在同一液固比下可以绘制出三条不同的曲线，通过观察纵坐标数值的不同，来比较并计算磨机的磨矿能力。具体曲线图如图3所示。

图3 液固比为50%时，不同填充率下筛上产品的质量

通过图3可以观察到在不同的填充率下可以达到不一样的效果，但是并不是填充率越大越好，当填充率达到一定的量时，即钢棒所占用的体积达到整体容积的一定比例时，磨矿能力与效率将会有所降低；填充率也不是越小越好，所运行着的钢棒越少，就会造成矿粒与钢棒之间、矿粒与矿粒之间的碰撞减少，从而降低磨矿的指标。另外，研磨介质填充率会影响磨机的粉碎效率、粉体质量、磨机的振动特性及运行状态,具有联系磨机内外部动力学的纽带作用[8-9]，钢棒也是在整体磨矿中所占比重较大，所以，在磨矿时应尽量保持在一定的范围内来填充钢棒。在实际生产中，钢棒作为一种长期消耗品，过分增加钢棒填充数目会增加成本，填充数目过少不利于磨机的正常生产[10]，所以对于填充率的选择应尽可能找到最佳中间数值来进行生产，使钢棒更好地发挥研磨作用。

2.4 方案四的磨矿结果讨论

对萤石矿样进行磨矿，按照方案四的工作参数进行，根据实验结果研究其筛上产品质量之间的关系。以填充率为变量，在同一液固比下可以绘制出三条不同的曲线，通过观察纵坐标数值的不同，来比较并计算磨机的磨矿能力。具体曲线图如图4所示。

图4 液固比为100%时，不同填充率下筛上产品的质量

通过图4可以观察到在不同的填充率下可以达到不一样的效果，在液固比为100%时，填充率最大时，磨矿效果最好。但是填充率越大，也会意味着磨矿时的钢棒的能耗越高，消耗的钢棒数量就越多，整体能耗增加。所以，在磨矿时应尽量保持在一定的范围内来填充钢棒。

2.5 方案五的磨矿结果讨论

根据方案五的工作参数对萤石矿样进行磨矿，保持转速和磨矿时间不变，考查液固比及钢棒填充率不同对磨矿效率影响规律，如图5所示。

图5 不同液固比，不同填充率下筛上产品的质量

通过图5可知，整体磨矿效果在液固比为100%时相对较好，随着时间的增加，磨矿效果也随之变好，因此，在磨矿过程中，液固比也起着十分重要的作用，在实际工程中，也应当将磨矿液固比调配好，才能够达到最佳的磨矿效果。

3 结论

1)通过对萤石矿进行单因素实验，实验结果表明，只有合适的转速才会产生最佳的磨矿效果，本次实验所测，液固比为50%时，磨矿时间为3、12 min时，最适宜转速是170 r/min，磨矿时间为6、9 min时，最适宜转速是190 r/min；液固比为100%时，磨矿时间为3、7、9 min时，最适宜转速是170 r/min，磨矿时间为5 min时，最适宜转速是150 r/min。转速的升高或降低都将会降低磨矿效率，产生更多的粗粒级产品，因而在进行磨矿选择转速时，应选择中间值转速。

2)不同的填充率也会对磨矿效果产生一定的影响，但填充率的多少直接取决于填充的钢棒的数目的多少。在本实验中，在磨矿时间为3、12 min时，最佳填充率为14.46%，在磨矿时间为6、9 min时，最佳填充率为13.26%。

3)磨矿时间越长，磨矿产生的细粒级产品就越多，最适合的时间是9 min和12 min，因而在实际生产中，应当根据所需要的最终产品粒度来进行时间长短的选择，在选择时，应当注意时间过长将会导致过磨现象的出现，也将会增加能耗，所以选择磨矿时间不宜过长，合理即可。

4)综上所述，转速、时间、填充率和液固比对磨机磨矿效率会产生一定的影响，但有的因素只能定性分析，很难定量的判断。在这几种参数中，时间是影响最大的因素，随着磨矿时间的增加，磨机的磨矿后筛下产品质量几乎随直线攀升，选取一个最合适的磨矿时间将会对磨矿效率等产生极大的影响。液固比影响次之，填充率稍微有些影响，转速影响最小。所以，在实际生产中，仍需要根据矿石自身的性质、磨机的类型等来调节其工作参数，使选矿厂实现节能降耗，提高磨矿效率，改善磨矿效果，大大增加选厂的经济效益。