介质直径及其加载量对立磨机磨矿效果影响的初探

韩登峰， 卢世杰，张跃军

(北京矿冶研究总院， 北京 100160)

介质直径及其加载量对立磨机磨矿效果影响的初探

韩登峰， 卢世杰，张跃军

(北京矿冶研究总院， 北京 100160)

本文通过建立实验室模型，对影响立磨机磨矿效率的介质直径及加载量大小进行了分析研究。小直径介质有利于磨机内能量密度的提高和磨削面积的增加，而适当增大介质直径则可提升有效磨矿容积和延迟磨矿时间。介质参数的最终选取还要根据其它因素综合考虑。

立磨机；介质直径； 介质加载量； 磨矿效率

随着矿物嵌布粒度的细化，矿石的细磨和再磨成为生产工艺发展的趋势要求，立磨机则在这一过程中扮演着重要角色，而磨矿介质参数是影响其磨矿效果的关键因素之一。介质大小的选择直接影响到粉磨效率和产品细度，一般要根据给料粒度和要求产品细度确定[1-2]。采用小直径磨矿介质是立磨机高效磨矿的关键，这意味着单位磨矿体积内介质的比表面积更大，进而大大增加了介质与颗粒，尤其是与细颗粒的碰撞研磨概率[3]。磨矿过程本身是一个影响因素诸多、过程极为复杂的过程，特别是对于矿石的细磨，其介质因素影响尤为显著。本研究主要针对介质直径和加载量这两项参数可能引起的有关磨机效率的影响效果进行了初步探讨，以期获得对立磨机磨矿效果的深入了解。

1 试验条件与方法

本研究主要是考查磨矿介质直径及加载量对磨机磨矿特性的影响情况，通过建立试验系统模型，模拟实际磨矿环境并对各项参数进行分析研究，考察其机械性能和工艺特性。

1.1 实验室模型

首先是根据工业应用机型建立实验室立式搅拌磨模型系统，该试验系统主要包括了磨机筒体、螺旋搅拌轴、驱动装置以及相配套的功率检测和矿石粒度分析等。该模型的主体结构示意图见图1。

图1 试验模型结构示意图

1.2 物料性质

本研究选取的磨矿物料为普通石英砂，其主要矿物成分是SiO2，SiO2含量≥90%～99%，Fe2O3含量≤0.06%～0.02%，硬度7，相对密度为2.65，规格0.5～1 mm，堆积密度约1.6。

1.3 介质直径

对于实验室模型，由于其尺寸要远远小于实际工业应用的立磨机尺寸，故对于介质大小的选取也要做相应的比例缩放。为了能较准确地掌握介质直径对磨机特性的影响，选取工业上常用的3种介质球的直径进行相似比例缩放，得到7 mm、10 mm、13 mm共3种试验用介质球直径，并以此3种直径的介质球为基础对立磨机磨矿特性进行分析研究。

1.4 试验方法

为了能准确测量并精确计算，首先是在清水条件下对磨机的有效处理容积和介质比表面积进行研究；能耗是设备选取的一项重要经济指标，本研究还需对不同介质加载条件下的能耗进行对比分析；最后是进行磨矿试验，研究不同介质条件下的磨矿性能，分析各参数对其的影响。

2 结果分析与评价

2.1 不同介质直径下的有效容积对比分析

有效容积是处理能力的一种体现，它虽然不能代表磨矿效率，但却是一个关键的参数，它是进入磨机内部矿浆可被有效研磨的基础，是计算磨矿时间的依据。本研究对不同直径下不同加载质量的立磨机在运行时的有效容积进行了测算与分析，其测试结果见表1，关系分析如图2所示。

表1 三种不同介质直径下加载量与有效容积的关系 单位：L

从图2中可以看出，不同介质直径下磨机的有效磨矿容积与介质加载量基本上成线性正比关系，同时可以看出，不同介质加载量下有效容积一般会随着介质直径的增加而增加。磨机机体在设备选型安装后一般都不能改动，而给矿量由选厂工艺条件确定，一般也无法随意改变，因此要改变磨矿时间，即改变有效磨矿容积，就可从介质加载量和介质直径两方面来考虑，进行相应的参数调整以达到最佳磨矿效果。

介质球经的变化往往会影响到磨矿粒度的大小，一般认为磨矿介质在湿式搅拌磨中的粉碎作用主要是相互撞击接触产生的冲击力和挤压力、转动产生的剪切和摩擦力。其中前两者更多地决定物料的初期粉碎效果，后者更多地依赖于介质间接触的面积和几率，决定细磨的效率[4]。图3所示研究结果表明，立磨机在运转过程中所形成的单位有效容积内介质的比表面积会随着直径的增大而成指数级减小，这就要求在实际应用中注意介质直径的选取，减小介质直径会大大增加介质的比表面积，即增大摩擦面，这有利于细粒矿物的进一步粉碎。

图3 单位有效容积内的介质比表面积

2.2 不同介质直径下的能耗对比

细粒矿物的粉磨往往需要更高的能量和更长的磨矿时间，而通过增加磨矿的能量密度可缩短磨矿时间，从而提高磨矿效率。对于磨矿介质则是尽可能地减少自身运行产生的能量消耗，并高效率地将能量转化为矿石粉碎所需功。介质加载量与其运转所需能耗的试验数据见表3，关系分析如图4所示。

表3 不同介质加载量下的功耗 单位：W

图4 介质加载量与介质运转所需总功耗关系

图4表明介质加载量与介质运转所需总功耗呈线性正比关系，这也与理论分析相吻合。同时也可以看出大直径磨矿介质的运行能耗要高于小直径磨矿介质。

图5 单位有效容积的能耗分析

虽然介质运行的总能耗是随着加载量的增加而增加的，但同时如图1所显示，随着介质加载量的增加磨矿有效容积也在增加。从图5可以看出，随着介质加载量的增加，单位有效容积内介质运行的能耗是迅速降低的。因而在相同的输入功率条件下，适当的增加磨矿介质质量可有效提高磨机内的能量输入密度，从而提高磨矿效率，节省磨矿时间。

图6 不同直径对单位容积内介质运行功耗的影响

由图6可以看出，介质直径增大会降低单位容积内介质的运行能耗，但是影响不大。

2.3 相同转速下不同介质直径的磨矿粒度对比分析

对介质直径和加载量做了一些基础分析研究后，就需要对其综合磨矿影响效果做一检验。本研究对普通等级的石英砂进行了磨矿试验，测试了三种不同直径介质对磨矿效果的影响，磨矿数据见表4。图7则是石英砂在不同磨矿条件下的粒级分布情况，从图中可以看出介质直径13 mm时，-0.044 mm粒级的磨矿产率最大，即其细磨效果最好。同时从前面分析研究可知，对于直径13 mm介质，其

表4 不同介质条件下的磨矿粒级产率 单位：%

介质比表面积和单位运行能耗指标都不如直径7 mm的介质，而其有效磨矿容积则要明显大于直径7 mm磨矿介质，这说明磨矿过程中这些因素综合对磨矿效果产生影响，而由此引出的磨矿时间在这一磨矿试验过程中起到了主导作用。

图7 不同直径介质磨矿效果对比

3 结论

磨矿介质直径大小的选择会直接影响到磨机的生产效率、产品粒度均匀性、产品解离度、以及磨机的能耗、球耗。磨矿介质是磨矿过程中能量传递的媒介，采用小直径介质可以提高磨矿比表面积和单位容积内的能量密度，但是它也会降低磨机的有效磨矿容积，从而减少磨矿时间。而介质的加载量会影响到磨矿的效率，加载量越大效率就越高，但是过大会产生内部球运动的干涉和矿浆的内部循环，从而降低磨矿效率而增加功耗。

磨矿内介质直径及加载量的选择还取决于给料粒度、物料性质和产品要求粒度等，不能仅就一个因素对其做出判断，需要进行综合考虑，通过相关的实验或由经验公式计算取得，寻求不同参数间的最优配合。

[1] 钱效林.研磨介质对搅拌磨效率的影响[J].陶瓷科学与艺术，2004，(1)：25-27.

[2] Matthew D. Sinnott, Paul W. Cleary, Rob D. Morrison.Is media shape important for grinding performance in stirred mills?[J]. Minerals Engineering, 2010.10.016: 1-13.

[3] 金勇士.艾萨磨技术的应用及最新进展[J].有色设备，2013，(4)：15-18.

[4]丁浩.研磨介质在细磨煤系缎烧高岭土中的行为与影响[J]. IM&P化工矿物与加工，1999，(5)：2-4.

Preliminary Study of the Grinding Effect of Grinding Media Diameter and Loading Capacity in Vertical Stirred Mill

HAN Deng-feng， LU Shi-jie， ZHANG Yue-jun

(Beijing General Research Institute of Mining & Metallurgy, Beijing 100160, China)

The paper studies on the grinding effect of media’s diameter and loading capacity of vertical stirred mill by laboratory model. Small-diameter media is conducive to improve the energy density and increase the specific surface area of grinding in the mill. Well, the appropriate media diameter can be increased to enhance the volume and expend the effective grinding time. Ultimately selections of media parameters are also based on other factors.

vertical stirred mill； media diameter； media loading capacity； grinding efficiency

2013-09-22

北京市科技计划(D121100001312001)

韩登峰(1984-)，男，陕西蒲城人，工程师，硕士研究生，主要从事选矿设备研究设计及技术推广工作。

卢世杰(1972-)，男，河北景县人，教授级高级工程师，硕士研究生，主要从事选矿设备研究设计及技术推广工作，现任北京矿冶研究总院机械研究设计所副所长。

TD453

B

1003-8884(2014)01-0001-03

张跃军(1980-)，男，黑龙江哈尔滨人，工程师，硕士研究生，主要从事选矿设备研究设计及技术推广工作。