梅山选矿厂降低球磨机钢球直径试验

展翅鹏

(宝钢集团(南京)梅山矿业公司选矿厂)

梅山选矿厂降低球磨机钢球直径试验

展翅鹏

(宝钢集团(南京)梅山矿业公司选矿厂)

针对梅山选矿厂入磨矿粒度由14 mm降低至12 mm的生产实际，探索研究了降低球磨机钢球直径对磨矿效果的影响。经过在球磨第4系列工业试验证明：降低球磨机钢球直径可以改善2段分级溢流产品质量，并能达到节能降耗的效果，且经济效益显著。

球磨机 磨矿粒度 钢球直径

梅山铁矿选矿厂年处理矿石400万t，磨矿分级工艺为2段闭路磨矿，共6个系列，其中1～4系列1段和2段球磨均采用φ2.7 m×3.6 m格子型球磨机，与φ2 m双螺旋分级机组成闭路循环，钢球补加制度为1段补加φ120 mm钢球、2段补加φ80 mm钢球，每天白班补加1次。自2010年对破碎筛分设备进行了更新，用HP500破碎机替代了原H6800破碎机，筛分筛网筛孔尺寸由原来的14 mm×14 mm更换为12 mm×12 mm，即入磨矿粒度由14 mm下降到12 mm。为此，对1段球磨机是否还需要沿用原来的φ120 mm 钢球问题进行了研究。

1 降低球磨机钢球直径的理论依据

磨矿介质尺寸的大小是影响磨矿和磨矿过程的主要因素之一，而适应的介质尺寸取决于许多因素。目前，确定钢球直径的方法主要有2类。一类是用球径经验公式进行计算，常用计算球径公式及计算结果见表1；另一类是试验确定。

表1 常用计算钢球直径的经验公式

注：d为给矿最大粒度，即95%的过筛粒度。

由表1可知，根据表1经验公式计算，其钢球直径均低于φ120 mm，这说明降低梅山选矿厂1段磨矿钢球直径理论上是可行的。

2 不规则入磨矿矿块抗压强度测定

针对磨碎矿石的力学特性及磨矿工作条件，选择合适的钢球直径提高磨矿的针对性，符合当代磨矿技术发展趋势[1]，选矿生产中通常按矿石的力学强度及给矿粒度来确定粗磨机的钢球尺寸，通常选用矿石的普氏硬度系数f值来表示矿石的硬度。在给矿粒度一定时，f值大的采用大直径钢球，f值小采用较小直径的钢球。梅山选矿厂入磨矿平均粒度为12 mm，为检验梅山选矿厂入磨矿矿石硬度，试验室选取入磨矿块中粒级分别为7，9，12，13，15，17 mm不规则矿粒进行了压力试验，试验结果见表2。

表2 不规则矿块不同粒径压力试验结果

由表2可知，当入磨矿平均粒度为12 mm时，矿石的抗压强度为483.99 kg/cm2，换算成f值为5以下，矿石的普氏硬度系数f值较小，可以考虑采用较小直径的钢球。

3 降低钢球直径方案的确定

3.1 选择钢球直径方法的确定

确定钢球直径的方法，主要有经验公式法和试验确定法。经分析验证各种球径经验公式的计算误差均较大[2]，而用试验确定球径的工作量又太大且同样存在较大误差。关于钢球直径大小计算的问题，吴彩斌[3]曾详细论述了确定钢球尺寸大小的公式以段氏球径半理论公式(1)最为适用，也符合我国国情。段氏球径半理论公式[4]为

(1)

式中，Db为所需钢球直径，cm；Kc为综合修正系数，由相应专著提供的资料确定；φ为磨机转速率，%；σ为矿石的抗压极限强度，10-1MPa；ρe为钢球的有效密度，g/cm3；D0为球荷“中间缩聚层”直径，cm；df为按95%过筛最大粒度，cm。

根据梅山选矿厂球磨机各个参数的特定条件(见表3)，计算出1段球磨机所需钢球的理论球径值Db=90 mm，低于当前实际加球直径120 mm。

表3 梅山选矿厂1段球磨机的工作参数

3.2 球磨机初装球方案确定

对球磨机给矿及返砂粒度进行筛析，确定球磨机给料粒度的组成。再根据矿石力学强度用段氏理论公式计算出理论球径值，结合梅山选矿厂多年的生产经验，确定球磨机初装球球径比例为φ100 mm∶φ80 mm =40%∶60%；球磨机钢球充填率取38%。

3.3 补加球方案确定

考虑到目前选矿厂开展工业试验为重新初装球不符合实际生产，为减少清球所带来的巨大工作量，决定在球磨第4系列采用新球顶替旧球的方法边生产边调试，逐步调整到位后再取样分析，并和第3系列作对比分析。补加球制度见表4。

表4 梅山选矿厂4系列和3系列补加球制度对比

梅山选矿厂4系列从2013年10月1日起按新的补加球制度每日进行添加，根据钢球消耗，计算约30 d可将原来φ120 mm钢球全部替代。

4 工业试验及结果

在工业试验阶段，研究工作主要从两个方面进行，一是按照预定的补加球方案补加钢球，二是进一步优化磨矿分级工艺参数。经过半个月的现场取样分析，取样结果显示，降低1段钢球直径，可改善2段分级溢流产品的质量和磁选尾矿产品的质量，且节能降耗效果显著，其试验结果见表5～表7。

表5 球磨3、4系列最终溢流产品质量对比 %

对比指标γ-0.076mmγ0.3～0.001mm2次溢流产品平均粒级/mmγ-0.001mm3系列64.1580.150.1015.204系列60.5580.750.1014.15差值-3.60+0.60相当-1.05

注：“+”代表提高，“-”代表降低，以下同。

表6 4系列工业试验前后最终溢流产品质量对比 %

对比指标γ-0.076mmγ0.3～0.001mm2次溢流产品平均粒级/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相当-1.23

表7 3、4系列磨矿相关参数对比

由表5～表7可知，降低钢球直径后，在磨机处理能力相当的条件下，能获得比试验前更佳的最终分级溢流产品；从3、4系列对比试验来看，平均粒度相当，-0.001mm产率降低了1.05个百分点，过粉碎减轻幅度为6.91个百分点；在细度降低3.6个百分点的条件下，合格粒级含量(0.3～0.001mm)增加0.6个百分点。从4系列试验前后对比结果看，平均粒度相当，-0.001mm产率降低了1.23个百分点，过粉碎减轻幅度为8.00个百分点；在细度降低1.53个百分点的条件下，合格粒级含量(0.3～0.001mm)增加1.33个百分点。在磨矿处理能力不变的条件下，球磨机1段、2段的总单耗下降了1.48kWh/t；1段、2段总钢球单耗下降0.1kg/t；球磨机噪音下降2～6dB，磨矿矿浆温度降低0.5～ 2 ℃。

5 经济效益分析

1段、2段球磨机单耗共下降1.48kWh/t，按照磨机台时73t/h计算，每天节约电耗2 486.4kWh。工业用电按照0.6元/kWh、每年生产330d计算，则每年可节约49.23万元。1段、2段球磨机共降低钢球消耗0.1kg/t，钢球外购成本约3 000元/t，则预计每年可节约钢球55.44t，年节约16.63万元。延长了球磨机衬板使用寿命，降低了噪音。从综合经济效益来看，仅4系列每年可降低生产成本65.86万元，经济、环境效益显著。

6 结 语

(1)梅山选矿厂降低钢球直径在球磨第4系列的成功应用，可以在保持当前台时处理量不变的情况下，改善选矿指标，节能降耗明显，经济效益显著，具有在其他同类型球磨机中推广应用的参考价值。

(2)降低补加钢球直径，可以减少磨矿过程中的矿石过粉碎现象，提高合格粒级含量，球磨第4系列磨矿产品中 -0.001mm粒级含量减少1.23个百分点，合格粒级增加1.33个百分点，有利于改善后续浮选和磁选选别指标。

[1] 段希祥，周 平.强化针对性磨矿——增强磨矿针对性是当代磨矿领域的重要原则[J].有色金属：选矿部分，2004(4):57-61.

[2] 段希祥.球磨机的钢球尺寸研究[J].有色金属：选矿部分，1983(5):52-57.

[3] 吴彩斌.破碎统计力学原理及转移概率在补装球制度中的研究应用[D].昆明:昆明理工大学，2002.

[4] 段希祥.降低粗磨机钢球尺寸的研究[J].矿山机械，1998(10):18-21.

2015-01-28)

展翅鹏(1979—)，男，工程师，210041 江苏省南京市雨花台区西善桥。