我國磨礦生產(chǎn)中的能耗問題

我國磨礦生產(chǎn)中的能耗問題

中國的石材通常具有窮人、細微差別和雜種性。隨著工業(yè)的發(fā)展，需要研磨的礦石數(shù)量日益增加，鋼的消耗也非常大。磨礦的電耗和材料消耗這兩項費用占選礦成本比重很大,其中磨礦介質(zhì)的費用占兩項費用的一半左右。因此,提高磨礦效率,降低磨礦能耗就顯得非常必要。這不僅是降低選礦成本的重要手段,也能達到節(jié)能降耗的目的。近年來,關(guān)于降低磨礦過程中能耗問題的研究取得了顯著成就。已找到了一些減少能耗的措施,如改變磨機襯板和介質(zhì)的鋼材成分而研制的耐磨鋼材;改善磨礦介質(zhì)的組成及配比;添加抗蝕藥劑及用橡膠襯板取代鋼質(zhì)襯板等。本文對主要的磨礦影響因素和提高磨礦效率的途徑進行剖析,探討磨礦的主要影響因素和提高磨礦效率的一些途徑,從而直接或間接的找到一些降低磨礦生產(chǎn)成本的方法。1磨礦作業(yè)的重要性采礦、選礦、冶金、化工、建材、火電這些行業(yè)均是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)行業(yè),這些行業(yè)中均以礦石作為原料或產(chǎn)品。礦石開采出來絕大多數(shù)必須經(jīng)過磨礦加工處理,每年我國需要磨碎的礦料為數(shù)十億噸。因此,磨礦在國民經(jīng)濟中占有重要的地位并起著重要的作用。磨礦是一個能耗很高的作業(yè),全世界磨礦消耗的電能占當(dāng)年發(fā)電量的3%~4%,甚至高達5%。磨1t礦石大約消耗0.8~2.0kg鋼球,目前國內(nèi)每年耗于磨礦的鋼材估計超過200萬t。磨礦作業(yè)在選礦廠占有極重要的地位,選礦的前提是有用礦物與脈石礦物單體充分解離并減少過粉碎。從投資上看,碎磨作業(yè)占全廠投資的60%左右,耗電量約占全廠的50%左右,生產(chǎn)經(jīng)營費用也占全廠40%~50%。在技術(shù)上,磨礦產(chǎn)品的質(zhì)量高低直接影響著選礦指標(biāo)的高低,磨礦生產(chǎn)能力直接決定著選礦廠的生產(chǎn)能力。2影響砂漿機的主要因素磨礦過程的影響因素主要包括:物料性質(zhì)、給礦粒度、產(chǎn)品細度;磨機的類型及結(jié)構(gòu);裝球和補球;磨礦濃度;給礦速度;球徑和球比等。2.1磨礦細度對產(chǎn)品生產(chǎn)率的影響礦石越硬,可磨性越小,磨細它所耗的能量較多,磨機的處理能力也較低。此外,礦石中各礦物的性質(zhì)已有差別,有易磨的和難磨的,因而會有選擇磨細的現(xiàn)象,即一部分還未磨細,一部分已出現(xiàn)過粉碎了,對于一些很易過粉碎的礦石,尤其要注意,應(yīng)該及時把已磨細的分出。礦石越細越難磨,隨磨礦比增大,可磨性系數(shù)也會變化。給礦越粗,由于需要磨礦的時間較長,將它磨到規(guī)定的細度的功耗較多,生產(chǎn)率也較小。給礦粒度的改變對磨礦機生產(chǎn)率的影響與礦石性質(zhì)和產(chǎn)品細度有關(guān)。磨礦機按新形成的小于0.074毫米級別計算的相對生產(chǎn)率,通常是隨過礦粒度的降低而增加,但其增加幅度隨產(chǎn)品的變細而減少。粗磨時增加的幅度較細磨時要大些,非均勻礦石較均勻礦石更為明顯。因此,當(dāng)要求提高磨礦機生產(chǎn)能力時,在一定范圍內(nèi),降低給礦粒度有重大作用。磨礦產(chǎn)品細度直接影響著選別指標(biāo)。磨礦產(chǎn)品粒度過粗,有用礦物和脈石沒有獲得充分解離,太細了又引起較嚴重的過粉碎,兩種情況都會使選別指標(biāo)降低。如將磨礦粒度改變?yōu)檩^細后,能量消耗和鋼消耗量增加,生產(chǎn)率降低,每磨碎一噸礦石的費用比磨礦較粗時要高。因此,確定磨礦粒度須要技術(shù)經(jīng)濟綜合考慮。磨礦產(chǎn)品的粒度,通常是用磨至大于某篩孔級的篩上量百分數(shù)或用小于0.074毫米和含量表示。磨礦產(chǎn)品的粒度對于生產(chǎn)能力的影響,決定兩個互相矛盾的因素。一方面,磨粗粒原礦至細度時,隨著磨礦時間的增加,被磨物料的平均粒度皆越來越小,磨礦機的生產(chǎn)能力因而越到后期越高。另一方面,由于磨礦的選擇作用,易磨礦部分也被磨細,剩下的都是難磨部分,因而磨礦機生產(chǎn)能力越到后期越低。由于這兩種情況相反因素的影響,磨礦產(chǎn)物粒度與磨機處理能力的關(guān)系,可能上升的,下降的或先上升后下降,以及實際上沒有變化等情況,隨這兩個矛盾因素的對比所決定。大體上說,對于非均勻質(zhì)礦石,后一因素較為重要,故磨礦機的相對生產(chǎn)能力隨磨礦細度的增加而增加。總之,凡礦石越硬,給礦越粗,產(chǎn)物越細,磨礦機的生產(chǎn)率越小,按(kW·h/t)計算的磨礦效率指標(biāo)越高。操作工首先要根據(jù)礦石的性質(zhì)、給礦粗度、給礦量和產(chǎn)品細度來決定操作條件,就是為了力求得到較好的磨礦指標(biāo)。2.2磨礦機轉(zhuǎn)速與裝球率的關(guān)系總的來講,棒磨機的生產(chǎn)率比格子型球磨機的低15%,比溢流型球磨機低5%左右,溢流型球磨機的生產(chǎn)率較格子型球磨機的低10%~15%,有時甚至低25%。磨機長度主要影響到磨礦時間,從而影響到磨礦細度。過短的磨礦機不能完成規(guī)定的磨礦細度,過長了會增加動力消耗,并產(chǎn)生過粉碎。目前,國產(chǎn)的球磨機長度與直徑之比在0.78~2范圍,棒磨機的長度一般是直徑的1.5~2倍。磨礦機的轉(zhuǎn)速有在臨界轉(zhuǎn)速以下和超臨界轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)二種不同的情況。磨礦機的轉(zhuǎn)速與裝球率緊密相關(guān)。在臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)工作的磨礦機的有用功率與轉(zhuǎn)速和裝球率的關(guān)系說明了在裝球率一定時,有用功率是隨轉(zhuǎn)速不同而變化的,當(dāng)轉(zhuǎn)速為一適宜值時,有用功率可以達到最大值。既然有用功率是指發(fā)生磨礦作用所消耗的功率,與有用功率相對應(yīng)的生產(chǎn)率,它與轉(zhuǎn)速的關(guān)系,基本上和有用功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系類似。目前,制造廠規(guī)定的磨礦機轉(zhuǎn)速大致在52%~62%。多數(shù)在80%以下,轉(zhuǎn)速稍偏低,就很難達到高的生產(chǎn)率。近年來我國某些廠礦的生產(chǎn)實踐表明,適當(dāng)?shù)靥岣吣サV機的現(xiàn)有轉(zhuǎn)速,是提高選礦廠處理能力的措施之一。但應(yīng)當(dāng)注意到轉(zhuǎn)速提高后,鋼球和襯板的磨耗量有所增加,磨礦機的振動也較厲害,必須加強設(shè)備管理和維修工作。并采取合理的措施,適當(dāng)?shù)亟档脱b球率,相應(yīng)地調(diào)整磨礦濃度和提高分級機的效率。同時,還應(yīng)考慮傳動部件的強度和電動機的負荷情況。絕大多數(shù)的磨礦機仍然是在臨界轉(zhuǎn)速以下工作,超臨界轉(zhuǎn)速磨礦盡管有提高磨機生產(chǎn)率等某些優(yōu)點,但仍存在一些問題,有待進一步的研究解決。2.3磨礦機的測量在其他條件不變的情況下,磨礦介質(zhì)的比重越大,磨機的功率消耗和生產(chǎn)率都較高。一般都用鋼和鑄鐵作磨礦介質(zhì)。不同的轉(zhuǎn)速有不同的極限裝球率。在臨界轉(zhuǎn)速以內(nèi)操作時,裝球率通常是40%~50%。磨礦機的生產(chǎn)率(Q)和裝球量(G)的關(guān)系,可用下面經(jīng)驗公式表示:Q=(1.54~4.48)G0.6(t/h)磨礦機消耗的功率(N)和裝球量(G)的關(guān)系,也可以用下面的經(jīng)驗公式表示:N=0.735CGD??√(kw)Ν=0.735CGD(kw)式中的D是磨礦機內(nèi)徑(m)、G是裝球量(t)、C是與裝球率和磨礦介質(zhì)種類有關(guān)的系數(shù)。這些經(jīng)驗指出,當(dāng)裝入的鋼球是有效工作的時候,裝球越多,生產(chǎn)率越大,功率消耗也越大。但裝球過多,由于轉(zhuǎn)速的限制,靠近磨機的中心的那部分球是蠕動的,不能有效的工作。通常裝球率不超過50%。超臨界轉(zhuǎn)速時,裝球量要減少到保證不發(fā)生離心運轉(zhuǎn),但也不可以少到削弱生產(chǎn)能力的程度。一般認為棒磨機的裝棒率應(yīng)較同直徑的球磨機的約低10%,大致為35%~45%。最初配好的鋼球,用了一些時候,它們都逐漸磨損,如不補球,球的大小和重量都不符合需要,磨礦機的生產(chǎn)率和磨礦效率都會降低。2.4提高磨礦效率磨礦濃度也是影響磨機效率的一個重要因素。磨礦濃度通常是用磨礦機中礦石的重量占整個礦漿重量的百分數(shù)來表示。磨礦濃度的大小影響礦漿的比重、礦粒在鋼球周圍的粘著程度和礦漿的流動性。磨礦濃度低,礦漿流動快,物料在鋼球周圍的粘著程度低,使鋼球?qū)ξ锪系臎_擊和研磨作用弱,排礦粒度不合格,磨礦效率得不到發(fā)揮;磨礦濃度高,物料在鋼球周圍的粘著程度好,鋼球?qū)ξ锪系臎_擊和研磨作用均較好,但礦漿流動慢,易造成物料過粉碎,更不利于提高磨機處理量。就中等轉(zhuǎn)速的磨礦機來說,粗磨礦(產(chǎn)品粒度在0.15mm以上)或磨比重大的礦石時,磨礦濃度應(yīng)當(dāng)較大,約75%~82%(固體)。通過多個選廠自動化實踐證明,磨礦濃度不宜太高,在78%~8l%范圍內(nèi),更有利于磨礦效率的發(fā)揮。細磨礦(產(chǎn)品細度在0.10~0.075mm)或磨比重較小的礦石時,磨礦濃度應(yīng)低些,通常為65%~75%(固體)。轉(zhuǎn)速較高時,磨礦濃度應(yīng)稍低一點。當(dāng)?shù)V漿中含有少量的原生礦泥時,就會顯著地提高它的粘度和穩(wěn)定性。這時可適當(dāng)?shù)丶尤敕稚┗蛐跄齽﹣砀淖兊V漿的流動性和穩(wěn)定性。常用的化學(xué)藥劑有水玻璃、碳酸鈉和石灰等。2.5提高磨礦效率給礦速度就是單位時間內(nèi)通過磨礦機的礦石量。當(dāng)給礦速度很低時,磨礦機器內(nèi)礦量小,不但生產(chǎn)率低,而且形成空打的結(jié)果,使磨損和過粉碎都很嚴重。為了使磨礦機有效地工作,應(yīng)當(dāng)維持充分高的給礦速度,以便在磨機中保持多量的待磨礦石。隨著給礦速度的提高后,由磨礦動力學(xué)可知,排礦產(chǎn)物中合格粒度的含量就減少,而產(chǎn)出的合格粒度數(shù)量卻增加,比功耗將降低,磨礦效率顯著提高。如果給礦速度超過磨礦機在特定操作制度下的某定額時,磨礦機將發(fā)生過負荷,出現(xiàn)排出鋼球,吐出大塊礦石及涌出礦漿等情況,甚至被堵塞。因此,給礦必須連續(xù)均勻,不要時多時少,使以后的選別受到不好的影響,所以磨機的給礦量都不允許有太大的波動。在上述諸多的因素中,首先要認清礦石的性質(zhì)和要求達到的磨礦細度,才談得上選擇什么樣的磨機和正確地決定操作條件。無論影響磨礦效果的因素是怎樣的復(fù)雜,但撞擊效果必然是最重要的。只要能夠針對礦石的性質(zhì)正確地決定轉(zhuǎn)速、裝球、給礦速度和磨礦濃度,就可以得到較好的撞擊效果。有些因素雖然不像上面講的那些重要,但如果忽視了它們,磨礦效果仍然不好。2.6鋼球配比對磨礦效率的影響在細磨過程,物料粒度較細,重在對物料的研磨,因此要求鋼球的直徑較小,鋼球之間的間隙小,鋼球在運動過程中對物料進行充分研磨。在粗磨過程中,重在對物料進行沖擊破碎,因此要求鋼球的直徑較大,在拋落過程中,對物料沖擊力大,磨礦效率高。鋼球配比也影響磨礦分級效率。磨機的磨礦效率體現(xiàn)在磨機處理量和磨礦細度,只有處理量而不考慮磨礦細度,或只有磨礦細度而不考慮處理量,均不能體現(xiàn)磨機效率高。如果磨機中直徑較大的鋼球占的比重大,則鋼球?qū)Υ至５V物的沖擊力大,磨機的處理能力較大,但由于鋼球之間的問隙較大,鋼球?qū)毩５V物的研磨作用弱,磨機的排礦粗,分級循環(huán)負荷大,影響磨機處理量;反之亦然。在實際生產(chǎn)過程中,鋼球配比很難實現(xiàn),各選廠通過定期加球來保證(一般一天加一次)。實踐證明,通過自動加球機加球可保證磨機內(nèi)鋼球的良好配比。自動加球機可實現(xiàn)每小時加一次鋼球,每次加7~10個(根據(jù)工藝定),通過鋼球在磨機內(nèi)的自然消耗來保證球比。3程中的重要環(huán)節(jié)由于磨礦過程的低效率及高能耗,因此提高磨礦效率及降低能耗在選礦過程中顯得尤為重要。根據(jù)影響磨礦過程的因素,可以從降低礦石可磨性、降低磨機給礦粒度、改變磨機結(jié)構(gòu)參數(shù)、提高分級效率、適當(dāng)提高分級返砂量、精確化裝補球、選擇性磨礦和微階段化磨礦等途徑來提高磨礦效率。3.1化學(xué)藥劑研磨法現(xiàn)代磨礦領(lǐng)域中出現(xiàn)了一種助磨工藝,即在磨礦過程中添加一些特定的化學(xué)藥劑來改善磨礦效果,增加磨機的生產(chǎn)率。在一些生產(chǎn)廠礦已經(jīng)應(yīng)用,如某些鐵礦,應(yīng)用效果較好,精礦品位及回收率有提高,磨機生產(chǎn)率有提高。3.2多碎少磨技術(shù)一般來說,碎礦處理的是較粗的礦塊,而磨礦處理的是較細的礦粒,鋼球?qū)ΦV石的破碎是一種隨機性的破碎,破碎效率很低,有的研究指出,輥式破碎機的破碎效率高達70%~l00%,而球磨機的破碎效率僅只6%~9%,噴射磨的則只有1%~2%。由于這樣,有關(guān)學(xué)者們提出“多碎少磨”的辦法,這就是當(dāng)前選礦界盛行的多碎少磨技術(shù)。多碎少磨就是降低入磨的粒度。3.3磨機與磨礦的配合性研究磨機結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括磨機的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、襯板等。因改變磨機的結(jié)構(gòu)比較困難,所以很少見改變這個結(jié)構(gòu)參數(shù)。改變磨機的轉(zhuǎn)速相對容易,轉(zhuǎn)速過高會降低磨機作業(yè)率和處理量,并增加磨損和功耗。但近年來,一些研究者作了一些轉(zhuǎn)速與磨礦效果的調(diào)查,認為磨機轉(zhuǎn)速偏低的效果好。磨機襯板的改變,將襯板改為角螺旋襯板在一些廠礦獲得成功。角螺旋襯板除攪拌物料及鋼球的作用外,還兼有分級襯板的作用,它的能耗和介質(zhì)消耗比常規(guī)襯板節(jié)省10%~20%。近年來,國內(nèi)有人提出了“微階段化磨礦”并進行了深入的研究。它是相對“階段化磨礦”而言的。所謂微階段化磨礦,即在同一臺球磨機內(nèi),沿球磨機筒體的軸線方向安裝具有不同表面形狀的筒體襯板,使磨碎形式沿球磨機筒體軸線方向發(fā)生變化。3.4提高磨機生產(chǎn)率分級機與磨機閉路工作,控制磨礦產(chǎn)品粒度并能提高磨機生產(chǎn)率,故提高分級效率可以提高磨機生產(chǎn)率并降低能耗。提高分級效率的研究正向改進分級設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)及操作參數(shù)方向進行。3.5提高磨機生產(chǎn)率分級返砂的作用不但是返回不合格的粗粒,而且還有不可忽視的另一個重要作用,即使磨機給礦變粗,讓鋼球在磨機整個軸向長度上能高效率破碎,從而提高磨機生產(chǎn)率。一般返砂量一段不宜超過500%,二段不宜超過800%。3.6球磨機的精確性鋼球是影響磨礦的主要因素之一,球徑過大或過小均有害,只有適合礦粒破碎需要的精確球徑才是磨礦所需的。我國由于磨機規(guī)格較小,為保證足夠破碎力往往使球徑偏大。鋼球直徑的精確計算只能解決單級別礦粒所需球徑的精確計算問題,而磨機內(nèi)整體球荷的精確性則要靠初裝球方法來解決,要維持磨機內(nèi)球荷的精確性就要靠補加球方法來解決。由于問題的復(fù)雜性,使得球磨機一直沒有一套成功的、科學(xué)的、效果顯著的及易于推廣應(yīng)用的裝補球方法。針對這種情況,段希祥提出了一種新的精確化裝補球方法,其方法的要領(lǐng)是:①加強針對性,實測礦石的抗破碎強度;②用球徑半理論公式精確計算各級別礦粒需要的精確球徑;③篩析磨機的全給礦,按待磨礦石粒度組成用破碎統(tǒng)計力學(xué)原理指導(dǎo)配球;④以精確化的初裝球荷組成為補球依據(jù),用作圖法找出補球比例,即裝補球一次計算完成。精確化裝補球方法在云南金平鎳礦進行過半年的工業(yè)試驗,其后在工業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用,應(yīng)用效果表明,采用精確化裝補球方法后,磨機生產(chǎn)率有很大的提高。3.7充填材料的選擇礦物在磨礦及分級機械中出現(xiàn)選擇性磨碎現(xiàn)象是一種普遍而正常的現(xiàn)象,它是由于組成礦石的各種礦物的力學(xué)性質(zhì)不同而產(chǎn)生的。研究證實,短圓柱形介質(zhì)就有選擇性保護細粒的作用,在細磨中用短