礦石機(jī)械化采制樣系統(tǒng)中粒度檢測(cè)研究

袁曉鷹 張永春 姜濤

(日照出入境檢驗(yàn)檢疫局 山東日照 276826)

1 前言

機(jī)械化采制樣系統(tǒng)是礦石碼頭檢驗(yàn)檢疫配套設(shè)施中最主要的設(shè)備，而在線粒度檢測(cè)是該系統(tǒng)中不可缺少的工藝。在礦石機(jī)械化采制樣系統(tǒng)的使用中，篩分設(shè)備的科學(xué)選用與合理配置直接影響粒度檢測(cè)結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。并且由于在線粒度檢測(cè)是復(fù)雜的多環(huán)節(jié)作業(yè)過程，涉及到整個(gè)系統(tǒng)和篩分設(shè)備的諸多因素，因此對(duì)篩分設(shè)備進(jìn)行探討和研究非常重要，通過合理地選擇最佳條件，可以降低投資成本。

2 研究方法

2.1 采制樣系統(tǒng)的粒度檢測(cè)

2.1.1 粒度檢測(cè)工藝參數(shù)

2.1.1.1 鐵礦石物理特性

a)堆比重:2.0 t/m3－3.2t/m3(計(jì)算設(shè)備容積能力時(shí)，取低值;計(jì)算設(shè)備功率時(shí)，取高值);

b)最大粒度:50mm－75mm(一般情況為50mm);

c)含水量:≤10%(可根據(jù)港口情況選擇最小含水量，水分大的礦石系統(tǒng)容易堵塞);

d)安息角:30－45°;

e)磨損性:大。

2.1.1.2 采樣參數(shù)

a)鐵礦石種類:粉礦、塊礦、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦;

b)批量:15，000 －300，000 t/批(根據(jù)泊位及裝卸情況確定);

c)礦石的品質(zhì)波動(dòng):一般按照ISO 3082或GB/T 10322.1標(biāo)準(zhǔn)及貨源情況，選取鐵礦石的品質(zhì)波動(dòng)為“中等”。

2.1.2 粒度檢測(cè)的工藝流程

礦石機(jī)械化采制樣系統(tǒng)在線粒度的檢測(cè)，即該設(shè)備在取樣過程中同時(shí)完成粒度分析。一般分為兩種工藝:一種是初級(jí)采樣器所采取的每個(gè)份樣，經(jīng)定量或定比縮分器，縮分出一定量粒度樣品，進(jìn)入粒度檢測(cè)流向，稱作份樣縮分流程;另一種是初級(jí)采樣器采取的奇數(shù)份樣進(jìn)入檢測(cè)水分、化學(xué)成分及其他物理性能檢測(cè)流向，偶數(shù)份樣進(jìn)入粒度檢測(cè)流向，稱作份樣不縮分流程。目前普遍采用的是第一種工藝。

2.2 影響在線粒度檢測(cè)的因素

2.2.1 樣品的代表性

偏差試驗(yàn)是檢驗(yàn)機(jī)械化采制樣系統(tǒng)采取樣品是否有代表性的唯一方法。機(jī)械化取樣的基本原則是系統(tǒng)偏差最小化，有些偏差來源可通過對(duì)采制樣裝置科學(xué)、合理、正確的設(shè)計(jì)予以消除，包括采樣器和縮分器的技術(shù)參數(shù)、系統(tǒng)的堵塞等;而有些偏差源不能完全消除，但可以最小化，如水分含量的變化、粉塵損失、顆粒破損(對(duì)粒度測(cè)定)等。只要系統(tǒng)偏差試驗(yàn)符合ISO 3086標(biāo)準(zhǔn)要求，樣品的準(zhǔn)確度即樣品的代表性就能夠有所保證。

2.2.2 份樣的數(shù)量

每一交貨批的采樣份數(shù)取決于要求的取樣精密度和待取樣礦石的品質(zhì)波動(dòng)，因此，在確定采樣份數(shù)之前，必須確定想要達(dá)到的取樣精密度βS以及礦石的品質(zhì)波動(dòng)σW。初采器采樣份數(shù)n1的計(jì)算公式如下:

式中:n1——采樣份數(shù);

σW——礦石的品質(zhì)波動(dòng);

βS——取樣精密度。

初采器的份樣數(shù)也可以從ISO 3082或GB/T 10322.1標(biāo)準(zhǔn)中查得。一般礦石粒度粒級(jí)越大，品質(zhì)波動(dòng)范圍也越大。如果分別采取樣品測(cè)定化學(xué)成分、水分含量和粒度分布等，則應(yīng)采取各個(gè)特性的品質(zhì)波動(dòng);當(dāng)樣品用于測(cè)定多個(gè)品質(zhì)特性時(shí)，應(yīng)采用這些特性最大品質(zhì)波動(dòng)類別計(jì)算份樣數(shù)。在機(jī)械化采制樣系統(tǒng)使用前，應(yīng)按照ISO 3085標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行精密度的校核，達(dá)到要求的精密度后才能使用［1－2］。

2.2.3 樣品的最小質(zhì)量

用于粒度檢測(cè)縮分后大樣的最小質(zhì)量，在ISO 3082或GB/T 10322標(biāo)準(zhǔn)的表5中都有規(guī)定。例如，交貨批質(zhì)量在 15000t－30000t，鐵礦石類型－50mm，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格粒級(jí)－10mm，粒級(jí)的平均百分比20%，制樣和測(cè)定精密度βPM為3.8%時(shí)，縮分后大樣的最小質(zhì)量為150kg。ISO 3082或GB/T 10322標(biāo)準(zhǔn)的表3中規(guī)定在品質(zhì)波動(dòng)中時(shí)份樣數(shù)n1是60。因此，當(dāng)份樣進(jìn)入粒度檢測(cè)流向時(shí)，150/60=2.5(kg)就達(dá)到粒度檢測(cè)份樣所需的最小質(zhì)量要求。對(duì)于ISO 3082或GB/T 10322標(biāo)準(zhǔn)中表5沒有規(guī)定粒級(jí)的，可根據(jù)如下公式計(jì)算:

式中:m4— —修正的縮分后大樣最小質(zhì)量，單位為kg;

m3— —ISO 3082或GB/T 10322標(biāo)準(zhǔn)中表5規(guī)定的縮分后大樣的最小質(zhì)量，單位為kg;

P— —實(shí)際粒級(jí)(高于 ISO 3082或 GB/T 10322標(biāo)準(zhǔn)表5中規(guī)定)，單位為%;

P0— —標(biāo)準(zhǔn)ISO 3082或GB/T 10322表5規(guī)定的粒級(jí)，單位為%。

同樣以－50mm的礦石類型，交貨批量15000t－30000t，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格粒級(jí)－10mm為例，考慮影響最小質(zhì)量的最大粒級(jí)平均百分比是50%，則縮分后大樣的最小質(zhì)量應(yīng)是:

如果鐵礦石類型和規(guī)格粒級(jí)與ISO 3082或GB/T 10322表5的規(guī)定不同時(shí)，縮分后樣品的最小質(zhì)量m3可用(3)式計(jì)算:

式中:βPM——ISO 3082或 GB/T 10322標(biāo)準(zhǔn)表5所示的制樣和測(cè)定精密度，單位為%;

ρ——礦樣顆粒的表觀密度，單位為t/m3;

K——一個(gè)常數(shù)，它是鐵礦石類型、規(guī)格粒級(jí)和粒級(jí)百分?jǐn)?shù)的特征值，可由式(4)確定。

式中:P——實(shí)際粒級(jí)，單位為%;

d——被縮分大樣的公稱最大粒度，單位為mm;

l2——規(guī)格粒級(jí)的尺寸，單位為mm。

同樣以－50mm的礦石類型，交貨批量15000t－30000t為例，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格粒級(jí)選擇最大－50mm，粒級(jí)的百分?jǐn)?shù)也是50%，表觀密度4.5t/m3，要求βPM為較高的3.0%。根據(jù)公式(3)、(4)得出縮分后的大樣最小質(zhì)量為787.25 kg。

通過計(jì)算－50mm鐵礦石類型，最差條件下，份樣進(jìn)入粒度檢測(cè)流向時(shí)，最小份樣質(zhì)量為787.25/60≈13(kg)。

機(jī)械化采制樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)一般都是按照－50mm鐵礦石類型設(shè)計(jì)，通過上述三種情況的計(jì)算得知，測(cè)定粒度的最小份樣質(zhì)量相對(duì)于采制樣系統(tǒng)的份樣量非常小，完全不需要擔(dān)心最小份樣質(zhì)量不夠的問題。

2.2.4 篩分機(jī)的效率與參數(shù)

2.2.4.1 機(jī)械篩的篩分效率

機(jī)械化采制樣系統(tǒng)粒度樣在線測(cè)定的機(jī)械篩要求篩分效率≥95%。機(jī)械篩的篩分效率試驗(yàn)方法是將機(jī)械篩分后得到篩上+Xmm粒級(jí)的樣品，再用Xmm篩進(jìn)行人工篩分，通過公式(5)計(jì)算得出篩分效率E。

式中:E(X)——X粒級(jí)樣品的篩分效率，單位為%;

M(－X)——機(jī)械篩篩分后X粒級(jí)篩下物，單位為kg;

H(－X)——手工篩篩分后X粒級(jí)篩下物，單位為kg。

2.2.4.2 篩面的結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.2.4.2.1 篩子的長(zhǎng)度和寬度

在物料厚度一定時(shí)，物料的通過能力主要取決于篩分機(jī)的寬度，篩面越寬，生產(chǎn)能力也越大。篩面長(zhǎng)度影響物料的篩分效率，因?yàn)楹Y分時(shí)間與篩面長(zhǎng)度有直接關(guān)系，篩面越長(zhǎng)，則篩分時(shí)間越長(zhǎng)，篩分效率就越高［3］。根據(jù)篩分理論，篩分開始時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的透篩概率較大，一段時(shí)間后物料粒徑多數(shù)接近篩孔尺寸，再加長(zhǎng)時(shí)間也難增加透篩概率。因此，選擇合適的篩面長(zhǎng)度可以有效提高篩分效率，降低設(shè)備制作成本。

2.2.4.2.2 篩孔尺寸

物料單位時(shí)間內(nèi)的篩出率，與物料的被篩顆粒和篩孔的比值有關(guān)。因此，物料在篩分過程中，小物料由于它的比值小，單位時(shí)間內(nèi)的篩出率較大，能夠迅速篩落;大物料接近篩孔，比值大，單位時(shí)間的篩出率小，被篩落的速度較慢。這樣導(dǎo)致篩分開始時(shí)篩下物主要由較小粒徑組成，其后由篩落較大顆粒徑組成［4］。粒度在線分析均按照合同要求，選擇符合ISO標(biāo)準(zhǔn)的篩子，篩孔尺寸固定，此項(xiàng)影響可不予考慮。

2.2.4.2.3 篩孔形狀

篩孔形狀的選擇主要取決物料的粒度和篩分的目的。與其他形狀篩孔相比，在名義尺寸相同的情況下，圓形篩孔的篩下物粗度較小，圓形篩孔的最大粒度平均只有透過同樣尺寸正方形篩孔顆粒的80%－85%;而長(zhǎng)方形篩孔透過篩孔的粒度大于透過名義尺寸相同的圓形和正方形篩孔的粒度。鐵礦石粒度分析要求的篩孔形狀和篩孔尺寸是符合ISO 565規(guī)定的正方形篩孔。

2.2.4.3 篩面的傾角

篩面與水平面的夾角稱為篩面傾角，傾角的大小與篩分設(shè)備的處理量和篩分效率有密切關(guān)系。當(dāng)傾角增大時(shí)，將增加篩上物料的拋擲強(qiáng)度，從而顆粒在篩面上向前運(yùn)動(dòng)速度快，生產(chǎn)能力大，但物料在篩面停留時(shí)間短，減少顆粒透篩機(jī)會(huì)，影響篩分效率。反之就會(huì)使處理量降低，篩分效率提高。一般都要求振篩機(jī)的篩面傾角是可調(diào)的，可根據(jù)不同的物料，選擇最佳的篩分效率。

2.2.4.4 篩子的拋射角(振動(dòng)方向角)

拋射角就是篩面上的物料受力的作用而拋起的方向角，即振動(dòng)方向與篩面之間的夾角。拋射角大，物料每次拋擲運(yùn)動(dòng)所移動(dòng)的距離較短，物料在篩面上向前的運(yùn)動(dòng)速度較慢，從而獲得較大的篩分效率。拋射角小，物料每次拋擲距離較遠(yuǎn)，物料通過篩面的時(shí)間較快，篩分效率低下。一般直線振動(dòng)篩的拋射角都選擇固定的45°，但為了適應(yīng)不同的鐵礦石篩分要求，也需要求拋射角為可調(diào)。

2.2.4.5 篩子的振幅和頻率

振幅A是指篩子工作行程的一半，頻率ω是指篩子每分鐘的振動(dòng)次數(shù)，振幅和頻率是表征篩子運(yùn)動(dòng)特性的一對(duì)參數(shù)，它們的大小決定了篩子運(yùn)動(dòng)速度和加速度的大小。振幅增大，篩孔堵塞現(xiàn)象減輕，物料利于分層。而頻率增大，可增加物料的跳動(dòng)次數(shù)，使得物料的透篩概率增加，篩分效率提高，生產(chǎn)能力增大。對(duì)于粗粒篩分，應(yīng)當(dāng)采用較大的振幅，但為控制篩子的加速度，頻率就相應(yīng)要小一些。反之，對(duì)于細(xì)粒度篩分，則用小振幅、高頻率。目前，一般礦用振動(dòng)篩的振幅大致為2mm－5mm，而頻率為800次/min－1500次/min左右，設(shè)計(jì)時(shí)要求振幅和頻率均可調(diào)。

2.3 振篩機(jī)的選擇

2.3.1 振動(dòng)篩

篩分機(jī)械經(jīng)歷了固定篩—滾軸篩—輥筒篩—搖動(dòng)篩—共振篩、振動(dòng)篩這樣一個(gè)發(fā)展過程。振動(dòng)篩之前的機(jī)型由于生產(chǎn)效率、動(dòng)力消耗、機(jī)械性能、維修成本等方面不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需要，已逐漸被淘汰，而振動(dòng)篩憑借較高的篩分效率和較大的生產(chǎn)能力被廣泛使用。振動(dòng)篩按照驅(qū)動(dòng)形式可分為彈性連桿式振動(dòng)、電磁式振動(dòng)和慣性式振動(dòng)等。其中彈性連桿式振動(dòng)的工作振幅不可調(diào)，還存摩擦產(chǎn)生噪聲，振動(dòng)體的慣性不能夠平衡等缺點(diǎn);電磁式振動(dòng)靠電磁力激振，它的工作頻率取決于供電頻率，主要應(yīng)用于高頻、小振幅工藝過程中;慣性式振動(dòng)是指系統(tǒng)有偏心質(zhì)量旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力激振，這個(gè)偏心質(zhì)量稱為偏重塊，此類振動(dòng)體的慣性力可以和偏重塊產(chǎn)生的慣性力抵消，且振幅和頻率可以根據(jù)不同的工藝要求進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，機(jī)械化采制樣裝置的在線振篩機(jī)一般選擇慣性振動(dòng)機(jī)械［5］。

2.3.2 投資成本核算

在線粒度檢測(cè)設(shè)備約占機(jī)械化采制樣系統(tǒng)投資的10% －15%，根據(jù)粒度檢測(cè)的精密度、準(zhǔn)確度、篩分效率以及樣品最小質(zhì)量的要求，合理選擇篩分設(shè)備，可以提高檢測(cè)效率，節(jié)約投資成本。按照機(jī)械化采制樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，粒度為－50mm，在最差條件下，進(jìn)入粒度檢測(cè)流向時(shí)，最小份樣質(zhì)量為13kg即可;如果粒度檢測(cè)選用份樣縮分流程，對(duì)每個(gè)份樣按等間隔共截取5次，每次可以截取4kg粒度樣品，總份樣量20kg，即可進(jìn)行粒度檢測(cè)。目前國(guó)內(nèi)鐵礦石機(jī)械化采制樣系統(tǒng)在樣品進(jìn)入粒度檢測(cè)的流程時(shí)，粒度檢測(cè)份樣量均大于60kg。如果減少進(jìn)入粒度檢測(cè)流向鐵礦石的量，就可以選擇較小產(chǎn)能的振篩機(jī)等設(shè)備，從而大大降低投資成本。

3 結(jié)論

(1)在線粒度檢測(cè)工藝設(shè)計(jì)需對(duì)被篩物料的物理、化學(xué)性質(zhì)以及在工藝流程中所要達(dá)到的要求進(jìn)行分析，然后選擇合理的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)技術(shù)、工作圖設(shè)計(jì)、工藝試驗(yàn)等程序，才能得到較好的效果。

(2)按照ISO、GB等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，在線粒度工藝設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮粒度分析的精密度、準(zhǔn)確度、篩分效率及份樣最小質(zhì)量等因素，通過合理地選擇篩分設(shè)備，降低投資成本。

參考資料

［1］ ISO 3082:2009鐵礦石－取樣和制樣方法［S］.

［2］ GB/T 10322.1－2000鐵礦石 取樣和制樣方法［S］.

［3］ 李鳳貴，張西春.鐵礦石檢驗(yàn)技術(shù)［M］.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005，48 －158.

［4］ 付允強(qiáng).振蕩篩篩分機(jī)理的分析與研究.［EB/OL］.(2012－02－26)［2012 －04 －08］.http://www.doc88.com/p －14561379096.html.

［5］ 廉振紅，王永康.慣性往復(fù)振動(dòng)機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)［J］.廣西輕工業(yè)，2011，5:38 －39.