某臥式攪拌磨轉(zhuǎn)速與研磨球球徑對研磨性能研究

雷 霄，高 超，崔劌楷，馮子佳，臧智順

(湖北省地質(zhì)勘查裝備中心，湖北 武漢 430034)

好采易選類礦產(chǎn)資源的日益耗盡迫使貧、細(xì)、雜等難處理的礦產(chǎn)資源成為礦業(yè)開發(fā)的主要對象。為了剔除脈石礦物,分選出合格的精礦產(chǎn)品,必須對礦石進(jìn)行細(xì)磨或超細(xì)磨。磨礦一直是一個高能耗、低效率的礦石加工過程。為了提高磨礦效率,國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)一直在不斷的開發(fā)、優(yōu)化磨礦裝備與磨礦工藝[1]。如今,傳統(tǒng)的滾筒式磨機(jī),如棒磨機(jī)、球磨機(jī)、(半)自動磨機(jī)在粗磨階段仍然占據(jù)絕對優(yōu)勢,但在細(xì)磨、超細(xì)磨階段,攪拌磨機(jī)以其優(yōu)越的性能逐漸取代了傳統(tǒng)的球磨機(jī)。

攪拌磨機(jī)主要由攪拌軸、攪拌葉輪和研磨室組成,在攪拌軸轉(zhuǎn)動的過程中,攪拌葉輪驅(qū)動研磨球產(chǎn)生活躍運動,通過研磨球之間各種形式的力(如沖擊,剪切和摩擦)來粉碎物料。相等介質(zhì)填充率下,研磨球球徑的大小決定了研磨室內(nèi)研磨球的數(shù)量,而研磨球數(shù)量對研磨室中單位時間內(nèi)有效粉碎次數(shù)有重要影響。一個普遍結(jié)論是研磨球球徑大小應(yīng)與原料的粒度正相關(guān)。進(jìn)一步的研究結(jié)果還有研磨球大小至少應(yīng)是原料粒度的20～30倍[2],或是原料中<74 μm含量占80%時,2～4 mm研磨球應(yīng)占裝填研磨球的70%～80%[3]。攪拌器轉(zhuǎn)速也是影響磨礦性能的重要因素,高轉(zhuǎn)速下研磨球的運動將更活躍,增加單位時間內(nèi)研磨室中的有效粉碎次數(shù),提高粉碎速率[4]。此外,料漿性質(zhì)如粘度等，也會影響研磨球的運動狀態(tài),過高的礦漿粘度將拖曳研磨間的相互作用[5]。

為了進(jìn)一步研究臥式攪拌磨磨礦性能規(guī)律,本文將采用自制的臥式攪拌磨開展試驗研究,綜合考慮攪拌器轉(zhuǎn)速、研磨球球徑及礦漿粘度變化對磨礦性能的綜合影響。

1 試驗方案

1.1 磨礦設(shè)備

所用磨礦設(shè)備為自行研制的6 L臥式攪拌磨,其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,磨機(jī)筒體結(jié)構(gòu)為φ176 mm×310 mm,攪拌盤直徑為156 mm。從進(jìn)料、加球口向研磨室內(nèi)投加研磨球、原料、水。通過變頻器控制驅(qū)動電機(jī)與攪拌器轉(zhuǎn)速,磨礦過程中利用功率表測量磨機(jī)運行功率。磨礦結(jié)束后,打開活動端蓋,排出研磨球與磨礦產(chǎn)品。

圖1 自行研制的6 L臥式攪拌磨基本結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Basic structure diagram of self-developed 6 L horizontal stirring mill

1.2 磨礦原料

本次試驗所用原料為外購石英砂,先通過實驗室用盤式磨礦機(jī)(XPF-φ150)干磨,再通過振動篩(XSB-88)篩出180～300 μm備用。

1.3 研磨球及試驗條件

所用研磨球為外購高鋁陶瓷球,經(jīng)測量,其堆密度為2 160 kg/m3。所有磨礦試驗研磨球填充率為60%,磨礦濃度均設(shè)置為40%,試驗變量為研磨球球徑及攪拌器轉(zhuǎn)速,試驗條件安排見表1。

表1 試驗條件安排Table 1 Arrangement of test conditions

試驗中對磨礦產(chǎn)品的粒度及粘度分別進(jìn)行檢測分析,并結(jié)合磨機(jī)功耗對磨礦性能進(jìn)行評價。粒度分析采用Bettersize2000B型激光粒度分析儀,礦漿粘度分析采用Brookfield DV2T粘度計完成。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 攪拌器轉(zhuǎn)速對磨礦性能的影響

圖2對比了不同研磨球尺寸下攪拌轉(zhuǎn)速對磨礦產(chǎn)品粒度的影響。整體來說,隨著能量的不斷輸入,磨礦產(chǎn)品粒度呈下降趨勢,且表現(xiàn)出一定的規(guī)律,即隨著能量的持續(xù)輸入,粒度變細(xì)的趨勢變緩,說明在整個磨礦過程中,能量的利用率是逐漸變低的。進(jìn)一步對比轉(zhuǎn)速的影響可以發(fā)現(xiàn),在磨礦初期較低的能量輸入下,低轉(zhuǎn)速具有更細(xì)的磨礦產(chǎn)品粒度,說明低轉(zhuǎn)速的能量利用率更高,但隨著能量的持續(xù)輸入,轉(zhuǎn)速的影響逐漸變小。

圖2 攪拌器轉(zhuǎn)速對磨礦性能的影響Fig.2 Effect of agitator speed on grinding performance

2.2 研磨球球徑對磨礦性能的影響

圖3對比了不同攪拌器轉(zhuǎn)速下研磨球球徑對磨礦產(chǎn)品粒度的影響。總體來看,在磨礦階段初期能量輸入較低時,研磨球尺寸越大,磨礦產(chǎn)品的粒度越細(xì),說明大球的能量利用率高；而隨著能量輸入的持續(xù)增加,小尺寸研磨器的磨礦粒度更細(xì),說明磨礦后期小球能量利用率高,細(xì)磨效果越好。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn),存在著一個能量輸入節(jié)點,節(jié)點前,大研磨球能量利用率高,節(jié)點后,小球能量利用率高,細(xì)磨效果越好。不同的攪拌轉(zhuǎn)速下,大、小球優(yōu)勢轉(zhuǎn)變的能量輸入節(jié)點并不同,攪拌葉輪轉(zhuǎn)速為6.45 m/s、8.87 m/s、11.28 m/s時的轉(zhuǎn)變節(jié)點分別為35 kJ/kg、55 kJ/kg、85 kJ/kg。

圖3 研磨球球徑對磨礦性能的影響Fig.3 Effect of grinding ball diameter on grinding performance

2.3 礦漿粘度的變化

礦漿粘度表現(xiàn)為對研磨球運動的阻力。圖4對比了不同研磨球尺寸及攪拌轉(zhuǎn)速下礦漿粘度的變化?？傮w來看,隨著能量的不斷輸入,磨礦產(chǎn)品粒度變細(xì),礦漿粘度不斷增加,且表現(xiàn)出一定的規(guī)律,即隨著能量的持續(xù)輸入,粘度變大的趨勢快速增大,可知對研磨球運動的阻力也在急劇增加,導(dǎo)致研磨球的運動變緩,磨礦效果下降,這可能就是整個磨礦過程中能量利用率逐漸變低的原因。

圖4 磨礦過程中礦漿粘度的變化Fig.4 Variation of pulp viscosity during grinding

3 結(jié)論

(1) 隨著能量的不斷輸入,磨礦產(chǎn)品粒度整體呈下降趨勢,且隨著能量的持續(xù)輸入,粒度變細(xì)的趨勢變緩,說明在整個磨礦過程中,能量的利用率是逐漸變低的。進(jìn)一步對比轉(zhuǎn)速的影響可以發(fā)現(xiàn),在磨礦初期較低的能量輸入下,低轉(zhuǎn)速具有更細(xì)的磨礦產(chǎn)品粒度,說明低轉(zhuǎn)速的能量利用率更高,但隨著能量的持續(xù)輸入,轉(zhuǎn)速的影響逐漸變小。

(2) 在磨礦階段初期能量輸入較低時,研磨球尺寸越大,磨礦產(chǎn)品的粒度越細(xì),說明大球的能量利用率高；而隨著能量輸入的持續(xù)增加,小尺寸研磨器的磨礦粒度更細(xì),說明磨礦后期小球能量利用率高,細(xì)磨效果越好。并且不同的攪拌轉(zhuǎn)速下,大、小球優(yōu)勢轉(zhuǎn)變的能量輸入節(jié)點不同。

(3) 隨著能量的不斷輸入,磨礦產(chǎn)品粒度變細(xì),礦漿粘度不斷增加,且隨著能量的持續(xù)輸入,粘度變大的趨勢快速增加。