河南某鉬礦球磨機鋼球配比優(yōu)化研究及應用

高玉和

（伊萊特能源裝備股份有限公司）

球磨機作為重要的磨礦設備，被廣泛應用于各選廠，其通過運動的筒體在摩擦力的作用下帶動介質(zhì)在磨機內(nèi)部周期性運動，原料從筒體一端進入，在磨礦介質(zhì)的沖擊、研磨和壓碎作用下從筒體的另一端排出［1-3］。

長期以來，為提升球磨機的磨礦能力、改善磨礦效果，業(yè)界在磨機襯板參數(shù)、介質(zhì)參數(shù)、助磨劑等方面開展了大量的工作。在不改變其他磨礦條件的情況下，調(diào)整鋼球尺寸及配比具有易實施、經(jīng)濟投入低等優(yōu)點，成為推動球磨機磨礦指標優(yōu)化的重要手段［4］。

目前，國內(nèi)圍繞球磨機鋼球配比優(yōu)化開展了大量的工作，也取得了顯著成果。張謙等［5］的研究表明，優(yōu)化球磨機鋼球配比，在處理量相當?shù)那闆r下磨礦細度可以提高10.68個百分點，磨礦技術(shù)效率提高3.35個百分點。鄭競等［6］的研究表明，改善球磨機鋼球配比，球磨機磨礦效率提高6個百分點、單位功耗降低0.42 kWh/t。黃胤淇等［7］的研究表明，采取改變鋼球配比的方式，使選礦廠銅回收率提高了3.70個百分點，球耗降低了0.032 kg/t。楊森等［8］的研究表明，優(yōu)化鋼球配比可以使磨礦產(chǎn)品0.1～0.01 mm粒級產(chǎn)率提高2.28個百分點，銅精礦回收率及品位分別提高1.34、0.94個百分點。馬帥等［9］的研究表明，改善鋼球配比后，磨礦產(chǎn)品0.15～0.010 mm與0.10～0.028 mm級別產(chǎn)率分別提高2.98、0.57個百分點，過磨情況得以改善。

某鉬礦高壓輥磨產(chǎn)品經(jīng)濕篩，篩上進入?4.8 m×7.0 m球磨機（球磨機與水力旋流器形成閉路），篩下經(jīng)水力旋流器分級，沉砂返回φ4.8 m×7.0 m球磨機再磨，溢流進入浮選作業(yè)。為改善球磨機磨礦效果，以?4.8 m×7.0 m球磨機鋼球為研究對象，開展鋼球尺寸及配比優(yōu)化研究。

1 試驗原料

在采場選取6塊尺寸大于200 mm×200 mm×200 mm的礦石進行力學性質(zhì)測定；取選礦廠振篩機篩上及篩下、球磨機排礦、水力旋流器沉砂和溢流，在實驗室開展相關(guān)試驗及分析，水力旋流器返砂與振篩機篩上入磨試驗質(zhì)量比為15.5∶1。

2 試驗方案

（1）粒級分析。+2.5 mm物料干篩，-2.5 mm物料濕篩，-0.074 mm物料水析。

（2）試驗。實驗室試驗及工業(yè)試驗按實際生產(chǎn)情況設置磨礦試驗條件，且保證在單一因素發(fā)生變化的情況下進行對比試驗。磨礦試驗條件見表1，為確定推薦方案是否可以帶來最佳磨礦效果，設置多組對比試驗，磨礦對比試驗方案見表2。

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3 試驗結(jié)果與分析

3.1 實驗室試驗

3.1.1 力學性質(zhì)分析

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礦石的力學性質(zhì)是礦石受到外力時表現(xiàn)出的性質(zhì)，為確定適宜的鋼球尺寸及配比，需綜合考慮礦石間的力學性質(zhì)差異。礦石力學性質(zhì)分析結(jié)果見表3。

由表3可以看出：①礦石單軸抗壓強度5.37～119.7 MPa、平均83.6 MPa，根據(jù)單軸抗壓強度計算普氏硬度系數(shù)為5.37～11.97、平均8.36，屬于硬度差異大的礦石，說明礦石易過磨，且對破碎力的承受能力差異較大；②礦石彈性模量（1.76～13.37）×104MPa、平均5.79×104MPa，說明部分礦石脆性較大；③礦石泊松比0.66～0.15、平均0.35，說明礦石總體韌性較大，可磨性較差。

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3.1.2 球磨機磨礦系統(tǒng)產(chǎn)品粒度分析

選廠振篩機篩上及篩下、球磨機排礦、水力旋流器沉砂和溢流粒度組成見圖1。

由圖4可以看出：①篩上最大粒度7.68 mm，篩上、篩下-0.074 mm產(chǎn)率分別為5.56%與46.95%。②旋流器沉砂最大粒度2.07 mm，-0.2 mm產(chǎn)率43.09%，說明旋流器分級效率偏低，不利于減少過粉碎。③球磨機給礦+0.2 mm產(chǎn)率59.13%，球磨機排礦+0.2 mm產(chǎn)率53.67%，磨礦作業(yè)僅減少+0.2 mm產(chǎn)率5.46個百分點，新生成-0.074 mm產(chǎn)率6.13%，-0.010 mm產(chǎn)率占整個-0.074 mm粒級的19.0%，產(chǎn)品過粉碎現(xiàn)象嚴重，不利于后續(xù)選別作業(yè)。磨礦效果不理想，因此，需對鋼球尺寸及配比進行優(yōu)化。

3.1.3 不同磨礦方案情況下磨礦系統(tǒng)溢流產(chǎn)品粒度分析

產(chǎn)品粒度可以表征產(chǎn)品的粉碎程度，將礦石粒度劃分為多個粒級進行指標評價，+0.20 mm粒級含量判明磨碎粗粒能力，0.15～0.019 mm粒級含量判明易選級別的生成情況，-0.074 mm粒級含量判明細磨能力，-0.010 mm粒級含量判明過粉碎情況。不同磨礦方案情況下磨礦系統(tǒng)溢流產(chǎn)品篩析結(jié)果見表4。

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由表4可以看出：①與現(xiàn)場方案相比，推薦方案溢流產(chǎn)品+0.20 mm減少了4.23個百分點，-0.010 mm粒級產(chǎn)率減少了1.30個百分點，-0.074 mm與0.15～0.019 mm粒級產(chǎn)率分別提高了4.54、4.42個百分點，推薦方案在保證磨礦細度的前提下，可以獲得更多中間級別的產(chǎn)品。②與其他方案相比，偏大方案溢流產(chǎn)品-0.010 mm粒級產(chǎn)率最低，但+0.20 mm粒級產(chǎn)率最高，達18.85%，-0.074 mm、0.15～0.019 mm粒級產(chǎn)率均低于其他方案，這與偏大方案平均球徑大有關(guān)，保持充填率不變的條件下鋼球數(shù)量少，降低了礦石與介質(zhì)有效碰撞的次數(shù)，因而總體磨礦效果偏差。③與其他方案相比，偏小方案溢流產(chǎn)品+0.20 mm粒級產(chǎn)率6.08%，在所有方案中最低；0.15～0.019 mm粒級產(chǎn)率65.24%，在所有方案中最高，較推薦方案高0.93個百分點；-0.010 mm粒級產(chǎn)率16.83%，較推薦方案高2.29個百分點，過粉碎現(xiàn)象嚴重，這是由于偏小方案鋼球平均直徑較小，介質(zhì)研磨面積大，磨礦以研磨為主，加劇了過粉碎級別的產(chǎn)生。

3.2 工業(yè)生產(chǎn)結(jié)果與分析

2017年—2019年在選廠開展了工業(yè)試驗，主要考察了旋流器溢流粒度、磨機處理量、鋼耗指標?？疾煲?0.100 mm和-0.028 mm為難選級別，0.100～0.028 mm為易選級別，-0.074 mm粒級產(chǎn)率為磨礦細度考核指標，考核指標見表5、表6。

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由表5可以看出：鋼球尺寸及配比優(yōu)化后，旋流器溢流+0.100 mm粒級產(chǎn)率由31.40%降低至30.86%，0.100～0.028 mm粒級產(chǎn)率由37.80%提高至40.05%，-0.028 mm粒 級 產(chǎn) 率 由30.80%降 低 至29.09%，有效改善了磨礦產(chǎn)品粒度組成，實現(xiàn)了中間粒級產(chǎn)率提高、兩頭粒級產(chǎn)率降低的優(yōu)化目標。

由表6可以看出：球磨機處理量由7 719 t/d提高至11 882 t/d，增產(chǎn)約54%；鋼球單耗由0.95 kg/t降低至0.40 kg/t，降幅約58%。

可見，將現(xiàn)場?4.8 m×7.0 m球磨機的鋼球直徑80、70、60、50、40 mm，配比20∶30∶25∶10∶15，優(yōu)化為直徑80、70、50、40 mm，配比15∶25∶30∶30，可以改善磨礦產(chǎn)品粒度組成，提高球磨機處理量，降低球耗。

4 結(jié)論

（1）某鉬礦石單軸抗壓強度53.7～119.7 MPa、平均83.6 MPa，屬于硬度差異大的礦石，礦石易過磨，且對破碎力的承受能力差異較大；礦石彈性模量（1.76～13.37）×104MPa、平均5.79×104MPa，說明部分礦石脆性較大；礦石泊松比0.66～0.15、平均0.35，說明礦石總體韌性較大，可磨性較差。

（2）針對礦石磨礦效果不理想問題，不同磨礦方案情況下，與現(xiàn)場方案相比，推薦方案溢流產(chǎn)品+0.20 mm粒級產(chǎn)率較低，-0.074 mm與0.15～0.019 mm粒級產(chǎn)率較高，適于選別的中間級別更多；偏大方案溢流產(chǎn)品-0.010 mm粒級產(chǎn)率最低，但+0.20 mm粒級產(chǎn)率最高；偏小方案溢流產(chǎn)品+0.20 mm粒級產(chǎn)率最低、0.15～0.019 mm、-0.010 mm粒級產(chǎn)率均高，過粉碎現(xiàn)象嚴重。因此，總體推薦方案較好。

（3）鋼球尺寸及配比優(yōu)化后，旋流器溢流+0.100 mm粒級產(chǎn)率由31.40%降低至30.86%，0.100～0.028 mm粒級產(chǎn)率由37.80%提高至40.05%，-0.028 mm粒級產(chǎn)率由30.80%降低至29.09%，有效改善了磨礦產(chǎn)品粒度組成，實現(xiàn)了中間粒級產(chǎn)率提高、兩頭粒級產(chǎn)率降低的優(yōu)化目標。

（4）鋼球尺寸及配比優(yōu)化后，球磨機處理量由7 719 t/d提高至11 882 t/d，增產(chǎn)約54%；鋼球單耗由0.95 kg/t降低至0.40 kg/t，降幅約58%。

（5）現(xiàn)場?4.8 m×7.0 m球磨機的鋼球直徑由80、70、60、50、40 mm優(yōu)化為80、70、50、40 mm，配比由20∶30∶25∶10∶15優(yōu)化為15∶25∶30∶30，可以改善磨礦產(chǎn)品粒度組成，提高球磨機處理量，降低球耗。