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粗磨、细磨的工艺特征及对球径选择的要求

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A.F.塔加尔特曾按磨矿产品粒度粗细将磨矿划分为三个范围:粗磨(产品粒度3.3~0.83mm)、中磨(产品粒度0.61~0.21mm)和细磨(产品粒度0.15mm或更细)。但在实际选矿工业生产中,由于磨矿流程结构和经济因素的限制,磨矿通常被划分为粗磨及细磨两个阶段,粗磨通常指磨矿产品粒度0.15mm以上的磨矿,而给矿粒度0.15mm以下的算细磨。这里就按粗磨及细磨两个阶段来讨论。

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粗磨和细磨虽然属于不同粒度范围的矿料磨碎,但由于磨碎的粒度不同,导致两个阶段的磨矿工艺特征有许多重大的差异,对球径的选择也就有许多不同的要求。下面分别讨论粗磨和细磨阶段的工艺特征以及对球径选择的要求。

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(1)粗磨处理的物料粒度范围宽,磨矿比大,细磨处理的物料粒度范围窄,磨矿比小。我国粗磨机处理的物料粒度很宽,通常较大粒度达25mm左右,好一些的可达20~15mm,如果按磨到0.15mm(-0.074mm占80%左右)计算,磨矿比会达166~100。细磨的给矿粒度按0.30mm计算,产品粒度按0.074mm计,磨矿比只有4。可见,粗磨的磨矿比比细磨的大得多。

粗磨的粒度范围很宽,为了提高磨矿效率就必须对钢球实行多级配比,而且钢球对磨矿过程也有影响。因此,粗磨除了保证各粒级的钢球尺寸精确外,还有一个重要的问题就是各级球径的合理配比。俄罗斯的选矿学者研究指出,首段粗磨机中合理配球后可使生产能力提高30~40%。细磨本身给料粒度范围就很窄,磨矿比很小,因此,球径的精确选择是主要问题,而球径的配比却意义不大,用一两种球即可。

(2)粗磨时破碎的粒度粗,尽管粗矿块的力学强度因裂纹多而强度低,但由于尺寸较大,故仍需要大的打击力,因此,粗磨应采用抛落式工作状态,让钢球有大的下落高度,保证钢球以冲击破碎作用为主。细磨破碎的粒度细,尽管细矿粒的力学强度因裂纹少而强度高,但毕竟矿粒尺寸小,需要的打击力小。因此,细磨应采用泻落式工作状态,让钢球作充分的滚动磨剥,轻微的冲击作用即已足够。这里不妨作一个具体计算可以更直观地说明问题。按表(3-5-4)中提供的数据,15mm粗粒的破坏强度是89.15MPa(891.5kg/cm2),计算下来,破坏直径15mm的球形矿粒需要的破坏力为15750N(1575kg)。而0.15mm矿粒的力学强度高,为178.5(1785kg/cm2),为15mm粗粒强度的两倍。但破坏直径0.15mm球形矿粒需要的破坏力仅为3.15N(0.315kg)。15mm矿粒的直径为0.15mm矿粒的100倍,但15mm矿粒需要的破坏力为0.15mm矿粒需要的破坏力的5000倍。因此,粗磨需要大的冲击力破碎,而细磨只需要轻微冲击,主要靠磨剥力磨细。这样,粗磨应保证冲击力足够,而细磨应保证磨剥面积足够大,即粗磨应用大球,细磨应用小球,大球有大的冲击力,小球有大的研磨面积。抛落式工作有大的冲击力,泻落式工作有强的研磨作用和轻微冲击作用。

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(3)粗磨靠冲击,应保证钢球和衬板上粘上一层粗粒,在冲击时能使冲击更有效,故粗磨中应保证矿浆有较高浓度,约75%~80%。细磨中矿粒本身就很细,还有部分呈悬浮状态,矿浆本身的粘度就较大,较高的矿浆浓度会产生大的浮力,对细磨的小直径钢球影响大,故细磨中应采用较稀的矿浆浓度,约50%~65%即够。

(4)细磨时矿粒强度大,需破碎的矿粒小,过程条件难控制,导致细磨过程效率低,电耗高。因此,提高细磨效率对细磨具有特别重要的意义。而提高细磨效率的关键在于大幅度地增大研磨面积。要做到这点只有采取减小球径增加球数的办法。故对细磨而言,在保证磨碎力足够的前提条件下应该使球径愈小愈好。对于粒度0.15mm的给矿,细磨的球径’ 8~10mm已足够。但由于这么小的钢球生产困难和成本高,且在使用中易从卧式磨机中排出,所以,国内细磨生产中使用的较小球径只能降至30mm,国外也只能降至15~30mm。如果要采用更小的球径,只能研制适应小球磨矿的新型球磨机。目前的细磨生产中钢球直径可以降至30mm,甚至降至20或15mm。但是,正如前面指出的那样,细磨也需要轻微的冲击力,钢球也需要一定的质量,笔者的试验研究证实,对一定粒度的给料,存在一个钢球尺寸的下限临界值,低于这个临界值时细磨效率也要下降。

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(5)无论金属矿或非金属矿,选矿前的磨矿均属解离性磨矿,而且磨矿产品都要经过选矿。无论重选、浮选或磁选,都受粒度的限制,过度的粉碎都是有害的。而细磨中的过粉碎是比较严重的,因此,在细磨中如何寻求细磨效率高而过粉碎又轻的磨矿介质来取代小钢球是一个有意义的问题。笔者通过多年研究并在若干厂矿做过工业试验,得出短柱形介质用于取代小钢球细磨不仅效率高,而且过粉碎轻的结论,并推荐作为新型细磨介质,目前已在全国许多选厂获得应用。这一点后面将详细介绍。

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