粗煤泥磨矿工艺过程研究.doc

粗煤泥磨矿工艺过程研究前言Tbs选煤法是现今运用广泛的一种选煤手段，但它灵活性较差，对于性质不同的煤的分选效果并不是很好，在它的尾煤中会具有不少量的精煤，当今煤炭资源紧缺，针对这种现状，应当把Tbs尾煤回收运用，以减少资源浪费。回收运用时需要把煤磨到适合的粒度来进行选别作业，它是分选作业的重要组成部分。为了把脉石及其他矿物同煤互相分开，就必须将煤磨细至一定粒级，才干进行合适的分选工艺；在一定限度上，精煤的回收率随着磨矿细度的减少而增长；磨矿所消耗的动力一般占选煤厂动力消耗的30%以上（谢广元等，选矿学，中国矿业大学出版社，P79 1）,因此磨矿作业在选矿工艺流程中占有很重要的地位.1. 粗煤泥力学性质及强度测定1.1概述固体颗粒群体的摩擦性质和内聚性质是解释颗粒力学性质的基础；颗粒的形变与流动特性对于煤的研磨有重要意义.由于颗粒体较复杂，有关的力学和流变学研究也是很复杂的，我们一般仅考虑颗粒的抗拉强度，剪切强度，摩擦角，压制以及松散状态下的流动等。1.2颗粒接触点上的间力1.2.1固体表面间的摩擦力。摩擦力即互相接触的颗粒间对抗其中一个固体运动的阻力。其正切于接触面，分为静摩擦和动摩擦之分。假如不考虑颗粒间内聚力的非线性影响，那么就有：a摩擦力不取决于接触面，仅仅正比于表面上的正载荷；b动摩擦系数不取决于相对滑动速度，同时它比静摩擦系数小。Coulomb经验定律是合用于表面较干燥洁净的固体颗粒的摩擦规律。（曾凡等，矿物加工颗粒学，中国矿大出版社，P178.N.Soda,Friction and Lubrication,Iwanami Shoten,Tokyo,P40 2）1.2.2颗粒间内聚力a不同尺寸的颗粒间范德华力b静电吸引力c固体桥联联结力，即由于化学反映，烧结，熔触和再结晶而产生的固体桥联联结力是很强的结合力（M.E.Fayed，Handbook of Power Science and Technology（1984），Chapter 5 by Kunio Shinohara，Chapter 9 by Fred M.Thomson）1.3颗粒体的摩擦角特性1.3.1内摩擦角颗粒体的某一单元层面总存在着一个破坏极限，此破坏极限是与一对压应力和切应力组成的。记载颗粒任意面上，加一定垂直应力，并逐渐增长该层面的剪切力，当剪切力达成某一值时，颗粒体沿此面滑动，在该值以上的剪应力不存在。摩擦角表达该破坏极限剪应力和垂直应力的关系，因此可运用Mohr圆和破坏包络线法来描述。（川北公夫等，粉体工程学第六章，武汉工业大学出版社 3）1.3.2安息角安息角是颗粒体运动后所形成的角，其正切值也表达库伦摩擦系数。在忽略内聚力的场合，安息角和摩擦角应当是相同的。安息角测定一般有排出角法，注入角法，倾斜角法，滑动角法和剪切盒法等。1.3.3壁摩擦角和滑动摩擦角（M.E.Fayed，Handbook of Power Science and Technology（1984），Chapter 5 by Kunio Shinohara，Chapter 9 by Fred M.Thomson ）颗粒体在某材料的斜面上，材料斜面倾斜到使颗粒体滑动时，材料斜面与水平面的夹角叫滑动摩擦角。由于颗粒体储运过程中总要与壁面接触，因而颗粒体与壁面形成的摩擦角具有重要的实用性。壁摩擦角是指颗粒体沿刚性壁面滑移形成的摩擦角，故又称表面摩擦角。其测定方法是通过对剪切力测量，绘出壁屈服轨迹（WYL）后得出的。1.4 颗粒体的剪切强度颗粒体的剪切强度定义为为在断裂面上单位面积所需要的总剪切力，是在与破坏平行面上产生的。颗粒体之所以具有抗剪切的强度在于颗粒之间的摩擦，粘聚。拟定剪切强度和应力关系的实验是在剪切盒装置上进行的。詹尼克（Jenike）研制的直接剪切盒在工业实践中得到广泛的运用。1.5颗粒的抗拉强度颗粒体在静止状态开始流动的临界状态下，抗拒拉伸应力的强度成为抗拉强度，通常以颗粒间的一个接触点上的粘聚力及整个颗粒体断裂平面上接触点数目来拟定抗拉强度，而不考虑颗粒间摩擦作用。颗粒体抗拉强度的测量方法分为直接拉伸法和间接拉伸法，其中直接法有垂直拉伸和水平拉伸，间接法有径向压缩实验，折断实验及渗透法等。它是影响磨矿的重要力学性质。1.6颗粒体压制颗粒体压制方法有：活塞压力压制或以水或甘油等介质加压压制，属于静态压制法；而敲击，振动，锻造和爆炸成型等可看作是冲击压制。无论采用何种压制方法都会引起颗粒之间或颗粒内部的应变。其中颗粒体容积随压制压力的变化而变化（3）。1.7可碎性和可磨性可碎性和可磨性反映矿石被破碎的难易，它决定子矿石的机械强度。同一破碎机械，在同一条件下，解决坚硬矿石与解决软矿石相比较，前一情况的生产串较低，功率消耗也较大。结合碎矿和磨矿工艺提出的矿石的可碎性系数和可磨性系数，既反映矿石的坚固限度，也能用来定量地衡量破碎机械的工艺指标，因此，在以后有关的计算中经常用到。下表1.1普氏岩石分级表a将每一种岩石划分到这种或那种等级时，不仅仅单独地按照其名称，并且必须按照岩石的物理状态，并根据它的坚固性与分级表中列出的诸岩石进行比较。风化的、破碎的、打坏成个体的，经断层挤压过的，接近于地表的等状态岩中，一般说来，应当把它划分比处在完整状态的同种岩石稍低的等级中。b上述的岩石坚固性系数，可以认为是对不同方面岩石相对坚固性的表征，它在采矿中的意义在于：1）手工开采时的采掘性；2）浅眼以及深孔的凿眼性；3）应用炸药时的爆破性；4）在冒落时的稳定性；5）作用于支架上的压力等等。但同时必须注意到：在分级表中指出的数值是对某一类岩石中所有岩石而言的（例如：页岩类，石英岩类，石灰岩类等等），而不是对其中某个别岩石而言的；因而，在特定情况下确定f值时，必须十分慎重，并且这一f数值在不同的情况下是不同样的。可碎性系数和可磨性系数的表达法有多种，选矿上常用的如下：通常用石英代表中档硬度的矿石，它的可碎性系数和可磨性系数都是1。硬矿石的强度大，可碎性系数和可磨性系数都小于1，破碎机械解决它的生产率比解决中硬矿石的低。软矿石的强度小，这两种系数都大于1，破碎机械解决它的生产率就比解决中硬矿石的大。根据碎矿和磨矿的规定编制的岩矿强度分级表，既未统一，也欠完善，国内的岩矿强度资料收集得少，因此，尚难编出符合我国实际情况又满足碎矿和磨矿规定的岩矿强度分级表。碎矿和磨矿中用的岩矿强度分级表，也许由普氏岩石分级表简化来的。简化的结果，各书并不一致，有简化为三级、四级或五级的。按岩矿强度等级划分可碎性系数和可磨性系数，以后用于设备的生产能力计算。讲这些计算方法时，还要列出各法所用的岩矿等级，这里仅介绍一般情况，以供参考2. 粗煤泥磨矿的力学过程任何一种碎矿机和磨矿机都不是只用一种力破碎矿石，通常是以某种力为主，配合上其他种类力的作用，因此，破碎机械施于矿石的力是复杂的。为了便于分析和研究，经常着重考虑重要的力，对于其他种力的影响仅作附带考察。机械的施力情形不同，应当考虑的矿石的强度种类也有区别。对于压碎，应当考虑矿石的抗压强度；对于劈开，要注意它的抗拉强度；对于折断，要注意的是矿石的抗弯强度；磨剥矿石时，就应当考虑它的抗剪切强度。破碎机械都是用它的工作部件以动载荷反复作用于矿石，因而具有一定的冲击效果。当矿石被冲击时，就应当考虑它的抗冲击强度。在以后学习各种破碎机械的工作原理时，对它们的施力情况，应当分清楚。例如矿石在颚式碎矿机的齿板间被破碎时，受到劈开作用，矿石的抗劈开强度约为抗拉伸强度的1.2倍。假如明白破碎机械的施力情形必须与矿石性质相适应的道理，也就可以对它们作分析了。磨矿机的磨矿力学过程同破碎机大体相同。这里暂用破碎机作用机理来评估起磨矿力学过程。3. 磨矿机结构简介磨矿作业所用设备称为磨矿机，根据磨矿介质的类型可以分为球磨机、棒磨机、砾磨机、砾磨机等。根据排矿方式可以分为溢流型磨矿机、格子型球磨机、周边排料式磨矿机等。根据筒体形状的不同可以分为短筒型磨矿机、长筒型磨矿机、圆锥型磨矿机等。应用领域为磨矿机重要应用在钢铁、冶金、矿山等行业。在这里重要介绍球磨机和棒磨机。3.1棒磨机棒磨机是由筒体内所装载研磨体为钢棒而得名的，棒磨机一般是采用湿式溢流型，可作为一级开路磨矿使用。棒磨机重要由以下几部分组成：筒体部分：筒体上开有人孔，供检修和更换筒体内衬板时使用。给料部分：供进料时使用。 排料部分：供棒磨机排出合格产品时使用。主轴承部分传动部分根据需要，棒磨机从传动形式上分为左旋和右旋，从排料形式上分为周边出料和中心出料两种。工作原理：供货时按电机通过减速装置驱动筒体回转，筒体内的碎矿石和钢棒在筒体回转时受摩擦力和离心力作用被衬板带到一定高度后由于重力作用，便产生抛落和泻落，矿石在冲击和研磨作用下逐步被粉碎。被粉碎的矿石经排料部分排出筒外。供料机连续均匀地喂料，矿石经联合进料器连续均匀地进入棒磨机，被磨碎的物料源源不断地从棒磨机中排出。棒磨机是可以天天24小时连续工作的粉磨设备。3.2球磨机球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。球磨机是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一。其种类有很多，如手球磨机，卧式球磨机，球磨机轴瓦，节能球磨机，溢流型球磨机，陶瓷球磨机，格子球磨机等。 球磨机合用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业，可分 球磨机为干式和湿式两种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。机体结构球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等重要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，具有良好的耐磨性。本机运转平稳，工作可靠。 球磨机主机涉及筒体，筒体内镶有用耐磨材料制成的衬，有承载筒体并维系其旋转的轴承，还要有驱动部分，如电动机，和传动齿轮，皮带轮，三角带等。 关于叫叶片的零件，一般不是重要部件，在进料端的部件进料口内有内螺旋可称其内螺旋叶片，在出料端的部件出料口内有内螺旋也可称其内螺旋叶片。 此外在出料端的辅助设备中假如用螺旋运送机，在该设备里会有叫螺旋叶片的零件，但是严格的说，它已经不算球磨机的零件了。 根据物料及排矿方式，可选择干式球磨机和湿式格子型球磨机。节能球磨机，采用自动调心双列向心球面 滚子轴承，运转阻力小，节能效果显著。筒体部分，在原有筒体出料端增长了一段圆锥筒体，既增长了磨机的有效容积，又使筒内介质分派更加合理。 工作原理球磨机是由水平的简体，进出料空心轴及磨头等部分组成，简体为长的圆筒，筒内装有研磨体，筒体为钢板制造，有钢制衬板与简体固定，研磨体一般为钢制圆球，并按不同直径和一定比例装入筒中，研磨体也可用钢段， 根据研磨物料的粒度加以选择，物料由磨机进料端空心轴装入筒体内，当球磨机简体转动时候，研磨体由于惯性和离心力作用，摩擦力的作用，使它帖附近筒体衬板上被筒体带走，当被带到一定的高度时候，由于其自身的重力作用而被抛落，下落的研磨体像抛射体同样将筒体内的物料给击碎。 球磨机所用钢物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机第一仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在第一仓达成粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料箅板排出，完毕粉磨作业。 筒体在回转的过程中，研磨体也有滑落现象，在滑落过程中给物料以研磨作用，为了有效的运用研磨作用，对物料粒度教大的一般二十目磨细时候，把磨体筒体用隔仓板分隔为二段，即成为双仓，物料进入第一仓时候被钢球击碎，物料进入第二仓时候，钢端对物料进行研磨，磨细合格的物料从出料端空心轴排出，对进料颗粒小的物料进行磨细时候，如砂二号矿渣，粗粉煤灰，磨机筒体可不设隔板，成为一个单仓筒磨，研磨体积也可之用钢段。 重要技术参数表1.2规格型号筒体转速(r/min)装球量(t)进料粒度(mm)出料粒度(mm)产量电机功率(kw)重量(t)(t/h)900180036381.5200.075-0.890.65-218.54.69003000362.7200.075-0.891.1-3.5225.612002400363250.075-0.61.5-4.8301212003000363.5250.074-0.41.6-53712.81200450032.45250.074-0.41.6-5.85513.81500300029.77.5250.074-0.42-57515.6150045002711250.074-0.43-611021150057002812250.074-0.43.5-613024.71830300025.411250.074-0.44-10130281830450025.415250.074-0.44.5-12155321830640024.121250.074-0.46.5-15210341830700024.123250.074-0.47.5-17245362100300023.715250.074-0.46.5-36155342100450023.724250.074-0.48-43245422100700023.726250.074-0.48-48280502200450021.527250.074-0.49-4528048.52200650021.735250.074-0.414-2638052.82200700021.735250.074-0.415-28380542200750021.735250.074-0.415-3038056240030002123250.074-0.47-5024554240045002130250.074-0.48.5-60320652700400020.740250.074-0.412-80400942700450020.748250.074-0.412-90430102320045001865250.074-0.4按工艺条件定800137 规格型号筒体转速(r/min)装球量(t)进料粒度(mm)出料粒度(mm)产量电机功率(kw)重量(t)(t/h)900180036381.5200.075-0.890.65-218.54.69003000362.7200.075-0.891.1-3.5225.612002400363250.075-0.61.5-4.8301212003000363.5250.074-0.41.6-53712.81200450032.45250.074-0.41.6-5.85513.81500300029.77.5250.074-0.42-57515.6150045002711250.074-0.43-611021150057002812250.074-0.43.5-613024.71830300025.411250.074-0.44-10130281830450025.415250.074-0.44.5-12155321830640024.121250.074-0.46.5-15210341830700024.123250.074-0.47.5-17245362100300023.715250.074-0.46.5-36155342100450023.724250.074-0.48-43245422100700023.726250.074-0.48-48280502200450021.527250.074-0.49-4528048.52200650021.735250.074-0.414-2638052.82200700021.735250.074-0.415-28380542200750021.735250.074-0.415-3038056240030002123250.074-0.47-5024554240045002130250.074-0.48.5-60320652700400020.740250.074-0.412-80400942700450020.748250.074-0.412-90430102320045001865250.074-0.4按工艺条件定8001374. 磨矿工艺参数对磨矿结果的影响在这里我们用棒磨机和球磨机各自研磨山东孝义选煤厂TBS粗煤泥作为对比，运用能耗和浮选完善指标作为磨矿机评估指标。粗煤泥原煤性质：表1.3原煤筛分表粒度 mm综合级/%筛上物累计/%占本级灰分占本级灰分2.0-1.51.6833.981.6833.98 1.5-1.06.2337.77 7.9136.97 1.0-0.526.7944.55 34.742.82 0.5-0.2523.4946.98 58.1944.50 0.25-0.12527.9747.96 86.1645.62 0.125-0.0755.9654.78 92.1246.22 0.12552.726.82 59.8726.82 59.87 0.075-0.1252512.72 50.8539.54 56.97 0.045-0.07535.418.02 45.6757.56 53.43 0.1252914.64 62.5614.64 62.56 0.075-0.12526.313.28 52.1427.92 57.60 0.045-0.07529.815.04 45.3542.96 53.31 0.04511357.04 43.25100.00 47.57 合计198.1100.00 表1.7原煤棒磨浮选实验数据 磨矿10min 煤样75g 原煤灰分 47.66%柴油g/t仲辛醇g/t精煤尾煤加权灰分%可燃体回收率 %浮选完善指标 %重量 g产率 %灰分 %重量 g产率 %灰分 %01028.80 38.81 19.64 45.40 61.19 65.45 47.67 59.59 43.60 502032.90 44.04 22.16 41.80 55.96 67.68 47.63 65.50 45.02 1003035.30 47.32 23.74 39.30 52.68 69.13 47.65 68.94 45.37 150033.20 44.56 23.44 41.30 55.44 67.20 47.70 65.19 43.27 2001535.70 48.11 24.54 38.50 51.89 69.10 47.66 69.37 44.59 25025(17)34.90 46.78 22.52 39.70 53.22 69.71 47.63 69.25 47.15 2503037.00 49.66 24.78 37.50 50.34 70.17 47.63 71.37 45.55 表1.8原煤球磨浮选实验数据 磨矿22min 煤样75g 原煤灰分 47.57%柴油g/t仲辛醇g/t促进剂（20c)g/t精煤尾煤计算入料灰分%可燃体回收率 %浮选完善指标 %产率 %灰分 %产率 %灰分 %0107538.65 17.80 61.35 66.23 47.51 60.51 46.13 502020042.13 19.52 57.87 68.01 47.58 64.58 47.38 100305043.81 20.90 56.19 68.33 47.55 66.01 46.85 150015040.53 19.88 59.47 66.45 47.58 61.85 45.00 20015041.76 20.99 58.24 66.56 47.53 62.85 44.50 2502510046.17 22.74 53.83 68.89 47.58 67.95 45.97 2503020046.37 22.77 53.63 68.97 47.55 68.21 46.11 （3）数据分析通过筛分表可以看出球磨机磨矿比棒磨机较好，它的粒度较为均匀，从0.5mm-0.25mm到0.045它各部分产率依次增多，有较强的规律性，棒磨机则没有。通过浮沉实验表可以看出，球磨机的磨矿效果较好，它的精煤灰分低于棒磨机精煤灰分，浮选完善度也高于棒磨。能耗Q=P*T,Q球=22/60*0.75=0.275kw,Q棒=10/60*0.55=0.092kw,从能耗上看球磨是棒磨的3倍4.1 配比对磨矿效果的影响4.2磨矿时间对磨矿效果的影响取煤样1kg放入棒，球磨机中，准备好计时器，0.5mm筛子。开动机器，每隔1min停止机器，均匀取出少量煤样放入0.5mm筛子中进行手动筛分，以检查粒度组成。当所取样品的粒度所有小于0.5mm后，磨矿机停止工作，记录磨矿机磨矿数据表1.9球磨机数据 取样1kg 筛后955g 0.5mm筛孔时间/min取量/g筛上物/g筛下物/g累计产率/%12071773014.49 2135954029.63 3120714940.83 4126646249.21 5110506054.55 6128596953.91 7104416360.58 8157589963.06 9132409269.70 10100257575.00 111322710579.55 121201510587.50 131181010891.53 14127811993.70 15130.83.5127.397.32 16110.82108.898.19 171281.1126.999.14 181360.8135.299.41 19132.30.4131.999.70 20130.30.2130.199.85 21109.30.05109.2599.95 221200120100.00 图1.1磨矿累计产率/%0.0050.00100.00150.001471013161922时间累计产率/%累计产率/%由上图可知在一定期间内磨矿粒度累计产率随时间的增长而增大，到22min时产率为100%，当磨矿时间超过22min时，会出现过磨现象，过磨既影响浮选效果同时也产生了能量消耗，对生产极为不利。不同磨矿时间对浮选效果的影响实验：（1）实验环节a分别取1kg原煤放入球磨机中磨矿，其磨矿时间分别为20min，30min，40min，50min，60minb用这5种磨后煤样依次做浮选实验c记录实验数据，分析磨矿时间对其影响（2）实验数据表1.10煤样45g 灰分47.61% 加六偏磷酸钠0.5%和柴油50g/t球磨时间min精煤尾煤加权灰分%可燃体回收率%浮选完善指标%重量g产率%灰分%重量g产率%灰分%2011.826.46 20.38 32.873.54 57.49 47.67 40.21 28.88 3014.231.70 14.30 30.668.30 63.14 47.66 51.85 42.33 406.915.54 31.19 37.584.46 50.66 47.63 20.41 10.23 5012.728.67 21.71 31.671.33 57.98 47.58 42.84 29.77 6010.222.97 25.23 34.277.03 54.32 47.64 32.79 20.61 图1.2（3）数据分析通过浮选实验我们可以看出球磨机磨矿20min时效果最佳，当磨矿时间少于它或者大于它时效果远远不好。所以于此可见，磨矿时间并不是单存的越长越好，而是需要达成一个适合的时间，时间太短，磨矿不充足；时间太长，则出现过磨现象。4.3 磨矿工艺参数对浮选效果数学模型的建立