磨礦過程的耗能與節能

如圖2所示，磨礦過程中有三次大的能量損失。第一次能量損失是電動機將電能轉變為機械能時產生的。該損失的大小取決于電動機的效率，按目前電動機的制造水平，效率一般為90%-95%,電動機損失約占總能耗的5%-10%,這部分損失較小，也難于降低，此環節上節能潛力不大。第二次能量損失是從電動機輸出的機械能經傳動系統而轉變為磨礦介質的機械能時產生的。該損失大小取決于傳動效率高低。按目前的機械制造水平，這部分損失通常占總能耗的10%-15%。多年來曾搞過以滾柱軸承代替滑動軸承、采用液力靜壓軸承和采用環形馬達直接傳動等辦法，但此部分能量損失比例不大，節能的效果有限，節能潛力也不大。第三次能量損失是介質的機械能轉變為礦石的表面能時

產生的。經前面兩次能量損失后，轉變為介質的機械能時還有75%-85%的總能量。這樣多的能量用于破碎礦石，一部分成為有用功，另一部分成為破碎損失功。目前的測試技術無法測出破碎損失功，也就無法知道有用功的比例。但各種測試和研究說明，破碎損失功相當大，有用功特別是產生礦石新表面積的能相當少，少到可以忽略不計的程度。有的學者研究說明，用石英磨碎的資料計算時僅只輸入功的0.3%用于增加表面積。筆者也作了一個偏 高的計算：固體表面能不大，約（0.0124～0.5) ×10J/cm2，而一般磨礦細度下物料的比表面積通常只有3000～4000cm2/g,如果礦石由破碎產品磨碎到0.074mm時能耗取40kW • h/t,則可算得物料新生表面能充其量只占總能耗的1. 39%。這均是按偏高值算的，也仍然很小。可見，有用功占的比例確實少，絕大部分能量幾乎全變為磨碎損失功。這些磨碎損失功通過摩擦而轉變為熱能散失在介質空間。濕式磨機排礦口出來的液液溫度比給礦高出10℃以上就是證明。國外有人作過磨礦機的能量平衡研究，也證實物料、磨礦介質與襯板間相互摩擦產生的熱量占磨礦過程能 量損失的絕大部分，詳見表9所示。

 

上述磨礦過程的能量損失分析表明：①磨礦過程中輸入的能量，真正用于產生表面積的能量很少，絕大部分通過摩擦呈熱能損失掉了。因此，存在著節能的巨大潛力。②最大的能量損失是 由各種破碎損失功構成的。節能的重點應放在如何提高介質破碎 礦石的效率上，即如何使介質的機械能轉換為產品的表面能。③ 影響磨礦過程的因素極多，即可調參數極多，把各個參數調整到 有利于介質破碎礦石的水平上就能起到節能的效果。也就是說，磨礦過程節能的路子是十分寬廣的。但是，磨礦是一個靠鋼球的打 擊和磨剝來完成的力學過程。要提高過程效率就必須抓住這一關 鍵環節，即抓住鋼球破碎礦石的力學過程來進行研究。從鋼球破 碎礦石的過程來分析，造成磨礦效率低和能耗高的原因中至少有 如下三條是與鋼球有關的。

 

（1）碎礦機中的破碎是一種約束破碎，較粗的礦塊被夾持在破碎腔內破碎，破碎力能有效地施于礦石上面，礦塊破碎的效率 高。磨礦機中的破碎則不相同，它處理的物料粒度細，不可能實 施約束破碎，而是靠介質落下的沖擊和研磨作用，沖擊帶有隨機 特征，研磨的約束作用弱，故破碎的概率低。有人對幾種碎磨設 備產生單粒破碎的概率排列如表10。表10說明，球磨機破碎概率 是非常低的。破碎的概率越低，破碎過程的能量損失越大從磨礦機破晬力的特性和破碎概率低的特點出發可以得出結 論：應該在保證破碎力足夠的前提下盡量增加球數，從而提高打 擊次數和增大研磨面積。

 

(2)磨碎作用是通過介質實現的，介質尺寸選擇恰當與否對 磨碎過程影響很大。介質尺寸過大，打擊次數過少，過大的破碎 力又往往發生貫穿破碎，同時研磨面積小，研磨能力弱。介質尺 寸過小，破碎能量不足，一次實現不了破碎時礦粒接受的變形能 又作彈性恢復而使能量損失。礦粒經多次破碎力作用而達到疲勞極限時也能破碎，但破碎概率低。當球徑和礦石粒度相適宜時，破 碎力作用精確，破碎作用往往從結合力弱的晶介面上破裂，既節省能耗又增加礦物解離的選擇性。表11舉出礦石細磨（處理物料粒度0. 3mm)下介質尺寸對小于一0. 074mm產率的影響，說明過大過小的球徑細磨效率均低，尺寸恰當時效率才最高。

 

(3)磨礦機中處理的物料粒度較細，具有一定的體積濃度，磨 礦過程中鋼球與鋼球或鋼球與襯板接觸是經常發生的。由于鋼件對鋼件的硬碰硬，會造成鋼件的變形及磨損。而這個磨損還是很嚴重的。包括與礦石的磨損在內，磨1t礦僅鋼球消耗就達1.5kg 左右。生產實踐證明，磨礦中的能耗往往和鋼耗成正比，一般耗球0. 035～0. 175kg/kW • h,鋼耗高時能耗也高。鋼耗除了與球和襯板的材質有關系外，還與鋼球的尺寸直接有關：鋼球尺寸大的鋼耗就高，因此，在打擊力足夠的情況下應盡量減小鋼球尺寸，過大的鋼球尺寸是有害的，不但磨礦效率低，鋼耗及電耗也高。