借助他方试验预测自磨_半自磨单位能量的方法.pdf
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1、:98doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2024.03.012借助他方试验预测自磨/半自磨单位能量的方法有色金属(选矿部分)2024年第3期吴建明(矿冶科技集团有限公司,北京10 0 16 0)摘要:自磨/半自磨单位能量是自磨/半自磨设备选型的主要参数。自磨/半自磨单位能量预测是自磨/半自磨流程设计的重要环节。目前自磨/半自磨单位能量大多通过现代自磨/半自磨试验方法进行预测,这些试验方法一般由专门开发的实验室试验和计算机模拟软件组成,各自形成独立的体系。然而,有一些特殊类型的自磨/半自磨单位能量预测方法不是开发自已的试验方法,而是借用Bond功指数试验、JKTech落重
2、试验、半自磨功率指数(SPI)试验等他方的现有成熟试验方法获得必要的参数,用于自已开发的预测计算方法中,以低成本享有其存在的空间和独特的优势。本文介绍了利用Bond功指数的方法、澳大利亚Ausenco公司的方法、加拿大OMC公司的方法和澳大利亚DBC公司的方法等4种这一类自磨/半自磨单位能量的预测方法。关键词:自磨/半自磨;单位能量;Bond功指数试验;JK落重试验;SMC试验;半自磨功率指数(SPI)试验;效率系数中图分类号:TD921+.4Methods of Predicting Specific Energy of Autogenous and SemiAutogenous Grind
3、ing by Means of Others Tests(BGRIMM Technology Group,Beijing 100160,China)Abstract:Specific energy required for autogenous grinding/semi autogenous grinding(AG/SAG)isthe main parameter for AG/SAG equipment selection.Prediction of specific energy required for AG/SAG isan important part of AG/SAG circ
4、uits design.At presen,specific energy required for AG/SAG is mostlypredicted by modern AG/SAG test methods,which are generally composed of specially developedlaboratory tests and computer simulation software,each forming an independent system.However,somespecial types of prediction methods of specif
5、ic energy required for AG/SAG do not develop their own testmethods,but borrow Bond work index test,JKTech drop weight test,SAG power index(SPI)test andother existing mature test methods to obtain necessary parameters for their own developed predictioncalculation methods,to enjoy its existence of spa
6、ce and unique superiority with low cost.This paperintroduces such four kinds of prediction methods of specific energy required for AG/SAG,including themethod with Bond work index,the method of Ausenco,the method of OMC and the method of DBC.Key words:autogenous grinding/semi autogenous grinding(AG/S
7、AG);specific energy;Bondwork index test;JKTech drop weight test;SMC test;SAG power index(SPI)test;efficiency factor自磨/半自磨由于生产能力强和流程简单成为矿物加工过程的重要粉碎作业方法。可靠的预测自磨/半自磨单位能量是自磨/半自磨成功应用的必要前提。自磨/半自磨单位能量是自磨/半自磨设备选型的主要参数,自磨/半自磨单位能量预测是自磨/半自磨流程设计的重要环节。2 0 世纪8 0 年代以前,文献标志码:AWU Jianming自磨/半自磨单位能量预测主要采用半工业试验的方法,该方法
8、消耗大量人力、物力、财力和时间。8 0年代中、后期以来,出现了多种以实验室试验和计算机模拟相结合的现代自磨/半自磨试验方法,逐渐替代了以半工业试验为主的方法。这些试验方法主要有:JK落重试验、SMC试验、半自磨功率指数(SPI)文章编号:16 7 1-9492(2 0 2 4)0 3-0 0 98-0 9收稿日期:2 0 2 3-11-2 0作者简介:吴建明(195 1一),男,山西省屯留县人,学士,研究员,主要从事粉碎技术研究。2024年第3期试验、MacPherson自磨可磨性试验、标准自磨设计(SAGDesign)试验等。这些试验方法都开发了各自的实验室试验方法和计算机模拟设计软件,这些
9、技术都不是轻易形成的,都有一定的技术特点,开发过程凝聚了大量的技术、资金和人力投入,不是任何公司都有能力开发的。这些方法中的实验室试验方法都比较简单,一般都作了较全面的公开报道;但计算机模拟设计软件则含有较密集的技术,一般只公开基本模型和主要思路,而不公开内部程序等核心技术。因此,其他公司很难直接使用这些技术。在这种情况下,一些自磨/半自磨设计公司另辟蹊径,不是开发自已的自磨/半自磨试验方法,而是借用他方公开的成熟试验方法获得必要的参数,用于自已开发的单位能量预测方法中。这些方法避免了复杂的试验开发过程和高昂的试验开发成本,具有其独特性。它们虽然不是自磨/半自磨单位能量预测方法的主流,但由于那
10、些主流方法的实际应用不但成本高,而且仍然存在各自的缺点,都会产生一定的误差,因此自磨/半自磨单位能量预测中往往需要采用不同的方法予以验证,从而使这些非主流方法以其较低的成本具有存在的空间和独特的优势。1利用Bond功指数预测自磨/半自磨单位能量的方法1.1早期的粉磨功率法20世纪8 0 年代,原加拿大WRIGHT工程师有限公司开发了用Bond功指数预测自磨/半自磨一球磨流程所需单位能量的方法,90 年代将该方法称为粉磨功率法(Grindpower)-41。这一方法不是开发自己的自磨/半自磨试验方法,而是借用Bond可磨性试验获得Bond功指数,用在自已开发的预测自磨/半自磨一球磨流程所需单位能
11、量的经验公式中。Bond功指数是美国AllisChalmers公司的Bond和我国浙江大学的王仁东提出的粉碎第三理论中反映常规粉碎单位能量的参数,但粉磨功率法的开发者通过深人研究和适当处理使Bond功指数同样适用于自磨/半自磨单位能量的计算。1.1.1Bond功指数预测自磨/半自磨单位能量粉磨功率法利用Bond功指数预测自磨/半自磨一球磨流程中自磨/半自磨所需单位能量的方法是:将自磨/半自磨过程从给料到最终产品按照粒度分为三段,第一段从自磨/半自磨给料粒度到相当于棒磨机给料的粒度,用Bond低能破碎功指数计算这段需要的能量;第二段从相当于棒磨机给料的粒度吴建明:借助他方试验预测自磨/半自磨单位
12、能量的方法各个粒度值需要预先设定。1.1.2用Bond功指数预测球磨单位能量粉磨功率法预测自磨/半自磨一球磨流程中球磨所需单位能量的公式见式(2)。EBM=10XWaX(P=0.5-Ps%)XKB式中,EBM为球磨机小齿轮轴上的单位能量,kWh/t;P.为球磨产品中8 0%通过的粒度,m。1.1.3自磨/半自磨机规格的确定粉磨功率法还采用其Grindpower磨机规格确定程序,使用功率数(Power number)计算确定自磨/半自磨机规格。计算确定磨机规格的经验公式为:ENet=PNXp.XD2.5XL(3)式中,ENet为测定的磨机净功率,kW;Pn 为从磨机功率测定结果计算的功率数,考虑
13、了磨机速度和磨机筒体和两锥端内的负荷运动的所有方面:磨机负荷内的冲击破碎、磨损、磨蚀、摩擦和旋转,从磨机内发出的热和声、气流损失、磨机负荷的形状、磨机负荷重力中心位置的不确定性,磨机负荷的粒度分布和空载功率;p.为磨机负荷密度,kg/m;D为有效磨机直径,即筒体衬板内部直径,m;L为有效磨机长度(EGL),即磨机筒体内部圆筒部分长度,m。99到相当于棒磨机产品的粒度,用Bond棒磨功指数计算这段需要的能量;第三段从相当于棒磨机产品的粒度到自磨/半自磨产品粒度,用Bond球磨功指数计算这段需要的能量。然后将这三段能量相加,并乘以一个1.2 5 的效率系数,以补偿自磨/半自磨与常规粉碎相比的低效性
14、,即为自磨/半自磨需要的单位能量。粉磨功率法的自磨/半自磨经验公式为:EsAc=1.2510XWic X(P0.5-F0.5)+10XWiRX(PR 0.5-Fr 0.5)X K R +10 X W a X(110-0.5-FB0.5)X KBJ-10 XWB X(110-0.5-PsA)XK:(1)式中,EsAG为预测的自磨/半自磨机小齿轮轴上的单位能量,kWh/t;Wic、W ir 和WiB为分别为Bond低能破碎功指数、Bond棒磨功指数和Bond球磨功指数,kWh/t;Pc和Fc分别为第一段产品和给料中80%通过的粒度,m;PR和Fr分别为第二段产品和给料中8 0%通过的粒度,m;F为
15、第三段给料中80%通过的粒度,m;Ps A c 为自磨/半自磨产品中80%通过的粒度,对自磨/半自磨一球磨流程也就是过渡粒度Tso,m;Kr为棒磨机效率系数EF的混合,直径系数除外;KB为球磨机效率系数EF的混合,直径系数除外。其中第三段的给料粒度为恒定值110 m,其余(2):100:(pa+p)(1-0.)+pp0.=(4)式中,Pb、p 和。为钢球、总负荷和矿石体积占磨机有效容积的体积分数;为负荷内的空隙占负荷的体积分数;pb、p。和p分别为钢球、矿石和矿浆的密度,kg/m。确定了需要的净粉磨功率后,在Grindpower磨机规格确定程序中输入驱动类型(单小齿轮轴、双小齿轮轴或无齿轮驱动
16、)、处理要求生产能力的预期磨机数量、预先考虑的球荷体积、磨机总体积充填率、磨机临界转速和磨机内矿浆密度等条件。Grindpower磨机规格确定程序给功率数赋值后计算初步磨机直径和D:L值(在短筒型磨机情况下为3:1)。将这一初步直径调整到最接近的标准名义直径,然后重新计算有效筒体长度(EGL)。输人标准磨机EGL并对例如磨机速度等操作条件进行略微调整,使计算的磨机EGL与选择的标准EGL一致。在其他操作条件下重复这一过程并检查需要的净驱动功率以保证其高于粉磨需要的功率。为了确定电动机功率,按提示输人预先考虑的最大球荷,如果必要在较高的磨机速度下再重复。然后计算电动机功率和选择标准电动机功率。这
17、一方法可以用于确定短筒型和长筒型自磨/半自磨机以及砾磨机规格。需要注意的要点是,对任何运转的自磨/半自磨机,可以通过经控制的“突然”停车,根据详细观察的磨机内部情况计算功率数。1.2美国Fluor公司预测自磨/半自磨单位能量的方法2010年以来,美国Fluor公司对多年应用粉磨功率法的经验进行了分析和总结,根据其结论对自磨/半自磨一球磨流程单位能量计算方法进行了全面改进。研究认为,Bond功指数是预测半自磨一球磨流程(SAB)、半自磨一球磨一砾石破碎流程(SABC)和单段半自磨流程(SSS)中半自磨机和球磨机所需单位能量的卓越工具。然而到目前为止,未见Fluor公司关于其方法计算公式的报道 3
18、1.2.1用Bond功指数预测自磨/半自磨单位能量Fluor公司的方法适合以原矿为给料、以部分或全部第二段破碎产品为给料的半自磨,以及仿效砾石破碎对半自磨单位能量的影响。Fluor公司的方法假设半自磨机以正常的方式操作,也就是不存在以下情况:过多的提升板、不适当的衬板设计、堵塞格子板、过高的浓度或过小的补加球尺寸。Fluor公司的方法计算自磨/半自磨单位能量的主要特点是:有色金属(选矿部分)1)以Bond棒磨功指数为主,因为Bond功指数棒磨机使用的钢棒充填率为12%,与大量的生产半自磨机的钢球充填率一致。由于118 0 m Bond棒磨功指数的计算结果与实际自磨/半自磨能量比较吻合,因此规定
19、新计算方法中使用118 0 mBond棒磨功指数。在这个粒度下Bond棒磨功指数相当于半自磨机最大破碎速率对应的能量。118 0 m的给料粒度与Morrell方法中划分粗磨和细磨的Fso为750m的给料粒度相吻合,这从另一个角度说明了选择1 18 0 m Bond 棒磨功指数的合理性。2)以Bond破碎功指数为辅,Bond破碎功指数在计算自磨/半自磨给料的粗粒级方面有一定作用。3)Bond球磨功指数对自磨/半自磨单位能量计算基本没有作用,不再使用Bond球磨功指数。4)将半自磨机给料划分为若干粒级,每个粒级都有一个反映该粒级破碎速率与最大破碎速率之间关系的效率系数。每个粒级需要的单位能量使用B
20、ond公式以与单段球磨计算相同的方式计算,从给料粒度向下到中间粒度1,从中间粒度1向下到中间粒度2,以此类推直到达到产品粒度。那么半自磨所需总单位能量等于每个粒级单位能量按该粒级质量分数加权之和,每个粒级都代表了总的半自磨机给料和属于该粒级的效率系数。1.2.2用Bond功指数预测球磨单位能量对早期粉磨功率法球磨单位能量计算方法的回顾发现,直接使用Bond方法不能准确预测自磨/半自磨一球磨流程中球磨的单位能量。这是因为Bond方法是为常规粉碎开发的,而半自磨机排料中含有的细粒明显多于常规粉碎的球磨机给料。Fluor公司的方法虽然仍采用Bond方法计算自磨/半自磨一球磨流程的球磨机单位能量,但对
21、计算方法进行了改进。改进的地方是将自磨/半自磨排料以3.36 mm的粒度分为粗粒级和细粒级两个部分,粗粒级用Bond棒磨功指数计算单位能量,细粒级用Bond球磨功指数计算单位能量,并分别采用相应的效率系数,然后将两个部分的单位能量分别乘以它们各自的质量分数,将乘积相加就是球磨机需要的总单位能量,也就是球磨机小齿轮轴单位能量。近些年来,出现了新的自磨/半自磨机一立式螺旋搅拌磨机流程。立式螺旋搅拌磨机是采用螺旋搅拌器的立式磨机,常见的有Vertimill搅拌磨机和塔磨机。在这一流程中立式螺旋搅拌磨机单位能量的计算方法是:使用Bond球磨功指数按照Bond方法计算,然后将计算结果乘以0.6 7 的系
22、数将球磨所需2024年第3期2024年第3期单位能量转换为立式螺旋搅拌磨机单位能量 412?Ausenco公司预测自磨/半自磨单位能量的方法在澳大利亚Ausenco服务有限公司基于功率预测粉碎流程单位能量的方法中,未开发自已的试验方法,而是使用现有的成熟试验,在自已开发的基于功率的粉碎流程计算程序Ausgrind中采用其试验结果,以预测粉碎流程单位能量。Ausenco公司粉碎流程设计方法步骤如图1所示 5-6 。试验和数据分析立确定流程选择标准计算粉碎流程能量设计破碎流程设计粉磨流程图1Ausenco公司粉碎流程设计方法步骤Fig.1Ausenco comminution process de
23、sign procedureTable 1 Preliminary selection of streams based on project production capacity and ore media capacity生产能力/(Mta-1)低介质能力矿石10吴建明:借助他方试验预测自磨/半自磨单位能量的方法项目整体构思确定试验方案表1根据项目生产能力和矿石介质能力初步选择流程高介质能力矿石中等介质能力矿石12 段破碎一半自磨或球磨半自磨一球磨半自磨一球磨自磨一球磨一砾石破碎半自磨一球磨自磨一球磨一砾石破碎半自磨一球磨一砾石破碎阶段破碎一辊压机一球磨:101:2.1试验及样品按照Au
24、sgrind粉碎流程计算程序输人参数的需要,进行最终产品粒度Pso为15 0 m以及Pso不是15 0 m时的Bond破碎、棒磨和球磨功指数试验,获得Bond破碎功指数Wic、棒磨功指数Wi和球磨功指数Wib(k W h/t)。进行 SMC试验或JK落重试验,获得冲击粉碎参数A和6、粒度分布指数tio和落重指数DW(k W h/m)。由于SMC试验不使用大于31.5 mm的颗粒,当试验介质能力很强的矿石(AXb值低于35)时,其结果可能会有偏差。因此,通常使用JK落重试验数据来校准SMC试验结果。如果产品粒度Pso不是15 0 m,能量差按照Bond关系计算。试验样品的性质和数量须满足试验工作
25、的需要。2.2确定粉碎流程设计方案在设计粉碎流程时首先要确定项目方案。确定项目方案必须考虑到矿体的位置、矿石的性质(初步特征)、当地的环境限制、产品技术要求以及水源和能源成本。在此基础上确定获得最终产品的初步加工方案,然后按照表1根据项目生产能力和矿石介质能力初步选择粉碎流程。单段半自磨单段半自磨半自磨一球磨单段半自磨半自磨一球磨半自磨一球磨半自磨一球磨2.3预测粉碎流程单位能量Ausenco公司粉碎流程单位能量预测方法采用Ausgrind粉碎流程计算程序进行设计计算,该程序的输人包括Bond功指数试验(Bond破碎、棒磨和球磨功指数试验)JK落重试验、SMC试验、SPI试验和MacPhers
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