GN8型攪拌磨機(jī)產(chǎn)品粒度分布寬度的影響因素研究
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黃業(yè)豪1，李茂林1,2，王 旭1，徐寒冰1
（1．武漢科技大學(xué)冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430081;
2．長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙410012）
摘要：為了研究GN8型攪拌磨機(jī)的磨礦效果，運(yùn)用Rosin-Rammler分布函數(shù)分析了攪拌器轉(zhuǎn)速、礦漿濃度和介質(zhì)充填率對磨礦產(chǎn)品粒度分布寬度的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，增加攪拌器轉(zhuǎn)速或介質(zhì)充填率，有利于降低磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度；礦漿濃度在45%～60%范圍內(nèi)，其對磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度無影響。
關(guān)鍵詞：Rosin-Rammler分布函數(shù)；影響因素；粒度分布寬度；攪拌磨機(jī)
中圖分類號：TD453 文章編號：1004-4051( 2016) 04-0115-05
攪拌磨機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦業(yè)、顏料、化工、建材、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域的細(xì)磨、超細(xì)磨作業(yè)。攪拌磨機(jī)主要由攪拌軸、攪拌葉輪和研磨室構(gòu)成，在攪拌軸攪拌的過程中，攪拌葉輪帶動研磨介質(zhì)和研磨物料，通過沖擊、剪切、摩擦等多種形式的作用力達(dá)到粉碎物料的目的。攪拌磨機(jī)在選礦廠一般用于再磨作業(yè)，產(chǎn)品粒度通常較細(xì)，產(chǎn)品的粒度組成對后續(xù)作業(yè)有一定的影響，例如：磨礦產(chǎn)品的粒度組成對旋流器、超細(xì)粉體分級器等分級設(shè)備的分級效率有一定的影響，并且對一些礦石的浮選效果有一定的影響。因此，研究攪拌磨機(jī)的磨礦產(chǎn)品粒度分布寬度的影響因素對生產(chǎn)實(shí)踐有一定的指導(dǎo)意義。
1 試驗(yàn)原料、設(shè)備及方法
1.1試驗(yàn)原料和設(shè)備
試驗(yàn)原料為市售石英粉，d50為61. 756μm，各級粒度組成見表1，粒度特性曲線如圖1所示。磨礦設(shè)備為GN8型臥式攪拌磨機(jī)（結(jié)構(gòu)示意圖見圖2），裝機(jī)電機(jī)為5. 5kW，攪拌葉輪直徑為0.14m，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)2900r／min，轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)；研磨介質(zhì)選擇1mm剛玉球，比重為3.91g／cm3；粒度分析設(shè)備為Mstersizer 2000型激光粒度分析儀。
1.2 關(guān)于Rosin-Rammler函數(shù)
研究粉體粒徑分布的模型有多種，其中比較有代表性的是Rosin-Rammler函數(shù)�？筛鶕�(jù)
Rosin-Rammler函數(shù)中的分布系數(shù)的數(shù)值大小來反映顆粒分布的寬度，這樣就可以將顆粒粒度的分布寬度數(shù)據(jù)化，便于研究與分析。Rosin-Rammler
征粒徑，表示篩上累計(jì)為36. 8%對應(yīng)的顆粒直徑，μm；n為均勻性系數(shù)，n值越大，粒徑分布范圍越窄。
式(2)是線性“Inln-ln”方程，可以通過線性方程的斜率直觀的看到均勻性系數(shù)n的大小，但是式(2)是由式(1)經(jīng)過兩次對數(shù)求解轉(zhuǎn)化后得到，這樣會產(chǎn)生一定的誤差，尤其在邊緣區(qū)域則不完全正確。因此，為了減小n值的誤差，需要對邊緣區(qū)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍。為此，討論In ln( 100/R)隨R變化的變化率(式(3》，即d[lnln (100/R)]/d R隨R變化而變化的數(shù)值大小，如圖3所示。
由圖3可以看出，在R∈(0，2)和R∈(96，100)范圍內(nèi)，尤其是R趨近于O和100的時(shí)候，d[lnln (100/R) ]／d R會出現(xiàn)急促的變化，也就是說R的一個(gè)極小的測量誤差會導(dǎo)致[lnln (100/R) ]/d R發(fā)生巨大的變化，這樣也會導(dǎo)致線性“In ln -ln”方程的誤差增大，從而n的值也會不準(zhǔn)確；因此為了保證n值的誤差盡量的小，R值的選擇應(yīng)該在d[lnln (100/
R) ]／d R變化較為平緩的區(qū)域，即R∈(2，96)。
1.3試驗(yàn)方法
在試驗(yàn)過程中給礦量和磨礦時(shí)間保持不變，每次給礦2. 5kg，磨礦時(shí)間為25min。通過改變攪拌器轉(zhuǎn)速、礦漿濃度和介質(zhì)充填率3種參數(shù)，得到磨礦產(chǎn)品，縮分后進(jìn)行激光粒度分析。
首先要對分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，數(shù)據(jù)選擇原則是累計(jì)分布R∈(2，96)，然后對選擇的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到“In ln- ln”線性方程。以原礦為例（后面的各數(shù)據(jù)的選擇和分析原則與之相同），各級別微分分布和負(fù)累計(jì)分布見表1，所取累計(jì)分布R的取值為2. 056875～95. 79767，與R對應(yīng)的d的取值為2. 820342～300. 9044，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行“In ln -ln”線性方程回歸，可得到原礦的線性曲線，見圖4。
由圖4可以看出這些數(shù)據(jù)點(diǎn)可以回歸成為線性方程y=0. 94972x-4. 33137，相關(guān)系數(shù)的平方和R2為0. 99551，說明石英原礦的粒度組成能夠較好的符合Rosin-Rammler函數(shù)分布，將該線性方程轉(zhuǎn)化為“Inln-ln”方程為式(4)。
該線性方程的斜率為0. 94972，也就是說均勻性系數(shù)n對應(yīng)的值就是0. 94972。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
2.1轉(zhuǎn)速對粒度分布的影響
保證介質(zhì)充填率為40%，礦漿濃度40%，攪拌器的轉(zhuǎn)速作為變量。將磨礦產(chǎn)品烘干縮分后進(jìn)行粒度分析，然后選取數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到不同轉(zhuǎn)速下磨礦產(chǎn)品粒度組成的“Inln -ln”線性方程，見圖5。
由圖5可知，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的提高，相關(guān)系數(shù)的平方和R2也逐漸降低，即線性關(guān)系逐漸惡化，但粒度組成依舊能夠較好的符合Rosin-Rammler函數(shù)分布。攪拌器在不同的轉(zhuǎn)速下得到的產(chǎn)品粒度組成不同，均勻性系數(shù)也不同，在圖6中可以看出，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的提高，磨礦產(chǎn)品的均勻性系數(shù)增加較快，說明提高攪拌器轉(zhuǎn)速能夠有效的降低磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度，但是隨著隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的增加，能耗也會不斷增加，在本試驗(yàn)研究中，當(dāng)攪拌器轉(zhuǎn)速超過1740r／min后，均勻性系數(shù)增加幅度不大，所以攪拌器轉(zhuǎn)速以不超過1740r/min為宜。原因有以下兩點(diǎn)：第一，攪拌器的轉(zhuǎn)速影響攪拌器周圍的能量密度的分布，轉(zhuǎn)速越高，攪拌器周圍的能量密度就會越大，分布范圍也會增大，攪拌器周圍的能量密度超過礦物粉碎所需要的能量密度的區(qū)域稱為粉碎區(qū)域，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的提高，粉碎區(qū)域的范圍也會增加；第二，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速的提高，礦漿在研磨室內(nèi)的離心運(yùn)動作用也就增強(qiáng)，粗顆粒向研磨室內(nèi)壁靠攏，研磨介質(zhì)也向研磨室內(nèi)壁靠攏，這樣就增加了粗顆粒的粉碎幾率。
2.2礦漿濃度對粒度分布的影響
介質(zhì)充填率為40%，根據(jù)上文的討論，要確保研磨室內(nèi)有足夠的能量密度，確定攪拌器轉(zhuǎn)速為1740r／min，礦漿濃度作為變量。將磨礦產(chǎn)品烘干縮分后進(jìn)行粒度分析，然后選取數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到不同礦漿濃度下磨礦產(chǎn)品粒度組成的“Inln-ln”線性方程，見圖7。
通過圖7可以看出，在不同礦漿濃度下所得到的磨礦產(chǎn)品粒度組成的“Inln-ln”線性方程的斜率基本相同，從而得知在不同礦漿濃度下所得到的磨礦產(chǎn)品粒度組成均勻性系數(shù)基本一致，說明礦漿濃度對GN型臥式攪拌磨機(jī)的產(chǎn)品粒度分布寬度影響不大。但是為了提高磨機(jī)的處理量，可適當(dāng)提高磨礦濃度，在本試驗(yàn)研究中選擇磨礦濃度范圍為55%～60%比較合適。
2.3介質(zhì)充填率對粒度分布的影響
礦漿濃度40%，攪拌器轉(zhuǎn)速為1740r/min，介質(zhì)充填率作為變量。將磨礦產(chǎn)品烘干縮分后進(jìn)行粒度分析，然后選取數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到不同介質(zhì)充填率下磨礦產(chǎn)品粒度組成的“Inln-ln”線性方程，見圖8。
由圖8可知，隨著介質(zhì)充填率的提高，相關(guān)系數(shù)的平方和R2也逐漸降低，說明線性關(guān)系逐漸惡化，但粒度組成依舊能夠較好的符合Rosin-Rammler函數(shù)分布。在不同的介質(zhì)充填率下得到的產(chǎn)品粒度組成不同，均勻性系數(shù)也不同，在圖9中可以看出，隨著介質(zhì)充填率的提高，磨礦產(chǎn)品的均勻性系數(shù)增加較快，說明提高介質(zhì)充填率能夠有效的降低磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度，但是不斷增加介質(zhì)充填率，磨機(jī)的有效體積會不斷降低，處理量也會相應(yīng)減小，因此在本試驗(yàn)研究范圍內(nèi)，介質(zhì)充填率在55%～60%范圍內(nèi)比較合適。這是由于在研磨介質(zhì)尺寸不變的情況下，應(yīng)力事件次數(shù)（有效碰撞次數(shù)）與介質(zhì)充填率成正比例關(guān)系，即隨著介質(zhì)充填率的增加，應(yīng)力事件次數(shù)成比例的增加，加快了粗顆粒礦物的磨細(xì)，從而降低了磨礦產(chǎn)品的粒度范圍。
3 結(jié) 論
在本文試驗(yàn)研究范圍內(nèi)，研究結(jié)果表明，增加攪拌器轉(zhuǎn)速或介質(zhì)充填率，有利于降低磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度；礦漿濃度在45%～60%范圍內(nèi)，其對磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度無影響。在生產(chǎn)實(shí)踐中，可以嘗試通過提高攪拌器的轉(zhuǎn)速和增加研磨介質(zhì)的充填率均來有效的降低磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度，但是為了降低能耗并提高磨機(jī)處理量，攪拌器轉(zhuǎn)速以不超過1740r／min為宜，介質(zhì)充填率在55%～60%范圍內(nèi)比較合適；由于磨礦濃度對磨礦產(chǎn)品的粒度分布寬度影響不大，所以在保證粒度分布寬度變化幅度不大的前提下，可選擇55%～60%的磨礦濃度進(jìn)行磨礦作業(yè)以提高磨機(jī)處理量。
