二、磨矿理论与设备

19.选矿厂磨矿产品应满足什么样的要求？

在选矿厂中，磨矿是矿石粉碎过程的继续，是矿石分选前的最后工序。磨矿作业的任务就是要把矿石中的有用组分达到单体解离，同时又要尽可能避免过磨，向选别作业提供粒度和浓度适宜的入选矿浆，为更好回收矿石中的有用成分创造条件。

选别指标的好坏在很大程度上取决于磨矿产品的质量。因此，磨矿产品应在粒度上满足不同选矿方法对入选粒度的要求，以确保获得高质量精矿和有用矿物的充分回收。如果磨矿细度不够，各种矿物颗粒未达到充分的单体解离，则选别指标就不会太高；但磨得过细，会产生矿泥，无论哪种选矿方法都不能有效回收。如重选时对小于20.0μm的细粒就难以回收，浮选的有效回收下限为5.0～10.0μm。过磨产生的矿泥，会加大药剂消耗，使浮选过程失去选择性，甚至浮选将无法进行，也给后续作业造成困难。

另外，磨矿产品还必须满足选别作业所要求的浓度，各选别作业都有适宜的浓度范围，过高过低都不合适。需要指出，磨矿产品的最佳细度和浓度是通过选矿试验确定的。

20.磨矿机的工作原理是什么？

磨碎矿石通常是在磨矿机中进行的。磨矿机的种类较多，在金属矿山一般采用球磨机和棒磨机。砾磨机和自磨机在国内也有所应用，但总体上数量较少。球磨机和棒磨机是一个两端具有中空轴的回转圆筒，筒内装有相当数量的钢棒和钢球。磨矿机的工作原理见图3-1。

当矿石和水从一端的中空轴给入圆筒，从另一端的中空轴排出。圆筒按规定的速度回转时，钢球或钢棒同矿石在一起，在离心力和摩擦力的作用下，随圆筒上升到一定高度，然后脱离筒壁抛落和滑动下来。随后它们再随圆筒上升到同样高度，再落下来，周期进行，使矿石受到冲击和磨剥作用而被磨碎。磨碎的矿石与水形成矿浆（湿式磨矿），由排矿端的中空轴排出，完成磨矿作业。

21.球磨机中研磨介质的运动状态有几种？

在磨机中，研磨介质的运动状态与筒体的转速和研磨介质与筒体衬板的摩擦系数由关。研磨介质在筒体中运动状态基本有三种：

（1）泻落式运动状态 [见图3-2（a）]　球磨机在低速运转时，所有研磨介质顺筒体旋转方向旋转一定的角度，自然形成的各层介质基本按同心圆分布，并沿同心圆的轨迹升高，当介质超过自然休止角后，则像雪崩似的泻落下来，这样反复循环。在泻落的工作状态下，物料主要因研磨介质互相滑落时产生剪切和摩擦研磨作用而粉磨。

棒磨机和管磨机一般采用这种状态工作。

（2）抛落式运动状态 [见图3-2（b）]　当研磨介质在高速运转的筒体中运动时，任何一层介质运动轨迹都可以分为两段（见图3-3），上升时，介质从落回点A1到脱离点A5是绕圆形式轨迹A1～A5运动，但从脱离A5到落回点A1，则按照抛物线轨迹A1～A5下落，以后又沿圆形轨迹运动，反复循环。在筒体内壁（衬板）与最外层介质之间的摩擦力作用下，外层介质沿圆形轨迹运动。在相邻各层介质之间也有摩擦力，因此，内部各层介质也沿同心圆的圆形轨迹运动，它们好像一个整体，一起随筒体回转，摩擦力取决于摩擦系数及作用在筒体内壁（或相邻介质层）上的正压力。正压力由重力的径向分力N和离心力C产生，重力的切向分力T对筒体中心的力矩使介质产生与筒体旋转方向相反的转动趋势，如果摩擦力对筒体中心的力矩大于切向分力T对筒体的力矩，那么介质与筒壁或介质之间便不产生相对滑动，反之则存在相对滑动。

摩擦系数决定于矿石的性质、筒体内表面（衬板）的特点和矿浆浓度。当摩擦系数一定时，若筒体内研磨介质不多而筒体转速也低时，由于正压力小而使摩擦力很小时，则将出现介质沿筒壁相对滑动，而介质之间也有相对滑动。这时介质（球）同时也绕其本身几何轴线转动。

在任何一层介质中，每个介质之所以沿圆形轨迹运动，并不是单纯靠这个介质受到的摩擦力而孤立运动，而是依靠全部介质的摩擦力，这个介质只作为所有回转介质群中的一个组成部分而被带动，并被后面同一层的介质“托住”。

抛落式工作时，物料主要靠介质群落下时产生的冲击力而粉碎，同时也靠部分研磨作用。球磨机就是采用这种共工作状态。

（3）离心式运动状态 [见图3-2（c）]　球磨机的转速越高，介质也就随着筒壁上升得越高，超过一定速度时，介质就在离心的作用下而不脱离筒壁。在实际操作中，如遇到这种情形时，即不发生磨矿作用。

22.怎样理解球磨机中钢球的脱离点？

任取一垂直断面，如图3-4所示，当筒体回转时，筒体内的钢球在离心力C和摩擦力的作用下，随着筒体作圆周运动，其运动方程式为：

x2+y2=R2　　（3-15）

式中，R为筒体内半径，m。

当球随筒体沿圆形轨迹运行到A点时，作用在球上的离心力C等于球重G的径向分力N，而且其切向分力T被后面的一排球推力作用抵消。如球越过A点，则球就以切线方向的速度v离开筒壁沿抛物线轨迹下落。

若以α表示球脱离圆轨迹的角度（脱离角），则在A点（脱离点）上保持下列关系：

C=Gcosα　　（3-16）

式中，，将C值代入上式得：

式中　m——球的质量；

v——球的运动速度，；

n——筒体的转速，r/min；

g——重力加速度，m/s2。

将代入式（3-17）中，简化后得：

式（3-18）表示以原点O为极点，Oy轴为极轴的圆的极坐标方程式。式中，R表示从极点O到圆周上任何一点的向量半径；α表示向量半径与极轴的夹角；表示圆的直径。若将极坐标方程式变换为以O原点的直角坐标方程式，则在xOy直角坐标系中，，并将此值和式（3-15）代入式（3-18）中，即得：

式（3-18a）表示筒体内各层球由圆运动转入抛物线运动时，脱离点的轨迹以O1为圆心，半径为的圆的直角坐标方程式。由此可知，各球层脱离点的位置随筒体转速不同而变化，当筒体转速不变，已知某球层的半径时，则该球层脱离角为一定值，式（3-18）或式（3-18a）为球脱离点的轨迹方程式。

23.怎样理解球磨机中钢球的落点轨迹？

球从A点离开筒壁，以初速度v与水平成角度抛出而沿抛物线轨迹运动，最后落到壁上的B点（见图3-5）。B点称为落点，β称为落角。

取A点为XAY坐标的原点，则对该坐标沿抛物线运动的轨迹方程式为：

以式（3-17）代入式（3-19），得：

对XAY坐标，球沿周围运动轨迹方程式为：

（X-Rsinα）2+（Y+Rsinα）2=R2　　（3-21）

落点B的位置就是两运动轨迹的交点。将式（3-20）和式（3-21）联立解之，可得B点坐标：

XB=4Rsinαcos2α　　（3-22）

YB=-4Rsin2αcos2α　　（3-23）

由图3-5知，落角β为：

由几何三角可知：

cos3α=4cos3α-3cosα　　（3-25）

则

sinβ=-cos3α=-sin（90°-3α）　　（3-26）

故

β=3α-90°　　（3-27）

由此，从图3-5中可以明显看出，从球的脱离点到它的落点的圆弧长度，以及与它相适应的圆心角等于4α。从式（3-27）可知，球的脱角α越大，其落脚β也越大。因此，β角决定了落点B的位置。

24.怎样理解球磨机中最内层球的最小半径？

当筒体的转速为一定值时，根据公式（3-17）和公式（3-27）可以绘出包括不同回转半径的每一层球的断离点和落点的曲线。图3-6中的AA1O曲线即为脱离点曲线，而BB1O为落点曲线。A1和B1点分别为最内层球的断点和落点，R1为最内层回转半径，又称它为最小半径。

最小半径应保证该层球断离后仍按抛物线轨迹降落而不与其他层球发生干涉作用。当最内层半径小于最小半径时，即会产生球的干涉作用，破坏球的正常循环。

最小半径R1的值，可以利用落点B的横坐标对角α的一次导数等于零来求得。

若取筒体中心O为xOy坐标原点则由图3-6可知，B点横坐标为：

xB=4Rsinαcos2α-Rsinα　　（3-28）

式中，，代入上式并简化，得：

令，经化简整理后得：

16cos4α-14cos2α+1=0　　（3-30）

因此可解得xB为最小值时脱离α1=73°50'，将α1值代入式（3-18）中，则最小半径为：

由上式可知，当n一定时，要保证球载层的正常循环，球在层的最内层半径不得小于。

25.怎样理解球磨机中钢球的循环次数？

球在球磨机中运动一周的时间并不等于筒体旋转一周的时间。球在圆的轨迹上运动时间是：

球在抛物线轨迹运动的时间是：

球运动一周的全部时间是：

当球磨机旋转一周时，球的循环次数是：

由此可见，球的循环次数取决于脱角α。球磨机筒体转速不变时，球的循环次数随着所在的回转层的位置而异。同一层球的循环次数，随转速的改变而变化，转速越高，α角越小，因此，在筒体转一周的时间内，循环次数也越少，达到临界转速时，α=0，因此，在筒体转一周的时间内，球也回转一次。

以上是利用数学分析的方法来讨论钢球在筒体内运动的情况，因而导出一些试验方法进行观察时所不易得到的结论和参数关系，实验证明，理论与实际运动情形与理论间存在的差异主要是钢球在筒体内的运动并不像我们在推导数学公式所假定的那样，事实上，各层钢球之间并非互相静止，而是有滑动现象存在。

26.常用的粉磨设备有哪些？

磨矿机一般处理的物料粒度较小，产品也细，可达0.074mm或更细。它是靠夹在介质（钢介质或非金属介质）之间的矿粒，受到冲击和磨剥作用而完成粉碎的。按所得产品细度分为粗磨（1～0.3mm）、细磨（0.1～0.074mm）和超细（微）磨（通常指生产1～10μm或更细的粉体物料）。磨矿机按用途及特点大体分为如下类型：

（1）球磨机　筒体是筒形或锥形，用金属球做磨矿介质，按排料方式又分溢流型和格子型。球磨机在选矿厂广泛用来磨细各种矿石。

（2）棒磨机　筒体为长筒形，以金属棒做磨矿介质，由于选择性磨碎作用，产品粒度均匀，多用于重选厂。

（3）砾磨机　无钢介质磨矿，借助于各种尺寸的砾石或硬岩石块磨细矿石。

（4）自磨机　在短筒内矿石靠自身的相互冲击、磨剥而粉碎。矿石既是磨矿介质又是被磨物料。为了改进自磨效果，有时向筒体内加少量（2％～8％）钢球，称为半自磨。自磨机的粉碎比大，可大大简化粉碎流程。

（5）超细粉碎设备　这类设备目前主要用于非金属矿的深加工，包括机械式和气流（冲击）式两大类。机械式超细粉碎设备是靠高速旋转的各种粉碎体（锤头、叶片、齿柱等）来碰撞因离心力而分散在粉碎室内壁处的粗矿粒或者赋予这些矿粒以线速度，使颗粒相互发生冲击碰撞。这类设备包括振动磨机、搅拌磨机、雷蒙磨、塔式磨机、胶体磨机、离心磨机和高压（挤压）盘磨机等。气流式超细粉磨设备是利用高压气流（压缩空气或过热蒸汽），使物料相互冲击（碰撞）摩擦及剪切作用实现粉碎的。产品粒度一般可达1～5μm或更细。这类粉碎机有扁平式气流粉碎机、循环管式气流粉碎机、喷射磨矿机等，这些粉磨设备主要用于物料的超细磨。

27.如何选用常规磨矿机？

为了区别于自磨机，通常把需要加金属介质（球或棒）的磨矿机称为常规磨矿机，如球磨机和棒磨机。要获得较高的磨矿效率和改善选矿经济效果，就必须根据选矿工艺对入选物料粒度的要求和原矿性质，按照各种磨矿机的特点，恰如其分地选用磨矿机。选矿厂常用的球磨机和棒磨机主要特点和适用范围如下。

（1）格子型球磨机　由于其特有的格子板和扇形室内的提升斗的存在，实现了低水平的强迫式排矿，已磨细的矿粒不至于在球磨机内停留过久，能及时排出，过粉碎现象轻，磨矿速度快，效率高。

（2）溢流型球磨机　该磨机排矿的排料端中空轴径稍大于给料端中空轴径，造成磨矿机内矿浆面向排料端有一定倾斜度，当矿浆面高度高于排料口内径最低母线时，矿浆便溢流排出，属于非强迫的高料位排矿，排料速度慢，矿料在机内滞留时间长，介质的有效作用也较低，因此溢流型球磨机过磨严重，处理量也比同规格的格子型低。一般适用于细磨或两段磨矿中第二段磨矿。

（3）棒磨机　棒磨机内的介质是钢棒，故水平落下后与矿料面线接触，选择性粉碎矿石（即按粒度从大块到小块依次粉碎），因此过磨轻，磨矿产物粒度均匀，适合于粗磨或要求磨矿产物过粉碎轻的重选厂。

28.格子型磨矿机格子板的作用是什么？

格子板是格子型磨矿机的特有部件，它与中心衬板、簸箕衬板一起组成排矿格。其主要作用如下：

（1）实现磨矿机的强迫排矿（低水平排矿），矿料周转快，过磨轻，有利于提高磨机生产能力。在闭路系统粉磨时，因为要求磨矿的细度较粗，一般采用短磨或中长磨与分级设备组合成闭路系统。运转过程中应正视排料情况及喂料情况，避免造成钢球和筒体衬板不必要的磨失和损坏。此外，格子型球磨机闭路磨矿物料流速加快，各仓的研磨体分别恰当地承担着破碎摧毁或粉磨任务，故产量较大，电耗较低，尤其是对水泥细度要求较高时，高产低耗的长处更加显著。

（2）起筛分作用，阻止大块矿料和磨碎的介质排出。格子板的格子孔应满足排料通畅、不易堵塞的要求。格子孔的排列有多种方式：①同心排列，矿浆顺格子流动，格子孔磨损严重，矿浆易回流；②辐射排列，矿粒在通过格子板瞬间受离心力作用，顺孔向外移动，容易造成堵塞；③倾斜排列，这种排列方式克服了同心和辐射排列的缺点，得到广泛采用。格板孔的排列方式如图3-7所示。

格子衬板的格子孔宽度向排矿方向逐渐扩大（梯形），可防止矿浆的倒流和大块矿粒的堵塞。

29.格子型球磨机工作特点是什么？

格子型球磨机的排矿端有一格子板，格子板上面有许多小孔，以便排出矿浆。格子板靠近排矿端的一侧，安装有矿浆提升装置，这是一种放射状的棱条，棱条将格子板和端盖之间的空间分成若干个通向中空轴颈的扇形室。当磨机旋转时，放射状棱条起着提升矿浆的作用，将由格子板上小孔排出的矿浆提升到排矿中空轴颈，通过中空轴颈再从球磨机排出去，所以该机的工作特点主要是强迫排矿，生产能力较高。格子型球磨机一般放在第一段磨矿作业，可以获得较高的处理能力，但产品粒度较溢流型球磨机产品粒度粗。

30.溢流型球磨机工作特点是什么？

当物料由给矿器经过进料管进入球磨机后，筒体内的矿浆面高于出料管内径的最低母线时，磨后的物料可以从出料管排出球磨机外。该种球磨机由于制造时，将排扩端盖中空轴颈内的出料管末端做成喇叭形，而且通常还在中空轴的根部装一环形的挡圈，这样可以防止由端盖螺栓孔漏出的矿浆流到轴承内。同时又在出料管中铸有螺旋线，螺旋的方向与磨机转向相反，从而起到阻止钢球和矿石块随矿浆排出球磨机外的作用。但该球磨机单位容积生产能力较低，且易产生过磨现象。由于该机相对的磨矿时间长，矿石可以在机内较充分的研磨，停留的时间也较长，所以磨矿产品粒度较细，该种球磨机通常作为阶段磨矿用，适用于精矿再磨作业，可以获得粒度较细的合格产品。

31.格子型和溢流型球磨机优缺点是什么？

格子型球磨机的优点是排矿速度快，能减少矿石的过粉碎，同时能增加单位容积的生产能力，比溢流型球磨机生产能力高。它的缺点是构造复杂，格子型排矿易于堵塞格子板，而且检修困难、复杂，作业率相对较低。

溢流型球磨机的优点是构造简单，维修方便，由于出料管铸有反螺纹，大块矿石和钢球不易排出机外。缺点是单位容积生产能力较低，处理量较低，而且易产生过粉碎现象。

32.棒磨机的工作特点是什么？

棒磨机一般用于粗磨，给矿粒度为20～30mm，产品粒度一般1～3mm。棒磨机的工作特点是不以棒的某点来磨碎矿石，而是以棒的全长磨碎矿石，故其作用力较均匀。在粗粒未被磨碎前，细粒较少受到破碎，这样就可以使产品的过粉碎减少，其产品粒度比较均匀。

33.砾磨机的使用范围有哪些？

砾磨机虽然用于工业生产，但在磨矿领域一直未有较大的发展，其原因是它简化不了磨矿流程，还增加了介质制备系统，砾磨机虽然未有大的发展，但它仍然生存下来，其原因是它的产品缺少铁介质污染，因为不用钢球，而且选别指标还较好。特别在磨矿产品需要进行化工处理的铀矿处理中，砾磨得到了较多的应用，因为可以减少酸浸的酸耗。砾磨机与湿式格子型球磨机相近似，只是筒体长一点而已。砾磨所用砾石密度一般小于钢球，但砾石与被磨物料之间的摩擦系数、接触面积均大于钢球，故砾磨过程中冲击力较弱而磨剥力较强，适用于细磨及易泥化的物料的磨碎，如铝、钨矿石的细磨；它的产品铁污染较轻，后续化工处理时可减少酸耗，忌铁物料或作业也宜采用砾磨，如铀矿、金矿浸出前的磨碎，在近几十年兴建投产的选厂中，应用砾磨机的大约占5％。

34.自磨机的工作特点是什么？

自磨机也称为无介质磨矿机。它的特点是以被破碎物料本身作为介质来达到破碎目的。自磨机不需要加入钢球（特殊情况也加入少量钢球），它的磨碎比很大，大大简化了破碎和磨矿流程。矿石的粉碎靠矿石自由降落时的冲击力和颗粒互相磨剥以及矿石由压力状态突然变为张力状态的瞬时应力，因此可以避免过粉碎。

在自磨机的规格和转速固定的条件下，物料的给入量和大小矿块的配比直接影响磨矿过程，生产中应予以注意。生产实践证明：物料充填率在30％～40％为宜。如果给矿量控制不好，自磨机内料位高低产生波动，有可能引起“胀肚”（料位过高）或“空肚”（料位过低）现象。所以，要求生产中给矿数量和给矿粒度配比要力求保持稳定，而且要求两者同时稳定，如果只保持数量稳定，但粒度配比不稳定，生产也会不正常。粒度配比，主要是大块矿石不能少，如果在特殊情况下大块矿石不足时，可加少量大钢球。大块矿石比例高了不好，但少了生产效果也不理想，应根据各自矿石的性质，由实验和生产实践来确定。

35.我国目前选矿厂用衬板有几种形式？

筒体衬板的形状对球磨机的工作影响很大。目前常使用的有楔形（塔接形）、波浪形、凸形、平滑形、阶梯形、长条形等几种，如图3-8所示。

当球磨机处理粗粒物料时，球磨筒体衬板采用楔形、凸形、阶梯形或长条形。它们能把磨矿介质提升到较高的高度，从而增强介质的冲击力，提高球磨机的生产能力，常用于第一段磨矿。

当球磨机进行细磨时，则采用平滑形或波浪形衬板较好。因为它们使介质滑滚，对矿石磨剥作用加强，适用于第二段磨矿。

通常衬板的厚度依据磨矿机的直径大小来确定，一般在50～150mm。

36.球磨机给矿器有几种形式，分别适用于什么作业？

球磨机常用给矿器有三种形式：鼓式给矿器、螺旋给矿器、联合给矿器。

鼓式给矿器外形很像两头开口的圆鼓，在筒体内部有螺线形的送矿机件，当给矿器随球磨机旋转时，矿石即沿着螺旋线被送入球磨机内。鼓式给矿器适用于向球磨机内加入干物料，所以在球磨机呈开路磨矿时应用较多。

螺旋给矿器（又称勺式给矿器），它是螺旋形的勺子，在螺旋的端部装有可更换的勺嘴。给矿器的侧面中心有一孔与球磨机给矿端中空轴相通，矿石即由此给入球磨机。螺旋给矿器又分为单勺、双勺、三勺三种。螺旋给矿器适用于湿式给矿，用在球磨机与分级闭路磨矿循环中（即球磨机只处理分级机返砂时，可安装这种给矿器）。

联合给矿器，它由鼓式和螺旋给矿器联合组成。它既能给入干矿石，又可给入湿物料（分级机的返砂），用于第一段闭路磨矿。此外，由于联合给矿器便于往球磨机中补加钢球，所以在第二段磨矿也常应用。相对来说，联合给矿器应用得比较广泛。

37.如何确定最适宜的磨矿机给矿粒度？

磨矿机给矿粒度的大小对磨矿机生产率、能耗影响很大。在指定磨矿细度下，给矿粒度越细、磨矿机生产能力越高，处理单位矿石的能耗越低。研究表明，给矿粒度和磨矿机处理量有如下关系：

式中　K——产量提高系数；

d1，d2——磨矿机给矿粒度，mm；

Q1，Q2——磨矿机产量，t/h。

例如，某磨矿机的给矿粒度由20mm降到15mm时，用上式计算：

即磨矿机产量提高7.5％。因此，在生产中应尽可能给磨矿机提供细粒物料。

但是，在选矿厂，磨矿作业的给矿就是破碎作业的最终产品，减小磨矿机给矿粒度就意味着破碎作业要生产出更细的产品，势必加大破碎作业的总破碎比，流程变得复杂，费用增加。反之，增加入磨粒度，破碎费用虽低，但磨矿费用就增高，因此，在确定磨矿机给矿粒度时应综合考虑，使破碎与磨矿的总费用最低。图3-9定性地表示了破碎和磨矿成本与破碎产物粒度的关系，图3-9中曲线3的最低点所对应的粒度即是磨矿机的适宜给矿粒度。

通常在确定磨矿机适宜给矿粒度时，主要考虑到选矿厂的规模，同时考虑到破碎作业所采用的设备性能及破碎流程类型等因素。表3-1列出不同规模选矿厂适宜的磨矿机给矿粒度。

应当指出，由于常规的碎磨流程中，破碎能耗小而磨矿能耗高，且破碎效率都高于磨矿，因此生产中在条件许可情况下，应尽量给磨矿机提供细的入磨物料，充分发挥破碎作业的作用来提高磨矿机的处理能力，这就是所谓的“多碎少磨”。

38.如何调节控制磨矿浓度和细度？

磨矿浓度是指磨矿机内的矿浆浓度。磨矿细度是指磨矿机排料中指定级别的含量。磨矿浓度和磨矿细度是相互联系、相互影响的，生产操作中主要是靠磨矿给矿水（后水）调节来控制的。

在开路磨矿时，影响磨矿浓度的因素有原矿的性质（主要是粒度组成）、给矿量和给矿水。影响磨矿细度的因素除原矿粒度组成外，还有磨矿浓度和加球制度等。当原矿的性质变化时，如果粗粒增加，给矿量不变应减少后水，提高磨矿浓度来保证磨矿细度；若细粒增加，应加大后水，适当增加给矿量，以减少过粉碎。在保持矿石性质和介质不变的条件下，在一定范围内一般磨矿细度随着磨矿浓度增加而增高，反之则细度降低。总之通过调节给水量来调节磨矿浓度，进而控制磨矿细度。

闭路磨矿时，情况变得比较复杂，增加了返砂量的因素。给水一定时，原矿和返砂的增加都将使磨矿浓度提高，反之则降低。磨矿细度除受返砂量影响外，应适当降低磨矿浓度，增加排矿速度，以减少过粉碎。返砂量减少而原矿较粗时，应减少后水来提高磨矿浓度。

39.球磨机“胀肚”的危害有哪些？

稳定工作状态下的球磨机，进入磨机的物料量应与从磨机排出的物料量相等。由于某种原因（如返砂量变大、原矿量变大等）使给入磨机的物料量变大，超过了磨机本身允许的最大通过能力而排不出来，在磨机内逐渐积累，使磨机失去磨矿作用，这种现象称为磨机的“胀肚”。

球磨机“胀肚”的危害主要有两个方面。一是“胀肚”不但使磨机失去对矿石的磨碎作用，或磨碎能力降低，破坏了磨机的稳定工作，而且处理“胀肚”也将给后续选别作业造成给矿质量分数和细度的波动，从而影响选别作业的正常进行。二是严重“胀肚”会损坏球磨机。例如，溢流型球磨机“胀肚”严重时，大块矿石和钢球会从进料口和排料口吐出，即所谓的“前吐后拉”。格子型球磨机则有大量夹带着矿块和钢球的矿浆从进料口倒出。特别是闭路磨矿时，上两种磨矿机都会使大量钢球和矿块进入返砂箱内，导致大块矿石和钢球与勺式给矿器强烈撞击，损坏给矿器和返砂箱，造成勺头脱落或给矿器与中空轴连接螺钉变形或剪断，破坏了给矿器与中空轴的同心度等，严重时导致球磨机振动或跳动，轴承和齿轮会因受冲击载荷而损坏。因此，球磨机操作中一定要增强责任心，防止“胀肚”发生。应当把球磨机严重“胀肚”看作是操作事故。

40.如何及时判断球磨机将出现“胀肚”？

“胀肚”不是突然发生的，而是有一个发生、发展到恶化的过程，且在这一过程中伴随有各种不正常现象发生，这就要求工人有责任心，及时发现并进行相应调整，将“胀肚”消除在轻微阶段。可以从下面几种现象来判断“胀肚”的发生。

（1）观察电流　正常工作中的间歇球磨机显示其主电机电流大小的电流表指针，始终在一个较小的范围内摆动，表明电流变化很小。一旦有“胀肚”要发生，则由于磨机内物料量增加，有效空间被大量物料占据，因而介质活动范围小，用以提升介质的有用功下降，而且磨机载荷（介质、矿石）的重心升高，即偏离磨机中心的距离缩小，偏心产生的阻力矩减小，克服阻力矩所需功率下降，磨机总能耗减少，则电流表反映出的电流读数降低。“胀肚”越严重，电流下降越多，当磨机“胀肚”时则下降到最低点。因此，操作工一旦发现电流逐渐下降，应及时调整，防止故障发生。

（2）听声音　球磨机工作时发出的声音主要来源于传动机构本身和筒体内介质-矿石-衬板之间的相互撞击，筒体内发出的撞击声强弱随磨机物料量的不同而变化。当失去平衡要“胀肚”时，磨机被高质量分数料浆充满，介质与矿石及衬板的冲击作用被黏稠矿浆减弱，声音逐渐沉闷，严重“胀肚”时，筒体内声音几乎消失，只听到其他方面发出的嗡嗡声。因此，从磨机工作时的声音强弱变化，便可发现磨机“胀肚”。

（3）测浓度、看排矿　正常工作的球磨机排矿质量分数及排出量应基本稳定不变，但是“胀肚”时，质量分数开始升高，排矿量也大，粒度变粗，出现“前吐后拉”。严重时因浓度过大，流动性差则排不出来，完全“胀死”时，则停止排矿。因此，从磨机排矿浓度、粒度和排出量的变化也可以发现“胀肚”。

41.磨矿机在什么情况下操作会导致磨矿机“胀肚”？

按“胀肚”性质磨机“胀肚”可分为“干式胀肚”和“湿式胀肚”两种。不论何种“胀肚”，其原因除矿石性质（硬度）、补加球制度外，主要是操作不当造成的。

（1）给矿量过大　无论采用哪种磨矿方式，要想获得稳定的磨矿过程必须遵守物料的进出平衡原则：磨矿机全给矿量（Q给，包括原给矿量Q原和返矿量Q返）等于排矿量（Q排），即Q给=Q原+Q返=Q排。任何一个有效容积为V的磨矿机，其允许的最大全给矿（即最大通过能力）是一定的，即：

Q给=Q原+Q返=Q原+Q原c=Q原（1+c）=qV　（3-37）

或

式中　q——磨矿机按原矿计最大利用系数（输送能力），t/（m3·h）；

c——返砂比，c=Q返/Q原；

V——磨矿机有效容积，m3；

Q原——按原矿计磨矿机生产率，t/h。

也就是说，在一定条件下磨矿机的通过能力（qV），即Q排是一个常数。因此要保持磨矿机稳定生产而不“胀肚”的必要条件是Q原（1+c）≤Q排，破坏这一平衡条件，磨矿机工作便出现失调现象“胀肚”。

（2）给矿粒度变粗　当稳定工作的磨矿机，其给矿的粒度组成发生变化，粗级别含量增高时，如不及时调节给矿量，将会破坏磨矿机的这种稳定而引起“胀肚”。因为粗粒磨到指定细度需要在机内有较长的滞留时间，若不及时降低给入量，磨机内粗粒会越积越多，直到引起“胀肚”。

（3）返砂量过大　闭路磨矿时，不合格粗粒会不断从分级机分出返回磨矿机再磨（返回的粗粒级称为返砂）。尽管在一定范围内，适当增加返砂有利于磨矿机能力的增加，但由于操作不当等原因，当返砂量过大时，便破坏了Q排=Q原（1+c）的平衡关系，此时Q排<Q原（1+c），从而导致开始“胀肚”。

（4）补加水量变化　在磨矿-分级回路中，补加水分“前水”（磨机排矿冲洗水）和“后水”（返砂冲洗水和磨机给矿水）。“前水”的变化将导致分级溢流细度和返砂量变化，进而影响磨机全给矿量变化，而“后水”直接影响磨矿浓度。因此，某种原因（水压降低、水管堵塞等）使补加水量减少，会使磨矿浓度过高而排不出来，也会造成磨机“胀肚”。

42.磨矿机出现“胀肚”应如何处理？

由于磨矿流程、“胀肚”性质和原因不同，处理“胀肚”的方法也不一样，但是不管什么原因，首先都要停止给矿，然后针对不同的情况进行必要的处理。

对于开路磨矿，停止给矿后只要适当增加给矿水（后水），将矿料从磨矿机内慢慢排出，球磨机“胀肚”即可消除恢复正常。

对于闭路磨矿，由于给矿是由两部分组成，即原给矿和分级机返砂，仅停止原给矿，由于返砂还不断给入磨矿机仍不利于消除球磨机“胀肚”现象，因此应尽快减少返砂量。其具体做法是：

关闭前水（磨矿机排矿补加水），增加后水，减少给入分级机槽内水量，以提高分级浓度，大量矿料由溢流排出从而降低返砂量。由于加大了给矿水，可使磨机内矿料浓度降低，增加流动性，加速物料的排出。人们把这种方法总结为一句顺口溜：“前水闭、后水加，提高浓度（分级浓度）降返砂”。有时为了尽快降低返砂量，可暂时把分级机螺旋提起，使返砂物料“暂存”于分级槽内，使球磨机“胀肚”消除快些，当磨机恢复正常后再慢慢放下（注意：切勿过快，以免大量“暂存”在槽内的矿砂使分级机过载）。当严重“胀肚”时，即“胀死”时，可用高压水由进料口或排料口射入磨机内，以松动和稀释磨机内的物料，排出一部分后，再加大后水加速排出。

对于一些由筛子构成闭路磨矿的流程，一般都设有事故池，球磨机“胀肚”严重时可将粗矿暂存于事故池，恢复正常后泵回再磨。

较严重球磨机“胀肚”（如发生“前吐后拉”）时，处理完恢复正常后，应停止磨矿机，进行必要检查：勺头是否脱落或松动；给矿器是否松动；螺丝是否有剪断及磨矿机其他部件是否损伤。

43.如何测定磨矿机的装球量？

对于新安装或大修后的磨矿机，都存在装球多少的问题。磨矿机的装球量常用充填率表示。所谓充填率ф是指在磨矿机内介质的体积V球（包括空隙在内）与磨矿机有效容积V机之比。

ф=V球/V机×100％　　（3-39）

介质占的体积为：

V球=W/δ　　（3-40）

加入球的总质量为：

式中　m——磨矿机加入的介质总质量，t；

δ——介质的堆密度，t/m3，以球为例，铸铁球δ=4.0～4.3，铸钢球δ=4.35～4.65，锻钢球δ=4.50～4.80，铸铁棒球δ=4.9，轧钢球δ=6.0～6.5；

D——磨矿机有效内直径，m；

L——磨矿机有效内长度，m。

理论分析和实践得出，当磨矿机规格（长度、直径）及转速一定时，在ф<50％的范围内，磨矿机生产能力随着ф提高而提高。一般球磨机为ф=40％～50％（格子型取高值，溢流型取低值），棒磨机ф=35％～45％。对于现场正在运转中的磨矿机，可采用停车实测法：停车清理矿石后，首先测出介质表面到筒体最高点的垂直距离，如图3-10所示，便可计算出介质表面到筒体中心的距离b，可按照式（3-42）计算。

式中，D为筒体内径，mm。

根据式（3-43）计算实际充填率。

44.怎样选择球磨机内装入球的大小？

球磨机装入球的球径大小取决于许多因素，如被磨物料粒度、硬度、密度；球磨机直径、转速；球的密度；矿浆质量分数等，实际生产中主要依据磨机内被磨物料的粒度组成而定。磨矿机的给料是由若干种大小不同的粒子组成的。实践证明，在处理硬度大或粗粒矿石时，需较大的冲击力，应当加入大些尺寸的球；当矿石较软，入磨粒度较小而要求较细的磨矿时，应以研磨为主，可加入较小尺寸的球。当然选择球径还与磨矿机直径和转速有关，直径大转速高的磨机，球径可小些。总之，大块矿石需大球冲击，小块矿石需小球研磨。尽管人们提出了不少矿块大小与需加球径之间的关系式，但由于磨矿过程是一个复杂过程，各公式都有其局限性，偏差较大，其中最基本的公式为：

对于中等硬度矿石，试验求得i=28，所以：

式中　D——应加入球的直径，mm；

d——被磨物料粒度，mm。

我国广大选矿工作者，经过多年生产实践，总结出了给矿粒度和适宜球径之间的经验关系式：

式中　D——应加入球的直径，mm；

d——被磨物料粒度，mm。

根据我国多年的生产实践，有关人员对中硬或较硬矿石总结出了球径与给矿粒度之间的对应关系，见表3-2。

45.不同球径的装入球应如何配比？

球径的合理配比，含意有两个方面：一要确定装哪几种直径的球；二是要确定各种直径的球各占多大比例，其实际质量是多少。从理论上讲，为了取得良好的磨矿效果，应当保证磨矿机内各种球的质量比例与被磨物料的粒度组成相适应。我国生产现场的球磨机都装有多种不同尺寸的球来处理具有大小不同粒度的混合物料。

对于新建选矿厂，由于缺少实际资料，多参照类似选矿厂实际加球比例进行，生产过程中做适当调整。

对于生产中的选矿厂磨矿机配球的做法可归纳如下：

（1）先取磨矿机全给矿样（一般分别取新给矿和返砂样，然后按比例配样）进行筛析，分成若干粒级，如分成18～12mm、12～10mm、10～8mm、8～6mm等，称重各粒级，算出各粒级质量百分比（产率）。

（2）用各级别粒度上限（如18mm、12mm、10mm、8mm、…）或上、下限平均值（如15mm、11mm、9mm、7mm、…）参照表3-2或利用公式确定各粒级需要加入的球的直径。

（3）根据各种尺寸的球的质量比例与入磨物料粒度组成相适应的原则，确定各种尺寸的球占加球总质量的百分比。

（4）将计算结果进行适当调整。由于实际配球时，过小的球不配入，只是选配几种球，因此计算出的小直径球，可按比例分配到较大球中，重新确定各级球的质量百分比。

（5）计算各级球实际质量，步骤如下。

①按公式计算出球的总质量G：

式中　G——球的总质量，t；

D——磨矿机有效内直径，m；

L——磨矿机有效内长度，m。

ф——介质的充填率，％；

ρ——球的堆密度，t/m3。

②根据调整后的各级球比例计算出各级球的质量。

46.如何计算磨矿机的球耗？

磨矿机球耗是选矿成本的重要构成之一。较准确的确定磨矿时的球耗，并进行及时补加，对维持磨矿机获得良好的磨矿效果相当重要。所谓磨矿球耗通常是指在磨碎矿石过程中，因机械磨损和化学侵蚀结果损失在磨矿产品中而无法回收的那部分球，而清出的碎球，只可以作为废钢回收，因此应视为磨矿消耗的球。球耗通常用kg/t（原矿）表示。

例如：某选厂ф1500mm×3000mm球磨机最初装球为10t，3个月后停车检修共处理矿石为5000t，将机内全部球清理，筛出可重新利用的球9.5t；三个月内共补加了6t球，则该选厂磨机球耗为：

为了维持球磨机内球荷平衡，正常运行中应按每磨1t矿石补加1.3kg球。至于加多大的球，各加多少，由于球的磨损是一个复杂的过程，通常生产中简单地补加一种或两种较大球，而把小球看成是大球磨得的。由于各选矿厂矿石性质、磨矿条件、球的材质等都不同，故应按本厂情况，尽力做到合理补加，不亏不胀，确保磨矿机处于良好的工作状态。

47.磨矿机转速大小有什么影响？

磨矿机转速大小直接决定着筒体内磨矿介质的运动状态和磨矿作业的效果。不同的转速，其作用效果也是不同的。

（1）当转速较低时，球磨机内的球被提升的高度较小，在球本身的重力作用下，从球荷顶部滑滚下来，呈泻落状态，此时球的冲击力很小，但研磨作用很强，矿石主要是被磨剥而粉碎，磨矿效果不高。

（2）当转速较高时，球被提升的高度也高。球上升到一定高度后脱离筒体，沿抛物线轨迹下落，处于抛落工作状态。在抛落点具有较大的冲击作用，矿石主要受冲击而被粉碎，磨矿效率最高。

（3）当磨机转速超过某一限度（转速很高），球就随筒体旋转而不下落，处于离心运转状态。这时钢球没有冲击作用，研磨作用也很小，使磨矿作用停止。

48.什么是临界转速？

球磨机中的最外层球刚好随筒体一起旋转而不下落时，这时的球磨机转速称为临界转速。各种球磨机的临界转速与其直径D成正比，临界转速的绝对数值不易求得，目前只有理论临界转速的计算公式被广泛应用。

临界转速计算公式：

式中　D——球磨机的内直径，m；

n0——临界转速，r/min。

当采用非光滑衬板，球荷充填率在40％～50％，磨矿浓度较大时，该公式计算结果是比较接近实际的。

49.什么样的工作转速对生产有利？

磨矿机工作转速是指磨矿机处于良好工作状态的实际转速。目前生产中最适宜的工作转速为：

n=（0.76～0.88）n0　　（3-49）

式中　n——磨矿机适宜的工作转速，r/min；

n0——临界转速，r/min。

生产实践证明，磨矿介质的充填率为54％时，转速定为临界转速的88％时较76％时磨机的生产率要高些；对于细磨矿（当给矿粒度小于3mm，磨矿产品在0.1mm以下时），如果转速定为临界转速的88％显然偏高，影响质量，应该略低些。目前大多数选矿厂磨矿机转速在临界转速的85％左右。

50.生产中磨矿机转速采用工作转速的意义是什么？

适当提高磨矿机转速可提高磨矿机生产率，但不可因此而片面追求高转速磨矿。因为转速的提高，也会出现一些问题。例如现在的球磨机都是按低于理论临界转速设计和制造的，如果用临界转速或超临界转速运动时，一是会出现由于离心作用而使磨机失掉磨矿作用；二是由于高转速运转会使机械振动和部件磨损加剧，设备使用寿命大大降低。同时球磨机内部磨矿作用被破坏，排矿变粗，增加了分级机负荷，使产品达不到合格粒度要求。而且磨矿介质和衬板耗损量大增。因此，大多数选矿厂生产中采用工作转速而不用临界转速运转。

51.何时采用高转速磨矿？

在目前生产中磨矿机的转速小于临界转速的76％时，称为低转速磨矿；转速高于临界转速的88％时，称为高转速磨矿；转速大于100％则称为超临界转速磨矿。

生产实践证明，采用光滑衬板的球磨机，其介质充填率较低，在30％～40％，同时适当降低磨矿浓度，使球磨机转速提高到临界转速的100％～104％时，一般情况下台时处理量能增加10％～30％。只有具备上述条件才能采用高转速磨矿，但也会带来降低磨矿细度的害处，因此不可片面追求高转速磨矿。

52.磨矿机操作时为何要“高浓度、大返砂、均给矿”？

质量分数（矿浆质量分数）系矿浆中矿石质量（干重）与矿浆总质量（矿石+水）的百分比，这里质量分数是指磨矿机内的矿浆质量分数（磨矿质量分数）。磨矿质量分数是影响磨矿机生产率的重要因素，它决定着磨矿介质与被磨物料间的摩擦力，矿浆流动性和介质的有效密度（介质与矿浆密度差）。在磨矿机操作中，一般采用较高的磨矿质量分数，这样介质表面可附上一层矿浆，从而增强对磨矿有利的研磨作用。同时，排矿中单位体积矿石量多，故排矿量大。但矿浆质量分数过高，由于矿浆密度增加，磨介有效密度和活动能力、打击效果都会减弱，同时质量分数高，黏度大，流动性变差，总排矿量减少，反而会导致磨矿机生产率降低，甚至易出现“胀肚”。因此，“高浓度”是指在一定范围内适当提高磨矿质量分数，这有利于提高磨矿效果。

返砂是指闭路磨矿时，由分级机返回磨矿机再磨的粗粒级。返矿的量往往要几倍于原给矿量。返砂量与原矿给矿量的比值称为返砂比。实践证明，返砂比的大小，将直接影响磨矿机生产率。较大的返砂比，由于使磨矿机全给矿量增加，从而加大了磨机排料速度，物料在磨矿机中滞留时间缩短，循环加快。另外，返砂虽然是粗粒矿砂，但毕竟比原矿细，因此磨机全给矿粒度组成变细，综合结果有利于提高磨机生产率。图3-11表示了返砂比与磨矿机相对生产率的关系。它表明，在一定范围内（如100％～500％）随返砂比提高，磨矿机生产率随着提高，当达到一定值时，生产率提高幅度很小，磨机全给矿接近最大通过能力，易引起球磨“胀肚”。因此，返砂比应当保持稳定，接近一恒定值。

均给矿，这里主要有两个方面的含意：一是给矿速度（单位时间内给入磨矿机矿量）平均；二是给矿粒度组成均匀。为了提高磨矿效率，给矿量应连续、均匀、稳定在一个较高的水平。时多时少将使磨矿机内质量分数频繁波动，不利于磨矿过程。磨矿给料在料仓内往往出现粒度偏析——中间细，周围粗，易造成给料组成不均匀，若不能按粒度及时调整操作会出现“胀肚”。因此料仓应尽量采用多点排料给矿。

53.如何测定闭路磨矿中的循环负荷？

闭路磨矿时，由分级分出需返回磨矿机再磨的粗粒级称为循环负荷（或返砂），其大小可用两种方法表示，即绝对量（t/h）和相对量（返砂质量与原给矿质量之比，称返砂比或循环负荷系数）。由于循环负荷是否适宜将直接影响到磨矿作业的指标，应当定期测定。常用的测定方法有如下两种：

（1）筛析法　筛析法测定循环负荷是分别从分级机给矿（磨矿机排矿）、返砂和溢流同时取代表性样品筛分分析，得到三产物中某计算级别（如-0.074mm）的百分含量（产率），然后根据该计算级别在分级作业中的进出平衡原则，按下式计算：

式中　c——循环负荷，％；

α——给料中小于计算级别的百分数，％；

β——溢流中所含小于计算级别的百分数，％；

γ——沉砂中所含小于计算级别的百分数，％。

（2）浓度法　由于筛析法测循环负荷需要取样、筛析，周期较长。在生产中可采用浓度法进行快速测定。该法是分别从分级给矿、返砂、溢流取样，测定三产物的浓度（可利用浓度壶）。而后按下式计算：

式中　c——循环负荷，％；

Rf——给料的浓度或液固比，％；

Rc——溢流的浓度或液固比，％；

Rx——返砂的浓度或液固比，％。

54.矿石硬度对磨矿机处理量有什么影响？

矿石硬度的大小，反映出矿石本身的矿物组成及其物理力学性能方面的特点。结构致密、晶体微小、硬度大的矿石比较难以磨碎。因此，这样的矿石在磨矿过程中，磨矿时间要求较长，才能保证达到要求的磨矿细度，但一般来说主要影响磨机处理能力。而硬度小或者解理发达的矿石易于磨碎，磨机单位容积的处理能力也高。

矿石硬度是个不可改变的因素。在生产中要采取积极态度对待硬度较大的矿石，如通过实验找出最适宜的排矿浓度、返砂量等操作条件，并要求从破碎系统来的矿石粒度尽可能小，在粒度条件稳定情况下，找出最佳的钢球配比。

55.自磨有哪些特点？

所谓“自磨”与其他磨矿方式的根本区别是不用金属介质，而是借助矿石在转动的磨机筒体内自身的相互冲击、磨剥作用完成粉碎过程。矿石在磨机内既是被磨物料，又是磨矿介质。

自磨磨矿技术的应用是粉体工艺的一次重大革命，自磨磨矿的主要特点有：

（1）自磨磨矿粉碎比大，可大大简化流程，减少设备。

（2）自磨磨矿省去或减少了金属消耗，有利于降低磨矿成本。

（3）自磨磨矿具有选择性磨矿作用，因此其产品的工艺特性好，过粉碎轻，有利于后续的分选过程。

（4）自磨磨矿由于省去了金属介质，矿石既是被磨物料，同时又起磨矿介质作用，因此磨矿效果对矿石性质（硬度、粒度组成）变化反应敏感，给生产控制造成一定困难。

56.处理顽石的方法有哪些？

所谓“顽石”，亦称临界粒子，一般指在自磨磨矿时，由于入磨矿石中粗粒级数量少，易在自磨机内形成一种作为磨矿介质太轻，而作为磨矿产物又不能通过格子孔排出来的25～75mm粒级的矿块。这些矿块（顽石）在磨矿机内逐渐积累，占据磨矿机容积，导致自磨机产量下降，单位功耗增加和产生过粉碎现象。

消除或防止磨机内顽石积累的措施主要有以下三种：

（1）开“砾石窗”，将临界粒子从机体内引出来，可做砾磨机砾介或单独处理。

（2）采用半自磨磨矿，即向自磨机内加入充填率为5％～8％的大钢球（球径100～150mm），以补充作为介质的大块的能量不足和研磨“临界粒子”。

（3）采用自磨—球磨—破碎流程，即自磨开路磨矿，将排料筒筛筛上物料引出，经细碎和球磨粉碎后与筛下产物合并处理，这就是所谓的ABC流程。