1、引言
当前在改进磨矿回路效率时的主要障碍是缺乏对在磨矿机中物料输送机理的了解。对于给定的操作条件，在磨机中矿浆的流动形式决定矿浆的滞留量和排出磨机的固体的磨矿时间分布�？笪锟帕５钠扑樗俾嗜【鲇谥土袅�，所以滞留量很大程度地影响着磨矿过程的效率。因此，工业磨机运行时，选择一套与最大磨机效率相一致的操作条件是很重要的，对此唯一的可能是能否有效地预测磨机滞留量作为操作条件（如球的装填量、磨机速度、给矿的矿浆浓度、给料量）和设计参数（如磨机直径、长度、提升棒规格及排矿端耳轴直径）等的函数关系。
最近，许多研究人员进行了研究，以建立对球磨机中物料输送的了解，这些研究主要是磨矿时间分布分析及滞留量的测量。几乎在所有的场合，球磨机被看作一个黑箱，所有的信息都来自于对磨机给矿和磨机产品的分析。
本研究的目的是促进对在湿式球磨机中矿浆流动机理的了解。设计并制造了一台半工业规模的磨机，可以用各种操作参数对矿浆滞留量进行连续测量，所做的实验用来研究给料量，给矿浓度，磨机速度，排矿端耳轴直径对矿浆滞留量、平均磨矿时间及颗粒粒度分布的影响。
以前在这方面的实验研究是繁杂的，并且所研究的操作参数的范围非常窄，主要是由于实验设备限制操作灵活性，相比而言，在这次研究中建造的半工业规模的磨机是特别设计的，可允许操作参数在很宽的范围内变化，并且使数据收集的步骤规范化。事实上，在磨机运行中，滞留量的数据可以通过在线测量磨机内的重量直接得到，富通新能源生产销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
2、半工业规模实验的建立
半工业规模磨机是∮0.416m×0.641m钢制圆筒体，筒体上有一个178mm×127mm的门，用于装卸磨矿钢球，磨机内装有八根宽13mm，高6mm的提升棒，给矿端是一个150锥、中心孔直径51mm.并与该孔连接一鼓型给料器。一个3m长、直径0.127m的螺旋给料机，把矿石输送到鼓型给料器。使用了两块排放端盖( 150)，这样溢流排矿口的直径可以是0.102m或0.133m。在溢流口安装了一个粗的钢格栅，防止磨机内的钢球外溢。磨机内添加钢球，充填率为磨机容积的30%~35%，球的直径为均匀等级分布。
3、实验
建立一个实验系统，直接给出连续读取在磨机中滞留量变化的数据，当重量指示器显示值达到一个稳态流量，然后系统在没有任何调整的情况下运行约半个小时，从磨机排矿中取出约一升的备份矿样，然后改变操作条件。在达到另一稳定状态之前，由操作条件变化引起一段时间变化，系统复原。
粒度分布的测定，先通过325目湿筛，然后，用筛孔由325到10目的标准套筛进行干筛。当在磨机产品中测到相当多的细粒时，使用一台米克路特雷克( Microtrac)粒度分析仪来完成较低范围内的粒度分布分析。
4、矿浆滞留量随时间的变化
磨矿时间变化对应固体给料量的变化见图1。在此运行期间，装球量是30%，磨机转速率是80%，给矿中固体浓度是60%，给矿量变化范围为14~163kg/h，这些数据作为分析磨机中矿浆滞留量的动态变化是合适的。
首先，矿浆在通过磨机耳轴排出之前先充填到溢流口的边缘。当固体以109kg/h的恒定速率给入而填满有球介质的磨面空间，如图1所示，需一定的时间。矿浆填入磨矿介质空隙的同时，也在磨机中集聚。然后，在球的顶部形成一个矿浆池，在此期间，只有少量的矿浆从磨机排出�？蠼掣降侥セ牡撞考疤嵘羯�，并从排矿端的顶部通过排矿口自流流出，即矿浆的流出是由于超过排矿板内侧外溢的�？蠼何淮锏脚趴罂诘拇皆岛�，滞留量增加的速率保持恒定，然后，矿浆开始溢流排出且速率迅速增加到与给矿量相一致。当矿浆开始溢流排出时，矿浆滞留量的值约和稳态值相同。
当磨机在较高的给矿浓度下运行时，矿浆开始溢流排出时的矿浆滞留量高于稳态值，这个现象是由于磨机内的矿浆浓度连续变化及在矿浆开始溢流排出和稳态之间粒度分布的连续变化而形成的，这些变化影响排矿速率和滞留量的稳态值。图2所示，动态表现是在达到较低的稳态值之前，滞留量达到一个较高的值。在磨机中矿浆滞留量在开始溢流排出时的值和它的稳态值之间的差随给矿浓度的增加而增加，这可从图3中在较高给矿浓度下矿浆滞留量的动态变化曲线看到。
图1—图3也表明了磨机中矿浆滞留量的变化与给矿量的变化相对应，滞留量从一个稳态值到另一个稳态值同样也有变化。但矿浆滞留量随时间的变化对所有的给矿浓度值不都是一致的，当给矿浓度高于60%时，磨机中矿浆滞留量对时间的曲线，其变化是明显的。
5、磨机给矿量的影响
图4所示为矿浆滞留量与固体给矿量的变化�？蠼土袅吭�0~14kg/h时，随固体给矿量增加而急剧增加，在更高的给矿量时矿浆滞留量呈线性增加。在较低的给矿量下，没有大量的溢流从溢流口的内沿流出，磨机排出的矿浆主要是粘附到提升棒上及从排矿板的项部通过溢流口自流排出。磨机中的矿浆滞留物主要是非常粘的细颗粒，没有大量的浆池形成。当给矿量增加时，相应地矿浆在磨矿介质的空隙和浆池中积累，矿浆滞留量急剧增加，增加的速率随着固体给矿量的增加而较高增长，直到矿浆的液位达到溢流口的内沿为止。
磨机中矿浆的液位达到溢流排矿口的内沿时，滞留量随固体给矿量增加而增加的速率突然下降。磨机内矿浆的体积随着固体给矿量的增加而继续增加，以满足在排矿端矿浆流出的较高速度。事实上，流体通过明渠从容器内溢过导流堰排出的规律要求排出速率随着高于溢流堰的矿浆液位的增加而增加。但在浆池中，由于逆向运动的钢球产生的波浪有助于排出矿流，并且磨机中的矿浆液位变化较仅因溢流堰的机械作用产生的流动小的多。因此，随着给矿速率转化成滞留量的边缘增加量，则滞留体积仅是适度的增加。
矿浆滞留量的增加主要是由于在滞留量中固体部分的增加引起矿浆密度的增加所致，滞留矿浆浓度的增加是磨机内粗粒物料的积累所致。众所周知，磨机产品的平均粒径随给矿量的增加而急剧增加。例如，当矿浆流过管道时，在管道中的浓度大于给矿和排放的浓度。在管道中和在给矿及排矿中的浓度之间的差异随在矿浆中的物料的平均粒径和矿浆中固液相之间的滑移速度的增加而增加，由于滞留矿浆的浓度高于给矿和排矿的浓度，所以固体的平均停留时间高于液体的平均停留时间。
滞留量的浓度随矿浆中物料的变粗而增加，最终，磨机中矿浆占有的体积几乎不变，由于磨机内部固体物料的积累，滞留矿浆的重量随着给料量的增加而增加。
在本研究中建立起的矿浆滞留量和给料量之间的相互关系与肯伯戈及赫伯斯特的结果一致。他们发现，在开路状态下运行的∮0.76m×0.46m湿式溢流型球磨机，滞留矿浆的重量以给矿量五倍的增量呈线性增加，而其矿浆给矿中的固体部分维持在重量浓度60%。这个关系和克雷姆珀等人提出的模型是一致的，其模型表述稍有不同：根据在1台开路配置的∮0.31m×0.61m湿式溢流型球磨机及一台∮5.94m×5.15m工业球磨机中进行的物料输送研究，归结出磨机中的体积滞留量为磨机给矿量的5倍，但由于在磨机中物料的积累，磨机中的矿浆滞留量的固体部分随给矿速率而逐级增加。最终，在非常低的固体给料速率范围内，矿浆滞留量随固体给料速率急剧增加，随后，在中等到高的给矿速度范围内呈线性增加，该结果与豪戈等人所阐述的在开路运行的+0.31m×0.61m湿式溢流型球磨机中进行的物料输送研究所得的浆池模型吻合很好。
这些研究者发现不同的相互关系，是因为从每一台给定的工业磨机得到一套数据所包含的只是很窄的矿浆给矿速率。进一步而言，大部分在建立这些关系时使用的磨机数据是在闭路状态下获得的，在此状态下，磨机的粒度分布和实际矿浆给矿速率由于分级机的存在使磨机排矿的大部分再循环而变化很大，因而，在给矿速率和固体滞留量的关系可能取决于磨机是否在开路或闭路状态下运行。
6、给矿浓度的影响
图5所示为矿浆滞留量与给矿中固体含量的变化。这个曲线基本上表示了三个不同的区域。在固体含量为60%~70%的区域，滞留量随给矿中固体含量的增加有少量的增加，在70%~75%几乎维持不变。给矿中固体量超过75%时，矿浆滞留量急剧增加。
要了解给矿浓度对矿浆滞留量的影响，必须考虑矿浆浓度对矿浆密度和粘度的影响�？蠼芏人媾ǘ鹊脑黾又鸾ピ黾�，但矿浆粘度开始是逐渐增加，而在较高浓度下呈指数增加。
浓度在60%~70%时，矿浆滞留量的重量增加，部分是由于矿浆体积增加补偿了由较高粘度引起的对矿流的阻力的增加。除了矿浆体积的增加之外，磨机中物料的重量由于矿浆密度的增加也增加。
浓度在70%~75%时，矿浆密度的增加与矿浆粘度按指数增加共同影响着磨矿球荷的运动，磨矿球荷的肩部和足部位置朝着磨机的中心移动，有助于减少浆池液位及磨机中矿浆体积分布，这就抵消了由于矿浆密度和粘度增加引起的矿浆滞留量增加的趋向。
给矿中固体超过75%时，其足部和肩部位置进一步朝着磨机中心移动，矿浆从磨机中的排出变得困难了，并且大量的磨矿球荷出现在磨机排矿端。最终，给矿浓度的连续增加导致过负荷的发生。
在本研究中发现的矿浆滞留量随磨机给矿浓度的变化与豪斯特及拂利的结果(1972)吻合很好，他们发现在1台格子型球磨机中随着给矿浓度的增加，矿浆滞留量呈指数增加。
7、磨机速度的影响
矿浆滞留量随磨机速度的动态变化见图6，当磨机的速度从临界速度的60%变化到70%时，磨机的矿浆滞留量几乎没有变化，当磨机速度变化在70%到90%的临界速度范围内时，矿浆滞留量在约80%的临界速度时呈现一最大值�？蠼土袅吭谀セ俣壬系囊览敌员蝗衔怯捎谠谀セ目蠼颓蚝傻姆植夹翁婺セ俣鹊母谋涠浠慕峁�。
在磨机速度为60%~70%临界速度时，动态球荷的形态和其充填空隙几乎没有变化，因而，矿浆滞留量仍然没有变化。当磨机速度从70%增加到80%的临界速度时，球荷的肩位明显提高而足位下降，并且球荷的空隙增加。结果，更多的矿浆被夹带到球荷当中，浆池的体积也增加了，导致了矿浆滞留量的增加。当超过80%的临界速度时，充填介质的空隙继续增加，但由于更多的球处于动态，致使有效的磨机球荷容积降低。有效磨机容积的降低导致矿浆滞留量的降低。
在图7中，当固体给矿量从54kg/h到109kg/h时，矿浆滞留量显示了与磨机速度同样的变化。并且，给矿中固体含量维持在69.4%。
8、溢流端耳轴直径和球充填量的影响
当改变磨机的溢流排放端板时，最大球荷充填率也随之改变。本研究采用两个不同的排矿端直径，分别可以达到30%和35%的装球量。因而，排矿端直径的影响转变为在磨机中最大装球量的影Ⅱ向。
图8中所示矿浆滞留量对应于69.4%的给矿浓度，80%的临界转速，34.5%的装球量，溢流口直径0.112m时的动态变化。图9所示矿浆滞留量随给矿速率的变化是在69.4%的给矿浓度、80%的临界转速、30%的装球量，并且对应于0.133m的溢流口直径，34.5%的装球量对应于0.112m溢流口直径。
在相同给矿速率下，较高的装球量，由于球充填的体积和浆池液位随着装球量的增加及溢流口直径的减小而增加，其矿浆滞留量也大。如图9所示，在34.5%和30%的装球量及高的给矿速率下，矿浆滞留量随着固体给矿速率呈现直线增加。然而，直线的斜率，也就是矿浆滞留量增加的速率，对于较高的装球量是较低的。部分原因是由于较大的球充填率对固体物料施加了一个较高的磨矿作用，因此，在磨机里的平均粒径细得多，由于粗粒缺少，矿浆容易流出而降低了固体滞留量。
矿浆滞留量也被认为是在不同固体给矿速率下的装球量的函数，如图10所示，连接固体物料相同给料速率下的实验数据的连线在低装球量的范围内散射，并且向着假设的占磨机体积50%的球荷充填率的一个点收敛。这就证实了当装球量增加时，矿浆给矿速率的增加对矿浆滞留量有较少的影响，也证实了当球荷增加时，随着装球量的增加，磨矿作用增加，并且引起滞留量增加的被磨物料粗度的增加也减少。
在本研究中发现，矿浆滞留量随着增加装球量，或减小溢流口直径而增加的结果与克雷木珀等人的其他发现(1989)吻合很好。
9、结论
新型半工业规模实验的建立使得当磨机运行中能够连续进行滞留量的测量。瞬时滞留量数据表明磨机内的物体不能够平滑地从一个稳态变到另一个稳态。从它的初始值开始，滞留量的变化超过下一个稳态值，然后，振荡一段时间后，振荡的幅度慢慢降低，直到达到稳态。当磨机在恶劣的条件下（高的给矿量，高的给矿浓度和高的磨机充填率）运行时，振荡是非常剧烈的，并且可能引起过负荷。
矿浆滞留量随固体给矿量而增加，在非常低的给矿速率范围内其增加是急剧的，在由低到高的给矿速率范围内呈线形。给矿浓度高至75%时，滞留量适度增加，给矿浓度超过75%时，矿浆滞留量随给矿浓度呈指数增加，并且在80%左右达到过负荷�？蠼土袅恳菜孀抛扒蛄康脑黾佣黾�，也就是说，由于溢流口直径的减小而增加。矿浆滞留量对磨机速度的曲线在60%到90%的临界速度范围内，在大约80%的临界速度时表明为最大值，富通新能源销售的球磨机、雷蒙磨粉机是客户们最佳的选择。
