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磨矿过程节能降耗原理及其工业应用
2018-11-14
磨矿过程节能降耗原理及其工业应用——江西理工大学吴彩斌专家报告
2 018年中国矿业科技大会 磨矿过程节能降耗原理及其工业应用 报告人:吴彩斌 教授、博士、博导 江西理工大学 江西省矿业工程重点实验室 2 018年8月10日 1 汇报提纲 一、磨矿过程能耗现状 二、影响能耗的因素 三、节能降耗理论 四、节能降耗措施与工业应用 五、结束语 2 一、磨矿过程能耗现状  1.磨矿装备  传统磨矿装备 半自磨机 球磨机(格子、溢流型) 棒磨机 3 一、磨矿过程能耗现状  1.磨矿装备  新型磨矿装备 轻松磨至 400目、600目 塔磨机 艾砂磨机 4 一、磨矿过程能耗现状  2.磨矿工艺  传统磨矿工艺     棒磨+球磨 一段闭路磨矿 二段全闭路磨矿 阶段磨矿阶段选别 采取什么磨矿工艺, 取决于矿石性质、嵌 布粒度和处理量大小 5 一、磨矿过程能耗现状  2.磨矿工艺  新型磨矿工艺     SAB SAB+再磨 SAB+塔磨 球磨+艾砂磨 根据不同的磨矿装备, 可以搭配n种磨矿工艺 6 一、磨矿过程能耗现状  3.磨矿过程能耗 磨矿目标: 200目65% - 7 一、磨矿过程能耗现状  3.磨矿过程能耗    电耗:磨矿电耗占50~60% 钢耗:钢球消耗0.5~1.5kg/t 材耗:衬板磨耗平均为 0.25 kg/t ,寿命3~9个月 8 汇报提纲 一、磨矿过程能耗现状 二、影响能耗的因素 三、节能降耗理论 四、节能降耗措施与工业应用 五、结束语 9 二、影响能耗的因素  1.内因  矿石性质:硬度、粒度差异,矿物磨碎速率不一致。 100 8 6 4 2 0 0 0 0 0 1 1 1 1 00C 00M 00Q 00Cu 0.1 1 10 100 Particle size (mm) A*b D 10 二、影响能耗的因素  2.外因:很多,归纳为三点 ① 磨矿机、分级机的规格大小 经验:小磨机更好控制粒度组成,与分级设备类型相关  分级设备:水力旋流器 分级设备:螺旋分级机 11 二、影响能耗的因素 2.外因:很多,归纳为三点  ② 磨矿-分级回路结构工艺参数(磨矿工艺)   一段磨矿、二段磨矿、阶段磨矿、SAB、SAB+再磨 工业反馈:磨不细(欠磨)、磨得太细(过磨) 分级溢流 皮带给矿 一段排矿 分级沉砂 12 二、影响能耗的因素 2.外因:很多,归纳为三点 ③ 磨矿-分级回路运行工艺参数   球磨机:磨矿浓度、转速、衬板类型、充填率 分级机:分级浓度、螺旋转速、叶片磨损程度、给矿压 力、返砂量(返砂比)    磨矿介质类型:钢球、钢棒、钢锻、纳米陶瓷球 磨机装补球制度:钢球大小、比例;钢球材质 操作:取决于操作工人习惯  运行工艺参数直接反映磨矿过程中电耗、钢耗、材耗、投 资与维护成本的高低,受选矿厂日常重视和关注。 13 汇报提纲 一、磨矿过程能耗现状 二、影响能耗的因素 三、节能降耗理论 四、节能降耗措施与工业应用 五、结束语 14 三、节能降耗理论  1.内因理论基础:顺应矿石性质差异,降低入磨粒度  入磨粒度降至5-6mm,能耗最低《碎矿与磨矿》 60 50 40 30 20 10 0 60 50 40 30 20 10 0 1 7 5 2 1 00M 5M25Q 0M50Q 5M75Q 00Q 0 1 2 3 4 5 Ecs kWh/t 0 .0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 100M 100Q 100C 100Cu Ecs(kwh/t) 15 三、节能降耗理论  1.内因理论基础:顺应矿石性质差异,降低入磨粒度  多碎少磨,以碎代磨   细筛:耐磨橡胶筛网 耐磨聚氨酯筛网 细碎:HP型系列破碎机 CH型系列破碎机 16 三、节能降耗理论  1.内因理论基础:顺应矿石性质差异,降低入磨粒度  入磨粒度破碎至5mm以下 D<1000mm ① 高压辊磨技术 已经非常成熟! 设计、运行、 原矿 细碎机 中碎机 粗碎机 ② 装备、服务! ③支持国产! D<12mm 高压辊磨机 D<6mm 17 三、节能降耗理论  2.外因:磨矿-分级回路运行工艺优化  理论基础    球径理论计算公式 破碎统计力学原理 转移概率 18 三、节能降耗理论  一些理论与实践研究成果 19 三、节能降耗理论  2.外因:磨矿-分级回路运行工艺优化  理论基础,重点解决3个问题    磨矿-分级回路中的粒度优化分布 减轻过粉碎问题(提高回收率) 磨矿-分级过程中的节能降耗  实现方法   研磨介质合理选型 精确化钢球尺寸计算 20 三、节能降耗理论 钢诺新材料股份 有限公司  研磨介质合理选型1.耐磨钢球 二段磨 21 三、节能降耗理论  研磨介质合理选型2.棒与钢锻 二段磨 钢诺新材料股份 有限公司 22 三、节能降耗理论  研磨介质选型3.异性介质  研磨介质选型4.非铁磨矿介质      氧化锆球 高铝球 景德镇百特威尔新 材料有限公司 纳米陶瓷球 鹅卵石 顽石 23 三、节能降耗理论 3.研磨介质的磨矿性能比较:钢锻 VS 钢球 24 三、节能降耗理论 3.研磨介质的磨矿性能比较:纳米陶瓷球VS 钢球 25 三、节能降耗理论 3.研磨介质的磨矿性能比较:纳米陶瓷球VS 钢球 对铁矿,在磨至相同的细度 下,采用纳米陶瓷球的能耗比钢 球下降0.254kwh/t,下降幅度为 7 9.38%。 对铅锌矿,在磨至相同的细度 下,采用纳米陶瓷球的能耗比钢 0.066 0.14 0.32 0.36 球下降0.22kwh/t,下降幅度为 6 1.11%。 26 三、节能降耗理论  3.研磨介质的磨矿性能比较: 提高1.065 个百分点 纳米陶瓷球VS 钢球 下降36.94% 下降75% 27 三、节能降耗理论  4. 磨矿-分级回路运行工艺优化效果  四提四降  提高磨机处理量 降低电耗    提高单体解离度 降低球耗 提高易选合格粒级含量 提高精矿品位和回收率 降低衬板消耗 降低球磨机噪音  已经在工业上得到了广泛应用。 28 汇报提纲 一、磨矿过程能耗现状 二、影响能耗的因素 三、节能降耗理论 四、节能降耗措施与工业应用 五、结束语 29 四、节能降耗措施与工业应用 以柿竹园公司选矿厂为例 1. 千吨选厂(1600t/d+)  1) 磨矿-分级工艺流程 入磨矿 格子型球磨机 螺旋分级机 水力旋流器 溢流型球磨机 典型二段全闭路磨矿 选矿 30 四、节能降耗措施与工业应用 2) 磨矿-分级回路存在的问题 入磨矿  一段磨排矿γ-10μm为10.42%,二 格子型球磨机 螺旋分级机 段磨排矿γ-10μm为13.15%,二段水 力分级溢流γ-10μm为16.30%;  二段分级溢流中-10μm产品中造 成的金属损失率为28.93%; 衬板使用寿命只有7~8个月。 水力旋流器 溢流型球磨机 选矿  31 四、节能降耗措施与工业应用  3) 磨矿分-级回路优化的实施效果 工业试验前后二段分级溢流产品分布特性对比/% 对比指标 γ-10μm 试验前 16.30 82.72 86.27 试验后 9.54 提高或降低幅度 降低6.76个百分点 提高0.72个百分点 提高0.62个百分点 加粗7.39μm γ0.1mm~10μm γ-74μm 83.44 86.89 43.60 D 3 6.21 μm 32 四、节能降耗措施与工业应用  3) 磨矿分-级回路优化后节能降耗实施效果 衬板使用寿命 (月) 功耗(kwh/t)钢耗(kg/t) 节能降耗指 标 磨机处理能力 (t/h) 一段磨+二段 磨 一段磨 一段磨 试验前 试验后 21.67 20.56 1.11 0.63 0.50 0.12 8 32 14 36~38 降低幅度 延长6 提高4~6t/h 33 四、节能降耗措施与工业应用 2. 两千吨选厂  1) 磨矿-分级工艺流程 34 四、节能降耗措施与工业应用  2) 磨矿分-级回路优化的实施效果 一段磨给矿平均粒度6~7mm,优化前为6.10mm,略有变粗。 磨矿-分级回路中的粒度分布对比 一段球 磨排矿 螺旋分 级返砂 螺旋分 级溢流 二段球 磨排矿 水力旋 流沉砂 水力旋流 溢流 对比指标 优化前 28.00 30.51 5.85 7.74 9.46 0.75 2.44 8.86 9.84 52.56 51.39 5.99 30.39 35.26 4.39 19.44 18.43 1.67 81.36 81.67 13.82 11.03 75.87 78.51 γ-74μm 优化后 优化前 优化后 优化前 优化后 γ-10μm 4.60 6.14 4.10 2.79 28.17 32.67 53.32 55.75 39.65 47.63 29.07 31.66 γ100~10μm 效果:磨矿-分级回路中粒度分布更加合理。 35 四、节能降耗措施与工业应用  2) 磨矿分-级回路优化的实施效果 磨矿-分级效率优化前后对比 返砂比 C 质效率 量效率 η E q- 200 /t/m3.h 磨矿回路 分级设备 优化前 121.22 优化后 102.90 优化前 465.48 优化后 283.58 55.07 84.85 59.44 84.69 42.61 47.34 52.49 61.10 1.11 1.17 1.31 1.36 一段球磨- 分级回路 螺旋分级 机 二段球磨- 分级回路 水力旋流 器 效果:水力旋流器的质效率和量效率均分别提高9.88和 13.76个百分点,返砂比下降幅度39.08%。 36 四、节能降耗措施与工业应用  2) 磨矿分-级回路优化的实施效果 二段分级溢流产品质量优化前后对比 处理量 t/h 细度 γ-74μm 易选粒级 γ0.1~10μm 过粉碎 γ-10μm 调试时间段 工业试验前 90 81.36 81.67 75.87 78.51 13.82 11.03 2 014年 9 1 6 .24-7.2 定性描述 与试验前比较) 略提高 1t/h 基本 不变 提高 2.64% 降低 2.79% ( 效果:分级溢流产品质量大为改善。 37 四、节能降耗措施与工业应用  3) 磨矿分-级回路优化的节能降耗效果  节约单位电耗0.45kwh/t,折合降低磨矿成本0.27元/t。   节约钢球消耗0.18kg/t,折合降低磨矿成本1.26元/t。 衬板使用寿命可延长2~4个月,折合降低磨矿成本 0.13~0.26元/t。 磨矿成本降低1.66~1.93元/t 38 四、节能降耗措施与工业应用 3. 千吨选厂“2+1”优化 2 +2 系统相互独立! 39 四、节能降耗措施与工业应用  1)改造后2+1磨矿-分级工艺流程 2 +1 系统相互关联! 40 四、节能降耗措施与工业应用  2)2+1流程的理论计算 处理量/t 36.00 名称 细度% 一段磨机体积/m^3 二段磨机体积/m^3 旋流器给矿细度/% 一段球磨机给矿细度/% 合并溢流细度/% 预先分级沉砂重量/t 检查分级沉砂重量/t 螺旋分级机工况 返砂比/% 18.50 18.50 52.67 8.95 53.65 39.22 53.72 原矿 8.52 一段返砂 一段排矿 一段溢流 二段沉砂 二段排矿 二段溢流 13.74 30.38 53.65 29.80 51.91 82.19 水力旋流器工况 8.92 12.01 97.77 返砂比/% 质效率/% 量效率/% 129.08 51.69 68.12 质效率/% 量效率/% 一段磨机工况 一段磨机利用系数/t/h•m^3 一段磨机处理量/t 二段磨机工况 二段磨机利用系数/t/h•m^3 二段磨机处理量/t 0.81 39.21 0.86 92.94 一段磨机-分级回路利用系数 /t/h•m^3 二段磨机-分级回路利用系数 /t/h•m^3 0 .88 2.04 41 四、节能降耗措施与工业应用  4)2+1工艺调整后参数计算 处理量/t 一段磨机体积/m^3 二段磨机体积/m^3 旋流器给矿细度/% 一段球磨机给矿细度/% 合并溢流细度/% 预先分级沉砂重量/t 检查分级沉砂重量/t 螺旋分级机工况 返砂比/% 36.00 18.50 18.50 46.67 11.05 55.00 30.00 60.00 名称 原矿 细度% 8.52 一段返砂 13.74 35.00 55.00 20.00 40.00 80.00 一段排矿 一段溢流 二段沉砂 二段排矿 二段溢流 水力旋流器工况 返砂比/% 质效率/% 94.07 45.30 80.97 125.00 59.52 76.19 质效率/% 量效率/% 量效率/% 一段磨机工况 二段磨机工况 二段磨机利用系数/t/h•m^3 二段磨机处理量/t 一段磨机利用系数/t/h•m^3 一段磨机处理量/t 一段磨机-分级回路利用系数 0.86 69.87 0.97 90.00 二段磨机-分级回路利用系数 /t/h•m^3 0 .90 2.34 / t/h•m^3 42 四、节能降耗措施与工业应用  5)2+1工业调式过程 ① 2+2螺旋分级机溢流细度最大化调节 ② ③ 2+1磨矿系统初合拢 2+1磨矿系统再合拢 ④ ⑤ 2+1磨矿系统运行 2+1磨矿系统稳定运行 43 四、节能降耗措施与工业应用  6)2+1磨矿系统如何调试? 一段磨矿-分级回路调稳定且固化 44 四、节能降耗措施与工业应用  6)2+1磨矿系统如何调试? 二段磨矿-分级回路动态调节 45 四、节能降耗措施与工业应用  7)2+1 实施效果 磨矿效率优化前后对比 一段球磨 二段球磨 运行 工况 处理 能力 新生γ-74μm q-200 /t/m3.h q-200 /t/m3.h 新生γ-74μm /% / % 1 # 36.5 36.5 36 0.99 1.09 0.86 0.93 29.09 26.68 25.87 24.20 - - 改造前 0.84 2.33 0.99 12.90 17.21 11.51 2 # 改造前 35.29 效果:二段磨机利用系数比改造前总和还多0.50 t/m3·h 。 46 四、节能降耗措施与工业应用  7)2+1 实施效果 分级效率优化前后对比 螺旋分级机 /% 水力旋流器 /% 质效率η 运行 工况 量效率 E C1 质效率η 量效率E C2 1 # 72.64 107.78 70.08 53.62 60.83 45.49 51.31 90.53 87.57 88.39 83.22 - - - 改造前 141.86 122.36 236.49 42.03 59.28 43.35 59.25 75.85 52.14 2 # 改造前 102.32 效果:分级质效率提高17个百分点以上,分级量效率提高16个 百分点以上。 47 四、节能降耗措施与工业应用 钨金属量分布前后对比 改造前1# 改造前2# 2+1(磁选给矿) 级别 mm / γ % 0.74 βWO3 εWO3 /% 0.08 12.18 0.08 8.99 0.12 γ /% 1.16 βWO3 εWO3 /% 0.08 2.74 11.59 0.08 3.04 8.59 0.12 γ /% βWO3 εWO3 /% /% / /% 0.17 /% 0 0 .3~0.20 .2~0.10 .10~0.074 0.25 2.50 2.78 0.57 0.081 0.12 9.56 0.081 2.07 9.06 0.092 2.23 0 0 0 .074~0.037 29.44 0.44 36.49 30.15 0.46 37.44 25.59 0.43 29.48 .037~0.019 12.35 0.44 15.31 13.02 0.44 15.47 21.80 0.48 28.04 0 .019~0.01 11.24 0.42 13.30 11.54 0.4 12.46 12.27 0.45 14.79 -0.01 25.05 0.41 28.93 23.95 0.45 29.10 21.16 0.41 23.25 合计 100 0.36 100 100 0.37 100 100 0.37 100 ε100-10μm 68.14 68.15 74.55 ε10μm 28.93 29.10 23.25 效果:钨金属分布率提高6.40个百分点,过粉碎粒级产率中钨金属分布 率降低5.77个百分点。 48 四、节能降耗措施与工业应用  8)2+1 实施产生的经济效益  选矿厂1#机组二段磨机、砂泵、水力旋流器停运,减少 了备品、备件的用量和维护成本。  电耗降低:P:280kw,节约144.14万元/年  钢耗降低:每天节约钢球0.33t,节约76.23万元/年 折合降低磨矿成本3.88元/t。  49 汇报提纲 一、磨矿过程能耗现状 二、影响能耗的因素 三、节能降耗理论 四、节能降耗措施与工业应用 五、结束语 50 五、结束语  1、磨矿作业在选矿厂的地位 长期得不到重视! 不就是粒度减小的过程嘛! 不知如何重视?     认为没有必要开展科研?!  应该给予重视?  科研投入远远低于产出!(浮选效 果同步改善) 51 五、结束语  2、课题组粉碎实验条件  江西省矿业工程重点实验室  建有JKDWT、功指数球磨机、粉体综合特性测试仪、 JKSimMet等矿物粉碎的能耗测试和分析软件平台  各种规格的颚式破碎机、对辊机、锥形球磨机、棒磨机 再磨机、立式搅拌磨机、ROCKLABS破碎机和筛分机 等矿物粉碎的能耗测试平台 建有1t/d的磨矿-浮选-重选中试车间; 、  52 五、结束语  3、课题组服务典型矿山    江铜集团银山矿业 紫金矿业    湖南柿竹园公司 南京梅山铁矿 金堆城钼业 广东大尖山铅锌矿  广东大宝山矿  湖南黄沙坪矿 53 五、结束语  4、与课题组建立战略合作关系的公司     中国瑞林工程技术有限公司 河北钢诺新材料股份有限公司(耐磨球供应商) 景德镇百特威尔新材料有限公司(纳米陶瓷球供应商) 浙江艾领创科技有限公司(艾砂磨供应商) •我们课题组愿为矿山企业贡献绵薄之力! 54 致谢 感谢国家自然科学基金(№51764015)资助 55 2 018年中国矿业科技大会 联系方式: • • • • 吴彩斌 二级教授、博士、博导 wushirle@sina.com; 13807916942, 13970145667 江西理工大学资源与环境工程学院 请各位专家批评指正! 谢谢! 56
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