球团生产的基本原理_球团生产工艺介绍

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球团生产的基本原理

1、造球的理论基础：造球又称滚动成球，它是球团矿生产中的第一道工序，而且是重要的基本工序之一，因此生球质量的好坏在很大程度上决定成品球的质量，例如生球的大小，水分，机械强度，热稳定性和化学组成等的波动，会严重影响下一步工序。而生成球的质量除与工艺过程有关外，还取决于原料的物理、化学性质和准备方法。

细磨物料在造球设备中被水润湿后，通过机械力和毛细力的作用而成球。并且，由于存在毛细压力、颗粒之间的摩擦力及分子引力等，使生球具有一定的机械强度。各种物料成球性能的好坏是不相同的，这与物料的表面性质和它与水的亲和能力有关。

2、水分在成球过程中的作用：在造球过程中水是一种很好的粘结剂，在适宜的颗粒特性得到保证的前提下，能否造出好的生球在程度上取决于加水量，同时，颗粒特性对生球强度的影响，只有在最佳水分条件下，才能显示得出来，所以颗粒特性和最佳水分是造球的两个关键因素。

3、生球形成的连接机理

一、主要连接力

对于颗粒物料，使之成生球的力是自然力（或物理力）和应用力两种。

对于造块有用的自然力有：（1）固体颗粒之间的范德华力、磁力和静电力；（2）颗粒之间相互作用的摩擦力；（3）不能自由移动的连接桥中的附着力和内聚力；（4）由于液相存在的界面力和毛细力。

生球靠物理力使颗粒维持在一起，而这些物理力的大小决定于颗粒的尺寸、表面荷电、结晶构造、颗粒的接近程度和添加剂的种类及数量。当液体存在并完全润湿固体颗粒表面时，主要的物理力是颗粒间气-液界面的表面张力所引起的毛细压力。

同时，为了使物理力能对成球起到作用，就要借助机械力使湿颗粒彼此相接处，即在一个合适的设备中，通过滚动、转动、搅拌、润磨、揉和及挤压的方式使物料作机械运动，使颗粒相互接触。湿颗粒的造球或制粒，是利用物料在圆筒、圆盘或圆锥造球机内，受到滚动和搅拌，物料的滚动行为决定于物料的物理、化学性质和造球设备的工艺参数。

二、细磨物料在成球过程中的行为

细磨散状物料在造球过程中，首先形成球核，然后球核长大，主要是以成层或凝结的方式长大。但是，在球长大的过程中，或多或少还会发生一些其它的行为，例如已经形成的球，又被压碎等。

萨斯特雷和福尔斯特瑙将造球过程中，可能发生的行为总结为七种：

（一）成核。细磨物料开始形成削球的过程称为成核过程。湿料加到造球机中加水润湿后，在机械力作用下，颗粒互相靠拢，由于颗粒之间毛细力的作用而聚集成核。这是任何新球形成必不可少的过程。在批料造球中，进入造球机的原料，一部分形成球核，另一部分使球核长大。在正常生产情况下，两者有一定的比例，即成核的数目大致等于成品球的数目，核的形成是造球的第一步。因此，核的强度及形成的速度都影响到生球的质量。

（二）成层。已经形成的球核，在滚动过程中聚集新料，并逐渐长大，这被称为成层过程，又称滚雪球。

此过程是连续往球核上加粉料和水分，表面潮湿的核，由于毛细力的作用，在滚动时一层层地聚集物料，使球的尺寸连续增长。在生产上，生球多以这种方式长大。

（三）凝结。几个小球核连结在一起，叫凝结生球。长大是由于小的球核在造球机内“瀑布式”的物流中，互相碰撞和挤压，球核逐渐变得密实，毛细管中的水被挤到球表面，在连续碰撞中彼此凝结在一起，因而导致球的长大。球核的凝结可以是两个或是更多的，以成对的或四面体的形式聚结在一起。球以聚结方式长大的速度，比成层长大的快。在批料造球时，球往往以聚结的方式长大。以聚结方式长大的球，尺寸范围较宽。

（四）粉碎（散开）。已经形成的球核又被压碎。在造球过程中，部分原料虽然暂时聚集在一起，但由于水分少，毛细粘结力不足，球核的强度小，在其它核团的撞击下而破碎。这在造球过程中是不可避免的，这部分散料在继续造球过程中会粘附到其它球核上。

但是，对于粒度较粗的原料，或亲水性较差的原料，球核破碎的几率就很大，往往导致造球过程不能顺利进行。这种原料一般称为成球性差或难成球的原料，必须增加某些粘结剂以改善其成球性能。

（五）破损。已经形成的球，在继续长大过程中，由于受到冲击或碰撞而破裂成碎片，这种碎片往往形成球核或与其它的球聚结。若出现大量的球破裂，则说明造球机的工艺参数不适宜，必须加以调整。

（六）磨损。已经形成的球，在继续张大中，有些球表层因水分不足或粘结剂而粘附不牢，在互相磨剥过程中被磨损，这些磨损下来的粒子，又粘附到其它的球上。

（七）磨剥转移。在造球过程中，球由于相互作用和磨剥，一定数量的原料从一个球换移到另外一个球上，这称为“磨剥转移”。这种“磨剥转移”是在球之间每次碰撞时，非常少的原料从一个球的表面转移到另一个球的表面，而不存在交换。

以上七种行为，组成一套基本过程，这些过程能引起生球在数量上和尺寸上的改变，在任何情况下，生球的形成和长大，可以这七种基本行为中的某几个来描述。

4、细磨物料的成球过程：细磨物料造球有连续造球和批料造球两种方式。由于造球的方式不同，成球过程也有差别，但大致都是分为三个阶段。

一、造球过程的三个阶段

（一）连续造球过程的三个阶段

（1）、成核阶段。当细磨物料表面达到最大分子水分后，继续加水润湿，则在颗粒表面裹上一层水膜，颗粒物料彼此有许多点接触，由于水膜的表面张力作用，在两颗矿粒之间便形成液体桥健，使矿粒连接在一起。矿粒在造球机内通过运动，以及含有两颗或数颗矿粒的各个小水珠相互结合，便形成了最初的聚集体。这种聚集体是疏松的，液体桥键使各个颗粒呈网状地保持在一起，其中保留了大量的孔隙，液体填充率仅20%左右。在机械力的作用和增加水分的情况下，聚集体的粒子发生重新排列，部分孔隙被水充填，液体倾向融合，形成连续的水网。这时的聚集体为蜂窝状毛细水所连接，其中孔隙体积减少，形成坚实稳定的球核，又称母球。

这就是成核阶段，成核速度与原料的比表面积和水分有关。这时的球核仍然是由固---液---气三相组成，强度不高。

（2）、球核长大阶段。已经形成的球核，在机械力作用下，使颗粒彼此靠拢，所有孔隙被水充满，球核内蜂窝毛细水逐渐过渡到毛细管水。在球核外围孔上形成弯月面，由于毛细力将矿粒保持在一起，这时球核的强度提高。

在继续滚动过程中，球核进一步被压密，引起毛细管形状和尺寸的改变从而使过剩的毛细水被挤到球核表面上来而均匀地裹住球核，这样，表面过湿的球核，在滚动过程中就很容易粘上一层润湿程度较低的物料，使核长大。

球核的这种长大过程是多次重复的，一直到球中颗粒间的摩擦力比滚动成型时的机械压密作用大时为止。此后，为使球继续长大，必须往球的表面喷水，使表面充分润湿。球主要是以成层方式长大。

（3）、长大的球进一步紧密阶段。生球长大到尺寸符合要求后，进入紧密阶段。要使生球紧密必须给予机械压力。在这一阶段应该停止补充润湿，让生球中挤出来的多余水分为未充分润湿的物料层所吸收。利用造球机所产生的机械作用力很容易使球紧密。这种滚动和搓动的机械作用，能使生球内的颗粒发生选择性的按接触面积最大的排列，使生球内的颗粒被进一步压紧，并有可能使某些颗粒的薄膜水层相互接触，这样，薄膜水能沿颗粒表面迁移，使几个颗粒同为一薄膜水层所包围。所以，生球中各颗粒靠着分子力、毛细力和内摩阻力的作用相结合起来。这些力的数值愈大，生球的机械强度就愈大。

必须指出，上述成球过程的三个阶段，是为了分析问题而划分的。其实，三个阶段都在同一个造球机中完成，各个阶段很难明显地划分。

在造球过程中，第一个阶段，具有决定意义的作用是润湿。第二个阶段，除润湿作用外，机械作用也起这种大的影响。而在第三个阶段，机械作用成为决定的因素。

5、粘结剂在生球过程中的作用，膨润土是一种良好的粘结剂，它能提高生球和干球的强度。但是，却降低了成球速度，并且随着膨润土用量增加，成球速度下降，膨润土是层状结构，遇水后，不仅表面吸水，其晶层间也要吸附一定量的水分，成为层间结合水，因而减少了造球过程的有效水，使生球长大速度降低。膨润土对成球动力学的影响，随着膨润土所吸附的阳离子不同而异。钙型膨润土对降低成球速度的影响比钠型膨润土的影响小。从而，钙型蒙脱石添加量小于0.75%，对成球速度无影响，而钠型蒙脱石只添加0.25%，就引起成球速度下降。这是由于钠型膨润土电动电位高，水化膜可以较厚，能使更多的水分转化为水化膜中的弱结合水。造球物料中添加粘结剂能够使造球过程稳定，所容许有较宽的水量波动，使操作的适应性增大，另一方面也能提高生球的强度。

6、造球机刮刀的利用：一是使球盘盘低好修，保持一定的厚度，二是控制球料运动，最大限度利用盘面。