Mô phỏng dây chuyền nghiền bột đá — đọc phân bố cỡ hạt trước khi đặt máy

Đặc điểm và yêu cầu kỹ thuật của bài toán mô phỏng

Nghiền là khâu ngốn điện nhất trong chế biến khoáng sản, chiếm phần lớn chi phí vận hành của một trạm bột đá. Muốn mô phỏng cho ra số dùng được, trước hết phải mô tả đúng vật liệu: độ cứng, độ mài mòn, mật độ, độ xốp và phân bố cỡ hạt đầu vào. Đá vôi có chỉ số Bond điển hình 10 - 13 kWh/t, thấp hơn clanhke hay thạch anh, nhưng đá lẫn silic tự do sẽ đẩy chỉ số này lên và kéo theo điện năng tăng.

Đầu vào của mô hình không phải một cỡ hạt duy nhất mà là cả một dải. Người ta chia vật liệu thành n lớp cỡ từ vài milimét xuống vài chục micrômét rồi theo dõi khối lượng trong từng lớp. Chính cách chia lớp này quyết định độ chính xác: quá ít lớp thì mô hình thô, quá nhiều lớp thì thời gian tính tăng mà độ hội tụ không cải thiện đáng kể.

Nguyên lý mô hình và quy trình dựng

1. Lấy mẫu đá của mỏ, đập về cỡ nhỏ và xác định phân bố cỡ hạt đầu vào bằng sàng và máy đo cỡ hạt laser.
2. Chạy thử nghiền ở vài mốc thời gian, đo lại phân bố cỡ hạt để có số liệu thực nghiệm làm mốc hiệu chỉnh.
3. Dựng mô hình cân bằng dân số: mỗi lần va đập, một phần khối lượng ở lớp cỡ lớn chuyển xuống các lớp nhỏ theo hàm phân bố.
4. Mô hình hóa bộ phân ly bằng đường cong hiệu suất, với điểm cắt d50 là cỡ mà nửa số hạt đi vào sản phẩm, nửa quay lại nghiền.
5. Ghép buồng nghiền và bộ phân ly thành mạch kín, giải lặp để tìm tải tuần hoàn ổn định.
6. Tính điện năng riêng từ chỉ số Bond và cỡ hạt đầu vào F80, cỡ hạt sản phẩm P80.

Với vật liệu rất cứng, mô hình cân bằng dân số còn phản ánh hiện tượng hạt quá lớn bị nghiền chậm bất thường: tồn tại một cỡ tối ưu có tốc độ vỡ lớn nhất, trên cỡ đó tốc độ giảm mạnh. Bỏ qua hiệu ứng này, kết quả dự báo thường lạc quan hơn thực tế ở vùng hạt thô.

Cấu hình thiết bị và cách dùng kết quả

Kết quả mô phỏng dẫn thẳng tới chọn máy. Nếu P80 mục tiêu là 44 µm cho khử lưu huỳnh và tải tuần hoàn dự báo trên 300%, nên chọn máy nghiền đứng LM vì bộ phân ly rotor cho điểm cắt sắc, ít nghiền lặp. Nếu dải sản phẩm rộng 80 - 325 mesh và công suất vừa, máy châu Âu MTW với bộ phân ly chỉnh bằng biến tần cho phép đổi cỡ nhanh mà không phải thay linh kiện. Với sản phẩm siêu mịn dưới 20 µm, mô hình thường chỉ ra rằng nên tách riêng một dây LUM hoặc SCM thay vì ép máy chính chạy quá mịn.

Ba chỉ số cần theo dõi khi đối chiếu mô hình với vận hành thực: phân bố cỡ hạt sản phẩm, tải tuần hoàn và điện năng riêng. Chênh lệch lớn ở tải tuần hoàn thường do lưu lượng gió chưa khớp; chênh ở độ mịn thường do tốc độ bộ phân ly; chênh ở điện năng thường do áp lực nghiền hoặc lớp vật liệu trên mâm quá dày.

Câu hỏi thường gặp