（材料学专业论文）提高磨矿、分级效果的研究.pdf

鞍山科技大学工程硕士论文摘要 提高磨矿、分级效果的研究 摘要 本文从分析影响磨矿、分级效果的因索出发，利用磨矿动力学确定了 最合理的球介质尺寸以及辅助分级在分级作业中的应用。 通过对不同单粒级给料在不同球径、不同时间条件下的累积粗级别残 留物的实验研究，利用一阶动力学曲线，确定最合理的球介质尺寸。实验 室试验结果表明：一段球磨最合理的球介质尺寸为m 7 0 m m ，二段球磨最 合理的球介质尺寸为0 3 0 m m 或m 4 0 m m 。 通过对0 7 0 m m 、0 8 9 m m 的大工业对比试验表明：无论在球排粒度、 旋流器溢流粒度、磨矿产品粒度特性、还是在分级效率方面，一段球磨用 0 7 0 m m 的钢球都比用t 1 ) 8 9 m m 的钢球有优势，这与实验室的试验结果基本 吻合。但是不论用0 7 0 m m 的小钢球还是用0 8 9 m m 的大钢球，二次分级效 率都达不到5 0 以上，不能满足生产要求，需要增加辅助分级。 通过对在一段旋流器溢流下安装辅助分级设备的大工业试验表明：安 装辅助分级设备可以使一次分级效率提高5 9 7 ，二次分级效率提高 15 5 7 ，并且能使二次分级效率提高到5 0 以上，满足生产要求。 关键词：磨矿，粒度，球介质尺寸，辅助分级，分级效率 鞍山科技大学工程硕士论文a b s t r a c t t h er e s e a r c hr e g a r d i n gi m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo f g r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o n a b s t r a c t t os t a r tw i t ha n a l y z i n gt h es o r t so ff a c t o r si n f l u e n c i n gt h ee f f i c i e n c yo f g r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o n ，t h ec u r r e n tt h e s i sh a sm a d er e l e v a n tr e s e a r c h e si n t e r m so fb o t ht h em o s t a p p r o p r i a t es i z e s o fg r i n d i n gm e d i u ma n dt h e a p p l i c a t i o no fs u p p l e m e n t a r yc l a s s i f i c a t i o ni nt h ec l a s s i f y i n go p e r a t i o nb y u t i l i z i n gt h eg r i n d i n gd y n a m i c s b a s e do n u s i n gt h ep r i m a r i l y - f a c t o r i a lc u r v eo fd y n a m i c s ，t h em o s t s u i t a b l eb a l lm e d i u ms i z e sw e r em a d eo u t t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a l l y r e s e a r c h i n gi n t ot h el e f t o v e ro ft h ea c c u m u l a t i v eo ft h ec o a r s ep a r t i c l e sb y m e a n so fv a r i o u s l ys e t t i n gt h ed i a m e t e r so ft h eb a l lm e d i u mo ft h em i l l sa n d t h eg r i n d i n gt i m ef o rt h et r e a t m e n to ft h ei n c o m i n gf e e dw i t he v e r ys i n g l es i z e r a n g e ，g i v e n i n a d v a n c e ，o ft h eg r i n d i n gm i l l s w h a tt h er e s u l to ft h e e x p e r i m e n ts h o w si st h a tt h em o s tr e a s o n a b l ed i a m e t e r so ft h eb a l lm e d i u mi n t h eg r i n d i n go p e r a t i o n sa r es e p a r a t e l y7 0 m mf o rt h ep r i m a r ys t a g eo fg r i n d i n g o p e r a t i o n ，a n d3 0 m mo r4 0 r a mf o rt h es e c o n ds t a g eo p e r a t i o n t h ei n d u s t r i a le x p e r i m e n t ，w h e r e i nt a k i n gt h eb a l l sw i t hd i a m e t e ro f 7 0 m ma st h eg r i n d i n gm e d i ai nc o m p a r i s o nt ot h eb a l l so f8 9 m mf o rt h es a m e u s a g e ，d e m o n s t r a t e st h a tu s i n gi r o nb a l l sw i t ht h ed i a m e t e ro f7 0 m mi nt h e p r i m a r ys t a g ei sc o n s i d e r a b l yb e t t e rt h a nu s i n gt h eo n eo f8 9 m m ，n om a t t e r w h i c hi s s u ei st a k e ni n t oa c c o u n tf o rb e n e f i c i a l b a l a n c e ，i ns p i t eo ft h e p a r t i c l es i z eo ft h ed i s c h a r g eo ft h em i l l ，t h es i z ec h a r a c t e r i s t i co fp r o d u c t ，t h e c l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c y h o w e r v e r u s i n gt h eo n eo f8 9 m mo r7 0 m m ，t h e s e c o n dc l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi sn o te n o u g ht oa r r i v et ot h ed e m a n di nt h e i n d u s t r i a lb e c a u s et h e ya r en o th i g h e rt o5 0p e r c e n t t oi n s t a l l s u p p l e m e n t a r yc l a s s i f y i n ge q u i p m e n t i sa v a i l a b l et o b e n e f i c i a l l yg e tt h ea p p r o a c ho fa d v a n c i n gt h ec l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c yh a s b e e n s a i d b y t h e l a r g e s c a l e di n d u s t r i a l e x p e r i m e n t ，w h e r e i nt h e s u p p l e m e n t a r yc y c l o n es e p a r a t o rw a ss e tn e x tt ot h eu p w a r d l yf l o w i n gs t r e a m u 型型塾兰墅墅些垒奎 坐型 o ft h ep r i m a r yc l a s s i f y i n gs e p a r a t o r t h ef i r s tc l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c yc a nb e h i g h e r5 9 7p e r c e n ta n dt h es e c o n dc l a s s i f i c a t i o n e f f i c i e n c yc a nb eh i g h e r 15 5 7p e r c e n t i ti se n o u g hh i g h e rt o5 0p e r c e n t k e yw o r d s ：g r i n d i n g ，g r a i ns i z e ，t h es i z eo fb a l lm e d i a ，h y d r a u l i c c y c l o n es e p a r a t o r ，c l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c y 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得鞍山科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料，与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解鞍山科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：五爿五日期： 鞍山科技大学工程硕士论文第一章综合论述 第一章综合论述 1 1 研究课题的目的和意义 在我国进入w t o 以后，要参与国际市场的挑战与竞争，我国铁矿选 矿厂如何提高铁精矿质量，降低杂质含量，并提高选厂的生产效率，增加 企业效益，是面临的紧迫课题。在选矿工艺中，有用矿物的单体解离是分 选的先决条件，合适的入选粒度是选别的基本要求，由于磨矿的电能消耗占 选厂总能量比例大，故确定合适的磨矿粒度就显得尤为重要【2 1 。在国内外的 选矿领域中，磨矿分级作业是一个必不可少的重要工艺环节，其工作状态 的好坏对选矿工艺指标、能源消耗以及生产成本的影响至关重要，因此提 高磨矿分级效率具有重要的实际意义。 1 2 国内外磨矿、分级的研究状况 ( 1 ) 磨矿的研究主要体现在研制新型磨机、磨矿设备大型化、改进现 有的设备和工艺、磨机优化【4 】以及磨矿过程自动控制的研究【5 1 。 1 ) 磨矿设备大型化：哈德威j 等 6 1 介绍了球磨机大型化后工作状态 的变化。世界最大的球磨机为芬兰芬马雷曝拉帕尔诺为苏联西部彼阡 加镍矿采选公司制造的两台西德瓦兰杰球磨机，规格爻c x 9 6 5 m ，用于 处理难磨矿石，用了5 年，磨矿总费用下降3 0 l ”。我- 丈的球磨机为 德兴铜矿从美国进口的8 台0 5 5 8 8 3 的溢流型球磨机。目前鞍钢齐大山 铁矿选矿分厂也采用的是0 5 5 8 8 3 的溢流型球磨机。 2 ) 多种型号磨机的出现：宫伟力等i s 研制了一种新型水射流粉碎机一 自振式水射流粉碎机。德国筛分技术有限公司( s i e b t e c h n i k g m b h ) 研制 了一种新型单筒偏心振动磨机【9 】。德国n e t z s c h f e i n m a h l t e c h n i k 公司制造 了世界上最大规格的i s a m i l l 大型卧式高速搅拌球磨机，采用专门的分 级系统将介质与产品分离【l0 1 。s a c h w e hj 】介绍了一种m a x x 磨机。日本 的m o r is 02 1 等人介绍了塔磨机，它是对矿物工程中的细磨而言。另外还有 一种新型设备是干式搅拌磨机，并且k o l a c zj 【l3 】对干式搅拌磨机在低充填 率时，磨机产量和衬板磨碎等问题进行了研究；塔式磨矿机是一种较好的细 磨设备，j a n k o v i ca 等叙述了这种磨机内介质的运动形式和速度，建立了基 于介质运动和作用力计算磨机功率的模型【1 4 j 。 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 3 ) 磨矿过程自动控制的研究：磨矿分布控制中v i s u a lb a s i c 的应用1 5 1 ， 以磨矿回路总循环负荷量为基础的调节给矿控制系统【”】，在矿山应用中取 得了较好的经济效益。刘怀等针对磨矿分级系统的特点，对磨矿分级的学 习智能控制系统进行了研究【l6 】；酒泉钢铁公司介绍了用计算机通过模糊、 预估等智能技术对磨矿分级作业进行控制【1 7 】：攀枝花选矿厂采用自动控制 系统后，球磨机平均台时能力提高8 3 2 吨，提高幅度9 8 2 t 体l ；鞍钢弓长 岭矿山使用的自动控制系统是采用传统的p i d 调节技术与先进的模糊控制 技术组合，形成适应的模糊控制方案f u z z y - p i d ，该系统自1 9 9 7 年应用 后，在保证分级机溢流粒度前提下，磨机台时能力提高1 0 t 1 9 】；r b f 神经 网络再磨矿故障诊断中应用后，对磨矿智能故障诊断研究有借鉴意义f 2 0 l 。 ( 2 ) 我国矿山选矿厂磨矿流程与国际先进水平的差距表现之一是，国外 普遍采用水力旋流器与球磨机闭路，而国内只有细磨段普遍采用水力旋流 器，粗磨段只有少数矿山选厂用水力旋流器，如德兴铜矿、鞍钢调选厂和金 川i 有色金属公司选厂等【2 。分级发展的趋势是研制新型的分级设备或改变 工艺流程，提高分级效率【7 】。 1 ) k r e b s 公司生产的新型g m a x 水力旋流器的分级粒度比普通水力旋 流器的细3 5 左右l ”j 。 2 ) 用筛分代替水力分级机在国内外都做了很多的工作 2 6 1 。巴里选厂 初期使用平面敲打细筛取代螺旋分级机，随后使用g p s 高频细筛【”l ，最近用 广州有色金属研究院研制的g y x 3 1 1 0 0 7 型高频细筛【2 4 1 。 3 ) 用联合分设备进行两段分级。使用不同的分级设备，发挥其各自 的特长，在磨矿回路中进行两段分级也是提高分级效率的有效措施之一。 4 ) 自动控制系统在分级中得到应用 8 1 。选矿厂自动控制与信息化管理 国外已达到较高水平，在我国选厂中这一环节是最薄弱的环节，可喜的是， 目前普遍给予关注，尤其是在占全厂能耗6 0 以上的磨矿分级作业，进步 很大【25 】。 1 3 存在的问题 在磨矿作业中存在着过磨现象导致产品泥化率高对选别作业有一定 的影响，另外磨矿产品的粒度粗，不能达到选别作业粒度要求；在分级作业 中的问题是分级效率低、自动控制环节比较薄弱。 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 1 4 磨矿、分级概述 1 4 1 磨矿设备( 球磨机) 、分级设备( 水力旋流器) 的工作原理 ( 1 ) 球磨机的工作原理 磨机简体内装有研磨介质，当简体转动时，简体内的介质也要随简体 起转动，当提升到一定高度后，由于介质受到地心引力，将会脱离简体 而下落，在介质的升起和下落的过程中，都会对简体内的被磨物料起粉碎 作用。磨机筒体内介质提升的高度和下落的轨迹主要与筒体转速、介质数 量以及衬板形式有关。其中介质在简体内的运转形态有三种( 见图l - 1 ) ：泻 落运转、抛落运转、离心运转，而起磨矿作用的是泻落和抛落 4 1 。 a ) 低速运转；b ) 正常转速运转：c ) 离心运转 图1 1磨机在不同工作转速时磨矿介质的运动状态 ( 2 ) 水力旋流器的工作原理 图1 2 为水力旋流器的结构示意图。水力旋流器的上部呈圆筒形，下 部呈圆锥形。矿浆在o 4 3 5 大气压从给矿管沿切线方向送入，在内部高 速旋转，因而产生了很大的离心力。在离心力和重力的作用下，较粗的颗 粒被抛向器壁，作螺旋向下运动，最后由排砂嘴排出。较细的颗粒及大部 分水分，形成旋流，沿中心向上升起。至溢流管流出 2 6 1 。 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 沉砂 图1 - 2 水力旋流器结构示意图 1 4 2 磨矿、分级( 包括辅助分级) 设备的特点 ( 1 ) 球磨机的特点 选矿厂最常用的磨矿设备为卧式圆筒形磨机，按磨机介质特点它可分 为：棒磨机、球磨机、砾磨机、自磨机( 干式及湿式) 或半自磨机27 1 。 球磨机的优点是：结构简单、规格可大可小，破碎比大( 3 0 l o o ) ，既可 湿磨又可干磨，可用于处理各种矿物原料及不同规模的生产企业：球磨机生 产稳定、易于实现自动化控制。就适应性、适用性来说，目前任何磨机都无 法与之相比。 球磨机的缺点是磨矿介质运转需克服地心引力做功，所以电耗高：介 质粉碎矿石是随机的，因此产品粒度不均匀；介质、衬板、被磨物料之间 产生强烈冲击、研磨，因此钢耗高。 ( 2 ) 分级设备的特点 最常用的分级设备有螺旋分级机、水力旋流器【28 1 。 螺旋分级机的优点是：工作稳定可靠，操作方便，可与球磨机自流连 接，省去泵扬送。缺点是占地面积大，机构复杂，检修工作量大，不易实 现自动控制。 水力旋流器最大的优点是结构简单、处理量大、影响作业指标的因素 可根据需要调节。缺点是需用砂泵加压给矿，因此动力消耗大；影响指标 因素多；反应太快必须采用自动控制。国外有关选矿厂几乎均选用水力旋 流器作为磨矿回路的分级设备，但我国还有不少的选厂采用的是螺旋分级 4 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 机。 ( 3 ) 辅助分级设备( 高频振动筛) 的特点 高频振动筛的特点：筛分效率高、处理能力大、适合处理低浓度高粘 性的细粒物料【”i 。 1 4 3 磨矿、分级的工艺流程图 ( 1 ) 一段磨矿流程 采用一段磨矿流程，唯一的优点是可利用一台磨机代替两段流程中所 安装的两台磨机；但缺点是磨机开路工作时容易产生过粉碎现象。通常磨机 都是与分级机构成闭路循环。常用流程有以下三种，如图1 3 所示。 溢流返砂矿 a ) 萱垫，墓盼级的一段b 燕预豢坌璧妻垫查分级 c ) 带控制分级的一段磨矿 磨矿流程 的一段磨矿流程 。i 槲峒 图i - 3 一段磨矿流程 ( 2 ) 曲段磨矿流程 为了得到较细的磨矿产物以及需要进行阶段选别时，经常采用两段磨 矿流程。根据第一段磨机与分级机的联接方式的不同，两段磨矿流程可分 为三种类型：第一段开路：第一段完全闭路：第一段局部闭路。第二段总 是闭路工作。否则，将不能有效地加以利用。 1 ) 第段开路的两段磨矿流程 第一段开路的两段磨矿流程中，应用较广的几种形式如图1 4 。 这类流程的主要优点是：没有溢流的再分级，每个矿粒只通过分级机 溢流堰一次，需要的分级面积小：负荷是经过第一段磨矿的排矿直接传给 第二段，没有磨矿段之间的分配问题，调节比较简单，能在两段磨矿时得 到粒级较细的磨矿最终产物。缺点是：为了使开路的磨机能有效地工作， 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 必须使第二段磨机的容积大大超过第一段磨机的容积。由于开路工作磨机 的排矿粒度较粗，且浓度大，必须用较陡的自流运输溜槽，或专门的机械 运输装置，才能将第一段的排矿传递给第二段。 溢流返砂 幽1 - 4 第一段开路的两段磨矿流程 2 ) 第一段完全闭路的两段磨矿流程 第一段完全闭路的两段磨矿流程是常用的两段磨矿流程，常见的流程 形式如图1 5 所示。 该流程的优点是：可能达到的磨矿细度比其他流程的均高，可以实现 细磨；设备的配置比第一段开路时简单，因为第一段闭路时的负荷是通过 分级的溢流传递给第二段的，可用较小坡度的溜槽来输送溢流。缺点是： 两段之间的负荷调节困难：不能得到大于0 2 毫米的最终产物，因为要在 第一段分级机中得到粗粒溢流，会使该分级机不能有效地工作；由于全部 矿石必须两次通过溢流堰，所需的总分级面大，设备投资较高。 溢流返砂 溢流返砂 如) 图l - 5 第段全闭路的两段磨矿流程 6 鞍山科技大学工程硕士论文第一章综合论述 3 ) 第一段局部闭路的两段磨矿流程 第一段局部闭路的两段磨矿流程形式如图卜6 所示。 溢流返砂 ( a ) 溢流 返砂 ( b ) 图1 - 6 第一段局部闭路的两段磨矿流程 该流程的优点是：没有各磨矿段的负荷分配问题，调整比较简单；各 段均可得到任何数量的循环负荷；可得到比两段闭路磨矿流程较粗的最终 产物，可以避免贵重金属聚集于磨矿循环中。缺点是：返砂从第一段运输 到第二段，需要用坡度大的溜槽或用运输机械；第二段磨矿的检查分级， 在处理产生少量的次生矿泥的矿石时，会引起分级机工作的困难。 1 4 4 衡量磨矿、分级效果的工艺指标 磨矿效果的好坏，一般用磨矿粒度、生产能力、磨机的作业率来衡量。 前者是质量指标，后者是数量指标。分级效果的好坏一般用分级效率来衡 量，分级效率又分为分级质效率和分级的量效率。 ( 1 ) 衡量磨矿效果的工艺指标 1 ) 磨矿粒度 磨矿粒度通常用“标准筛”的2 0 0 目筛子的筛下量占产品总量的百分比 来表示。最适宜的磨矿粒度在8 5 8 7 。 2 ) 磨机的生产能力 磨机台时生产能力：在一定给矿和产品粒度条件下，单位时间( 小 时) 内磨机能够处理的原矿量，以吨台时来表示 磨机利用系数：单位时间内每立方米磨机有效容积平均所能处理的 鞍山科技大学工程硕士论文 一1 第一章综合论述 原矿量，以吨米3 时表示 我们通常都用磨机台时生产能力来衡量 3 ) 磨机作业率 磨机作业率是指磨机实际工作小时占日历小时的百分数。磨机作业率 的高低，反映了选厂的管理水平。 ( 2 ) 衡量分级效果的工艺指标 衡量分级效果的工艺指标是分级效率。分级效率是指分级机溢流中某 一粒度级别的重量占分级机给矿中同一粒级重量的百分比。 其计算公式为： 1 ) 分级量效率e = b ( a 一0 ) c t ( p 一0 ) 1 0 0 ( 1 1 ) 2 ) 分级质效率e = 1 0 0 ( 吐一e ) ( b q ) a ( b 一0 ) ( 1 0 0 a ) 1 0 0 ( 1 2 ) 其中：q 分级机给矿中某一级别重量的百分数 b 分级机溢流中某一级别重量的百分数 0 分级机返砂中某一级别重量的百分数 1 4 5 影响磨矿、分级效果的因素 ( 1 ) 影响磨矿效果的因素 1 ) 矿石性质：矿石的物质组成及其物理性质对磨机工作有很大影响， 结构致密、晶体微小、硬度较大的矿石难于磨碎。 2 ) 磨矿介质 介质形状 国内外选矿工作者就磨矿介质形状对磨矿效果的影响进行了大量的 研究工作。有的研究结果表明球介质和短柱形介质在产品粒度和磨耗方面 相当，但最新更多的研究结果表明，在细磨的情况下，采用钢段比球好， 不仅生产率大，过粉碎也轻，按单位产品计的电耗及材料消耗均可降低【3 0 】。 介质材质 选择介质材质时应考虑多方面的因素，如比重、硬度、耐磨性、价格 便宜、易于加工等。比重大则冲击力及研磨能力都大，磨矿效果高。锻钢 球的磨矿效果较铸铁球高，但加工较麻烦、价格较铸铁球高。铸铁球的比 重及耐磨性比钢球差，强度低、球耗多、但价格便宜、易于制造。 根据马少健【3 1 】对磨机中衬板材质对磨矿介质冲击力影响的模拟研究 表明，剐性冲击时，冲击力大小由冲击动能决定，冲击作用时间与冲击动 能和材料厚度无关，为一定值。橡胶缓冲柔性冲击时，冲击力大小与冲击 鞍山科技大学工程硕士论文第一章综台论述 动能、材料厚度有关，冲击作用时间和橡胶材料的缓冲能力只与材料厚度 有关。因此橡胶衬板不宜在以冲击破碎为主的一段磨机中使用 2 3 1 。而在一 段球磨中应用磁性衬板是未来发展的方向 3 3 1 。 介质的尺寸 在磨矿过程中，对一定粒度的矿粒而言，若钢球尺寸过大则在相同装球 量情况下，球的个数减少，每次球荷循环对矿粒的打击次数也相应减少；另一 方面，由于球荷总表面积小，矿粒磨碎的机会减少。因而磨不细级别的产率 必然增大。反之，钢球尺寸过小，每次球荷循环对矿粒的打击次数增多， 但每个钢球的能量小，满足不了破碎矿粒所需要的能量，所以仍然不能有 效地磨碎矿粒，磨不细级别也会增多。也就是说，只有钢球尺寸恰当时才 能最有效地磨碎矿粒f3 4 】。 磨机直径与钢球直径之间存在着一定的关系，根据钢球落下时的动能 平衡条件，磨机直径d 和钢球直径d 的比例 35 1 见表1 _ l ： 表1 1 磨机直径d 和钢球直径d 的比例关系表 介质充填率 磨机内磨矿介质数量多，打击次数多，研磨面积大，物料被磨概率大 3 6 1 。 球荷充填率是影响磨机生产率的重要因素。充填率过大过小都使生产率下 降。实践证明：合理的球磨机充填率在4 0 4 8 ，棒磨机为3 5 4 5 。 球磨机的装球量计算公式为： 球磨机的装球量= 磨机有效容积球的堆比重充填系数 ( 1 3 ) 介质的合理补给 磨矿过程中介质不断消耗，为了保持磨机中适宜的不同尺寸介质的重 量比和充填率不变，应定期补加一定尺寸和一定重量的介质。 3 ) 闭路磨矿返砂比的影响 返砂比：分级机的返砂量与原给矿两者之比的百分数 返砂比大小的变化影响磨机球排比和磨机中矿石的粒度组成，从而影 响磨矿效率。适当提高返砂比可加快矿浆在磨机内流通速度，有助于降低 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 过粉碎。 4 ) 磨矿浓度对磨矿的影响 磨矿浓度大小影响介质的有效比重、物料在介质周围粘着多少、矿浆 的流动性及磨机中的分级作用。磨矿浓度低时，介质在矿浆中有效比重大、 下落时冲击力及研磨力较强；但粘着在介质周围的矿粒少，研磨效率降低。 浓度低，粗大颗粒沉降快、磨机排矿粒度较细、分级机负荷较轻，且矿浆 流动性低。磨矿浓度高时，介质有效比重降低，冲击力降低，但介质周围 粘着矿粒增多，磨矿效率提高。磨矿浓度应有一适宜范围，过大过小都不 好，应根据具体条件来决定。 ( 2 ) 影响分级( 水力旋流器) 效果的因素 1 ) 旋流器的直径 2 ) 给矿口尺寸：若给矿口为矩形断面，那么给矿1 2 1 的宽与高之比宜 为0 3 3 o 4 2 4 。给矿v 1 的直径在水力旋流器直径的0 1 7 0 2 5 d 范围内选 取1 32 1 。 3 ) 溢流管直径：一般应等于或稍微大于给矿口的直径。沉砂嘴直径： 根据给定的操作指标由试验确定。沉砂嘴直径与溢流管直径之比在o 2 1 范围内波动。根据实践资料，这一比值等于o 3 0 7 。水力旋流器中心线 为水平和倾斜装配置时，或者水力旋流器的沉砂嘴安装在上面时，可以采 用直径较大的沉砂嘴，并同时加大溢流管的直径。这时水力旋流器的生产 率大大提高( 增加5 0 1 0 0 ) 。 4 ) 溢流管插入深度：溢流管的插入的最佳深度为( o 5 0 7 ) d 。溢 流管的下端不得达到水力旋流器锥体的底部，但应低于矿浆的给入高度。 a 柱体高度；( o 6 1 0 ) d d 旋流器的直径 b 锥角：最好是2 0 度。 1 5 研究内容、技术路线及研究方法 1 5 1 研究内容 ( 1 ) 利用磨矿动力学确定最合理的球介质尺寸。 ( 2 ) 改进磨矿分级工艺流程，确定最适合的流程。 1 0 鞍山科技大学工程硕士论文 第一章综合论述 1 5 2 技术路线 1 1 5 3 研究方法 + 用不同的钢球尺寸和不同的给料粒度在实验室内的小型球磨机内进 行磨矿试验、筛分、利用一阶磨矿动力学曲线图来确定最合理的球介质尺； 根据实验室试验结果用大工业试验比较不同尺寸的球介质的优劣势；在现 场利用大工业试验进行辅助分级试验。 1 6 创新点 ( 1 ) 系统研究了磨矿动力学在选择最佳球介质尺寸中的应用，并建立 了数学模型，对提高磨矿效果有一定的指导意义。 ( 2 ) 改进分级的工艺流程来提高分级效率。 鞍山科技大学工程硕士论文第二章实验原理 第二章实验原理 本次实验主要是为了提高磨矿、分级效果。其中提高磨矿效果主要是 通过利用磨矿动力学来确定最合理的球介质尺寸来达到目的：提高分级效 果主要是通过增加辅助分级来达到目的。实验中用的最多的专业术语是磨 矿动力学、浓度、粒度( 细度) 、筛分效率、分级效率。本次实验所用矿 石均是鞍钢齐大山铁矿矿石。 2 1 磨矿动力学简介 用不连续磨机做可磨性试验时，可以看到一些现象：开始磨矿的初期， 粗粒的含量的减少很快，随着磨矿时间的延长，粗粒含量的减少速度即变 慢( 如图2 1 所示) 。 摹 u 铸 扎 s _ 跚 鼷 鼎 襄 盎 磲 蕊、 矧l l i， | l， j | ij ft 一 l 、 r n 日 、 i 7 、 、t 月bn 5 处k 、 ，5 日 2 557 51 01 5 2 02 53 0 磨矿时问( 分) 租级别残留物含量与磨矿时间的关系 图2 - 1粗级别残留物含量与磨矿时问的关系图 发生这种现象的根本原因是，矿粒越细，它上面存在的裂纹也越少， 磨细它也较难。图中曲线表明标志磨矿速度的磨矿时间和粗级别残留物的 含量的关系是有规律的。 在最简单的情况下，可以假定磨矿速度( 粗级别重量减少的速度) 与 该瞬间磨机中未磨好的粗级别重量成正比。根据这个假定，可以列出这样 的关系： 圳 舌； 伯 印 如 加 加 。 鞍山科技大学工程硕士论文 第二章实验原理 d r d t = - k r ( 2 1 ) 式中：r 一一经过时间t 以后粗级别残留物的重量； t 磨矿时间； k 比例系数，决定于磨矿条件。 用变量分离法解上面的微分方程，得到 ( d r r ) = k d t + c l n r = 一k t + c ( 2 2 ) 设r ( 0 ) 为被磨物料中的粗级别重量，在开始磨矿的瞬间，t = 0 ， r = r ( 0 ) 。从而c = i n r ( 0 ) 将c 的值代入上式中，得到： i n r ( 0 ) r ( t ) 】= k t ( 2 3 ) 这就是磨矿动力学方程式。 当t 一定但操作条件不同时，r ( 0 ) r ( t ) 的比值越高，则k 值就越 大。因此，对于适合于一阶动力学方程的磨矿过程，k 值的大小直接反映 了磨矿速率的大小。对于一定的单粒级物料，其适宜的球介质尺寸也就是 一组钢球中具有最大k 值的钢球尺寸。 在实际生产中，球磨机的给料是由不同级别的物料组成的。因此为使 磨矿效率达到最高，在最初加球时，必须添加使各粒级物料具有最大破碎 速率的球介质。但是对于一混合物料，可添加的球介质的尺寸及重量比干 变万化，因此，用混合物料直接试验不易找到球介质的适宜尺寸。为确定 混合给料的适宜球介质，首先应研究不同尺寸的球介质破碎各单粒级物料 的适宜球介质尺寸。在此基础上，根据混合给料的各个级别的产率，以确 定混合给料的适宜球介质配比。 2 2 浓度和粒度( 细度) 2 2 1 浓度 磨矿分级作业的矿浆浓度有两种，磨矿浓度和分级溢流浓度。 磨矿浓度是指磨机筒体内矿石与水的比例坨可以通过对磨机排矿浓 度的测定结果来判断。矿浆浓度有两种表示法：百分浓度和液固比浓度。 ( 1 ) 百分浓度是按重量计算的矿浆中矿石( 固体) 含量的百分数，习 惯用p 代表。计算公式为： p = 矿石重量矿浆重量1 0 0 ( 2 4 ) 鞍山科技大学工程硕士论文第二章实验原理 矿浆重量= 矿石重量+ 水的重量( 2 5 ) ( 2 ) 液固比浓度是按矿浆中液体重量和矿石重量之比值，习惯以r 代 表。计算公式为：r = ( 1 0 0 一p )( 2 6 ) 2 2 2 粒度( 细度) 磨矿细度是指物料中小于某个粒度以下所有粒子的百分含量，而粒度 则指物料颗粒尺寸的大小，但由于习惯原因，有时混用。 细度的测定方法也有多种，但常用的是直接测定法。直接测定法是将 采取矿浆样经过滤水、烘干后称出干样的总重量，然后用指定的筛子( 如 一2 0 0 目) 进行筛分半小时以上，把筛上产物( q 2 ) 或筛下产物( q 1 ) 称重， 便可计算出细度b 。计算公式为： p 2 q l q x l 0 0 ( 2 7 ) 或p = ( 1 一q 2 q ) 1 0 0 ( 2 8 ) 2 3 筛分效率与分级效率 2 3 1 筛分效率 衡量筛子有两个重要指标：一是它的处理能力，即筛孔大小一定的筛子 每平方米筛面面积每小时所处理的物料吨数，它是表明筛分工作的数量指 标另外一个就是筛分效率，它是表明筛分工作的质量指标。 计算公式为：e = b ( c 【0 ) a ( p e ) 1 0 0 ( 2 9 ) a ：入筛原物料中小于筛孔的级别含量，。 b ：筛下产物中所含小于筛孔级别的含量，。 0 ：筛上产物中所含小于筛孔尺寸级别的含量，。 2 3 2 分级效率 1 ) 分级量效率e = p ( 旺一0 ) a ( p 一0 ) 1 0 0 ( 2 1 0 ) 2 ) 分级质效率e = 1 0 0 x ( 忙0 ) ( b 一) o t ( p e ) ，( 1 0 0 q ) 1 0 0 ( 2 1 1 ) 其中：a 分级机给矿中某一级别重量的百分数 b 分级机溢流中某一级别重量的百分数 0 分级机返砂中某一级别重量的百分数 1 4 鞍山科技大学工程硕士论文第二章实验原理 2 4 鞍钢齐大山铁矿的矿石性质 齐大山铁矿为沉积变质型铁矿床，矿石主要工业类型为假象赤铁矿石， 其次是磁铁矿石和半氧化矿石，矿石的主要自然类型为石英型铁矿石和闪 石型铁矿石，同时根据闪石类矿物含量的多少又将闪石型铁矿石分为：闪石 型矿石( 闪石类矿物含量大于1 5 ) 、一级闪石型矿石( 闪石类矿物含量大于 l o ，小于15 ) ，二级闪石型矿石( 闪石类矿物含量大于5 ，小于l o ) 。 齐大山矿石，根据采场位置可分为南北两个采区。南北采区矿石的矿 物组成主要以磁铁矿、假象赤铁矿、赤铁矿和石英为主。不同的是南采区 磁铁矿、赤铁矿多为含透闪石型矿石，且多存在于铁矿物周围，有利于铁 矿物单体解离。而北采区为石英型矿石，基本上不含透闪石，且存在细条 带，隐条带构造及浸染状构造，矿石硬度较大，不利于矿石的破碎和解离。 在相近的磨矿条件下，铁矿物的单体解离度约低1 0 左右。 本次实验主要是针对鞍钢齐大山铁矿的矿石进行系统的研究。齐大山 铁矿主要分南采和北采两个矿区。南采和北采矿石的化学全分析结果见表 2 1 ，原矿铁的物相分析结果见表2 2 。 从总体上看：两者矿样的t f e 含量基本相近，均具有鞍山式铁矿的共 同特点，即高硅、贫铁、低钙、镁、铝、且碱性系数低于o 2 的酸性矿石。 从f e o 含量变化可见，北采含量较低，南采含量较高，接近半氧化矿石。 s 0 2 、p 2 0 5 的含量均未超过工业允许值。 表2 1矿石的化学全分析结果 表2 - 2 原矿铁的物相分析 采区 项目 磁铁矿半假象 赤褐 碳酸铁硅酸铁 合计 含量( )9 1 315 5 8 0 3 3 2 91 8 南采 分布率( )3 0 8 4 4 4 6 5 3 3 91 0 3 l o 2 8 1 0 0 一 北采 含量( )31 4 2 2 9 9 1 1 3 53 0 9 9 分布率( )9 6 84 5 2 7 4 1 9 o 3 21 1 2 9 1 0 0 - _ - - - _ _ 一- _ - _ - _ - - i - 一- 一 6 苎型堕型! ! 壁三堡堡主丝奎 笙三主堕塞鱼里箜壁尘堕垦! 墨壹堕! 塾墨 第三章 确定合理的球介质尺寸提高磨矿效果 3 1 实验准备 3 1 1 实验用主要设备 ( 1 ) 0 3 0 5 x 3 0 5 m m 功指数球磨机。 ( 2 ) 1 2 m m 、7 3 m m 、4 2 m m 、2 m m 、2 0 目、6 0 目、1 0 0 目、1 6 0 目、 2 0 0 目的筛子。 ( 3 ) 台秤、天平、样刀、样盒、电炉。 3 1 2 矿样准备 从现场取5 0 公斤矿样，分别用1 2 m m 、7 3 m m 、4 2 m m 、2 m m 、2 0 目、 6 0 目的筛子筛出如下产品：1 2 m m 7 3 m m 、7 3 m m 4 2 m m 、4 2 m m 2 m m 、2 m m 2 0 目、一2 0 目6 0 目。 3 2 实验室试验 利用实验室的0 3 0 5 3 0 5 m m 功指数球磨机( 结构参数见表3 - 1 ) 进行 单粒级给料的最适宜的钢球尺寸的试验研究。采用不同尺寸的球介质对其 进行不同时间的干式磨矿试验。所采用的球介质尺寸、重量及数量见表 3 - 2 。装料量为2 0 0 0 克。球介质在磨机中的充填率为3 0 。 表3 - 1 m 3 0 5 x 3 0 5 m m 功指数球磨机结构参数 规格d x l ( m m ) 有效容积( m 3 )转速( r m i n ) 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章确定合理的球介质尺寸提高磨矿效果 表3 - 2 球介质的直径、数量及重量 注：介质堆比重为4 8 1t m 3 ；钢球比重为7 8t m 3 钢球所占容积= 充填率球磨机的有效容积； 所加钢球重量= 钢球所占容积介质堆比重： 所加钢球个数= 所加钢球重量，钢球比重钢球体积 3 2 1 试验步骤 ( 1 ) 按表3 2 的要求个数向球磨机内放入某一尺寸的钢球。 ( 2 ) 取某一粒级的矿样( 例如1 2 + 7 3 r a m ) 2 0 0 0 克，装入0 3 0 5 3 0 5 m m 邦德功指数磨机内。 ( 3 ) 按表3 3 中的要求设嚣磨矿时间。 ( 4 ) 到达磨矿时间后，从球磨机中倒出物料。 ( 5 ) 用该粒级的筛子进行筛分并称量筛上物的重量，计算产率。 ( 6 ) 再混匀物料，放入磨机内做下一个磨矿时间的试验。 ( 7 ) 当按表3 3 中的磨矿时间全部完成后，就可以用e x c e l 中的图表 向导作图，求其回归方程式，方程式的斜率就是该粒级中该球径的破碎参 数。 ( 8 ) 再取同样的矿样做下一个球径的试验。 ( 9 ) 当这一粒级所有的时间和球径都做完后，画出该粒级的一阶动力 学曲线图，其中粗粒级消失速度最快的就是适宜该粒级的最佳球介质尺 寸。或根据回归方程式中的最大斜率，就是适宜该粒级的最佳球介质尺寸。 ( 1 0 ) 用磨矿时间为4 分钟的磨矿产品，做粒度特性分析。 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章确定合理的球介质尺寸提高磨矿效果 项目 表3 - 3不同粒级要求的磨矿时间、球径 粒级 12 + 7 3 m m7 3 + 4 2 m m 一4 2 + 2 r a m 2 + 2 0 目2 0 + 6 0 目 时间( m i n ) 0 5 1 2 3 4 1 51 5 3 3 4 4 55 1 5 3 4 5 1 5 3 4 5 5 3 03 0 3 02 1 1 5 4 l 球径( m m ) 5 7 4 l 5 7 4 1 5 7 3 0 4 1 2 l 3 0 7 0 7 07 0 5 74 1 。-_-_-_-_-_一 3 2 2 试验结果分析 ( 1 ) 单粒级1 2 + 7 3 m m 的试验结果分析 1 ) 单粒级- 1 2 + 7 3 m m 在不同球径、不同磨矿时间下的磨矿试验结果见 表3 - 4 。 表3 - 4 单粒级- 1 2 + 7 3 m m 磨矿后粗级别残留物产率( ) 球径时间( m i n ) ( “) 0 51 23 45 3 07 6 1 26 1 5 8 4 8 8 84 4 3 23 9 8 9 3 8 5 6 4 l 5 7 6 9 2 5 5 2 7 7 5 3 3 5 4 6 8 3 4 2 3 1 3 3 15 3 8 5 9 2 3 5 l 3 1 5 8 1 9 6 8 2 8 2 3 1 4 0 3 7 05 2 3 3 4 5 1 83 2 5 82 1 6 8 1 7 1 31 0 8 9 从表3 - 4 中可以看出：对于同一球径的球介质来说，随着磨矿时间的增 加，粗级别残留物的产率越来越少；对于同样的磨矿时间，随着球介质尺寸的 增大，粗级别残留物的产率也越来越少。 1 9 鞍山科技大学工程硕士论文 第三章确定合理的球介质尺寸提高磨矿效果 2 ) 根据表3 - 4 ，可以在半对数坐标上画出该粒级给料在不同球径条件 下累计粗级别残留物产率与磨矿时问的关系曲线图，如图3 i 。 1 3 0 m m 的球介质 3 5 7 m m 的球介质 4 1 r a m 的球介质 7 0 m m 的球介质 图3 - 1单粒级物料- 1 2 + 7 3 m m 的一阶动力学曲线 由图3 - 1 可以看出：累计粗级别残留物产率与磨矿时间在全部时间内 基本符合磨矿动力学方程，其直线斜率的大小直接