（矿物加工工程专业论文）精确化装补球方法及应用研究.pdf

昆明理工大学硕= 匕学位论文 精确化装补球方法及应用研究 摘要 磨矿作业是矿物加工过程中的关键作业选矿厂处理能力的大小主 要取决于磨矿作业，而且磨矿作业在基建投资及经营费用方面均在全厂 占大头，不仅如此，磨矿产品质量的好坏还直接影响选别作业的技术经 济指标。 磨矿过程是复杂而又多变的生产系统，球磨机在磨矿过程中参变 数众多，问题错综复杂。国内大多数选厂的球磨机的工作效率不是很高， 经常出现磨矿的细度不够，循环负荷过大了或过小了，磨矿的分级效率 大低以及引起选别指标的下降等等现象，这是由于一些选厂磨机装球的 尺寸过大，一些选厂补加钢球时，单一补加一种大球，结果造成磨机内 球荷过大，等等。针对这种情况，本论文从球磨机的装补球制度方面进 行研究，希望通过球磨机的初装球的精确化以及补加球的科学化，来改 善磨矿产品的质量，从而提高整个选厂的经济指标。 精确化装补球方法，主要通过测定矿石的力学性质，分析磨矿机全 给矿的粒度组成特性，并对全给矿的矿粒进行粒度分组。每组粒度按照 段希祥教授推倒的球径半理论公式，见第三章的公式( 3 3 ) ，计算该组物 料所需要的钢球尺寸，确定待磨矿物所对应的球荷特性。然后通过实验 室小试，验证此球荷特性的磨矿效果是否是培佳的。至于补加球方案是 根据精确化的初装球，作图画出初装球的球荷累积特性曲线，根据此特 性曲线画出补加球的球荷累积特性曲线，从而确定补加球方案。 我们曾在好几个选厂进行精确化装补球方法的工业试验研究，研究 结果表明：在给排矿粒度不变下，提高磨机生产率l o 1 5 ；在 磨矿细度不变的情况下提高矿物的单体解离度5 6 个百分点；在选矿 条件不变下提高回收率1 3 个百分点及精矿品位同时提高：在钢球材 质不变时，降低球耗1 0 2 0 ；在装球不变下减少磨机功率3 一5 ； 降低磨机噪音5 分贝以上；延长衬板寿命约3 0 。 本论文应用精确化装补球方法，在大红山选厂的磨矿改进试验中进 行试验研究，研究结论说明：一段磨矿的溢流细度( 一2 0 0 目的产率) 为7 4 3 0 ，比投产时的细度6 0 18 提高了1 4 1 2 个百分点；单体解离度 比投产时提高了9 7 6 个百分点；单体金属率比投产时提高了8 1 3 个百分 i 昆明璀工人学硕士学位论文摘要( a b s l r a c t ) 点；循环负荷由投产时的17 0 2 0 增大到2 8 9 2 0 ，达到正常的循环负荷； 质分级效率上升到3 9 3 7 ，比投产时的18 5 6 提高了1 1 倍，量分级效 率为5 0 0 6 ，也比投产时的4 6 7 2 提高了3 3 4 个百分点。二段磨矿 的溢流细度达到9 4 4 9 ，比投产时的细度8 0 6 6 ，提高了13 8 3 个百分 点：单体解离度比投产时提高了8 4 3 个百分点：一1 9 9 m 的金属率为 2 4 6 ，比投产前的3 9 9 降低了1 5 3 个百分点，证明铸铁段减轻过粉 碎的作用是明显的。一段磨矿的球耗下降了约5 8 7 ，二段磨矿钢耗 下降了7 5 以上。球径精确化后，选厂的电耗也有明显的下降，每 年每台磨机可以节省电能5 5 56 6 7 度。 关键词：段氏半理论公式；磨矿；精确化装补球方法 i i 星些堡三叁堂堡：! ：兰丝堡兰 堕塑些鳖! ! 壁塑垄墨堕星竺! 塑 a b s t r a c t t h eg r i n d i n g w o r k s h o p s e c t i o ni sa n i m p o r t a n tp a r t o ft h em i n e r a l p r o c e s s i n g i td e t e r m i n e st h em i n e r a ls e p a r a t i o np l a n t sd i s p o s a lc a p a b i l i t y ， a n di t si n v e s t m e n t e x p e n d i t u r e o fc a p i t a lc o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n t e x p e n d i t u r eo c c u p y m o s to ft h et o t a l p l a n t sf i n a n c i n g m o r e o v e r ，t h e q u a l i t y o f t h e g r i n d i n g p r o d u c t sg r a v e l y a f f e c t st h ee c o n o m i ca n d t e c h n o l o g i c a it a r g e t so f o r ep r o c e s s i n g t h eg r i n d i n gp r o c e s si sc o m p l i c a t e da n dc h a n g e f u l ，a n dt h eb a l lm i l l s p a r a m e t e r sa r ev a r i o u s i nm a n yp l a n t s ，t h eg r i n d i n ge f f i c i e n c y o ft h eb a l l m i l li s v e r yl o w ，t h a ti s ，t h ep e r c e n to ft h eg r i n d i n gp r o d u c t s ，w h o s es i z ei s s m a l l e rt h a n0 0 7 4 m m ，isf e w ，t h ec i r e u l a t i o nb u r t h e ni st o ob i go rt o os m a l l t h ec l a s s i f i c a t i o ne f f i c i e n c yi st o ol o w ，a n dt h em i n e r a ls e p a r a t i o nt a r g e t s a l w a y sd e s c e n d t h er e a s o n i st h a te i t h e rt h es i z eo ft h eb a l l ，w h i c hh a s b e e nl o a d e di nt h em i l l ，i st o ob i g ，o rt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h eb a l lc h a r g ei n t h em i l li s f a l l a c i o u s ，b ya d d i n g ak i n do fb i gb a l l t h i sd is s e r t a t i o n i n t r o d u c e st h em e t h o do fa c c u r a t el o a d i n ga n da d d i n gb a l l s t h i sm e t h o d w i l l i m p r o v e t h e e q u a l i t y o ft h e g r i n d i n gp r o d u c t s a n di n c r e a s et h e s e p a r a t i o nt a r g e t sb yd e t e r m i n i n gt h ee x a c ts i z eo ft h eb a l l s ，w h i c hw i l l b e l o a d e di nt h em i l l ，a n db ya d o p t i n gar e a s o n a b l em e t h o do fa d d i n gb a l l s t h em e t h o do fa c c u r a t el o a d i n ga n da d d i n gb a l l sc o n s i s t so fs e v e r a l s t e p s f i r s t l y ，t h e m e c h a n i c a lc h a r a c t e ro ft h eo r es h o u l db e m e a s u r e d s e c o n d l y ，t h eg r a i nc o m p o s i t i o nc h a r a c t e r i s t i co f t h ef e e dt ot h em i l lo u g h t t ob e a n a l y z e dd e t a i l e d l y a n dt h e g r a i no u g h t t ob ed i v i d e di n t o4o r5 g r o u p si n s e q u e n c e t h i r d l y ，b ya d o p t i n g t h ed u a n ss e m i _ t h e o r yf o r m u l a ( f o r m u l a3 3 ) ，w ew i l lw o r ko u tt h ee x a c tb a l ls i z ec o r r e s p o n d i n g t o e v e r y g r a i ng r o u p t h e n ，w ew i l lc a r r yt h r o u g ht h eg r i n d i n ge x p e r i m e n t s i nt h e l a b o r a t o r yt o v a l i d a t et h ec a l c u l a t i n gr e s u l t s f i n a l l y ，t h es c i e n t i f i cm e t h o d o fa d d i n gb a l ls h o u l d b e a s c e r t a i n e d ，b yd r a w i n gt h e a c c u m u l a t i v eb a l l c h a r g ec u r v eo ft h eo r i g i n a ll o a d i n gb a l l sa n dt h ea c c u m u l a t i v eb a l lc h a r g e c u r v eo ft h ea d d i n gb a l l si nt h ec o o r d i n a t ec h a r t 1 1 1 垦望些三查堂堡兰= 兰篁笙兰 塑塞! 垒! ! ! ! 型! s e v e r a lo r e p r o c es s i n gp l a n t s ，w h o s e g r i n d i n go p e r a t i o n h a sb e e n i m p r o v e db ya d o p t i n gt h em e t h o do fa c c u r a t el o a d i n ga n d a d d i n g b a l l s ， s h o wt h er e s u l t sa s f o l l o w s ：t h em i l l s p r o d u c t i v i t y h a s a u g m e n t e d 10 i5 i nt h ec a s eo ft h es a m eg r a i ns i z ed i s t r i b u t i o no ft h em i l l sf e e d a n d d i s c h a r g e t h e m o n o m e r d e c o m p o s i n gd e g r e e o fm i n e r a lh a s i n c r e a s e d5 6 i nt h ec a s et h a tt h es i z e d is t r i b u t i o no ft h e g r i n d i n g p r o d u c t sh a v en o tc h a n g e d t h er e c o v e r yh a si n c r e a s e di 3 a n dt h e c o n c e n t r a t eg r a d ea l s oh a sa d v a n c e d ，i nt h es a m es e p a r a t i o nc o n d i t i o n i nt h ec a s et h a tt h eb a l lm a t e r i a lh a sn o tc h a n g e d ，t h ec o n s u m p t i o n so fb a l l h a v ef a l l e n1o 2 0 ( 9t h ep o w e ro fm i l lh a sf a l l e n3 5 w i t ht h e s a m es y s t e mo fl o a d i n gb a l l t h em i l l sn o i s eh a sd e s c e n dm o r et h a n 5 d b t h el o n g e v i t yo fm i l l ss c a l e b o a r dh a sp r o l o n g e d a f t e r a d o p t i n g t h em e t h o do fa c c u r a t e l o a d i n g a n d a d d i n g b a l l s ， d a h o n g s h a n p l a n ts h o wt h er e s u l tsa sf o l l o w s ：i nt h ec l a s s i f i e r s o v e r f l o wo ft h ef i r s t g r i n d ，t h ep e r c e n to fp r o d u c t s ，w h o s es i z e i ss m a l l er t h a n0 0 7 4 m m ，r e a c h e d7 4 3 0 a n di n c r e a s e d1 4 1 2 ，t h em o n o m e r d e c o m p o s i n gd e g r e eo fm i n e r a li n c r e a s e d9 7 6 a n dt h e m o n o m e rm e t a l s p e r c e n ti n c r e a s e d8 13 i nc o m p a r i s o nw i t ht h ep e rc e n tt h a tw a sm e a s u r e d i nm a yw h e nt h es e c o n dp r o j e c th a dj u s tb e e np u ti n t op r o d u c t i o n a n dt h e c i r c u l a t i o nb u r t h e ni n c r e a s e d 1l9 t h e q u a l i t y c l a s s i f i c a t i o n e f f i c i e n c y r e a c h e d3 9 3 7 ，i e ，i te n h a n c e d1 10 ，a n dt h eq u a n t i t yc l a s s i f i c a t i o n e f f i c i e n c yr e a c h e d5 0 0 6 ，i e ，i t e n h a n c e d3 3 4 i nt h ec l a s s i f i e r s o v e r f l o wo ft h es e c o n dg r i n d ，t h ep e r c e n to fp r o d u c t s ，w h o s es i z ei ss m a l l e r t h a n0 0 7 4 m m r e a c h e d9 4 4 9 a n di n c r e a s e d 13 8 3 a n dt h em o n o m e r d e c o m p o s i n gd e g r e eo fm i n e r a l i n c r e a s e d8 4 3 ，i n c o m p a r i s o nw i t h t h e p e r c e n tt h a tw a sm e a s u r e d i nm a yw h e nt h es e c o n dp r o j e c th a dj u s tb e e np u t i n t o p r o d u c t i o n t h em e t a lp e r c e n ti n t h e p r o d u c t sw h o s es i z e i ss m a l l e r t h a n 一19 u mf e l l1 53 ( f r o m3 9 9 t o2 4 6 ) ，t h a ti st os a y ，b ya d o p t i n g a d d i n gi r o ns e c t ，t h ep e r c e n to fo v e r c r u s h i n gg r a i ni nt h em i l l i n gp r o d u c t s d e c r e a s e dd e e p l y i nt h ef i r s tg r i n dt h ec o n s u m p t i o n so fb a l lf e l la b o u t 5 9 7 a n di nt h es e c o n dg r i n dt h ec o ns u m p t i o n so fb a l lf e l lo v e r6 7 5 t h ec o n s u m p t i o n so fe l e c t l i e i t ya l s od e c r e a s e d al o t o n em i l lw i l ls a v e i v 昆明理工夫学硕i 。学位论殳精确化装补球方法及应用研究 5 5 5 6 6 7 k w hi nay e a r k e yw o r d s ：d u a n ss e m i - t h e o r yf o r m u l a ；g r i n d i n g ；m e t h o do f a c c u r a t e l o a d i n ga n da d d i n gb a l l s v y 6 6 9 2 5 8 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明g i 用的内 容外，本论文不合任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：滞奶m 日 期： 年卜月) 。日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、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，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 导师签名：整龟坐：论文作者签名：选坌5 垒 | 7 日 期：主! 竺i 垒! 月：旦 注：此页放在封面后目录前。 昆明理工大学硕士学位论文 精确化装补球方法及应用研究 月i j吾 我国矿产资源总量丰富，矿种齐全。目前，已发现17 1 种矿产，探 明储量的矿产有l53 种。然而我国的资源特点是，富矿少，贫矿多；伴 生矿和共生矿多，而且嵌布粒度较细i ”。针对这种情况，选矿工作者们的 任务格外艰巨。 在选矿工业中，一切选矿方法都受到粒度的限制。粒度过粗的不能 分选，因为矿石中的有用矿物和脉石还没有解离；过于细的也难于回收， 因为接近胶体细度的微粒用现在的选矿方法还难以控制。例如，重力选 矿难以回收小于19 微米的矿粒，浮选对5 1 0 微米以下的粒度回收效率 也不太高。破碎矿石的目的，就是为了使矿石中紧密连生着的有用矿物 与脉石矿物充分的解离，同时尽可能的使矿石过粉碎程度轻。 磨矿作业作为矿石入选前的一道重要工序，它接受破碎作业的产品， 继而将矿石磨碎到选别作业所需粒度的要求。除少数有用矿物单体解离 度高的砂矿和部分高品位的富矿不需要磨矿外。几乎都需要经过磨矿， 使有用矿物获得比较理想的单体解离度。要想将有用矿物从脉石矿物中 解离出来，要想将两种或两种以上的相互嵌布的有用矿物彼此分离。都 必须通过磨矿将其磨至合适的的粒度才能实现。因此，把握好磨矿作业 的效果，在选矿中致关重要，其效果的好坏，直接影响其后续的选别作 业，进而影响到整个选厂的经济技术指标。选矿厂的作业率和原矿处理 能力实际上就是磨矿作业的作业率和处理能力。磨矿生产指标的改善， 可以使后续作业的指标跟着改善，如提高有用矿物的单体解离度，降低 有用矿物的过粉碎，可以提高选别作业的精矿品位和有用矿物的回收率， 减少有用矿物的流失，提高选矿厂的过滤效率等1 2 j 。 而且，碎磨作业的生产费用大约占选厂全部费用的4 0 以上，碎磨 的投资费用约占选厂总投资的6 0 左右【3 1 。磨矿作业的动力消耗和金属 消耗很大：通常电耗大约为6 3 0 k w h t ，约占选厂电耗的3 0 7 5 i ， 有些选厂高达8 5 ，据有关资料统计【4 ，5 1 ，全世界用于粉磨作业的电耗占 全世界总发电量的3 4 ；磨矿介质和衬板消耗达o 4 3 o k g t 。另外， 磨矿的维修费用也很高p j 。 磨矿过程是复杂而又多变的生产系统。长期的生产实践累积的资料 昆明理t 人学硕上学位论义 删h 既明，影响磨矿机工作效果的因素可归纳为三方面13 ：( 1 ) 第一类影响因 素一一物料性质方面的，有物料性质、给矿粒度和产品细度；( 2 ) 第二 类影响因素一一磨机的结构和转速方面的，如磨机的类型、磨机的直径 和长度、磨机的转速及衬板类型；( 3 ) 第三类影响因素一一磨机操作方 面的，包括装球和补球、磨矿浓度和给矿速度。上述三类影响因素中， 第一类是磨矿过程中干扰的主要来源，但一般视为不可改变的。第二类 影响因素，在当磨矿机被确定后，一般就不变了( 理想情况下) 。第三类 则是磨机的工作条件，可以通过调节磨矿浓度、给矿量和介质的添加制 度( 如介质尺寸的配比和数量及介质的填充率) 等条件，使磨矿效果达 到最佳。 众多选矿工作者们长期以来，围绕着通过什么样的工艺或方法来全 面改善磨矿效果，用不同的因素入手，试验磨矿效果。其中最有实际意 义的是从磨矿介质这个因素入手，使磨矿效果全面改善。这是因为磨矿 作业是通过磨矿介质实现的。 然而，磨矿介质又受诸多因素如介质尺寸大小与形状、磨机装载量、 介质配比、合理补加钢球制度和磨机转速等影响因素的制约。任何一个 环节的细小变化都会影响着磨矿效果的好坏。如介质尺寸过大，则会导 致钢球的破碎力太大，容易造成贯穿破碎，是产生过粉碎的最大“祸首”； 使用不同钢球配比的装球制度其磨矿效果明显比只装一种钢球要好得 多；一天补一次或多次补少量球比一星期或一个月补加一次钢球，其磨 矿效果也要好。磨矿实践证明，磨机中存在不同尺寸的混合介质时，磨 矿效果较单一尺寸介质的磨矿效果要好。 前苏联对磨机合理装球作了大量的研究并认为，要使球磨机以高效 率工作，球荷中不但应有足够数量的磨碎粗粒物料的大球，同时也应有 研磨细粒物料的中球和小球。合理装球的目的。就是在球荷中保持大球、 中球、小球有适当的比例。对于给矿为多级别的混合矿料，磨机内的钢 球就必须确定相应的装球的级别尺寸及各尺寸之间的比例，这就靠初装 球来解决。常用的初装球方法有两种：一种是根据经验确定3 - 5 种球， 各种球的比例也由经验确定，此种方法较简单，易实行，但理论性差而 经验性很强，在欧美用得较多；另一种则通过对磨机全给矿的粒度分析， 扣除不需磨细的部分后，将全给矿按粒度分组，求出各组矿粒所需的球 径，再按各组球的比例与该组矿粒产率相一致的原则确定初装球比例a 2 昆明理t 火学硕：l 学位论史 精确化装补球方法发应丌】研究 此方法是较系统及科学的方法，但方法本身太繁琐，其中也有不少经验 成分，且在生产中难以长期坚持及推广，为前苏联提出及应用【7 1 。国内的 研究始于5 0 年代，基本上是照苏联的方法。在发现最初装球三、五天甚 至半个月内磨矿效率下降，粒度变粗的情况下，选矿厂开始重视最初装 球问题。崔巍等通过试验逐渐扩大装球种类及比例或在清球时仅把其中 碎球部分拿掉再补上相当于碎球大小的好球，均取得了一定的效果。 本论文主要研究：如何通过调节磨矿介质，使磨矿效果得到全面的 改善，从而提高整个选厂的经济效益。也就是研究磨机初装球时，如何 确定精确的钢球尺寸以及钢球的配比和数量，如何进行精确合理的补加 钢球，使磨机中随时都保持适合矿料粒度组成的钢球配比。使磨机内的 球荷特性始终处于最佳球荷范围内。 昆明理t 。夫学碱十学位论文 1 磨矿在选矿中的地位与作用 第一章磨矿在选矿中的地位与作用 1 1 磨矿作业的分类 根据各类资料的统计报道，目前世界上每年需要磨碎的矿料约l o o 亿吨，由各种类型的磨机来完成这个巨大的任务。认真分析一下各种粉 磨作业的应用情况，可以将磨矿作业大致分为以下四类【8 】： ( 1 ) 解离性磨矿。此类磨矿的目的主要是使矿石中的有用矿物和脉 石矿物以及有用矿物之问实现充分的单体解离，并在粒度上符合后续作 业的要求。属于此类磨矿的有金属矿和非金属矿选矿前的磨矿，湿法冶 金浸出前的磨矿等。有用矿物和脉石矿物以及有用矿物之间的充分单体 解离是矿物分选的前提条件，而各种选矿方法由受粒度限制，因而，让 有用矿物与脉石矿物及有用矿物之间充分单体解离，并在粒度上符合选 矿的要求是选矿前磨矿的基本要求。湿法冶金浸出前的磨矿，必须使待 浸出矿物充分解离和暴露，使其与浸出剂有接触的机会，同时，要求磨 得细些可以提高浸出速度。解离性磨矿在工艺上属准备作业，然而磨矿 产品质量对后续作业的技术经济指标影响极大。解离性磨矿在现代矿物 工程中占有极重要的地位，它处理的矿料也是最多的。 ( 2 ) 粉碎性磨矿。此类磨矿以粉碎矿料为目的，甚至粉碎得愈细愈 好。如水泥熟料磨得愈细，水泥的水化速度愈快，质量也愈高。火电厂 磨煤机中也要求磨得愈细愈好，愈细的粉煤被喷入燃烧室后燃烧愈完全。 农药和某些化工原料的磨细也属此类磨矿。粉碎性磨矿往往是矿物加工 的最终作业，它的产品即是矿物加工的最终产品。此类磨矿处理的矿料 量也是很大的，仅次于解离性磨矿。 ( 3 ) 擦洗性磨矿。此类磨矿的目的既不是解离矿物，也不是粉碎矿 料，而是为了使矿粒充分暴露新鲜表面，以利于和粘结剂粘结并得到好 的粘结质量。建筑砂料的磨矿，水泥制件砂料的磨矿，冶金球团工艺中 的润湿磨磨矿等等均属擦洗性磨矿。在此类磨矿中，过度磨矿是有害的， 产生的矿泥将影响产品质量，矿砂遭受过度打击也降低产品强度。因此， 充分暴露矿粒新鲜表面而尽量减少过磨是此类磨矿的基本要求。此类磨 矿也属准备作业磨矿产品质量严重影响后续作业的产品质量。 a 昆明理1 = 人学硕士学位论立 精确化裂补球方法及成用研究 ( 4 ) 超细粉碎。在前几类磨矿中，产品粒度相对是i f , 较粗的。擦洗 性磨矿的产品粒度最粗，解离性磨矿受选别粒度的限制也不能很细，即 使细磨和超细磨的产品，粒度也在1 0 2 0 p _ m 以上。就是粉碎性磨矿，其 产品粒度也是儿个微米以上。芬兰胡基教授提出磨矿产品的粒度范围为 1 0 - 0 0 0 l m m ，即以1 “m 作为磨矿的极限，这称为“普通磨矿”范围。所 谓超细粉碎就是产品粒度比常规粉碎的更细，产品粒度达几个微米，甚 至在微米级以下，超出胡基的“普通磨矿”范围。超细粉碎主要用于非 金属矿物的深加工。非金属矿物也称工业矿物，它们种类繁多，用途广 泛，通常将它们粉碎成微米级或微米以f 的粉体而用作填料、涂料、颜 料、润滑剂、增量剂和陶瓷原料等等。工业矿物的超细粉碎是一类十分 复杂的粉碎作业，其目的要求依粉体的用途而异，甚至同种矿物，因粉 体用途不同也有不同的要求。因此，必须根据粉体的用途而确定目的要 求，以及选择专用粉磨设备。 以上分析说明，磨矿的种类是繁多的，各类磨矿的目的要求也不同。 选矿前的磨矿属于解离性磨矿，故本论文仅对选矿前必用的解离性磨矿 进行分析研究。 1 2 磨矿作业在选矿中的地位与作用 1 2 1 磨矿作业在选矿中的地位 无论是金属矿或是非金属矿，除少数矿物单体解离良好的海滨砂矿 入选前不需要磨矿外，一般都需要进行磨矿后，才能进行选别作业。自 然界矿石中的矿物，大多数矿石中的有用矿物和脉石矿物常常紧密连生 在一起，须进一步通过加工处理后才能加以利用【3 】。而将有用矿物和脉石 矿物充分解离并达到适合选别的粒度，通常又是靠磨矿作业来完成的。 而且，磨矿车间也是选厂中基本投资和维修费用最高的。 磨矿作业作为物料准备的最后一道工序，致关要紧，其作业的好坏， 不仅影响着整个选厂的技术指标，而且直接影响到选矿厂的经济效益。 所以，通过改进磨矿工艺( 如减少入磨粒度、调节磨机转速、合理装补 球、使用耐磨介质和衬板、提高磨机的选择性磨碎等) 来提高磨矿作业 的效率及改善产品特性，对降低选矿成本和提高选别指标具有重大现实 意义。 昆l 蝈理t 人学硕士学位论史 磨矿在选矿中的地位与作_ 】 1 2 2 磨矿作业在选矿中的作用 关于入选前磨矿的任务，世界著名选矿学者a f 塔加尔特早就指 出：“磨矿的功用和目的依其所磨原料不同而不同。在选矿厂主要的任务 是将矿物原料粉碎，以使有用矿物大部分得以从脉石中解离出来，并在 许多情况下使两种矿物分离开来；其次一个任务是将单体的有用矿物依 其粒度的必要缩小程度，将粒度减少，以使它们在下一个选矿过程中得 以有不同的性态表现”1 9j 。在这里，塔加尔特把解离有用矿物作为磨矿的 首要任务，而减小粒度仅作为第二位的任务。他对选矿前磨矿的任务确 定是科学的和符合实际的，因为选矿的前提条件就是矿物的相互分离。 根据选矿前磨矿的任务将其称为解离性磨矿也是贴切的。 1 2 3 选矿对磨矿的要求 矿物在选别前，需要对其进行充分的单体解离，这就需要磨矿作业 将矿物磨至合适的粒度，这种磨矿称为解离性磨矿。 解离性磨矿能够实现的根本依据是矿石力学结构的多元性。组成矿 石的各种矿物之间的相界面是一个力学脆弱面，矿石受力时破碎行为将 首先沿力学的脆弱面上发生。因此，晶体矿物在磨矿中普遍存在解离行 为的选择性，即解离行为首先沿不同矿物的结合面上发生。有的学者把 矿石的破裂分为三种模式：跨越两个以上颗粒的破裂，颗粒自身的破裂， 沿颗粒边界的破裂，并认为沿边界的破裂是最理想的，而其它两种破裂 产生的单体颗粒都远小于颗粒的自然粒度【l0 1 。使解离行为沿不同矿物结 合面上发生的破碎称为解离性破碎，解离性磨矿中矿石的破碎正是需要 此类解离性破碎。 在实际磨矿过程中，矿物的解离行为总是伴随破碎行为发生的，没 有不发生破碎就出现的解离，也没有发生了破碎丽不出现的解离，矿石 发生破碎而使粒度减小，有用矿物也就随之解离出来。一般地说，破碎 与解离密切相关，破碎的粒度愈细，有用矿物的单体解离度也就愈高。 但是，由于矿石的破碎中存在着选择性解离彳亍为，故破碎的粒度与有用 矿物的单体解离度之间只存在密切的相关关系，而不存在正比例关系， 解离和粉碎不能等同【l 。如果磨矿介质的力学状态调整得好，可以提高 选择性解离的比重，可以在较粗的磨矿粒度下获得较高的单体解离度： 相反，如果磨矿介质的力学状态不佳，则可能使产品细度很高但单体解 6 昆驯理工人学颂士学位论义 精确化装补球方_ ；! 盘驶应用研究 离度不够高的现象出现。正由于这样，调整介质力学状态，提高选择性 解离的比重，改善磨矿产品质量等成为磨矿工作者的重要研究任务。 按照后面选矿的要求减小粒度是选矿前解离性磨矿的又一个要求。 各种选矿方法均受粒度限制，要求有一个适宜的的选矿粒度范围。但矿 石材料的破碎不同于其它工程材料，矿石的破碎产品中有各种粒度级别， 有达不到入选要求的过粗粒级，也有难于或不能选别的过度粉碎粒级。 过粗粒级可以通过分级设备返回磨矿机再次破碎。但过粉碎粒级难于挽 回，不仅浪费了矿物资源，也浪费了磨矿中的能量和材料，浮选中还浪 费药剂。因此，过粉碎的产生是无利多弊的，是磨矿中应该尽量减少的。 采用合理的磨矿分级流程，设备选择合适和操作得法可以减轻过粉碎粒 缴的产率。避免过粉碎是不可能的，尽量减轻则是可能的。 综上所述，在选矿前的解离性磨矿中，提高矿物解离的选择性使单 体解离度高，减轻过粉碎粒级含量使产品粒度均匀，保证入选产品有高 的解离度和低程度的过粉碎。从而在选矿中可以获得高的回收率和精矿 品位。这就是对选矿前磨矿的基本要求。 1 3 磨矿作业的现状 1 3 1 磨矿机的发展简介 碎磨设备是在十九世纪初出现的，l8 0 6 年出现辊式破碎机，1 8 58 年 出现颚式破碎机18 8 0 年出现圆锥破碎机，1 9 世纪7 0 年代出现棒磨机及 9 0 年代出现球磨机。 碎磨设备的初期阶段，人们对设备的性能需要有个认识过程，有个 生产考验过程。因此，此阶段碎磨设备发展的特点是设备品种的繁衍和 机型的比较与优选。各种碎磨设备早期均出现过多种机型，经多年的生 产实践考验而淘汰其性能差的机型，改进及发展性能好的机型。磨矿机 早期出现过破碎体限位的盘式磨矿机及筛式磨矿机等，但均被淘汰了， 留下的是破碎体运动的圆筒型棒磨机和球磨机，圆锥型也因生产率低及 结构复杂而基本上被淘汰了。初期阶段时间漫长，但经过各种机型的比 较、优选及改进，保留下性能好的磨矿设备。对它们的性能有了充分认 识，积累了使用它们的丰富经验，并为它们今后的发展打下了雄厚的基 础。在此阶段所形成的各种磨矿设备经历了一百多年的生产实践考验， 昆明王! i ! t 大学项二l ：学位论文 磨矿在选矿中的地位与作用 它们能保留下来并至今仍广泛应用，这一事实本身说明它们对于巨大吨 位的贱价矿料碎磨是得力的，工作可靠，经济效益较好。另外，对它们 的性能考验也说明，磨矿机的能量利用率太低。然而，今后几十年内还 不大可能出现一批新的磨矿设备来完全代替目前的磨矿机。因此，用好 及改进目前的磨矿设备应该是碎磨领域的可靠切实的任务1 2 】。 1 3 2 磨矿理论方面的探索 目前已有不少人提出，应该针对不同的矿石性质采用不同的磨矿工 艺，并认为现代矿石准备流程的主要发展趋势应在磨矿过程中增加矿物 解离的选择性，1 4j ，以争取在最小能耗下获得最大的矿物选择性解离 5 1 。在这方面，原苏联的选矿科技工作者做了大量的工作。a a 亚岑 科( 贝u eh k o ) 等人认为i l ，磨矿介质的形状与大小是物料细磨的基本参 数，由于各段磨矿入磨物料的粒度组成和物理性质不同，磨矿的介质也 应不同，并指出降低球的加权平均直径可以提高选择性磨矿的效果，增 加细级别产率。在破碎方法上，b k p o rekm 报道【 】，电能和超声波联 合磨碎矿石可以提高矿物解离的选择性，a b 曼尼娜( m a h h ha ) 报 道8 1 ，电脉动破碎法可使含锡矽卡岩矿样在较粗粒级下解离。1 3 k 扎 多罗r 内( 3 a 且o1 30 ) ：k h b i n ) 报道【】，液电放电破碎可以降低矿石强度， 增加选择性磨矿作用，提高后面的选矿指标。 目前国内外许多学者，提出了矿物解离数学模型，都试图从数学上 来定性描述和评价磨矿的的解离状况【l0 1 ，从而来优化磨机作业。第一次 给出解离模型的是a m 。高丁( g a u d i n ) 模型1 2 0 1 ，该模型考虑了由两 种矿物组成的物料的破碎过程，但对于矿物的嵌镶关系过分简化，仅把 物料看作等体积的立方体；r l 威吉尔( w i e g e l ) 于19 6 4 年改进了g a u d i n 模型【1 ，使它应用于随机分布的矿物颗粒；r p 金( k i n g ) - 于：1 9 7 9 年提 出了著名的金氏模型1 2 2 , 2 3 】，表达式为： k ( 。) = ( 2 , u r n + d ) 1 二- 型e x 二p - ( 2 h n + d ) ( 1 1 ) a n 式中：，。( d ) 是在级别d 中矿物m 的解离度；d 是筛析间隔彬的算 术平均值；u r n 是未粉碎矿石中矿物聊的交叉长度1 a n 的平均值。 此表达试可以根据一个参数( 矿物的平均交叉长度，t a n ) 来预测某 型塑查堂塑羔! ：垡笙苎 塑塑些墼坠堡查生墨些旦型塑 矿物的部分解离度；洛伦芩( l o r e n z e n ) 和图米尔蒂( t u m i t v ) 于19 9 2 年在= ；= 氏模型基础上，利用珍断性浸出设计来预测贵金属金的解离状况 1 2 4 ：彼得鲁克( p e t r u k ) 模型则是一种经验模型1 2 引，这种模型用于预测 矿石的最小磨矿深度和最佳磨矿粒度，并能估计总的表观解离度，通过 使磨矿粒度调节在某一深度便有可能使矿物达到这样的解离度：朴在九 ( 曰) 则在原料特性中以粒径为主要因素的粉碎一一单体解离模型1 2 6 1 ， 该模型指出，部分单体解离度，随着粉碎产物粒度的减少而增加，但增 加的比例在平均粒径( 由矿物粒径分布方程式求得) 的附近增加最大； 我国的贾培祥【2 7 1 从应用概率论出发，推导出分布函数一一解离金属分稚 模型( r = r o e “) ，较准确地描述了目的矿物的解离分布情况。 1 4 选矿厂中磨矿的发展趋势 2 0 世纪8 0 年代以来，世界矿业均处于不景气状态，为了提高经济 效益而开展了广泛的研究，其中相当多的研究是集中在磨矿作业的挖潜 革新方面，诸如多碎少磨、磨前抛废、磨矿分级工艺改进及高效磨矿方 法和设备的研制等等。随着矿产资源的开发利用，贫细杂难的矿石日渐 增多，迫使选矿工作者研究更合理的磨矿工艺。选择性磨矿、介质尺寸 精确化、介质形状适宜化、介质材质合理化等等相继出现。 目前及近段时期内，提高磨矿过程的针对性是磨矿技术发展的必然 趋势。因为，随着选矿实践的发展，传统的磨矿工艺受到了新的挑战及 提出新的技术要求。一是多金属矿的出现使矿石的力学性质更复杂，磨 矿除了使回收矿物与脉石矿物相互分离外，还要使各种有用矿物之间相 互解离，多种金属的矿石磨矿要求各种矿物之间，有高的解离度是粗糙 的传统磨矿工艺所满足不了的。二是金、银、铜、铁、锡、钨、铅、锑、 锌、铋、铂、铝、汞等许多金属矿石的磨矿中存在着显著的选择性磨碎 现象，若忽视这种矿物的选择性磨碎现象，仍采用传统的磨矿工艺，则 磨矿及选别效果均不会好，若重视这种现象并巧妙地防止或利用这种现 象，则可取得良好的磨矿及选别效果。三是8 0 年代后整个世界矿业不景 气不少矿山纷纷倒闭，产生及存在经济效益成为矿山企业生存的必要 条件。在选矿厂，对投资及经营费用均占大头的碎磨作业不得不大搞挖 潜革新，以产生大的经济效益，传统粗糙的磨矿工艺显然适应不了这种 要求，有待改进。过去只强调不同的矿石性质应该采用不同的选矿工艺， o 昆明理丁大学坝1 学位论盘 磨矿在选矿中的地位与作门j 即强调选矿的针对性，只有针对性强的选矿工艺才会有好的选矿效果。 在这种情况下，许多选矿工作者丌始认识到应该加强矿石碎磨的针对性， 应该针对不同的矿石性质采用不同的磨矿工艺，并认为现代矿石准备流 程的主要发展趋势应在磨矿过程中增加矿物解离的选择性1 3 瑚】，以争取 在最小能耗下获得最大的矿物选择性解离1 2 9 1 。只有针对矿石的特性选择 合适的磨矿工艺才会有好的磨矿效果，这是必然的，不问矿石的性质， 各种矿石均采用相同的磨矿工艺，断然不会有好的结果。软而脆的矿石 采用冲击破碎机破碎时有十分良好的效果。粗块下有大量单体解离的脉 石时碎矿阶段中采用预先抛尾的流程有十分显著的经济效益及技术效 益。钨、锡等脆性有价矿物的粗磨中普遍采用线接触破碎的捧磨机有显 著减轻钨、锡矿物过粉碎的良好作用。煤的磨矿中采用过粉碎轻的选择 性磨矿机可以显著减少粉煤级别的产生，等等。这些碎磨工艺均是针对 矿石的特性采取相适应的碎磨工艺，才会有好的效果。上述这些矿石的 碎磨实例有力地证明加强碎磨针对性的必要性。 碎磨的针对性，主要是针对矿石的力学特性，因为碎磨过程本身就 是一个力学过程。矿石的力学特性包括矿石的力学强度、抗破碎性能、 各种矿物的强度差异、各种矿物的磨碎规律及差异等等。这些年来，段 希祥教授针对处理矿石的力学特性而科学地选择了磨矿机的工作参数， 特别是磨矿介质的工作参数，从而取得了十分良好的磨矿效果，对后面 的选别也产生了良好的影响，解决了这些厂矿磨矿中长期存在的磨不细 严重、过粉碎严重、钢耗高等问题，再一次有力地证明了加强磨矿针对 性的重要性【3 。 昆明理t 大学硕士学位论义 精确化装补球方法放应用砌f 究 第二章磨矿介质对磨矿效果的影响研究 2 1 磨矿介质的工作原理 一个静置的磨矿机决不会产生磨矿作用，只有运动的磨矿机才有密 矿作用。因此，磨矿机的磨矿作用是由运动的磨矿介质实现的，是靠磨 矿介质的打击和