（矿物加工工程专业论文）磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究.pdf

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。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体己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：嘈触 日期：。弓年岁月，7 日 昆明理工大学硕士学位论文 摘要 磨矿作为选矿作业中最重要的环节之一，在很大程度上决定了磨矿 的后续作业一一选别作业的效果。在影响磨矿效果的诸多因素中，磨矿 介质是最为重要的。磨矿介质的大小和形状对磨矿产品的解离度，磨矿 过程的介质消耗、电耗起着决定性的作用。因此，如何精确地确定磨矿 介质的尺寸和选择适合矿石性质的磨矿介质形状就成为了研究磨矿作业 的重要内容。 自从磨矿机开始在工业上大规模应用以来，人们便开始研究确定磨 矿介质尺寸的方法。由于矿石的性质千百万化，从一种矿石研究得出的 结论，对另一种矿石未必适合。因此，理论化的计算磨矿介质尺寸的公 式至今还没有推导出来。选用何种方法来确定磨矿介质尺寸显得较为重 要。 本论文从段希祥教授推导的段氏球径半理论公式出发，并且通过实 验的方法来确定磨矿介质的尺寸问题，并把它应用在金川集团公司的镍 矿磨矿系统上。通过实验室全流程( 包括磨矿、选别、过滤等) 的考察 表明：运用段氏球径半理论公式和实验法相结合的方法来确定磨矿介质 尺寸在理论和实践上都用较大的创新性和实用性。 法 关键词：段氏球径半理论公式，磨矿介质尺寸，介质形状，确定方 磨矿介质尺寸与形状对镰矿石磨矿及选别的影响研究 a b s t r a c t a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r to fm i n e r a lp r o c e s s i n g ，g r i n d i n g d e t e r m i n et og r i n d i n g sf o l l o w - u ph o m e w o r k - - s e l e c t i o n sr e s u l tt oag r e a t e x t e n t a m o n gag r e a td e a l o ff a c t o rt h a tc a na f f e c tg r i n d i n ge f f i c i e n c y ， g r i n d i n gm e d i ai so f m o s ti m p o r t a n c e t h es i z ea n df o r mo fg r i n d i n gm e d i a p l a y ad e c i s i v er o l e o n g r i n d i n g m e d i a s c o n s u m p t i o n ，t h ee l e c t r i c i t y c o n s u m p t i o na n dg r i n d i n gp r o d u c t sm i n e r a ll i b e r a t i o nd e g r e e t h e r e f o r e ， h o wt od e t e r m i n e g r i n d i n g m e d i a ss i z e a c c u r a t e l y a n dh o wt oc h o o s e g r i n d i n gm e d i a f o r mt h a tc a ns u i tm i n e r a ln a t u r e b e c o m ei m p o r t a n tc o n t e n t o f g r i n d i n g - s t u d y i n g s i n c eg r i n d i n gm a c h i n eb eu s e da ti n d u s t r ye x t e n s i v e l y p e o p l eh a v eb e g u nt o s t u d yh o wt o d e t e r m i n eg r i n d i n gm e d i a ss i z em e t h o d b e c a u s et h e r ei s a g r e a t a m o u n to fn a t u r eo fm i n e r a l 。c o n c l u s i o nf r o mo n em i n e r a lm a yn o tb es u i t a b l ef o r a n o t h e rk i n do fm i n e r a l t h e o r i z ef o r m u l ao fd e t e r m i n i n gg r i n d i n gm e d i a ss i z eh a s n o td e r i v e do u ts of a r w h i c hk i n do fm e t h o ds h o u l db eu s e d f o r d e t e r m i n i n g g r i n d i n gm e d i a ss i z es e e m sc o m p a r a t i v e l yi m p o r t a n t - t h i st h e s i ss e to u tf r o mp r o f e s s o rd u a nx i x i a n g s d u a n s h a l f - t h e o r y f o r m u l at od e t e r m i n eg r i n d i n gm e d i a sa n dv a l i d a t ei tt h r o u g he x p e r i m e n t u s ei t s c o n c l u s i o no nj i n e h u a ng r o u pc o m p a n y sn i c k e lo r e g r i n d i n gs y s t e m o b s e r v a t i o no f t h ew h o l ep r o c e d u r el a b o r a t o r y ( i n c l u d eg r i n d i n g ，s e l e c t i o n ，f i l t e re t c ) i n d i c a t e st h a t ： c o m b i n e dw i t hd u a n sh a l f - t h e o r yf o r m u l aa n dl a wo fe x p e r i m e n tt od e t e r m i n e m e d i as i z e sm e t h o dh a si n n o v a t i o na n dp r a c t i c a l i t ya tt h e o r ya n dp r a c t i c e k e y w o r d ：d u a n sh a l f - t h e o r yf o r m u l a ，t h es i z eo fg r i n d i n gm e d i a ，t h ef o r m o f m e d i a ，t h em e t h o d o f d e t e r m i n i n g 2 昆明理工大学硕士学位论文 前言 我国是一个矿产资源总量极其丰富、矿种比较齐全的少数几个资源 大国之一。截至1 9 9 7 年底，已发现1 7 1 种矿产，探明储量的矿产有15 3 种，己发现矿床、矿点2 0 多万处，经详细勘查的2 万余处。矿产资源是 人类生产和生活资料的基本源泉，是国民经济和社会发展的重要物质基 础。矿产资源的开发利用及其配置方式往往决定了经济、社会发展的物 质基础并影响到世界政治、经济的基本格局。 矿业是支撑国民经济运行的十分重要的基础产业，几乎与一切社会 经济部门密切相关。尽管我国矿产开发利用成绩很大，由于我国矿产资 源分布特点，贫富矿差异较大，部分用量大的支柱性矿产贫矿多、富矿 少，尤其是关系到国计民生的用量大的支柱性重要矿产如铁、锰、铝、 铜、铅、锌、硫、磷等矿产或贫矿多或难选矿多或共生、伴生矿关系复 杂，嵌布粒度极细，若要开发利用，必须采用先进的技术和先进的工艺。 目前，我国正在推动矿业可持续发展战略，实行综合开发、综合利用的 方针以及来自环保方面的压力，导致某些矿产资源开发成本较高或根本 难以开发。由于我国矿产资源越来越趋向贫、细、杂，要想将有用矿物 从脉石矿物中解离出来，必须通过磨矿将其磨至合适的粒度才能实现。 因此，如何把矿石磨至适合的粒度，并且成本较低，成为选矿工作者面 临的新课题之一。过磨会导致泥化，引起金属损失，使脱水作业指标恶 化，产量下降和成本增加。欠磨则会使有用成分解离不充分，造成有用 成分损失【jj 。 为了使有用矿物能从脉石矿物中充分解离出来并且在尽可能粗的粒 度下解离，国内外的选矿工作者们都作了较多的努力。在国内，段希祥 教授从我国国情出发，用破碎力学原理推导出计算磨机球径的半理论公 式1 2j ，很好地解决了磨矿介质尺寸的问题。其基本思想是精确破碎力使 矿物沿晶粒边界诱发粒间裂隙而不是晶粒内部的破裂，而后者往往是导 致过粉碎的原因。在国外，矿物解离研究也没有取得令人鼓舞的进展。 近年来采用电能、超声波能、高压脉冲来产生等离子体及利用微波辐射 等在磨矿前对破碎矿石进行热处理的研究虽然对改善矿物的解离度，但 这仅限于实验室研究，离工业应用仍较遥远【3j 。 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究 由于影响磨矿效果的因素错综复杂，以至于长期以来许多矿物工作 者从不同的因素入手取得许多好的磨矿效果。其中最值得关注的是从磨 矿介质这个影响因素入手来全面改善磨矿效果。这是因为绝大多数磨矿 作业都是通过磨矿介质来实现的。磨矿介质使用适当与否常常影响到磨 矿产品质量好坏。在我国，人们早就注意到钨、锡、锑、钼等脆性有价 金属矿物的磨碎常用棒磨机而不用球磨机，为了避免过粉碎的产生。但 在金属矿山的磨矿作业中，绝大多数磨矿介质仍以球磨为主。 然两，磨矿介质又受诸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 的微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 的破碎力大小，容易造成贯穿破碎效果，产生过粉碎；如介质尺寸过小 则会导致钢球的打击力过小，造成磨不细。在许多的实验中如果用截头 圆锥作为细磨介质，发现其细磨效果较比用钢球作为磨矿介质要好的多， 产品质量明显改善。使用不同钢球级配的装球制度其磨矿效果比只装一 种钢球要好的多得多；一天补一次或多次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；在一定范围内，磨机的台时处理能力随 充填率的增加、磨机转速的增加而增加。磨矿的主要目的是以解离有用 矿物为主，即实现有用矿物与脉石矿物的充分解离，同时又要减少产品 中过粗( 磨不细) 及过细( 过粉碎) 级别的产率；这就要求在磨矿过程 中必须加强矿物解离的选择性。而要提高矿物解离的选择性，就必须使 矿石所受的破碎力精确，进一步要求就是铜球尺寸的精确。 本论文从磨矿介质尺寸的精确化方向出发，对金川i 有色金属公司的 镍矿石磨矿介质( 钢球) 尺寸进行精确化研究，并且在此基础上尝试对 磨矿介质的形状进行研究。 昆明理工大学硕士学位论文 第一章、综述 1 1 磨矿在选矿过程中的作用 磨矿作业广泛应用于矿山、冶金、化工、建材、火电、材料等国民 经济基础工业部门。例如在建筑材料水泥的生产过程中需要先把石灰石 进行破碎、以便烧成熟料，然后再将熟料磨细成水泥。在选矿工业中， 除少数有用矿物已单体解离的砂矿和部分高品位富矿可以不经磨矿直接 利用外、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，必 须进一步处理后才能加以利用 4 1 。而将有用矿物和脉石矿物进行处理使 它们解离，通常是靠选矿之前的磨矿来实现的。随着人类对矿产资源的 进一步开采和利用，富矿资源日益减少，选矿工业面临的问题也越来越 严峻。矿石的贫、细、杂问题已成为我国矿产资源的主要特点。若要进 一步利用这些矿石，必须采用新的技术和工艺。在众多的新技术和新工 艺中，磨矿工艺是较为引人注目的。它在对原有选矿厂不作大的改动情 况下获的较好的效果，而且对环境的污染也较少，因此磨矿作业无论在 现在和将来在选矿工业中都有举足轻重和不可替代的作用。 一切选矿方法都受到矿物粒度的限制：过粗的矿粒不能分选，因为 矿石中的有用矿物和脉石矿物还没有解离：过于细的矿粒也难以回收， 因为接近胶体粒度的微粒用现有的选矿方法还难以控制。例如，重力选 矿难以回收小于1 9 微米的矿粒；浮选对5 1 0 微米以下的矿粒其回收效 果也差。磨矿的目的是使得矿石中有用矿物和脉石矿物充分地解离，同 时磨矿的过程中微粒的产生是不可避免的，这些目前还难以回收的微粒 我们称之为过粉碎。过粉碎的产生对后续的选矿作业均产生不良的影响， 使得选矿回收率和精矿品位降低。目前不少人士指出，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 ，以争取在最小能耗下获得 最大的矿物选择性解离，因此，为选别作业准备解离充分且过粉碎轻的 入选物料，这就是磨矿的基本任务。 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究 1 2 磨矿作业的类型与特点 从对磨矿产品的要求来看，磨矿作业大致可分为三种类型【6 】： ( 1 )粉碎性磨矿：此类磨矿以粉碎物料为目的。在此种磨矿中， 磨矿产品的细度越细越好。水泥熟料的磨碎、颜料、涂料、 农药和一些精细化工产品的磨碎以及陶瓷原料的磨碎等 均属粉碎性磨矿。 ( 2 )擦洗性磨矿：为了使矿物颗粒暴露出新鲜表面或使性质不 同但又互相粘连的矿物颗粒分离的磨矿称为擦洗性磨矿。 此类磨矿没有粒度上的要求只是为了某种特定的目的而 进行。例如选矿中磷矿的洗矿，经过擦洗后去除矿物表面 的泥质部分后，可提高矿石的品位，使矿石的品位达到销 售的要求。建材工业为了使砂子擦洗出新鲜表面所实施的 磨矿作业也属此类。 ( 3 1解离性磨矿：为了从矿石中解离有用矿物并达到一定的粒 度的磨矿称为解离性磨矿。选矿和湿法冶金中的磨矿均属 此类。这类磨矿的细度要求较为特殊，矿石入选之前要求 有用矿物和脉石矿物之间的单体解离是分选的前提条件， 同时，各种选矿方法叉受一定粒度的限制：过粗或过细的 粒度均难以回收。因此，选矿作业对磨矿的基本要求是既 使有用矿物充分单体解离，又要尽量避免过粉碎。湿法冶 金之前的磨矿也要求有用矿物充分解离及粒度足够细，以 利于与碱液或酸液充分接触，加快浸出速度及提高浸出 率。另外，在处理非金属矿时，磨矿作业不再是一个准备 作业而是直接加工满足塑料、橡胶、颜料、涂料、造纸、 陶瓷、耐火材料、胶粘剂、油墨、玻璃、机械、电子等工 业领域需要大量的细度为2 0 0 8 0 0 目左右的非金属矿物 粉碎产品。 根据磨矿作业方式磨矿可分为干式磨矿和湿式磨矿。一般以有用矿 物单体解离为目的的磨矿作业大多数采用湿法磨矿。而以直接加工粉体 产品为目的的磨矿作业大多数采用干式磨矿，这种磨矿通常也称为粉磨。 根据磨矿过程是否使用研磨介质来分。磨矿作业又分为无研磨介质磨矿 6 昆明理工大学硕士学位论文 如雷蒙磨、旋转磨、涡轮磨和有研磨介质磨矿如棒磨、球磨、震动磨等。 一般来说，粉碎性磨矿和直接加工磨粉产品的磨矿主要采用干式磨 矿作业。而干式磨矿作业的好坏通常又是靠选择适宜的磨矿设备来实现， 此类磨矿设备又称干式磨粉机。如上述的雷蒙磨、旋转磨、涡轮磨、离 心磨、干式球磨、震动磨等。除震动磨和干式球磨使用钢球作为研磨介 质外，大多数干式磨矿机均是无研磨介质磨机，因此有人称“干式磨矿 作业只看设备而不看研磨介质”之说f ”。 擦洗性磨矿是处理与粘土胶粘在一起或含泥多的矿石的湿式磨矿作 业，其主要的目的是暴露出矿物颗粒的新鲜表面。其主要作用力是以摩 擦力研磨为主，以冲击力为辅。因此，此类磨矿要求采用尺寸小的钢球， 降低钢球所携带的能量，以免产生不必要的贯穿破碎。 解离性磨矿是目前金属矿山大多数选矿厂采用的一种磨矿作业方 式，通常为湿式磨矿。此类磨矿作业的目的很明显，就是把有用矿物从 脉石矿物中解离出来并为后续选别作业提供适合的粒度。由于磨机的给 矿粒度大小不一，通常是2 5 0m m 的粒度构成。并且各个粒级的强度大 小不一，要求的破碎力也不一样。所以此类磨矿较为复杂，通常要对待 磨矿石的粒度组成，金属分布等各项指数进行分析从而确定研磨介质的 形状和尺寸大小，从而保证有用矿物和脉石矿物的充分解离，同时又减 少磨矿产品中的过粗( 磨不细) 粒级和过细( 过粉碎) 粒级。 1 3 磨矿作业现状 磨机根据介质的不同分为棒磨机、球磨机和自磨机，它们在磨矿作 业中的作用和用途是不同的。 棒磨机：以钢棒作为磨矿介质。其主要特点是棒与棒运动时具有选 择性碎磨作用，其产品粒度较为均匀过粉碎现象较轻。棒磨机的用途大 致有三种：1 ) 钨、锡矿和其它稀有金属的重选厂或磁选厂，为防止过粉 碎引起的危害，常采用棒磨。例如云南锡业公司的各个选厂。2 ) 当用二 段磨矿流程，如果第一段是从2 0 6 毫米磨到3 1 毫米，采用棒磨作第一 段磨矿设备时，生产能力较大，效率也较高。例如甘肃金川i 有色金属公 司选厂3 ) 在某些情况下可以代替短头圆锥碎矿机作细碎，这种用法通 常用在处理较软的矿石。 磨矿舟质尺寸与形状对镰矿石磨矿及选别的影响研究 球磨机：以钢球为磨矿介质。其特点是结构简单、规格可大可小、 破碎比大( 5 0 2 0 0 ) 。球磨机既可湿磨又可千磨，可用于处理各种矿物原 料及不同规模的生产企业，就适应性而言，目前其它磨机都无法与之相 比。在1 8 1 9 届国际选矿学术会议上不少学者认为“在可预见的2 0 年内 磨机很难被取代”直到现在乃至将来球磨机仍会发挥巨大的作用。特别 是随着处理低品位矿石量增大，球磨机的作用将会越来越大。这是因为 磨矿介质钢球可大可小，可用于各种场合：粗磨、细磨、超细磨等。在 选矿厂中主要用在细磨中，一些选矿厂用较大的钢球来取代棒磨机作粗 磨，效果也不错，有取代棒磨机的趋势。 自磨机：以被磨矿石为磨矿介质。在2 0 世纪5 0 年代世界各国应用 得较为广泛。我国则是在2 0 世纪7 0 - 8 0 年代应用较为广泛。段希祥教授 通过研究【8 】认为，我国矿石自磨存在以下几个问题：自磨机生产率太低、 自磨机作业率太低、磨矿过程缺乏自动控制以及自磨机规格太小经济上 不合算。由于上述缺点，进入2 0 世纪9 0 年代以来，自磨机的应用越来 越少。目前只有一小部分矿山还在使用，但多数已改为半自磨机了。 磨矿作业主要是靠磨矿设备来实现的。选矿厂中磨矿设备的基建投 资很大，大约占整个选矿厂投资的5 0 左右，生产费用也很高约占选矿 成本的4 0 5 0 ，维修费用也很高【9 j 。因此，许多选矿厂，在生产过程 中极少对磨矿作业进行投资或改造。 磨矿过程是一个使固体物料尺寸减小、比表面积增大的过程。根据 热力学原理、物体比表面积增大的过程同时也是其内能增大的过程，这 个过程不是自发发生的，需要外界对矿石做功，因此磨矿的过程是一个 功能转换过程【1 0 】。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 0k w h t ，约占选矿厂电耗的3 0 7 5 ，磨矿介质和衬板消耗达 o 4 3 0k g t 。磨矿过程的高消耗是跟磨机的工作特点有关的，磨机的磨 矿介质与被磨矿石之间的接触是随机的，这种随机性使得被磨矿石受到 磨矿介质的打击和磨削的几率较小，磨矿效果较差。磨矿的消耗是如此 的高，以至人们已经习以为常。不少企业对磨矿的工艺、流程方面的研 究和改造显得有点不太热心。虽然如此，不少选矿工作者还是对磨矿过 程进行了不懈的努力，并且取得了较大的进展。 昆明理工大学硕士学位论文 1 4 磨矿作业存在的问题 到目前为止，全国各地建有大大小小1 5 万座矿山，其中国有矿山 8 0 0 0 多座【1 1 1 ，直接和间接从业人员达到2 0 0 0 余万。1 9 9 7 年我国矿业总 产值为4 6 9 1 亿元，占当年国民生产总值的6 3 9 t 1 2 1 。虽然成绩斐然，但 是我国矿业生产尤其是选矿工业仍然存在着不少的问题。特别是磨矿作 业存在着以下几点问题。 磨矿介质尺寸的不准确性 金属矿山的磨矿作业是通过研磨介质与矿石的互相作用来实现的， 具体地说是靠研磨介质对矿粒的冲击和研磨来完成的。因此，磨矿介质 的尺寸和形状在磨矿中就显得尤为重要。对于具体到某一台磨机来说其 容积是固定不变的，装球量亦是大致固定的。如果磨矿介质的尺寸过大， 在装球量固定的情况下。磨矿介质的数量就会相应减少，矿石受打击的 几率也会相应减少，矿石被破( 磨) 碎的几率也会减少。磨矿介质尺寸过 大其冲击力也大，容易造成过粉碎。如果磨矿介质的尺寸过小，则介质 所携带的能量不足以击碎矿石，造成磨不细现象。因此，理想的情况是 打击力足够的情况下，钢球的个数愈多愈好，这就是说钢球的尺寸应该 精确。 长期以来，我国确定钢球尺寸的方法是以邦德简便式计算为主，或 者干脆参照一些教科书中所列的球径。与国外球径相比，这些球径是偏 大的，偏大多少在国内磨矿界研究得比较少。在我国磨矿介质的不准确 主要表现在介质尺寸偏大。这一点比较容易理解，在生产过程中如果磨 不细较多，选矿厂都会加入尺寸较大的磨矿介质。大多数选矿厂在加入 这些介质之前都没有进行过试验，结果是介质的尺寸偏大。 补加球制度的不合理 选矿厂的磨机在开始装球时，不同球径的钢球的大小和数量是有一 定的比例的。当磨机运转一段时间后，初装球自然消失，磨机内的球荷 特性必然由补加球形成。因此，补加球是否合理对磨矿作业的影响是巨 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究 大的。以前，选矿厂在补加球时为图方便省事常常只补加一种大球，即 使是在现在我国选矿厂按照这种补加球的仍有不少。按前苏联学者安德 列耶夫的研究 1 3 1 ，单独补加一种尺寸的大球时最终形成的球荷特性曲线 是凸曲线，即大球偏多。在国外球磨作业的补加球最大球径一般为4 英 寸，约合l o o m m ，有些厂的最大球径仅3 英寸( 7 6 m m ) 。而且大多数选 厂只补加很少比例的大球，用于破碎粗粒或难磨矿粒。大量补加小球径 钢球，使研磨面积大幅度增加，如鹰桥选厂除补加1 0 0 m m ( 4 英寸) 大 球外大量补加7 5 m m ( 2 5 i n c h ) 及4 7 r a m ( 1 5 i n e h ) 小球：艾萨选矿厂则大 量补加7 5 m m ( 2 5 i n c h ) 球，补加的l o o m m ( 4 i n e h ) 大球仅占2 5 i n c h 球的 2 0 左右。我国选矿厂补加球不但种类单一而且在补加球尺寸上和相国 外比较也是有差别的。表1 1 和表1 2 是国外和国内选矿厂补加球的两 个对照。 昆明理工大学硕士学位论文 表1 - 1国外部分选矿厂磨机补加球的最大尺寸 选矿厂名称磨机规格矿石种类给矿粒度补加最大 d x l ( m m 1( r a m ) 球径( t u r n ) 鹰桥选矿厂 3 2 3 6 5铜镍矿石1 1 01 0 0 斯特拉斯康纳选矿厂 4 1 5 4 9铜镍矿石1 1 o 1 0 0 诺里利斯克选矿厂 3 2 3 1 铜镍矿石 2 5 ol o o 兰米尔选矿厂3 0 5 3 9 6铜镍矿石8 01 0 0 朗摩尔选矿厂 3 0 5 3 9 6镍矿石8 o9 0 马得林矿山公司 2 4 4 x3 6 6铜矿石1 2 7 o 7 5 哲兹卡兹千选矿厂3 2 3 1铜矿石2 0 01 0 0 布干维尔选矿厂 5 5 7 3铜矿石1 3 o7 5 威罗依选矿厂 3 2 3 3 6 6铜铅锌矿石2 5 o7 5 巴肯斯选矿厂 2 4 4 x1 8 3 铜铅锌矿石 1 6 07 5 艾萨选矿厂 2 1 4 x2 7 4银铅锌矿石9 5 01 0 0 凯洛格铅锌选矿厂直径3 2铅锌矿石 2 5 01 0 0 腊梅斯贝克选矿厂 1 。8 3 0铜铅锌矿石1 5 01 0 0 南越选矿厂 1 8 0 7 5 铜铅锌矿石 1 0 01 0 0 锌有限公司选矿厂 2 4 4 1 8 3铅锌矿石5 05 0 兰波选矿厂 2 7 2 1铜铅锌矿石1 8 o7 5 诺里利斯克选矿厂 3 3 2 3 8铜钼矿石1 6 01 0 0 诺兰达矿业有限公司3 3 6 x 4 5 8钼矿石 9 5 - 01 0 0 千岁选矿厂2 4 4 x1 2 2金银矿石1 0 07 5 坎贝尔矿业有限公司2 1 4 3 6 6金矿石6 4 01 0 0 埃乔贝矿业有限公司 2 1 4 x3 6 6银铜矿石9 5 09 0 季安特耶洛奈公司 2 4 4 x3 0 5金矿石9 5 07 5 帕莫尔波丘潘矿业 1 5 3 x 4 8 8金铜多金属5 06 4 公司舒马赫分公司 矿石 列宁诺格尔斯克选厂 2 7 3 6多金属矿石2 0 01 0 0 德海姆矿业与资源联 2 1 4 3 3 6锑矿石1 6 01 0 0 合公司 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选剐的影响研究 注：欧美国家以英寸为计量单位，表中为折算值并稍作修改，以接 近我国技术习惯。如4 英寸钢球实际为1 0 1 ，6 毫米，表中按1 0 0 毫米计。 表1 - 2 我国部分选矿厂粗磨机补加钢球的最大球径 选矿厂名称及球磨机规格d l给矿粒度最大球径 矿石硬度f 矿石类型 m mm m，m m 铁矿石 东鞍山选矿厂 3 2 3 11 2 - 1 81 2 01 2 7 大孤山选矿厂 2 7 2 11 2 1 61 2 o1 2 7 弓长蛉选矿厂 2 7 3 61 2 - 1 81 2 o1 2 7 齐大山选矿厂 2 7 3 61 2 1 62 0 o1 2 5 南芬选矿厂 2 7 3 61 0 1 215 01 2 0 水厂铁矿选矿厂 2 7 3 61 2 - 1 41 5 01 2 5 大石选矿厂2 7 3 61 2 1 41 2 0 1 2 7 大冶铁矿选矿厂 3 2 x3 11 2 1 62 5 o1 2 5 程潮铁矿选矿厂 2 7 3 68 1 01 3 01 0 0 攀钢密地选矿厂 3 6 x 4 01 4 - 1 62 5 01 2 5 铜矿硪 德兴四洲选矿厂 3 2 3 1 5 - 7 2 0 01 0 0 铜陵狮子山选矿厂 3 ，2 3 11 2 1 41 3 o1 2 5 铜陵铜官山选矿厂 2 7 2 11 0 1 213 01 0 0 易门小水奔选矿厂 3 2 3 18 - 1 01 8 01 2 0 易门狮子山选矿厂 3 2 3 18 - 1 01 8 01 2 0 牟定选矿厂 2 7 3 61 6 2 31 2 ，0 1 2 0 东川2 2 2 选矿厂 3 2 3 1j o - 1 4】2 0】2 0 东川因民选矿厂 3 2 x3 11 0 1 42 0 01 2 0 从上述两表可以看出，我国选矿厂的补加球尺寸普遍比同类型的国 外选矿厂大2 0 左右。 昆明理工大学硕士学位论文 1 5 磨矿作业存在问题的解决方法 解决磨矿作业中存在的问题，应该说方法还是不少的。但是能在工 业上大规模应用，目前还不多，其主要原因是实验室里可行的方案，在 工业上可能由于试验工作量太大而无法应用。目前，在磨矿方面应用较 多的方法有以下几种。 ( 1 ) 对磨矿介质尺寸进行精确化 前面提到过，国内许多选矿厂磨矿介质尺寸是偏大的。因此，确定 适合的球径就成为解决磨矿作业问题的先决条件。一般地说，由于影响 磨矿的因素很多，至少有1 0 个以上。因此，要准确确定钢球尺寸大小是 比较困难的，至今为止也没有一个统一的计算钢球尺寸的理论公式。目 前使用的经验公式有十多个，各个公式在推导时考虑的影响磨矿因素不 同，对于同种矿石计算出来的钢球尺寸差别很大。段希祥教授用破碎力 学原理推导出如下的半理论公式【4 】： 。- 吣。涔希c m ， 式中：v 一磨机转速率， 盯一矿石的抗压极限强度，k g f c m 2 成一钢球的有效密度，g c m 3 ，见= 几一, o n ，几为钢球密度 ( g l c m 3 ) ，反为矿浆密度( g e r n 3 ) d o 一球荷“中间缩聚层”直径，c m ，d o = 2 r 0 ， r 。_ j 华= j 掣，其中r i 弛删为磨机内黝层和最内 层半径，k = r 2 r l ，k 与转速率及充填率有关 d 广9 5 过筛最大粒度，c m k 。一其它影响因素的综合修正系数，其值随给矿粒度粗细不同而不 同。 公式是在给定磨机工作条件下的计算所需的球径公式，可以看出： 公式所需的各个参数值均是在设计及生产中能方便给出的，有利于球径 的计算；公式力学意义清楚，给矿粒度粗及矿石机械强度大时需要大 的球径，磨机直径大及介质密度大时可用小的球径，与实际情况相一致： 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石瘩矿及选别的影响研究 除了考虑给矿粒度、矿石强度、磨机转速、磨机装球、磨机直径及介 质密度等与破碎过程密切相关的六个重要因素之外，还用综合修正系数 概括矿石力学性质的不均匀性、粘度及磨矿过程控制因素等对磨矿的影 响，考虑的比较全面，而且修正系数随破碎粒度的变化而变化，符合磨 矿过程的实际：在多家选厂的应用实践证明，该公式用于细磨时，误 差极小，但用于粗磨过程仍需修正使用h s 。 推广新型磨矿介质的应用 由于矿石细磨的工艺特征比较特殊，要求矿石与钢球接触面积较大。 球磨机作为主要的磨矿设备，广泛应用于矿石的细磨中。钢球与矿石的 接触方式为点接触，钢球的研磨面积不够大。另外，细磨时过粉碎严重， 采用钢球时这一点无法减轻。因此，钢球用于矿石的细磨仍然有缺点。研 制和推广新型的磨矿介质还是显得很重要的。 ( 3 ) 补加球的合理化 以前选矿厂在补球时为图方便省事，常常只补加一种大球，造成磨 机内球荷平均粒度的增大，磨矿细度不够等缺点。意识到这一问题的严 重性，国外厂矿在加球时也趋向合理化加球。如巴布亚新几内亚布干维 尔铜矿公司利用9 台5 5 6 4 m 及2 台5 5 7 3 m 大直径溢流型磨机将 1 2 5 m m 给矿磨至1 7 1 9 + 3 0 0 m ，磨机补加妒8 0 m m 和庐5 0 m m 钢球各 占一半【1 6 】：金阳光公司用4 6 6 i m 磨机将金矿磨至3 5 + 1 5 0 m ， 西5 0 r a m 及西6 4 m m 钢球按l ：1 比例添加1 1 7 1 。美国田纳西洲的马戈托克 斯( m a g o t t e a u x ) 公司研究开发的球磨机自动添加系统有助于改善磨矿 过程和提高效益 博】。这种自动加球机( a b c ) 采用球径为1 2 7 1 2 7 m m 的混合球，每一次加球量较小，通常为1 0 0 k g ，而不是平时手工加球系 统下比较多的磨球( 1 0 0 0 - 1 0 0 0 0 k g ) 。和以前根据磨损率的历史数据来 控制加球量不同的是，马戈托克斯公司开发的自动加球设备是在动态的 磨球损耗率的基础上控制加球量，即通过持续不断地监控球磨机的转动 功率、进料率和磨球的损耗，该系统计算出适当的磨球添加率，以保证 最大限度利用球磨机的动力，由此通过功率控制，优化磨选效率，减少 1 4 昆明理工大学硕士学位论文 人为因素，并实时调校与球磨机给料腐蚀性有关的磨球损耗率。 该自动加球机( a b c ) 已在智利的e lt e n i e n t e 铜矿和美国钢铁公司 的m i n m t a c 铁矿中得到了应用。应用结果表明，装有自动加球机的球磨 机的磨球损耗率确实降低了不少( 维持细度不变) 。两选厂生产作业数据 分别见表1 3 ，表1 4 所示。 表1 - 3 e lt c n i e n t e c o l o n 选厂作业数据 生产线转动功率给料率磨球损耗细度功率 k wt h 1 g t _ ( ( 15 0 a n ) ，k w h t - 1 72 1 2 21 7 2 3 4 8 47 6 4 61 2 3 2 2 62 0 8 41 7 0 2 5 3 27 6 4 81 2 2 5 注：其中第7 生产线安装了a b c 。 表1 - 4m i n m t a c 铁矿选厂作业数据 生产线转动功率t k w给料率t h “磨球损耗l i b t 1 1 71 8 8 64 6 0 o 1 9 3 1 3 1 81 9 2 94 4 00 2 3 0 * 注：1 7 为加球生产线，1 3 l8 为没有加球生产线 + 仅为第1 3 、1 6 、1 8 生产线的磨球损耗。 ( 4 ) 磨机大型化 磨机直径越大，所装的钢球通常就越少，大直径磨机中钢球的位能较 大可以弥补球径的不足。因此，在国外绝大部分厂矿的球径都比较小， 很少超过以上1 0 0 m m 的。这已为生产实践所证实。当前，国外厂矿的磨 机直径大多数已达4 6 m ，如h y d r a l i f ts c a n m e e 设计的9 6 5 6 5 m 大型 磨机自1 9 8 0 年投入生产后，连续工作1 3 年，与传统的小磨机相比，磨 矿费用减少3 0 【1 9 1 。据报道，澳大利亚投产的自磨、半自磨机直径均在 9 m 以上【20 1 ，世界上最大的自磨机直径已达1 3 4 m 】。 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究 介质运动规律研究及矿物解离度研究 利用照相机、摄像机等记录球磨机中球的运动，并通过离散元方式 分析球的运动规傅。然后再通过试验验证。这一方法可较好地预测球的 冲击力、速度、磨损及能量消耗等，且与工业试验结果相吻合1 2 2 。通过 磨机转速、处理量及球径等不同磨矿条件的闪锌矿的单体解离度测试结 果，确定矿物解离的最佳条件【2 引。还有用简单的磨矿模型计算破裂速度 并用影像分析技术来分析矿物的解离，建立解离模型【24 1 。加拿大科明科 研究院还研究出一种可以快速确定特定矿物解离度的新方法 2 5j 。 1 6 论文的研究内容与意义 从上述的分析可知，我国球磨作业的装补球制度存在许多不合理之 处，如何解决这些问题对选矿工作者来说显得尤为迫切和重要。在研究 磨矿介质的尺寸和形状方面，昆明理工大学选矿教研室从上个世纪8 0 年代开始进行了2 0 余年的系统的研究，并且取得了重大的成果，走在了 全国磨矿界的前列。 本论文结合导师科研课题细磨介质的尺寸和形状方面进行研究，为 矿石的细磨找出适合的条件，用来指导生产。具体地说希望经过研究能 在以下几方面取得进展。 ( 1 )提高矿物解离的选择性和磨矿作用的针对性 选矿前磨矿的首要目的就是使得待磨矿石中的有用矿物充分单体解 离，这既是选矿的前提条件，也是评价磨矿产品质量的首要标准。为了 实现矿物粒子之间的充分单体解离，应使矿物粒子的解离行为具有选择 性，即沿不同矿物粒子之间的结合面解离。提高磨矿作用的针对性具体 地说就是要对不同矿石的矿石力学性质进行研究，根据力学性质来确定 磨矿条件。 6 昆明理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 改善磨矿产品的粒度组成特性 磨矿从工艺上说属于矿物入选前的准备作业，它要为选矿准备单体 解离充分且粒度适合选矿要求的物料。因为任何选矿方法均受到粒度的 限制，超出这个范围的粒度矿物选别效果就要大打折扣。 ( 3 ) 提高磨矿介质的能量转换效率 磨矿过程是一个功能转换过程。功能转换的过程靠的磨矿介质来实 现的。介质的形状和尺寸选择的恰当与否对能量的转换起着重要作用。 能量的转换效率是否提高可以从每吨矿石所耗的电量来评价。 ( 4 )降低磨矿介质的消耗 在磨矿过程中，磨矿介质直接与矿物作用，介质的消耗是比较严重 的，尤其是介质与衬板的相互作用磨损更加严重。如果通过磨矿介质的 调整能降低介质的消耗，对选矿厂的经济效益是不言而喻。 1 7 金j i i 公司科研项目简介 金j i l 有色金属公司是我国最大镍矿生产基地，镍金属储量大，镍矿 品位高，易选别。从2 0 世纪6 0 年代建厂以来积累了丰富的镍选矿经验。 随着镍矿性质的变化，磨矿系统存在以下问题：( 1 ) 公司二选厂采用一 段棒磨，三段球磨共四段磨矿流程，流程太长且效率不高，减轻过粉碎 的效果亦不明显。( 2 ) 三段球磨中的第一、二段的装球巾6 0 r a m 6 0 ，巾 4 0 r a m 的装球4 0 ；第三段球磨的巾6 0 m m 装球4 0 ，由4 0 m m 的装球 6 0 ，但是补加球均是巾6 0 m m 的钢球。球荷特性均是相同，而各段磨机 处理的矿石粒度又不同，显然缺乏针对性。 经过昆明理工大学与金川有色金属公司接触和协商，达成了磨矿介 质改进的科研项目。2 0 0 1 年1 0 月开始，在导师段希样的指导和师兄吴 彩斌的帮助下对甘肃金川有色金属公司选矿厂的镍铜矿开展了磨矿介质 的尺寸和磨矿介质形状的研究，并且取得了预期的效果。 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究 第二章矿石力学性质研究 矿石是磨碎的对象，不同的矿石在组成结构、力学强度、可磨性等 各方面均不同。要使得磨碎有效地进行，必须对待磨矿石的力学性质有 较深入的了解，然后针对特定的矿石采取与之相适应的磨碎方法和工艺， 才可能取得好的磨矿效果。因此，对矿石的力学性质进行研究就成了磨 矿研究的首要工作。在工业生产过程中，矿块是磨矿作业的对象。因而， 研究矿石的力学性质主要是研究矿块的力学性质。 2 1 矿石力学性质与特征 2 1 1 矿石的力学性质 矿石的力学性质是指矿石受到外界力学作用时所表现的各种性质。 矿石的力学性质是多方面的，但是影响矿石破碎的力学性质主要是硬度、 韧性、解理和结构缺陷。 ( 1 )矿石的硬度 矿石的硬度是指矿石抵抗外界机械力侵入的性质。它主要由矿石晶 体中质点的键力来决定。矿石晶体的基本质点一一离子、原子、分子在 空间作有规则的周期排列，形成晶胞。晶胞的结构和基本质点之间的键 合情况决定了矿石的硬度。基本质点间有五种结合键：原予键、离子键、 金属键、氢键和分子键。不同的结合键有着较大的差异，所形成的矿石 亦有着不同的力学性质。因而表现出不同的硬度。 ( 2 )矿石的韧性 韧性是指矿石受到压扎、切削、锤击、拉伸、弯曲等外力作用时所 表现出的抵抗性能。它包括脆性、柔性、延展性、挠性和弹性等力学性 质。矿石的韧性也由晶体结合键类型和晶胞的结构形式决定。一般来说 昆明理工大学硕士学位论文 自然界中的矿石，若结合键为离子键则以脆性为主，延展性多为自然金 属矿物，而柔性、挠性和弹性多为分子键的矿物，如石棉、云母、辉钼 矿。 ( 3 )矿石的解理 解理是指矿石在外力的作用下沿一定方向破裂成光滑平面的性质。 所形成的平滑面称解理面。解理的存在降低了矿石的硬度。 ( 4 )矿石的力学强度 自然界中的矿物晶体，结构十分复杂，一种矿物晶体往往不只是一 种键力结合，而是存在多种键力结合。而矿石又是多种矿物的聚合体， 致使矿石的结合键力更为复杂。实际上，矿石的硬度、韧性、解理等各 种性质结合在一起，在研究过程中，如果只研究其中的一种来指导生产， 很显然是不恰当的。矿石的力学性质是十分复杂的，单一的物理量( 如 硬度、韧性) 往往不能准确描术矿石的力学性质，通常用力学强度这一 概念来表示矿石的各种性质。 2 1 2 矿石力学性质特征2 6 1 矿石在力学性质上有多种特征，主要表现在 ( 1 ) 性质上具有各向异性 由于矿物晶体力学性质上就是各向异性的，由多种矿物聚合而成的 岩矿自然也具备这一性质。当然，如果岩矿由各个不同方向的结晶构成， 可不同程度地消除这种影响，当作各向同性处理。所以，在识别岩矿的 力学性质时，要考虑它是各向同性还是各向异性。 ( 2 ) 组成上具有非均质性 9 磨矿介质尺寸与形状对镍矿石磨矿及选别的影响研究 无论是矿石或从岩体中采出的岩块，它们的不同部位常常会出现组 成和结构上的差异，进而导致性质上的差异，这是岩矿材料与金属材料 所不同的。金属材料性质是相对均匀的，可以用材料常量来表征材料的 性质，而岩矿材料则属非均质材料，不能用材料常量来表征岩矿性质。 ( 3 ) 力学结构的多元性 一种矿物晶体内会存在两种以上的键合力，不同矿物晶体中存在的 键合力则是多种多样的。同种矿物晶格内部与晶面上的聚合力均不相同， 不同矿物晶体聚合体内和外部的聚合力亦不相同，不同矿物聚合体结合 面上的聚合力也不相同。岩矿力学结构的多元性既导致了力学性质的不 均匀，也导致了复杂性。 ( 4 ) 孔隙性和裂隙性 由于岩矿存在先天的和后天的孔隙以及裂隙，故它的应力一应变曲 线是非线性的，弹性模量和松泊比也会因应力不同而发生变化。由于宏 观及微观裂隙的存在。粗矿块裂隙多，力学强度低。随着矿块粒度减小， 裂隙逐渐消失，故小矿块的力学强度高。 ( 5 ) 性质测试结果无重复性 由于岩矿材料的性质极不均匀和十分复杂，即使同一矿石的试件， 测试结果也无重复性，波动性很大，离散性也很大。 由于岩矿力学性质上存在上述特征，耍弄清它的力学性质就得多下 些功夫，较好的办法是应用统计学知识，取其平均值加以处理。 2 2 矿石力学性质的测定2 7 】 2 2 1 岩矿力学性质的研究方法 岩矿的力学性质是表示岩矿抵抗各种外力破坏的能力。现代固体力 2 0 昆明理工大学硕士学位论文 学虽然有很大的进展，但还不能提供像岩矿这类脆性非均质材料破坏的 理论计算方法。虽然某些矿物晶体的晶格能可以测定出来，但按此计算 的结果与实际相差太大而无实用价值。因此，解决岩矿力学强度的确定 办法只能是实际的工程测量。目前岩矿的各种力学