磨矿过程中矿物的解离行为分析及提高单体解离度的方法_杨琳琳

1、第 15 卷 第 2 期矿冶Vol. 15,No. 22006 年 6 月M INING & M ET ALLURGYJune2006文章编号: 1005- 7854( 2006) 02- 0013- 04磨矿过程中矿物的解离行为分析及提高单体解离度的方法杨琳琳, 文书明, 程坤( 昆明理工大学, 云南昆明 650093)摘 要: 论述了磨矿过程中矿物的解离行为, 指出了提高矿物的单体解离度的必要性, 最后提出了提高单体解离度的方法。关键词: 矿物加工; 选择性磨矿; 精确化装补球; 单体解离中图分类号: TD921+ 4文献标识码: AANALYSIS OF TH E COU RSE OF

2、M INERAL DISSOCIAT ION AND M ETHOD TO ENHANCE THE GRADE OF M ONOM IAL DISSOCIAT ION IN THE GRINDING PROCESSYANG L in-lin,WEN Shu- ming, CHEN G K un( K unming University of Science and Technology , K unming 650093, China)ABSTRACT: This paper describes the course of mineral dissociation in the grindin

3、g process firstly, then it ispointed out the g rade of monomial dissociation is need to be enhancedIn the end, the method of enhancing theg rade of monomial dissociation is put forw ardKEY WORDS: m ineral processing; selectivity g rinding; accurate loading and adding balls ; monomial dissocia-tion在选

4、矿过程中, 磨矿是为了选别入选物料。让有用矿物和脉石充分解离, 是采用任何选矿方法的先决条件 1 , 并且, 一切选矿方法都受到粒度的限制, 过粗的不能分选, 过细的也难回收。因此, 选别要求磨矿产品中矿物的单体解离度高, 过粗的级别要少, 微细级别要少, 中间易选粒级要多, 即产品粒度较均匀。磨矿使矿物单体解离及粒度适合选别,这两个任务中前者是第一位的, 后者是第二位的 2 。因此, 选别前的磨矿属于以解离矿物为首要目的的解离性磨矿。在现代磨矿技术发展中, 提出针对不同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是在磨矿过程中增收稿日期: 2006- 03- 01作者简

5、介: 杨琳琳, 女, 博士研究生, 主要研究方向: 矿物加工工程。加矿物解离的选择性, 以争取在最小能耗下获得最大的矿物选择性解离。1 矿物解离行为与要求在实际磨矿过程中, 解离矿物和减小粒度这两个任务是紧密相关的, 而且是相伴完成的, 即矿物的相互解离是伴随矿物粒度的减小而实现的。而且矿物颗粒被磨得愈细, 矿物的单体解离度也就愈高。正由于这一层紧密关系, 久而久之, 使人们把解离矿物和减小粒度视为一回事, 认为要解离矿物就要减小粒度, 而减小粒度也就能解离矿物, 甚至认为减小粒度是解离矿物的唯一途径, 矿物的解离度与磨矿细度成正比关系。如果矿物的解离行为毫无选择性 , 上述看法是对的。但是应

6、该看到, 金属矿石的磨碎是一种解离性磨矿, 矿石是一个力学结构特殊的14矿冶物质, 不同矿物聚合体结合面上的聚合力小于矿物内部质点间的聚合力 2 。这就使矿物的解离与粒子的减小可以不是同步进行, 只要破碎力恰当, 则可能是不同矿物之间的解离在先, 随后才是矿物粒子的进一步减小。而且还应该看到, 矿粒的破碎行为与破碎力密切相关, 破碎力的大小、作用方式及作用频率等因素不仅影响着破碎行为能否发生, 而且还影响破碎行为怎样发生。为了使问题的研究简化, 可以把矿物的破碎及解离行为简化为三类 3 : ( 1) 解离性破碎, 即矿粒在破碎过程中其破碎行为沿矿物之间的结合边界发生, 矿粒破碎的结果是不同矿物

7、之间的相互分离, 这是最理想的行为。( 2) 贯穿性破碎, 即矿粒在破碎过程中其破碎行为是沿力的最大作用方向发生, 而不是沿矿物之间的边界发生, 此情况下破碎行为无选择性, 矿粒的破碎仅是机械地减小粒度。矿粒破碎的结果可能有部分单体解离矿物, 但大量的可能是不同矿物连生体, 这是不希望的行为。( 3) 混合型破碎, 前面的两种破碎均是两种极端状况, 在实际破碎中只可能局部出现, 大量的则是介于二者之间的混合型破碎, 则矿物的解离行为依何种破碎行为占优势而定, 即是说, 破碎力选择及调整得好, 解离性破碎行为比例大, 矿物的单体解离度就高, 反之矿物单体解离度低及连生体多。金属矿的解离性磨矿是一

8、种特殊的粉碎技术,解离性磨矿的产品需要进入下面的矿物分选作业。因此, 后面的选别作业对前面的解离性磨矿提出下述特殊的要求 4 : ( 1) 有用矿物与脉石之间或者两种以上的有用矿物之间应充分单体解离; ( 2) 磨矿的能耗及材料消耗高, 应该尽量少作 不必要的破碎 , 在较粗粒度下实现充分解离最好, 对无用的脉石没有必要进一步磨细, 对单体或集合体脉石应尽早排出磨矿循环。在以最小能耗下获得最大的矿物选择性解离。( 3) 一切选矿方法均受粒度的限制, 过粗的不行, 过细的也不行, 因此, 要求磨矿产品的粒度均匀, 尽量减少过粗及过细的级别产率。A. F . 塔加尔特甚至认为: 对于选矿厂来说,

9、产品的粒度特性比之高的磨矿效率和廉价的磨矿成本更为重要 2 。因此, 保持磨矿产品粒度特性良好对选矿也是至关重要的一个因素。总起来说, 就是要求磨矿使有用矿物充分单体解离, 而且在较粗粒度下解离, 并且产品粒度特性良好, 最后还要少对脉石做无用功, 也就是说, 要求磨矿的解离作用尽可能的具有选择性。2 强化选择性解离作用提高矿物单体解离度球磨机中钢球的破碎作用完全是随机的, 钢球下落能否打着矿粒, 打着矿粒后又能否发生破碎, 大钢球是否能打着粗粒及小钢球是否打着细粒等等,一切过程均是随机过程。要在这种随机过程中强化选择性解离作用, 最好的办法就是使球径精确化, 包括整体球荷的精确化 5 。球径

10、过大时, 打击力过大 , 往往发生无选择解离作用的贯穿破碎; 同时, 过大的球径也使过度粉碎的粒级增多; 还有, 过大的球径必然使球数减少, 打击次数减少, 粗粒级别也增多。也就是说, 球径过大时既使选择性解离作用减弱, 又使产品粒度不均匀化加剧, 其结果是产品解离度低及粒度特性不好。而球径过大又是我国选矿厂存在的一个普遍的问题。使球径精确化也是很困难的。现有的球径公式都是经验公式, 不符合我国国情。针对球径精确化的难题, 有学者提出实测矿石的抗破坏性能, 并提出了球径半理论公式来精确计算球径:Db = 0 5224K / (2 - 6) 压 / ( 10d0) 1/ 3 d 6- 7式中:磨

11、机转速率, % ; 压矿石抗压极限强度, kg/ cm2;钢球有效比重;d 0 球荷 中间缩聚层直径, cm; d待磨矿石最大粒度, cm;K 其它因素的综合修正系数。采用这个公式, 各级别所需球径的精确计算解决了。再采用破碎统计力学原理寻求各种球的装补比例, 最后求得整体球荷的精确化。3 装补球方法的精确化3 1 装补球方法现状与存在的问题生产实践表明, 多种球的磨矿效果比单种球好。一种解释是大矿块要用大球打, 细矿粒要用小球磨,磨机给矿中有粗细不等的矿粒, 故要用多种球来磨。另一种解释是小球充填于大球空隙中间, 增强了磨矿效果。但由于补加球是定期地连续补加, 故即使定期只补加一种大球, 由

12、于磨损的原因也会使先后加入的球按顺序形成一个自然的大小配比。初装球无论是加一种大球, 或是加多种混合球, 经历一段时间后初装球必然因磨损而自然消失, 因此, 磨机内的球荷组成终究是由补加球形成的。这样, 就出现了初装球时装多种球及补加时加一种大球的简单装补方法。这种方法简单, 初装球的尺寸及种类可凭经验或经验公式计算, 生产管理上方便, 这一优点也可杨琳琳等: 磨矿过程中矿物的解离行为分析及提高单体解离度的方法15能是这种方法得以生存的原因。但是, 这种方法针对性很差, 与待磨物料的性质不相适应, 加上球径过大, 磨矿效率低, 钢材消耗大, 用差的磨矿及选别效果来换得磨机操作上的装补球方法简单

13、, 实在不合算。20 世纪 40 年代原苏联的选矿工作者研究出合理平衡装球法。50 年代初, 我国从东北地区开始,曾掀起推广合理平衡装球的热潮, 普遍取得了提高磨机生产率 10% 左右的显著效果。该方法的针对性强体现在3 个方面 8 : ( 1) 对磨机新给矿及返砂作筛析, 然后按返砂比情况折算待磨物料的粒度组成,并将待磨物料按粒度分组, 求出各组物料所需的钢球尺寸。最后, 根据钢球尺寸配比大致和计算所依据的各组矿粒百分率相当的原则进行配球。即所确定的球配比是适合于待磨物料的粒度性质的。( 2)用待磨矿料进行实验室磨碎试验, 确定 K A拉苏莫夫球径公式 D =idn ( D钢球直径, mm;

14、 d 给矿粒度, m m; i 和 n 与矿料性质有关的参数) 中的参数 i 及n, 得到针对该矿石性质的球径公式。( 3) 把磨矿效果好的情况下的球荷粒级组成当作补球计算的依据, 力求使补球以后达到好的球荷组成情况。但该方法也存在一些弊病 8 : ( 1) 依据矿石粒度确定钢球尺寸时使用的是 K A 拉苏莫夫公式, 公式考虑的因素少, 计算出的球径偏差大。尽管用实际矿石做试验来确定公式的参数 i 及n , 但在实验中只能做 5mm 以下的两组试验, 而 5mm 以下是力学强度大的粒级, 求出的 i 及n 值偏大, 由此计算的各个粒级所需球径自然偏大。工业试验求 i 及 n 时,不仅工作量大,

15、 误差也大, 而且人为的干扰因素更多。确定的球径偏差大, 无论其他步骤如何细致认真, 得到的结果只能是大的方面不精确而小的方面精确。( 2) 试验程序多, 过程长, 工作量大。初装球时需作一次清球, 为求得补球计算依据的钢球平衡球荷特性资料, 初装球后进行磨矿调试最少要一个月以上, 而且还要再清一次球。初装球时要做试验,计算补球时又要再进行清球计算。由于过程长, 步骤繁, 工作量大, 此方法难于在工业上推广及长期使用。( 3) 从国内外的资料报道来看, 合理平衡装补球方法只能提高生产率 10% 左右, 这可能是球径不精确的原因, 或许试验工作不全面。如果保留此方法针对性强的优点, 克服其球径不

16、精确的弱点, 并且简化试验程序, 也可能找到一种更好的装补球方法。 3 2 精确化的装补球方法只有精确化的装补球方法才能满足选矿厂对磨矿的要求, 而球径半理论公式的提出为球径的精确化提供了方法。总结分析简单装补球方法及合理平衡装补球方法的优缺点, 择其优点, 弃其缺点, 提出精确化装补球的新方法, 其要点如下 9 : ( 1) 针对特定矿石进行筛析, 确定待磨矿石的粒度组成特性, 按粒度大小进行多级分组; ( 2) 分析特定矿石抗破碎性能 , 用球径半理论公式计算各组矿粒所需的精确球径; ( 3) 根据待磨物料粒级组成特性用破碎统计力学原理指导配球, 以求得最大破碎概率为原则进行各种钢球的配比

17、, 或者根据磨矿中存在的问题要加速某些粒级的磨碎速度而进行特殊配球, 完成初装球配比; ( 4) 装补球计算一次完成, 既然初装球比例认为是适合物料粒度特性的, 而且配比是科学的, 就以其作为补球计算的依据进行补球计算, 减少一次清球及简化补球计算, 减少补球种类, 补加 2 3 种即可。此方法保留了合理平衡装补球法针对性强的优点, 克服了球径不精确的弊病, 综合了简单补球及合理补球两种方法。在球径确定这个大方面上是精确的, 而在补球计算中则又是粗放的, 便于生产中推广应用, 但存在一些小的不精确性。因此, 此方法是大精确而小粗放, 结果必然是效果既显著而又便于推广应用。曾在几个厂矿做过精确化

18、装补球新方法的工业试验, 取得了比合理平衡装补球法更显著的效果, 主要表现在 9 : ( 1) 在给排矿粒度不变下, 提高磨机生产率 10% 15%; ( 2) 在磨矿细度不变的情况下提高矿物的单体解离度 5% 6% ; ( 3) 在选矿条件不变下提高回收率 1% 3%, 精矿品位同时提高; ( 4) 在钢球材质不变时, 降低球耗 10% 20%; ( 5) 装球不变, 减少磨机功率 3% 5%; ( 6) 降低磨机噪音 5dB 以上; ( 7) 延长衬板寿命约 30% 。可以说, 精确化装补球方法的应用全面改善了磨矿及选别过程, 是一种推广前景很好的装补球方法。表 1 10 为某铜矿实施精确

19、装补球的应用效果。表 1 结果说明, 新的磨矿工艺全面改善了磨矿及选别过程, 实施精确化装补球新方法后, 磨机生产率显著提高, 磨矿电耗及球耗显著下降, 有用矿物单体解离度明显提高, 特别是精矿品位及回收率双双提高。16矿冶表 1某铜矿 3 64 5m 磨机中精确化装补球的应用效果T able 1T he applying results under using accurate loadingand adding balls in 3 64 5mm mill at a copper mine生产指标全厂三个月的平均值实施磨矿新工艺后提高未实施新工艺实施新工艺及降低幅度/ %磨机台时能力/ (

20、 t 台- 1 h - 1)53246309提高 1850磨矿产品细度 0 074mm 含量/ %64827084提高 6 02单位容积生产率/ %0 700 92提高 31 43粗铁精矿再磨细度 0 074mm 含量/ %83469449提高 11 03分级效率/ %18563937提高 20 81钢球单耗/ ( kg t- 1)072060降低 1668电耗/ ( kW h t- 1)26092128降低 1844铜矿物单体解离度/ %87629606提高 8 44铁矿物单体解离度/ %53226405提高 10 83原矿铜品位/ %1 0070 942降低 0 065铜精矿品位/ %27822837提高 0 55铜回收率/ %92819422提高 14 1原矿铁品位/ %26852590降低 0 95铁精矿品位/ %58686003提高 1 35铁回收率/ %46535362提高 7 094结 语金属矿的磨矿是一种解离性磨矿, 以解离有用矿物为其主要任务, 并使粒度特性适合选矿要求, 力求粒度均匀, 减少过粗及过粉碎级别。只有采用合理及先进的磨矿技术才能有高的矿物单体解离度及良好的