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江西某钨矿选矿厂精确化磨矿研究 ① 徐寒冰， 刘 瑜， 曾志飞， 黄光耀 长沙矿冶研究院有限责任公司,湖南 长沙 400012 摘 要 针对某钨矿密度大、易脆,在磨矿分级回路中易过粉碎而导致分级溢流中-0.010 mm 粒级含量增加的问题,测定了该矿石 的力学性质,通过球径半理论公式计算出了有效的磨矿钢球尺寸及其配比,并进行了工业验证试验。 结果表明,磨矿介质优化后, 磨机处理量提高了 1.99 t/ h,磨机排矿中过粉碎粒级-0.010 mm 含量降低了 1.09 个百分点,易选粒级-0.150.010 mm 金属分布率 增加了 15.36 个百分点；螺旋分级机溢流-0.074 mm 粒级含量增加了 2.09 个百分点,-0.010 mm 粒级含量减少了 4.74 个百分点、金 属分布率减少了 10.96 个百分点,易选粒级-0.150.010 mm 含量增加了 7.95 个百分点、金属分布率增加了 12.18 个百分点；磨矿介 质优化后,钢球消耗降低了 0.17 kg/ t,电耗降低了 1.74 kWh/ t,节能降耗效果显著。 关键词 钨； 分级； 磨矿； 精确化磨矿； 磨矿介质； 过粉碎； 易选粒级； 节能降耗 中图分类号 TD921文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2019.05.009 文章编号 0253-6099201905-0034-04 Precision Grinding-Classification Circuit Adopted by Tungsten Ore Dressing Plant in Jiangxi XU Han-bing, LIU Yu, ZENG Zhi-fei, HUANG Guang-yao Changsha Research Institute of Mining and Metallurgy Co Ltd, Changsha 410012, Hunan, China Abstract A fragile tungsten ore with high specific gravity is prone to be over-ground, leading to an increased content of size fraction -0.010 mm generated in the grinding-classification circuit. Based on the mechanical characteristics of this ore, the effective size of steel balls for ball milling and their ratio were calculated using semi-theoretic equations, and a commercial test was conducted. For the grinding process, after the optimization of milling media, the mill capacity increases by 1.99 t/ h and the content of the tungsten ore over-ground to -0.010 mm fraction in the mill output is reduced by 1. 09 percentage point, while the easy-to-separate ore within the -0.150.010 mm fraction increases by 15.36 percentage points. For the classification process, -0.074 mm fraction in the spiral classifier overflow increases by 2.09 percentage points, -0.010 mm fraction decreases by 4.74 percentage points, and the metal distribution rate therein decreases by 10.96 percentage points, while -0.150.010 mm fraction increases by 7.95 percentage points, and its metal distribution rate increases by 12.18 percentage points. After the optimization of ball proportion, the steel ball consumption falls by 0.17 kg/ t, and the electricity consumption of mill is reduced by 1.74 kWh/ t, showing a significant reduction in energy consumption. Key words tungsten； classification； grinding； precision grinding； grinding medium； overgrinding, easy-to-separate size fraction； energy conservation and consumption reduction 磨矿分级是选矿工程中物料粉碎的重要工序［1］。 磨矿、分级作业设备投资占全厂总投资的 55％～60％, 能耗约占 40％～60％,钢材消耗约占 50％,因此,提高 磨矿分级作业效率,获得高破碎比、粒级结构均匀的产 品,降低磨机钢耗、电耗等成为选矿人共同追求的目 标［2-6］。 磨矿效率取决于两个因素一是岩矿自身的 力学性质,二是磨矿机械的施力状态。 岩矿力学性质 是客观存在的,但可以通过对磨矿机械的力学状态和磨 矿介质优化调节,从而提高磨矿过程中能量转换效率。 江西某钨矿选矿厂因为磨矿分级回路中过粉碎严 ①收稿日期 2019-03-19 基金项目 国家自然科学基金51574041 作者简介 徐寒冰1989-,男,湖北咸宁人,硕士,主要研究方向为磨矿分级及其应用。 通讯作者 黄光耀1970-,男,湖南津市人,博士,教授级高级工程师,主要从事微细粒分选理论及多元力场设备研制工作。 第 39 卷第 5 期 2019 年 10 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №5 October 2019 ChaoXing 重、球磨机排矿和分级机溢流产品中白钨矿粒级分布 不合理等因素,导致浮选作业钨尾矿品位较高。 本文 拟通过精确化磨矿以增加该矿易选粒级含量,从而提 高选矿厂钨回收率。 1 原磨矿分级回路粒度特征 江西某钨矿选矿厂四选厂采用1 台 Ф2.1 m 3.0 m 格子型球磨机与 1 台 Ф1.5 m 10.19 m 螺旋分级机构 成闭路磨矿分级回路,两个系列平行布置。 每个系列 球磨机处理量约 425 t/ d17.5 t/ h,球磨机装机功率 210 kW,有效容积 9 m3,运行功率 160 kW,磨矿浓度 84.47％,分级溢流浓度 51％左右,补加球按处理量添加 Ф120 mm 钢球,球耗0.93 kg/ t,磨矿电耗8.65 kWh/ t,最 终磨矿产品-0.074 mm 粒级含量 58％ ～62％。 磨矿分 级回路中各产品粒度特性曲线如图 1～2 所示,粒级金 属分布见表 1～2。 粒径/mm ■ 100 80 60 40 20 0 0.010.1110 负累积产率/ ▲ ■ ▲ 球磨机给矿 分级机返砂 ■ ▲ 图 1 球磨机给矿与分级机返砂粒度特性曲线 粒径/mm 100 80 60 40 20 0 0.010.115 负累积产率/ ▲ ■ ▲ 球磨机排矿 分级机溢流 ■ ▲ 图 2 球磨机排矿与分级机溢流粒度特性曲线 表 1 球磨机排矿粒级品位及金属分布率 粒径/ mm产率/ ％钨品位/ ％金属分布率％ 0.15 58.700.6737.17 -0.150.07411.85 1.7119.22 -0.0740.0388.16 1.8614.34 -0.0380.0197.78 1.339.75 -0.0190.0102.26 1.392.98 -0.010 11.251.5516.52 合计100.001.06100.00 表 2 分级机溢流粒级品位及金属分布率 粒径/ mm产率/ ％钨品位/ ％金属分布率％ 0.15 19.990.204.92 -0.150.07419.22 0.368.51 -0.0740.03818.99 0.9522.23 -0.0380.01911.51 1.0615.01 -0.0190.0103.73 1.074.91 -0.010 26.561.3644.42 合计100.000.81100.00 从图 1～2 及表 1～2 得知,球磨机给矿与螺旋分级 机返砂中粗颗粒含量较多,球磨机排矿与螺旋分级机溢 流中-0.010 mm 粒级含量较多,尤其是螺旋分级机溢 流。 球磨机排矿产品金属分布主要集中在0.15 mm 粒 级中,螺旋分级机溢流金属分布主要集中在-0.010 mm 粒级中。 因此,提高磨机处理量、增加磨矿产品中易选 粒级含量、降低磨机钢耗和电耗是目前该选矿厂迫切 需要解决的关键技术问题。 2 精确化磨矿实验室试验研究 2.1 矿石力学性质 矿石力学性质是表示岩矿抵抗各种外力破坏的能 力。 矿石抵抗破碎的力学性能在很大程度上影响着磨 碎的效率。 应用材料力学原理研究矿块力学性质,是 精确确定磨矿介质条件的关键［7-8］。 通过矿石样品的 材料力学试验测得该钨矿容重为 3.13 g/ cm3,极限抗 压强度为 94.27 MPa,矿石硬度为 9,属于中硬矿石,割 线杨氏模量为 71.35 GPa,泊松比为 0.22,说明矿石为 脆性矿石,磨矿过程中,既要有足够大冲击又要注意研 磨,因此后续配球过程中要适当放大钢球尺寸。 2.2 钢球尺寸及配比试验 球磨机靠钢球的冲击和磨剥来完成对矿块的磨碎 任务,钢球作为能量的媒介质将外界输入的能量转变 为对矿块的破碎功而对矿块实施破碎。 可见,在磨矿 过程中钢球尺寸的大小决定着钢球携带能量的多少, 也就决定着对矿块破碎力的大小,决定着磨矿产品的 质量。 同时,钢球尺寸的大小还对磨矿电耗和钢耗有 较大影响。 根据矿石力学性质、磨机给矿粒度组成特性以及 选厂磨机工作条件,采用球径半理论公式计算出各粒 级所需钢球尺寸［9-10］。 球径半理论公式为 Db ＝ K c 0.552 4 φ2 - φ 6 σ压 10δDo df 式中 Db为所需钢球直径,cm；φ 为磨机转速率,％；σ压 为矿石极限抗压强度,kg/ cm2；δ 为钢球在矿浆中的有 53第 5 期徐寒冰等 江西某钨矿选矿厂精确化磨矿研究 ChaoXing 效密度,g/ cm3；Do为球荷“中间缩聚层”直径,cm；df为 磨机给矿粒度,cm；Kc为综合修正系数,可通过查表 获得。 经计算,矿石粒度与钢球尺寸对照如表 3 所示。 但表中尺寸只是单级别矿块所需的钢球尺寸,而磨机 给矿为多尺寸矿块混合粒群。 在确定了各级别所需球 径的基础上,根据给矿及返砂的粒度结构,运用破碎统 计力学原理进行了精确化装球计算,确定初装球 Φ100 mm、Φ80 mm、Φ60 mm 和 Φ40 mm 球比为 5％ ∶10％ ∶ 30％ ∶55％,补加球 Φ100 mm、Φ80 mm 和 Φ60 mm 球 比为 15％ ∶30％ ∶55％。 表 3 矿石粒度与钢球尺寸对照 矿石粒径/ mm钢球球径/ mm ＜320 3～630 6～940 9～1160 11～1370 13～1590 15～1790 2.3 钢球尺寸验证试验 为验证计算所得钢球尺寸的准确性,特设计了 3 种钢球球径方案,如表 4 所示。 3 种方案磨矿对比试 验结果如图 3 所示。 表 4 磨矿钢球尺寸配比方案 方案平均球径/ mm配比 偏小方案48 Φ80 mm,10％；Φ60 mm,20％； Φ40 mm,70％ 偏大方案65 Φ100 mm,15％；Φ80 mm,20％； Φ 60 mm,40％；Φ40 mm,25％ 推荐方案53 Φ100 mm,5％；Φ80 mm,10％； Φ 60 mm,30％；Φ40 mm,55％ 粒径/mm 100 80 60 40 20 0 0.010.110120 负累积产率/ ▲ ■ ▲▲ ▲ 磨机给矿 推荐方案磨机排矿 偏小方案磨机排矿 偏大方案磨机排矿 ● ● ■ ▲ ▲ ● 图 3 不同钢球配比方案的磨矿对比试验结果 由图 3 可知,磨机排矿中-0.074 mm 粒级含量依 次为偏小方案＞推荐方案＞偏大方案,但-0.010 mm 粒级含量依次为偏小方案＞偏大方案 ＞推荐方案,而 易选粒级-0.150.010 mm 粒级含量依次为推荐方案＞ 偏小方案＞偏大方案。 故可认定计算所得推荐球径是 合理的。 2.4 磨机充填率试验 磨矿介质钢球的充填率直接影响着磨矿效果,格 子型球磨机的充填率一般为 30％～48％。 不同充填率 下磨矿效果如图 4 所示。 粒径/mm 100 80 60 40 20 0 0.010.114 负累积产率/ 充填率32 充填率36 充填率40 充填率44 ■ ▲ ▲ ● ■▲▲● ■▲▲● 图 4 充填率对磨矿效果的影响 由图 4 可知,磨机排矿中-0.074 mm 粒级含量依 次为充填率 40％＞充填率 44％＞充填率 32％＞充填率 36％,-0.010 mm 粒级含量依次为充填率 32％＞充填 率 40％＞充填率 44％＞充填率 36％,而易选粒级-0.15 0.010 mm 含量依次为充填率 40％＞充填率 44％＞充填 率 36％＞充填率 32％。 故可确定最佳充填率为 40％。 3 工业试验指标 对该钨矿选矿厂二系列球磨机进行了精确化加球 工业试验,并对试验前后二系列生产指标进行了对比。 3.1 磨矿分级产品粒度特性 运用精确化磨矿理论优化磨矿分级回路后,工业 生产稳定,指标良好。 在为期 6 个月的工业试验中,试 验稳定后进行了 72 h 流程考查,检测磨矿分级回路中 各产品的粒度特性及金属分布情况,结果如表 5～8 所 示。 试验后各产品粒度特性曲线如图 5～6 所示。 表 5 改造后球磨机排矿粒级品位及金属分布率 粒径/ mm产率/ ％钨品位/ ％金属分布率/ ％ 0.15 54.430.5124.91 -0.150.07414.93 2.2329.87 -0.0740.03810.85 2.0620.06 -0.0380.0196.85 1.438.79 -0.0190.0102.79 1.152.88 -0.010 10.161.4813.49 合计100.001.11100.00 63矿 冶 工 程第 39 卷 ChaoXing 表 6 改造后分级机溢流粒级品位及金属分布率 粒径/ mm产率/ ％钨品位/ ％金属分布率/ ％ 0.15 16.780.183.70 -0.150.07420.56 0.4210.59 -0.0740.03823.36 1.0229.21 -0.0380.01913.74 1.1118.71 -0.0190.0103.75 0.944.32 -0.010 21.821.2533.46 合计100.000.82100.00 表 7 改造前后球磨机排矿指标对比 粒径 / mm 产率/ ％钨品位/ ％金属分布率/ ％ 改造前改造后改造前改造后改造前改造后 0.1558.70 54.430.680.5137.1724.84 -0.150.01030.0535.41 1.681.9446.3161.67 -0.01011.25 10.161.561.4816.5213.49 表 8 改造前后分级机溢流指标对比 粒径 / mm 产率/ ％钨品位/ ％金属分布率/ ％ 改造前改造后改造前改造后改造前改造后 0.1519.99 16.780.200.184.923.70 -0.150.01053.4561.41 0.770.8350.6662.84 -0.01026.56 21.821.361.2544.4233.46 粒径/mm 100 80 60 40 20 0 0.010.111015 负累积产率/ 球磨机给矿 分级机返砂 ■ ▲ ■ ▲ ■▲ 图 5 改造后球磨机给矿与分级机返砂粒度特性曲线 粒径/mm 100 80 60 40 20 0 0.010.115 负累积产率/ 球磨机排矿 分级机溢流 ■ ▲ ■▲ ■ ▲ 图 6 改造后球磨机排矿与分级机溢流粒度特性曲线 由表 5～8 及图 5～6 可以看出,改造后,球磨机给矿 -0.074 mm 粒级含量变化较小；球磨机排矿中-0.15 0.074 mm 粒级与-0.0740.038 mm 粒级钨品位较高,说 明这两个粒级解离度较高,为钨的易选粒级。 球磨机排 矿-0.150.010 mm 粒级金属分布率比试验前高 15.36 个百分点,-0.010 mm 粒级含量降低了 1.09 个百分点、 金属分布率降低了3.03 个百分点,精确化磨矿后钨金属 分布向易选粒级富集。 分级机溢流中-0.074 mm 粒级 含量增加了 2.09 个百分点,易选粒级-0.150.010 mm 产率增加了 7.95 个百分点、金属分布率增加了 12.18 个百分点；-0.010 mm 粒级产率减少 4.74 个百分点、 金属分布率减少了 10.96 个百分点。 可见溢流粒级结 构及金属分布改善明显,可为后续浮选提供良好的入 选物料。 3.2 技术经济指标对比 为更加准确地评判磨矿分级回路优化后的各项指 标变化情况,对试验前后二系列磨矿分级回路的技术 经济指标进行了对比分析,结果如表 9 所示。 表 9 改造前后磨矿分级回路的技术经济指标对比 阶段 分级效率/ ％ 量效率 质效率 处理量 / th -1 返砂比 / ％ 钢球单耗 / kgt -1 磨机电耗 / kWht -1 改造前67.1949.9017.513240.938.65 改造后73.1453.8719.50179.530.766.91 从表 9 数据可见,改造后球磨机处理量比试验前 提高 1.99 t/ h,分级机质效率与量效率分别提高了 5.95 个百分点和 3.97 个百分点,钢球消耗降低了 0.17 kg/ t, 磨机电耗降低了 1.74 kWh/ t,节能降耗效果显著。 4 结 论 1 针对某钨矿选矿厂矿石的力学性质开展了实 验室规格的精确化磨矿试验研究,确定了初装球的球 径和配比、补加球的原则及介质充填率,制定了精确化 磨矿制度。 2 精确化磨矿工业生产结果表明,磨机处理量提 高 1.99 t/ h,溢流-0.074 mm 粒级含量增加了 2.09 个 百分点,过粉碎粒级-0.010 mm 产率降低了 4.74 个百 分点,易选粒级-0.150.010 mm 产率增加了 7.95 个 百分点、金属分布率增加了 12.18 个百分点,粒级金属 分布率明显改善,可为后续浮选提供易选粒级的入选 物料。 3 精确化磨矿工艺实施后,改善了分级机溢流的 粒级分布率,同时球磨机钢球消耗降低了0.17 kg/ t、磨 机电耗降低了 1.74 kWh/ t,节能降耗效果显著。 参考文献 ［1］ 母福生. 破碎及磨矿技术在国内外的技术发展和行业展望［J］. 矿山机械, 2011,391263-68. 下转第 40 页 73第 5 期徐寒冰等 江西某钨矿选矿厂精确化磨矿研究 ChaoXing 表 6 浮选柱精选次数试验结果 浮选柱精选 次数 产品 名称 作业产率 / ％ Sn 品位 / ％ Sn 作业回收率 / ％ 锡精矿28.9528.6791.11 一次尾矿71.051.148.89 给矿100.009.11100.00 锡精矿66.8538.7877.02 二次尾矿33.158.2922.98 给矿100.0028.67100.00 3.2.3 闭路试验 浮选柱闭路试验流程及药剂制度见图 3,试验结 果见表 7。 通过一次粗选、一次扫选及一次精选,可获 得锡精矿 Sn 品位 25.50％,回收率 82.46％。 粗 选 锡精矿尾矿 给矿 药剂单位g/t 扫 选精 选 水玻璃 硝酸铅 水杨羟肟酸 200 100 450 水杨羟肟酸 水玻璃 100 80 水杨羟肟酸150 图 3 浮选柱闭路试验流程 表 7 浮选柱闭路试验结果 产品名称产率/ ％Sn 品位/ ％Sn 回收率/ ％ 锡精矿3.7325.5082.46 尾矿96.270.2117.54 原矿100.001.15100.00 3.3 对比分析 与浮选机指标相比,在相同的试验条件下,采用浮 选柱获得的锡精矿品位提高了 8.0 个百分点,回收率 提高了 6.6 个百分点。 使用浮选柱的效果明显比浮选 机好,且生产成本低,药剂用量只有浮选机的 3/4。 4 结 论 1 微细粒锡石高效回收非常困难,使用水杨羟肟 酸作捕收剂、硝酸铅作锡石矿物活化剂、水玻璃作脉石 抑制剂,取得很好的浮选效果。 2 浮选柱适用于微细粒矿物的浮选,与浮选机相 比,不仅浮选指标好,且工艺流程及药剂制度简单,可 以大幅度降低生产成本。 参考文献 ［1］ Srdjan M B. 21-Flotationof Tin Minerals［M］. 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