短圆柱形钢段对石英砂磨矿效果的影响研究①_何逵.pdf

短圆柱形钢段对石英砂磨矿效果的影响研究 ① 何 逵1，2 1.攀枝花学院 钒钛学院,四川 攀枝花 617000； 2.冶金矿产二次资源高效利用研发中心,四川 攀枝花 617000 摘 要 以石英砂为原料、钢球和短圆柱形钢段为磨矿介质,利用单一因素法分别从磨矿介质配比、磨矿介质充填率、磨矿量、磨矿 浓度、磨矿时间等方面展开了磨矿试验,结果表明,短圆柱形钢段磨矿的最佳磨矿条件为介质配比 D30∶D25∶D20＝43∶62∶97、介质充 填率 35％、磨矿量 400 g、磨矿浓度 60％。 当磨矿 6 min 时,磨矿产品粒度主要以 100～150 μm 为主,磨矿 8 min 后,石英砂粒度变化 甚微,粒径主要集中在 38 μm,可见短圆柱形钢段对石英砂磨矿具有很好的选择性。 关键词 磨矿； 磨矿介质； 短圆柱形钢段； 石英砂 中图分类号 TD921文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2018.04.012 文章编号 0253-6099201804-0050-04 Influence of Short Cylindrical Steel Forging Medium on Grinding Effect of Quartz Sand HE Kui1,2 1.College of Vanadium and Titanium, Panzhihua University, Panzhihua 617000, Sichuan, China；2.Research and Development Center for Efficient Utilization of Secondary Resources from Metallurgical Mineral Processing, Panzhihua 617000, Sichuan, China Abstract With quartz sand as raw material, steel balls and short cylindrical steel forgings as grinding media, grinding tests were pered by using a single factor , in terms of various parameters, such as proportion ratio of grinding media, charge ratio of grinding medium, grinding capacity, pulp concentration and grinding time. Results showed that the optimum grinding conditions for using short cylindrical steel forgings were as follows the proportion ratio for three forges of D30∶ D25∶ D20as 43∶62∶97, the charge ratio of medium at 35％, the grinding capacity of 400 g per batch, and the pulp concentration of 60％. Particles in the sample after being milled for 6 min were mainly distributed in 100～150 μm. However, after being milled for 8 min, there was no further significant reduction in grain size, and the particle size was mainly concentrated at 38 μm, showing that short cylindrical steel forging medium exhibited excellent selectivity in grinding quartz sand. Key words grinding； grinding medium； short cylindrical steel forging； quartz sand 磨矿作为选别前的最后一道工序,有着极其重要 的地位,其主要目的是使有用矿物达到单体解离。 磨 矿不充分会导致有用矿物不能从脉石矿物中解离；过 磨会导致泥化现象严重且增加不必要的能耗。 在选矿 厂中,磨矿工序的设备投资、电耗和钢耗所占比例较 大,其费用几乎占到整个选厂的 60％～70％［1］,故磨矿 设备的选型和操作制度决定了选厂的经济效益。 研究 影响磨矿效果的因素,将有助于提高磨矿效率降低磨 矿消耗［2］。 影响磨矿过程的因素主要包括原矿性质、给矿粒 度、磨机类型、磨矿浓度、磨矿时间、磨矿介质、介质配 比、介质充填率等［3］。 提高磨矿效率最有效的途径是 磨矿介质制度,磨矿介质制度主要包括介质形状、配 比、尺寸和充填率等,它们是磨矿工艺中较主要的操作 因素,对磨矿产品粒度分布以及磨矿效率的影响显著 且易于控制［4］。 短圆柱形钢段是介于棒形、球形之间的一种过渡 型介质,既具备球形介质表面积大、传动性能好的特 点,又具备棒形介质短线接触的优点,磨矿过程中减少 了过粉碎且又适用于细磨。 李若兰［5］等采用新型介 质钢段对云南某胶磷矿进行了磨矿实验,结果表明短 圆柱形介质的磨矿产品粒度分布更均匀,钢耗降低。 ①收稿日期 2018-01-15 基金项目 冶金矿产二次资源高效利用研发中心建设项目；四川省发改委项目川发改投资［2013］991 号 作者简介 何 逵1988-,男,湖南衡阳人,博士研究生,主要研究方向为钒钛磁铁矿综合利用。 第 38 卷第 4 期 2018 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №4 August 2018 ChaoXing 曾桂忠［6］从磨矿介质尺寸和形状两方面对某镍矿的 磨矿选别效果展开了研究,对比铸铁段和钢球的磨矿 效果,当磨矿产品细度相同时,铸铁段的生产能力要高 于钢球且产品细粒级含量较少。 邓禾淼［7］选用耐磨 铸铁段替代钢球作为磨矿介质,对冬瓜山铜矿进行了 现场磨矿试验,结果表明在相同的操作条件下,铸铁段 磨矿产品中间粒度分布较钢球高且过粉碎比降低。 本 文选用钢球、短圆柱形钢段 2 种介质,从磨矿介质配 比、磨矿浓度、磨矿量、磨矿介质充填率、磨矿时间等方 面对石英砂进行了磨矿试验,分析了钢段介质的磨矿 效果,总结出了提高 ZQM-Φ160200 智能球磨机磨矿 效率的方法,可为选厂磨矿操作提供一定的理论依据。 1 试验原料 石英砂纯度高、坚硬,常被用做实验室磨矿原料。 本试验石英砂产于江苏省宜兴市,SiO2含量 99.4％,密 度 2.65 g/ cm3,含水量 0.4％,粒度 2～4 mm,莫氏硬度 7,白色或少量黄色颗粒。 2 试验方案 2.1 试验设备 试验设备包括 ZQM -Ф160 200 智能球磨机、 XTLZФ260/ Ф200盘式真空过滤机、LS-CWN3激 光粒度仪、101-1A 烘箱等。 2.2 试验步骤 依次对磨矿介质配比、磨矿介质填充率、磨矿量、 磨矿浓度、磨矿时间等 5 个因素进行试验,单因素试验 操作条件一致。 称取所需试验原料,设定磨机参数,加 入矿样并开始计时磨矿,然后过滤烘干磨矿产品,采用 堆锥四分法取 1 g 磨矿产品,超声波清洗处理后加入激 光粒度仪循环进样系统［8］进行粒度分布分析。 采用 Origin8.0 分析磨矿产品粒度曲线,得出最佳磨矿条件。 2.3 试验条件 球磨机可调参数介质配比、介质充填率、磨矿量、 磨矿浓度和磨矿时间。 因球磨机各磨矿条件之间的影 响不大,即采用单一变量法展开磨矿试验。 介质配比 计算采用等表面积法［9］。 介质参数见表 1。 表 1 介质参数 介质 型号 / mm 密度 / gcm -3 质量 / g 表面积 / m2 Ф207.832.6560.001 256 钢球Ф257.863.7810.001 962 Ф307.8110.2140.002 826 Ф20 207.848.9840.001 884 短圆柱钢段Ф25 257.895.6720.002 944 Ф30 307.8165.3210.004 239 3 试验结果与分析 3.1 介质配比对磨矿效果的影响 磨矿量 500 g、磨矿浓度 45％、磨矿时间 6 min、介 质充填率35％,按表2 所示介质配比进行试验,介质配 比对磨矿效果的影响见图 1。 表 2 介质配比 组号 钢球配比/ ％钢段配比/ ％ D30D25D20D30D25D20 1405890436297 209615058840 355790456584 44565594058114 粒径/μm 14 12 10 8 6 4 2 0 501000150200250300350400 粒度微分分布/ 钢球1 钢球2 钢球3 钢球4 钢锻1 钢锻2 钢锻3 钢锻4 图 1 介质配比与磨矿产品粒度的关系 由图 1 可知,不同介质配比条件下,球磨产品主要 集中在 50～100 μm 范围内,锻磨产品粒度以 150 μm 为主。 由于球磨属于点接触,对物料的冲击力度与频 率大,从而导致产品粒度较细,锻磨主要以线面接触, 在磨矿过程中主要破碎粗颗粒,一定程度上保护了细 颗粒,起到了选择性磨矿效果。 2、3、4 组试验产品粒 度范围都较大,1 组磨矿产品粒度分布范围较窄,因此 1 组介质配比磨矿效果更好。 3.2 磨矿介质充填率对磨矿效果的影响 磨矿量 500 g、磨矿浓度 45％、磨矿时间 6 min、介 质充填率及配比见表 3,介质充填率对磨矿效果的影 响见图 2。 表 3 介质充填率及配比 组号 填充率 / ％ 钢球配比/ ％钢段配比/ ％ D30D25D20D30D25D20 125294164314469 230344977375383 335405890436297 44046661034971110 54551741165579124 由图 2 可得,当磨矿介质充填率为 35％时,产品粒 15第 4 期何 逵 短圆柱形钢段对石英砂磨矿效果的影响研究 ChaoXing 径范围较窄,球磨产品粒度以 75 μm 为主且小于 38 μm 的比例占到较大部分,锻磨产品粒度以 125 μm 为主； 当充填率大于或小于 35％时,球磨产品粒度较粗且分 布范围较宽,过多或过少的介质都会影响粉碎效果；锻 磨亦是如此。 因此介质充填率为 35％时石英砂的磨 矿效果较好。 粒径/μm 14 12 10 8 6 4 2 0 501000150200250300350400 粒度微分分布/ 钢球25 钢球30 钢球35 钢球40 钢球45 钢锻25 钢锻30 钢锻35 钢锻40 钢锻45 图 2 介质充填率与磨矿产品粒度的关系 3.3 磨矿量对磨矿效果的影响 磨矿时间 6 min, 磨矿浓度 45％, 介质充填率 35％,介质配比为钢段 D30∶D25∶D20＝ 43 ∶62 ∶97,钢球 D30∶D25∶D20＝40∶58 ∶90,磨矿量如表 4 所示,磨矿效果 曲线见图 3。 表 4 磨矿量试验条件 组号 磨矿量/ g 钢球钢段 1300300 2400400 3500500 4600600 5700700 粒径/μm 14 12 10 8 6 4 2 0 501000150200250300350400 粒度微分分布/ 钢球1 钢球2 钢球3 钢球4 钢球5 钢锻1 钢锻2 钢锻3 钢锻4 钢锻5 图 3 磨矿量与磨矿产品粒度曲线的关系 由图 3 可得,磨矿量为 300 g 时,球磨产品粒度集 中在 75 μm 且含量较高,随着磨矿量增加,产品粒度 分布呈现出粗颗粒增多的趋势,粒度分布范围也逐渐 增大。 这是由于随着磨矿量增加,物料与介质的碰撞 几率减少。 磨矿量为 400 g 时,锻磨产品粒度分布范 围较窄,效果较好。 由于本次石英原料粒度较粗2～4 mm,钢段介质在磨矿过程中发挥了优势作用,中间粒 级物料较多,单位时间内的磨矿量也要大于球磨过程。 磨矿过程中,物料过少时,介质之间的碰撞几率增大而 与物料的碰撞减少,物料粉磨不充分；物料过多时,容 易造成磨机涨肚,亦不利于获得有效的磨矿产品。 3.4 磨矿浓度对磨矿效果的影响 磨矿量 400 g,其他条件不变,磨矿浓度对磨矿效 果的影响见图 4。 粒径/μm 14 12 10 8 6 4 2 0 501000150200250300350400 粒度微分分布/ 钢球30 钢球40 钢球50 钢球60 钢球70 钢锻30 钢锻40 钢锻50 钢锻60 钢锻70 图 4 磨矿浓度与磨矿产品粒度的关系 由图 4 可知,锻磨工艺中,当磨矿浓度 60％时,得 到的产品粒度以 150 μm 为主且粒径范围较窄,磨矿 效果较好；球磨的磨矿效果在磨矿浓度 50％时较好, 产品粒度以 75 μm 为主。 表明钢球适合细磨而钢段 适合粗磨,这也符合破碎原理。 大于或小于最佳浓度 的磨矿效果都不理想浓度低,介质之间碰撞几率大, 物料不能有效被破碎且钢耗严重；浓度过高,破碎不彻 底,磨矿效率低。 当浓度为 30％时,两种介质磨矿得 到的产品中-25 μm 粒径颗粒含量都较高,表明此时 泥化现象严重。 3.5 磨矿时间对磨矿效果的影响 磨矿浓度 60％,其他条件不变,磨矿时间对磨矿 效果的影响见图 5 和图 6。 粒径/μm 20 16 12 8 4 0 501000150200250300350400 粒度微分分布/ 钢球6 min 钢球8 min 钢球10 min 钢球12 min 钢锻6 min 钢锻8 min 钢锻10 min 钢锻12 min 图 5 磨矿时间与磨矿产品粒度的关系 25矿 冶 工 程第 38 卷 ChaoXing 磨矿时间/min 160 140 120 100 80 60 40 0 6789101112 D75/μm 钢球 钢锻 图 6 磨矿时间与磨矿细度曲线 由图 5 可知,随着磨矿时间增加,产品粒度总体呈 现出变细的趋势；在 6 min 时,球磨产品粒度要比锻磨 产品细,8、10 min 时两者磨矿效果几乎一致,磨矿时间 增加至 12 min 时,球磨产品中-38 μm 粒级含量要高 于锻磨产品,可见钢段磨矿可以有效防止过磨,且中间 粒级含量较高,具有很好的选择性。 由图 6 可得, 8 min 后D75小于某粒度的颗粒占总量的 75％随磨 矿时间增加而几乎不变,磨矿细度不再随着时间增加 而变化,表明 8 min 后磨矿时间对磨矿效果的影响程 度不大,石英砂越来越难磨；磨矿时间从 6 min 延长到 8 min 的过程中,锻磨速率要大于球磨速率, 8 min 后 锻磨产品中 D75要略大于球磨产品,可见锻磨对细物 料起到了一定的保护作用。 进一步得出在磨矿操作 中,需要根据后续选别作业的要求来合理选择恰当的 磨矿介质。 4 结 论 1 选用短圆柱形钢段介质对石英砂进行了单因 素条件磨矿试验,确定了最佳的磨矿条件为介质配比 D30∶D25∶ D20＝ 43 ∶62 ∶97、介质充填率 35％、磨矿量 400 g、磨矿浓度 60％。 在此条件下,磨矿时间 6 min 时,产品粒度主要集中在 100 ～ 150 μm,随着时间增 加,10 min 后磨矿细度不再随时间增加而减小,粒径以 38 μm 为主。 2 在与钢球介质的对比磨矿试验中,钢段介质磨 矿产品呈现出中间粒级多而细粒级少的特点,初期对 粗颗粒的磨矿效率要高于钢球。 钢段同时具备球形和 棒形介质的优点,在磨矿过程中以短线接触的方式对 物料进行粉碎,有效地避免了过磨,产品粒度均匀,具 有较好的选择性,在选矿方面对于新型磨矿介质的改 进有一定的指导意义。 参考文献 ［1］ 刘 磊,曹进成,吕 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