铸铁段取代钢球细磨的对比试验研究.pdf

2 0 0 4 年第6 期有色金属 选矿部分3 9 铸铁段取代钢球细磨的对比试验研究 吴彩斌1 ，周慧芳1 ，段希祥2 1 ．华东交通大学，南昌3 3 0 0 1 3 ；2 ．昆明理工大学，昆明6 5 0 0 9 3 摘要对比研究了细磨介质铸铁段和钢球的磨矿行为。试验结果表明，无论在单一尺寸介质作用下，还是在 混合介质组的作用下，铸铁段的磨矿效果和生产能力均优于钢球。而分选试验结果也表明，由于磨矿效果的改善，分 选指标得到相应提高。在相同的工作条件下，精矿品位可提高0 ．2 ％- - 0 ．6 ％，回收率可提高1 ％- - 2 ％。铸铁段可以 取代钢球在细磨作业中推广应用。 关键词铸铁段；钢球；细磨；磨矿效率 中图分类号T D 4 5 3文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 0 4 0 6 0 0 3 9 0 4 传统的金属矿石细磨过程，均是采用钢球作为 细磨介质，这几乎被绝大多数选矿厂所接受。但从 破碎力学的角度分析，球形介质并非是最好的细磨 介质，而且存在一定问题，不太适应细磨过程，主要 表现在 1 细磨下的破碎力学是以磨剥为主而辅以 轻微冲击，其细磨效果与研磨面积大小密切相关。 而钢球在破碎时是点接触，属强烈冲击型，容易产生 贯穿破碎，使过粉碎严重； 2 细磨需要大的研磨面 积，但体积相同的物体中数球形表面积最小，故球形 介质不能提供大的研磨面积； 3 钢球的破碎行为带 有随机性，磨矿产品的粒度不均匀，矿物解离的选择 性破碎作用差； 4 上述不适应的存在必然使细磨效 率不高及产品质量不好。因此，在细磨过程中对球 形介质的挑战一直未断，人们总想寻求更适合细磨 要求的新型细磨介质来替代钢球，这些介质形状包 括圆锥、圆柱、短柱、截锥、六方体、六棱柱以及凹形 球面等[ 卜4 | ，而这些形状的介质试验结果也证明， 其细磨能力不仅能赶上或超过钢球，而且产品过粉 碎轻，美国、德国、日本、原苏联及波兰等国已成功地 将此类介质应用于细磨中。八十年代以来，昆明理 工大学在国内率先开始细磨介质方面的应用研 究[ 5 - 8 ] ，并推出新型细磨介质耐磨铸铁段，不仅生 产率高，过粉碎轻，而且产品单体解离度高，选别指 标好，磨矿成本低，全面改善了细磨及选别过程。 1试验方法 铸铁段与钢球的对比磨碎试验在D L 为 2 0 0 m m X 2 4 0 m m 磨机内进行，磨机转速率为7 8 ％， 磨矿浓度为6 5 ％，矿样采用金川镍矿石，主要回收 金属镍和铜。 试验采用细磨介质为五组钢球 直径为5 0 、4 5 、 4 0 、3 5 、2 8 m m 和五组铸铁段 规格为D L D 为 大头直径，L 为长度，m m 4 5 5 0 、4 0 4 5 、3 5 4 0 、 3 0 3 5 、2 5 2 5 ，其工作参数如表1 所示。试验时 遵循等尺寸替代研究原则，即要求试验采用的同一 尺寸的球组和铸铁段组不仅总重量相等，而且个数 及单个重量也应相等。 表1试验采用的铸铁段与钢球尺寸” T a b1 T h es i z eo fc a s ti r o ns e g m e n ta n ds t e e lb a l li n 铸铁段的工作特征替代钢球的工作特征 介质尺寸个总重介质尺寸个总重 ／m m 数／g ／m m 数儋 4 5 5 01 15 3 6 05 01 05 1 5 5 4 0 4 51 35 2 6 04 51 3 5 2 2 0 3 5 4 02 05 3 3 04 02 15 3 0 8 3 0 3 53 15 0 5 03 53 15 2 5 0 2 5 2 56 05 0 0 02 85 45 1 2 0 、* 由于单个重量限制，有的介质组个数及重量会稍有差别，但 不影响等尺寸研究的大原则。 为便于比较磨矿效果，试验时用3 0 0 p m 表示磨 矿粒度，则 3 0 0 t m a 级别表示磨不细级别，一1 0 t z m 表示过粉碎级别，1 0 - - 3 0 0 p m 表示合格级别。 对比试验不仅考察了铸铁段组和钢球组在单一 尺寸介质作用下的磨矿效果，而且考察了它们各自 在混合介质作用下的磨矿效果及其对选别指标的影 响等。 收稿日期2 0 0 4 0 3 3 1 作者简介吴彩斌 1 9 7 3 一 ，男，江西波阳人，博士，环境工程系副教授。 万方数据 4 0 有色金属 选矿部分2 0 0 4 年第6 期 2 结果与分析 分别进行了5 0 m m 与4 5 m m 5 0 m m 、4 5 m m 与 4 0 m m 4 5 m m 、4 0 m m 与3 5 m m 4 0 m m 的对比试 2 ．1 单一铸铁段组与钢球组等尺寸对比磨碎结果验，结果见表2 所示。为便于比较，将表2 的磨碎结 在实验室里，对同一批矿样在单一介质作用下果摘要列入表3 中。 表2钢球与铸铁段对比试验磨矿产品粒度组成／％ T a b2 G r i n d i n gp r o d u c ts i z ec h a r a c t e r i s t i co fc o m p a r a t i v et e s tb e t w e e nc a s ti r o ns e g m e n ta n ds t e e lb a l l ／％ 表3 乃b3 铸铁段与钢球对比磨碎结果分析／％ C o m p a r a t i v eg r i n d i n gr e s u l ta n a l y s e sb e t w e e n c a s ti r o ns e g m e n ta n ds t e e lb a l l ／％ 从表2 t 及表3 的对比磨碎试验结果看出 1 尺 寸相等的铸铁段组与钢球组相比，由于破碎时多呈短 线接触，接触点上的破碎力不如钢球，故磨碎粗级别 的能力稍差，一般磨不细级别比钢球多1 ％～2 ．5 ％。 2 正由于铸铁段的短线接触破碎，故保护细粒的能 力较强，因此过粉碎比球少2 ．5 ％～3 ％。 3 综合看， 铸铁段的磨不细多1 ％- 2 ．5 ％，而过粉碎轻2 ．5 ％～ 3 ．0 ％，则合格粒级二者大体相当或铸铁段多0 ．5 ％～ 1 ．0 ％，产品一7 6 p m 二者相当，按合格粒级计的利用 系数二者相当或铸铁段略多1 ％～2 ％。 4 上述结 果表明，仅就磨细能力或生产率而言，铸铁段可取代 同等尺寸的钢球，二者生产能力相当。 2 ．2 混合铸铁段组与钢球组等尺寸对比磨碎结果 但在实际细磨过程中，很少采用单一球组进行 细磨的。即使是采用单一球组进行细磨，其球荷粒 度组成也是呈凸曲线分布恻9 。为此，在实验室里进 行了混合球组和混合铸铁段组的磨碎研究。为便于 对比研究，试验时使两组混合介质的产品细度均保 持在一7 6 t - m 约7 5 ％ 磨碎时间分别是混合钢球组 磨1 9 m i n ，混合铸铁段组磨1 7 ．5 r a i n 。混合球组的 球荷组成特性 按直线分布曲线模拟现场磨机中的 球荷分布 见表4 所示，混合铸铁段组的段荷组成特 性见表5 所示。混合介质组试验结果见表6 所示。 表4 混合球组的球荷组成特性。 T a b4T h es i z ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fm i x e d s t e e lb a l l * 小于2 0 m m 者认为已报废而自动排出。 表5混合铸铁段的段荷组成特性 T a b5T h es i z ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fm i x e d c a s ti r o ns e g m e n t 万方数据 2 0 0 4 年第6 期吴彩斌等铸铁段取代钢球细磨的对比试验研究 4 1 表6两组混合介质组磨碎结果 T a b6 G r i n d i n gr e s u l t so ft w ok i n d so fm i x e dm e d i a 由表4 和表5 数据可计算出，混合钢球组的平 均直径为4 2 ．9 2 m m ，混合段组平均直径为3 4 ．4 5 r n l n ，混合段组比混合球组的平均直径下降了 1 7 ．9 3 ％。而整体球荷直径的减少经实践证明可明 表7 T a b7 显降低磨矿介质对磨机的冲击、延长衬板的使用寿 命、降低磨矿介质的单耗和磨矿的能耗等。由表6 数据可计算出 1 在磨矿产品一7 6 ／z m 含量在7 5 ％ 左右的情况下，由于两组混合介质的磨碎能力不一 致，达到相同细度时磨碎时间不同，即它们的生产能 力不同，铸铁段组的生产能力比钢球增加8 ．6 ％，而 新生合格粒级利用系数则增加9 ．6 ％； 2 在此情况 下磨不细级别量二者相当，而铸铁段的过粉碎则轻 3 ．9 6 ％，合格粒级产率增加3 ．9 9 ％。即用铸铁段组 取代现行钢球组后，磨机生产率明显增加了，磨矿产 品特性也改善了。 2 ．3 两组混合介质磨矿产品的金属分布特性 由于铸铁段组比钢球组的磨矿产品特性会有所 改善，因而会对产品的金属分布特性也大为改善。 试验结果见表7 所示。 两组混合介质磨矿产品的金属分布特性／％ M e t a l l i cd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fg r i n d i n gp r o d u c tb ym i x e dm e d i a ／％ 从表7 中可以计算出，铸铁段组产品的过粉碎 金属率比钢球组产品的少3 ．9 6 ％，合格粒级金属率 比钢球组产品的多3 ．9 6 ％，而1 9 ～7 6 肚m 易选粒级 金属率则也是铸铁段组产品比钢球组产品的高 4 ．3 7 ％。按此种金属分布特点，此种磨矿产品在进 行浮选时，回收率也会比钢球产品高2 ％- - 3 ％。 观察表7 中各级别的金属品位分布不难发现， 凡是铸铁段组的磨矿产品， 7 6 ／2 m 以上各级别的 表8 T a b8 和一1 0 肚m 级别的镍品位均低于钢球组磨矿产品的 对应级别，而一7 6 t z m 以下各级别品位则高于钢球 产品的对应级别。那么在进行浮选时，精矿品位也 该会有所提高。 2 ．4 两组混合介质磨矿产品的分选指标 分别将两组介质组的磨矿产品在相同条件下进 行浮选，对比试验结果见表8 所示。 浮选对比试验结果 C o m p a r a t i v er e s u l t so ff l o t a t i o n 比较项目混合段磨矿产品选别指标混合球磨矿产品选别指标 混段指标比混球高 或低 一 入选细度／一7 6 p a n ％ 6 3 ．2 4 磨1 3 ．8 m i n 6 4 ．7 6 磨1 5 m i n 一1 ．5 2 ％ a N i ／％，‰／9 61 ．7 3 ；0 ．5 41 ．7 3 ；O ．5 90 ．0 0 ；一0 ．0 5 8 凸‘／％，眠／％0 ．9 1 ；0 ．3 50 ．9 1 ；0 ．3 80 ．0 0 ；一0 ．0 3 精矿产率7 ／％ 2 8 ．5 03 1 ．6 03 ．1 ／3N％4．73 4 ．1 8 0 ．5 5 凤／9 6 2 ．3 22 ．0 5 0 ．2 7 6 ～／％ 7 7 ．9 27 6 ．4 0 1 ．5 2 8 已／％ 7 2 ．6 67 1 ．2 3 1 ．4 3 精矿平均粒度／t a n 5 0 ．3 4 8 ．7加粗3 ．2 9 ％ 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分2 0 0 4 年第6 期 从表8 的对比结果看出，采用混合铸铁段组磨 矿后，由于产品粒度特性的改善及解离度的提高，其 选别后镍回收率可提高1 ．5 2 ％，铜的回收率可提高 1 ．4 3 ％，而镍品位可提高0 ．5 5 ％，铜的品位可提高 0 ．2 7 ％，浮选的精矿粒度也加粗3 ．2 9 ％，有利于后 续作业的精矿过滤脱水。 3 研究结论 1 ．单一尺寸作用下的铸铁段组与钢球组相比， 其磨碎粗级别能力弱些，一般磨不细级别比钢球组 多1 ％～2 ．5 ％，过粉碎比钢球组少2 ．5 ％～3 ％，合 格粒级二者大体相当或铸铁段多0 ．5 ％～1 ．O ％，产 品一7 6 ／, m 含量二者相当。仅就磨细能力或生产率 而言，铸铁段组可取代同等尺寸的钢球组，二者生产 能力相当。 2 ．在磨矿细度相同的情况下，混合铸铁段组的 生产能力比钢球组增加8 ．6 ％，铸铁段组的过粉碎 比钢球组轻3 ．9 6 ％，合格粒级产率比钢球组增加 3 ．9 9 ％，而磨不细级别量二者相当。 3 ．铸铁段组比钢球组的磨矿产品粒度特性和金 属分布特性大为改善，浮选指标有所提高。其中，镍 回收率可提高1 ．5 2 ％，铜的回收率可提高1 ．4 3 ％； 镍品位可提高0 ．5 5 ％，铜的品位可提高0 ．2 7 ％。 4 ．铸铁段组比钢球组更能全面改善细磨过程， 磨矿效率大大提升，可以取代钢球在细磨作业中推 广应用。 参考文献 [ 1 ] K r u g e rF L v o n ，D o n J D ，D r u m m o n dM A R ．T h ee f f e c t o fu s i n gc o n c a v e 吼l r f a o e sa sg r i n d i n gm e d i a ．P r o c e s s i n go f t h e2 1 “I n t e r n a t i o n a lM i n e r a lP r o c e s s i n gC o n g r e s s [ C ] ． R o m e ．J u l y2 0 0 0 ．8 6 9 3 ． [ 2 ] M a g n oR o d r i g u e sR i b e x i m ，R i t aV i r g i n i aG a d r i dd aS i l v a ，C a m i l oC a r l o sd aS i l v a ．S u r v e yo fo p t i m i z a t i o no fi r o n o r eg r i n d i n g ．M e t a l l u r g i c M a t e r i a l s [ J ] ．2 0 0 2 ，5 8 5 2 6 5 1 5 ． [ 3 ] K ．B r e n n e c k ，W ．J o c o b s ．P r o c e s s i n go ft h e1 4 s tI n t e r n a t i o n a lM i n e r a lP r o c e s s i n gC o n g r e s s [ C ] ．C a n a d i a n ．O c t ， 1 9 8 2 ． [ 4 ] 熊瓒恩．耐磨柱状介质在再磨机中的应用[ J ] ．中国矿 业，1 9 9 4 ， 3 4 5 4 8 ． [ 5 ] 段希祥．选择性磨矿及其应用[ M ] ．北京冶金工业出 版社，1 9 9 1 ． [ 6 ] 段希祥，曹亦俊．球磨机介质工作理论及实践[ M ] ．北 京冶金工业出版社，1 9 9 9 ． [ 7 ] 段希祥．新型细磨介质应用研究[ J ] ．昆明理工大学学 报．1 9 9 8 ，2 8 6 1 1 1 5 ． [ 8 ] 段希祥．铸铁段在金属矿细磨中应用的技术[ P ] ．中国 专利号9 0 1 0 8 5 1 3 ，9 0 1 0 1 5 ． [ 9 ] 安德列耶夫著．北京矿业学院教研室译．有用矿物的破 碎、磨碎及筛分[ M ] ．北京中国工业出版社，1 9 6 3 ． C O ～Ⅱ’A R A T I V ET E S TS T U D Yo NC A S I T Ⅱ王o NS E G ⅣI E N T A N DS T E E LB A L LI NF I N EG R I N D I N G W U C a i b i n l ，Z H O U H u i f a n 9 1 ，D U A N X i x i a n 9 2 1 ．E a s tC h i n aJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ，N a n c h a n g3 3 0 0 1 3 ，C h i n a ； 2 ．K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n m i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A B 吣A C T T h ea b i l i t yo fg r i n d i n gt ou s et w of i n eg r i n d i n gm e d i ao fs t e e lb a l la n dc a s ti r o ns e g m e n tw a sc o m p a r a t i v e l y s t u d i e d ．G r i n d i n gt e s tr e s u l t ss h o w e dt h a tm i l lc a p a c i t ya n dg r i n d i n ge f f i c i e n c yo fc a s ti r o ns e g m e n tc o u l db er e a l l ys u p e r i o rt os t e e lb a l ln om a t t e rw h e t h e rm o n o s i z em e d i u mo rm i x e ds i z em e d i a ．O nt h eo t h e rh a n d ．s e p a r a t i o nt e s tr e s u l t sa l s os h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t eg r a d ea n di t sr e c o v e r yc o u l di n c r e a s ef r o m0 ．2t o0 ．6p e r c e n t a n df r o m1t o2p e r c e n tr e s p e c t i v e l yd u et ot h ei m p r o v e m e n to fg r i n d i n ge f f i c i e n c yw h e nt h es a m ee x p e r i m e n t a l c o n d i t i o nu s e d ．T h e r e f o r e ，i tm a yb ep r e d i c t e dt h a tt h ef i n eg r i n d i n gm e d i u m c a s ti r o ns e g m e n tc o u l dr e p l a c e s t e e lb a l lt oa p p l yf o rg r i n d i n gp r o c e s s ． K E YW O R D S c a s ti r o ns e g m e n t ；s t e e lb a l l ；f i n eg r i n d i n g ；g r i n d i n ge f f i c i e n c y 万方数据