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细磨介质形状的选择及应用研究 凌永发段希祥 摘要分析了当前国内外细磨介质的应用概况。提出了在细磨过程中球形介质的不适 应性。重点介绍了新型形状介质尤其是短圆柱形及短圆锥形细磨介质的应用。 关键词细磨； 介质； 形状 中图分类号“文献标识码 ’国内外细磨介质的应用概述 对细磨介质的应用研究国外已有上百 年的历史， 资料表明， 钢球目前仍是应用最 为广泛的细磨介质。在尺寸上， 介质尺寸越 来越小； 在球径配比上， 除少数厂家使用两 种球径配比外， 大部分厂家只使用一种球 径； 在细磨介质的形状上， 除球形外， 加拿 大、 巴西、 波兰、 德国和俄罗斯等国家的部分 选厂正在推广应用短线形白口铁柱、 短圆柱 型、 短圆锥型和铸铁截头圆锥体等形状的细 磨介质； 在介质材料选择上， 由镍、 铬及低合 金铸铁等材料制成的介质在降低材耗和破 碎率以及提高细磨效率上优势明显。特别 是 世纪 * 年代以来， 随着材料科学和热 处理技术的不断进步， 介质的耐磨性和冲击 韧性方面提高很快。 国内对细磨介质的研究始于 世纪 年代初。主要在以下三个方面展开研 究 一是在矿石细磨效率与钢球临界尺寸的 关系上， 认为两者存在较大联系； 二是在细 磨介质形成上， 对短柱、 棒及球三类形状介 质进行试验研究， 结果表明， 棒、 球介质兼有 选择性细磨作用， 产品粒度均匀且过粉碎 轻； 三是在细磨介质的消耗上也进行了广泛 的研究， 采取成分优化及各种热处理方法提 高细磨介质的硬度， 以增加其耐磨性， 同时 又保证其冲击韧性。还将耐磨铁球、 耐磨铸 铁段和镍铬合金钢球应用于细磨过程， 效果 明显。 矿石细磨过程的工艺特征 与粗磨相比， 细磨过程具有许多特殊的 工艺特征（’） 细磨处理的物料粒度范围窄， 磨矿比小；（） 矿石硬度的影响随磨矿粒度 的变细逐渐减弱， 难磨矿粒及易磨矿粒的差 别逐渐缩小， 都变得难磨了。而产品细度的 影响则逐渐增强， 随细度的提高生产率显著 下降；（） 矿石细磨过程效率下降， 能耗大幅 度上升；（） 矿石细磨下存在抗磨性逐渐增 强的趋势；（） 细磨过程中随矿物颗粒变细、 絮凝、 团聚及覆膜现象更加明显；（,） 随粒度 变细， 表面电化学力增强， 矿浆的黏度增加， 矿浆的流动性及粒子的分散性变差；（-） 矿 石细磨下微细矿粒布朗运动影响显著增强； （） 随粒度变细， 各种矿物的选择性破碎现 象减弱， 因为难磨矿粒与易磨矿粒可磨性差 距逐渐缩小； 只有充分认识到这些特征， 分 “ 收稿日期 ’ . , . 修回日期 ’ . . ’ 作者简介 凌永发 （’*- . ） ， 男， 博士， 云南民族学院信电系助教， 云南昆明， ,* 万方数据 析其产生的原因， 才能正确调节细磨过程， 加强细磨的针对性。 由于矿石细磨过程的以上特征， 对细磨 介质也提出了一些特殊要求（） 由于细磨 过程粒度范围较窄， 破碎比小， 因而要求磨 矿介质的尺寸必须精确， 而介质的种类及配 比的影响相对较小；（“） 由于细磨以磨剥作 用为主， 冲击作用较弱， 而磨剥作用与介质 的表面积有关， 因此要求细磨介质在能够提 供足够的研磨力的基础上， 尽可能地提高研 磨面积；（） 细磨要求介质充填率较小， 因为 只有这样才能保证介质在磨机中的运动状 态保持为泻落式状态；（） 细磨介质的抗冲 击强度可稍低于粗磨介质， 因介质之间冲击 力小。但细磨介质材料仍应具有一定的韧 性， 保证破碎率低。 球形介质对细磨过程的不适 应性 磨矿介质的形状是介质的重要工作特 性之一。在对各种形状的介质 （如球、 棒、 短 棒、 短圆锥、 异形及不规则形体） 所做的磨矿 试验中， 结果认为球形及棒形最好。这是由 于球和棒的打击作用最好， 而且转动性能 好， 尤其是球的转动性能较好。这两类介质 中球的表面积比棒小， 而棒具有选择性破碎 作用。因而长期以来将棒用于粗磨， 球用于 细磨的观点已成共识。 然而由于自身几何特性， 球形介质在应 用于细磨过程中， 除了有效研磨面积大及转 动性能好等优势之外， 相比较其它形状的细 磨介质而言， 也存在着许多不适应之处。 第一， 细磨过程对矿物颗粒的破碎主要 靠研磨作用来完成， 而研磨作用则与介质的 有效研磨面积有关。即在破碎力足够的情 况下， 研磨面积越大， 则研磨作用越强， 细磨 效果也越好。而体积相同的不同几何形体 中球形的表面积最小， 径长比为 的短圆柱 体表面积为球体的 倍， 其它几何形状 的表面积也皆大于球体。故相同质量的数 种介质中球形的表面积最小。就表面积这 一点而言， 球介质是不适合于细磨的。 第二， 球状介质施力形式不适应。细磨 过程一般采用低充填率， 以泻落式磨矿方式 进行， 目的是便于产生磨剥力， 减少强烈的 冲击力。而钢球本身与矿粒的接触属于点 接触， 点接触的破碎施力形式为强烈冲击 形， 易产生过粉碎， 与所需的破碎力不适应。 第三， 球形介质不适应解离性磨矿物质 要求。金属矿磨矿的目的是使有用矿物与 脉石矿物相互离解， 即金属矿磨矿属于解离 性磨矿。由于选别手段受矿粒大小的影响， 要求磨矿在提高单体解离度的基础上， 还应 尽量减轻过粉碎。而以点接触形式破坏物 体的球形介质选择性破碎作用最差， 由于细 磨提高研磨面积的需要决定了细磨需小尺 寸球介质， 球的数量必然大大增加， 由此也 导致了过粉碎级别的大幅度增加， 使磨矿产 品粒度特性不好， 不利于后续的选别作业。 第四， 球形介质不利于细磨介质成本的 降低。由钢球的生产加工过程来看， 小钢球 的成本必然高于大钢球， 一般小钢球成本比 大钢球高 ’ ’。而细磨又要求使用 小尺寸钢球。尽管小尺寸钢球的使用可能 导致产品解离度的提高， 并由此提高生产率 及降低介质消耗， 但由此节约的经济效益可 能被小钢球升高的成本抵消， 不利于生产成 本的大幅度降低， 与节能降耗的要求不相适 应。 正是基于上述球形介质应用于细磨过 程的不适应性， 开发并采用适合于细磨特性 的其它形状的磨矿介质， 是提高细磨效率的 一条途径。 短圆柱形和短圆锥形介质在 细磨中的应用 短圆柱形和短圆锥形介质是棒形介质 的变种， 具有转动性能较好及表面积大的优 “ 万方数据 点， 又具有棒形介质线接触可减轻过粉碎的 优势。它具有良好的细磨特性， 用于细磨过 程是合适的。 以磨剥力为主的细磨过程要求磨矿介 质具有较大的研磨面积， 而单位体积的短圆 柱形介质的表面积比球大。过去的实践认 为其有效研磨面积比球小， 因为短圆柱形介 质两端面研磨性能差。但如果在适当的介 质充填率及转速率下， 可使短圆柱形介质处 于泻落态工作从而避免在抛落态下工作， 在 这种情况下可充分发挥其表面积大的优势。 短圆柱形介质的转动性能介于球形与 棒形之间， 如能控制转速率及充填率， 可使 短柱形介质沿其轴向转动。短圆柱形介质 与矿石的接触以线接触为主， 少数情况下是 面接触， 避免了磨碎过程的应力集中现象， 可以形成比较均匀的磨矿产品。但由于其 为短线接触， 因而其减轻过粉碎的效果不如 棒形介质。至于短圆柱形介质破碎力小的 弱点， 由于细磨过程并不需要较大的冲击 力， 仅需较强的磨剥力即可， 因而并不影响 细磨过程。 目前生产的短圆柱形和短圆锥形介质 种类较多。其规格习惯用柱体或锥体的圆 的直径 与柱体或锥体长度 “ 的乘积表 示。短圆柱形和短圆锥形介质的尺寸选择 通常按照与钢球质量相等的原则来确定， 一 般长度稍大于直径。例如与“ 球介 质质量相等的短圆柱形介质的尺寸为 “ 。计算表明， 后者具有比前 者大得多的表面积。因此短圆柱形介质参 数的选择需首先进行试验或通过公式计算 细磨所需的钢球直径， 再根据直径找出与之 质量相等的短圆柱形介质的尺寸 “ （其 中长径 “ 的值一般为 ’“ ’， 当要求 细磨效果好时取小值， 要求过粉碎轻时取大 值） ， 最后按比例填充。当然仅仅通过质量 相同的球与短圆柱形的对应来选择短圆柱 形介质的参数， 而不考虑其它因素， 选取的 尺寸在生产中可能不够理想。 长期的生产实践也证明短圆柱形和短 圆锥形介质是一种可行的细磨介质。在水 泥多仓管磨机中， 往往在最后一仓装短截头 圆锥形介质， 并称为 “钢段” 或 “铁段” 。硅酸 盐方面有著作表明， 细磨时 “钢段” 或 “铁段” 的磨剥效果比钢球好。加拿大将这类介质 引入金属选矿厂， 并认为它们的磨矿效果与 球相当， 但制造成本比球低。波兰的几个大 铜矿， 由于含易泥化的辉铜矿较多， 在细磨 中也使用了这类介质， 以减少辉铜矿的过粉 碎。德国梅根选矿厂为了减少细磨的过粉 碎， 也在细磨介质中加入了部分短圆锥形介 质。前苏联在很早就注意到了这类介质的 应用。通过在南方采选公司某选矿厂的 “三段磨矿机上做铸铁截头圆 锥体与钢球的工业对比试验表明， 其细磨效 果好且成本低。 在国内， *“ 世纪 “ 年代以来， 一些科 研院所、 高校及厂矿相继开展了关于细磨介 质形状的选择及应用研究， 其中介质形状有 做成短圆柱形的， 也有做成中间是圆柱而两 端是球面并取名为 “棒球” 的， 此外还有人提 出做成 “椭形球体” 形状等。昆明理工大学 在云锡公司期北山采选厂做了用铸铁段取 代钢球的工业试验， 结果表明， 在磨矿效果 赶上及略超过钢球的情况下， 介质成本下降 “,， 金属过粉碎率下降 ’ ,， 回收率提 高约 ’,， 噪声下降 - ./。可见， 对细磨 介质形状的选择及应用开展广泛的研究是 很有应用前景的。昆明理工大学研究出一 套确定细磨介质参数的科学方法， 针对矿石 的抗破坏特性及具体磨机的工作条件， 从介 质的尺寸、 形状及材质三方面综合设计适于 细磨的新型介质， 已在数十个厂矿获得生产 应用， 全面改善细磨过程， 取得很好的效果。 新型形状介质铸铁段取代钢 球细磨工业试验 首先在实验室’0“ ’“ 不连 “ 万方数据 续磨机上分别用钢球及铸铁段作大姚铜矿 石及牟定铜矿石的对比试验， 磨矿浓度为 “， 磨机转速率为 ， 得到钢球与同 重量铸铁段的磨矿结果。为了证明铸铁段 作细磨介质的可能性， 在’’ “’’ 实验室连续磨机上作验证试验。结果表明， 铸铁段的细磨效果均优于同级别钢球， 这为 进行工业试验提供了重要依据。 在大姚铜矿二选厂第三段磨矿及牟定 铜矿第二段磨矿各选定一个系统进行耐磨 铸铁段取代钢球的工业试验， 并与钢球的磨 矿指 标 进 行 比 较。大 姚 铜 矿 在 第 三 段 *’ * ’ 溢流型磨机上用“’’ ’’ 及’’ “’’ 新型细磨介质 （各占 “） 取代原来的’’ 及“’’ 钢球， 转速率为 ,* “， 浓度为 “ - ,； 牟定铜矿则在第二段*,’ *’ 溢 流 型 磨 机 上 用 “’’ ’’ 及 ’’ “’’ 新型细磨介质 （各占 “） 取代.’’ 及’’ 钢球， 转速率为 .*.“， 磨矿浓度为 “ - ,， 试验结 果如表 所示。从表中数据可以看出， 采用 耐磨铸铁段取代钢球作细磨介质后， 两选厂 的磨矿细度， / “’ 过粉碎级别产率等指 标均大大改善， 介质消耗、 电耗、 介质成本有 所下降。同时由于铸铁段的细磨产品比较 均匀， 对砂泵、 管道等的磨损减轻， 衬板寿命 延长 “以上。 表 铸铁段和钢球细磨工业试验结果 比 较 项 目 大姚铜矿三段磨 铸铁段钢球 铸铁段比钢球多 （ 0 ） 或少 （ / ） 牟定铜矿二段磨 铸铁段钢球 铸铁段比钢球多 （ 0 ） 或少 （ / ） 磨 机 台 时 能 力 1 （ 2 3/ ） 4*,4*0 *,**0 *“4 排矿 / ,“’ 含量1 * “*“0 “*“*“*“0 * 排矿 / “’ 含量1 *4“*/ **“,*0 * 溢流 / ,“’ 含量1 ,.*, ,,*0 *“..4*,.*.0 .* 溢流 / “’ 含量1 *. *./ ***“/ * 溢流中 - ,“’ 易选级别产率1 “,*.4“*0 *“4.*.“,*0 * 溢流中 / ,“’ 金属率 1 4*4“4*“0 *“4*“4.4*“0 * 溢流中 / “’ 金属率 1 “*.*,/ **,*.,/ * 溢流中 - ,“’ 易选级别金属率 1 *.*0 *.,**“0 *, 磨机利用系数 1 （2 ’/ 3 / ） *“*.40 *“**/ *. 原矿品位 1 *4“.*44 0 *4*4.*4“40 * 精矿品位 1 .* .* / *44*.*/ * 尾矿品位 1 *“* 0 **“*“,/ * 回收率 1 ,4*. ,.*0 *.*.*“0 *““ 介质单耗 1 （56 2 / ） *.44*4,/ ,*,**./ * 介质成本 1 （元 2/ ）*.. *4/ *“**.4/ “* 电耗1 （57 3 2/ ） “*,*,/ “*,.*““4*./ ,*, 磨机噪声 189.., / * 结论 进入 世纪 . 年代以来， 磨矿机大型 化的趋势事实上已经停止。由于矿产资源 的缺乏及日益贫化、 能源和材料价格的持续 （下转第 “ 页） 万方数据 图 选铅选锌开路试验流程 特点， 毒性较小， 有利于环境保护。 “选矿试验证明， “’ 和松醇油 相比， 具有起泡速度快， 起泡能力强， 用量 少， 脆散性好， 捕收力弱的特点。 铅锌选矿试验证明， “’ 与松 醇油相比， 在选铅时， 不仅能保证铅的品位， 而且还能提高铅的回收率， 并降低铅精矿中 锌的含量； 在选锌时， “’ 能有效地提 高锌的回收率。 “’ 不仅用量少， 节省药剂成 本， 而且其起泡力强、 脆散性好、 浮选泡沫不 黏， 可减少跑槽现象， 加速精矿沉降， 减少金 属流失， 还可以提高铅锌选矿指标， 减少互 含损失， 降低机械含杂。矿山试用该起泡剂 后， 给矿山带来可观的经济效益。 “’ 起泡剂值得在该类矿山推广应用。 参考文献 *周高云， 曾新民， 刘元科， 等新型起泡剂 “’ 在金川镍矿的应用 ［］ 有色金属 （选矿部 分） ， “’’’，（） “ , （上接第 页） 上涨等原因， 迫使各矿物加工厂矿深入开展 降低磨机能耗和钢耗的研究， 其中有关细磨 介质形状的研究， 成为重要内容之一。 正因为球形及棒形介质在细磨过程应 用中的不适应性， 以及新型形状介质尤其是 短圆柱形和短圆锥形介质所具有的许多优 点 表面积大， 转动性能较好， 同时又具有线 接触特性， 它们应用于细磨过程不仅可以达 到与使用钢球相同的细磨效果， 还可以提高 研磨效率， 减轻过粉碎， 大大降低成本。因 此， 从目前的发展趋势来看， 新型形状介质 尤其是短圆柱形和短圆锥形介质将作为一 种重要的细磨介质在金属矿石的细磨中得 到广泛的应用。 参考文献 *段希祥 球磨机介质工作理论与实践 ［-］ 北 京 冶金工业出版社， *.../， *0 1 * “段希祥选择性磨矿及其应用 ［-］ 北京 冶金 工业出版社， *..*/*,. 1 * 李启衡主编碎矿与磨矿 ［-］ 北京 冶金工业 出版社， *./’/， ** 1 *. “ 万方数据