自磨机_半自磨机功耗测试技术及其应用.pdf

4 0 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第2 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ，j j s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．0 2 ．0 1 1 自磨机／半自磨机功耗测试技术及其应用 刘洪均，一，王彪1 ，赵留成1 ，罗盛康1 ，孙春宝1 1 ．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ．中国黄金集团内蒙古矿业有限公司，内蒙古满洲里0 2 1 4 ㈣ 摘要主要介绍使用Ⅸ落重试验机的两种自磨，半自磨功耗测试方法_ J K 落重试验和s M c 测试，以及利用两种 方法得到的测试数据进行功耗预测的方法，并指出测试过程及功耗预测过程中需要注意的问题。 关键词自磨；半自磨；J K 落重试验；s M c 测试 中图分类号1 D 9 5 2 ．5 文献标志码A文章编号1 6 7 l 9 4 9 2 2 0 1 3 0 2 - o o 舢4 T h eA G S A GM i US p e c i 矗cE I 炝r g yT 髑6 n gT e c h I I i q u ea n dI t sA p p n c a 廿伽 三Ⅱr 丑b 卿比n 1 一，_ 蹦ⅣI GB 玉∞1 ，z 珏A 0L i 犹，姗∥，L 【厂。溉J c n 叼1 ，S 【wC h I l 而∞1 I ．№工n 6 0 m t D 卅。厂施，l 担幻。厂尉啪t i D no 厂蕊i n n 加r 聊c 把n t 施n z 叼n n dS 咖匆。厂 胁t 川施n e s ，U n { I ，缃的D 厂S c 把n o en 以Z 砒n o 蛔晚沉叼，B e 彬叼I D D D 8 3 ，既i n 口； 2 ．傩Z MG D z d 血n e r 胁咿地尬，t i 叼C D ．，L t d ．，地m 以u 一口h n e r 坳叼D l f nD 2 】如D ，饥Z n 彩 A b s t r a c t T w ot e s t 邛l e t h o d sb yd r o p w e i g h tt e s t e ra I ．ei n t I D d u c e di nt h ea r t i c l e J Kd r o p w e i 曲tt e s t a n dS M Ct e s t ，锄dh o wt ou s et } l e s ed a t at op r e d i c tt l l es p e c i f i ce n e r g yi sa l s oi u u s t r a t e d ， a d d i t i o n a l l yt } l e p I _ o b l e m s ，w h i c hm a yh a p p e nd u r i n g t } l et e s ta n d e n e r g yc o n s u m p t i o np I ℃d i c t i o n t h a ts h o u l db e p a i d a t t e n t i o nt oa I ．e p o i n t e do u t ． K e yw o r d s A G ；S A G ；J Kd r o p w e i g h tt e s t ；S M Ct e s t 自磨机及半自磨机在我国大型矿山的使用已经 成为趋势。目前我国新建的大型矿山如袁家村铁 矿、大红山铁矿、乌努格土山铜钼矿等都已经使用 大型半自磨机，发展成为s A B 及S A B C 等碎磨工 艺流程，但我国在自磨／半自磨机功耗预测方面仍 比较缺乏。 邦德功指数虽然能直接预测大块矿石的破碎功 耗，但邦德功指数在预测自磨，半自磨功耗方面可 能会引起严重的错误。目前国外普遍使用的自磨／ 半自磨功耗测试方法按使用的设备可以分为使用转 筒磨机测试和使用落重试验仪测试两种方法。使用 转筒磨机测试的方法有麦克弗森 M a c P h e r s o n 自 磨机功指数试验、M i n n o v E x 半自磨功指数测定 M i n n o v E XS 咖试验、S t a r k e y 测试以及S A G D e s i g n 测试等；使用落重试验仪测试的方法有J K 落重试 收稿日期2 0 1 2 一0 9 2 7修回日期2 0 1 3 - 0 1 1 5 作者简介刘洪均 1 9 6 3 一 ，男，山东夏津人，教授级高级工程师。 验、S M C 测试等。 目前预测磨矿流程单位功耗主要有三类方法 以B o n d 为基础的方法、以专有的测试伎口M a c P h e r s o n 、 S P I 、S M C 测试 为基础的模型的方法、复杂的群 体平衡／粉碎模型份级模型的方法。所有预测磨矿 流程单位功耗的方法都是经验式的。 本文主要介绍使用澳大利亚昆士兰大学J u l i u s K h t t s c h n i t t 矿物研究中心 J K M R C 制造的J K 落 重试验仪进行的J K 落重试验和s M c 试验及数据使 用中可能出现的问题。落重试验仪见图1 。 1T K 落重试验 J K 落重试验系统是由澳大利亚昆士兰大学 J l l l i u sK 1 1 l t t s c h n i t t 矿物研究中心 J K M R C 开发的 自磨 半自磨 实验室测试方法。现已成为自磨／ 万方数据 2 0 1 3 年第2 期刘洪均等自磨机，半自磨机功耗测试技术及其应用 4 1 图1 落重试验仪 F i g ．1D m p w e i 曲tt e s t e r 半自磨矿石性质的标准测试，可以在J K M R C 及世 界各地的商业实验室中进行。 J K 落重试验根据自磨 半自磨 机内的冲击 高能 和磨蚀 低能 两种主要粉碎过程，包括 J K 落重冲击试验和滚筒跌落试验。J K 落重冲击试 验获得冲击粉碎参数A 和b ，滚筒跌落试验获得磨 蚀粉碎参数t 。。 1 ．1J K 落重冲击试验 J K 落重冲击试验是将1 0 0k g 破碎矿石或钻探 岩芯分为5 个粒级一6 3 5 3m m ，_ 4 5 3 7 ．5m m ， 一3 1 ．5 2 6 ．5m m ，一2 2 ．4 1 9m m ，一1 6 1 3 ．2 咖，每 个粒级包含1 0 ～3 0 个颗粒。J K 落重试验机将每个 粒级的颗粒在三个能量水平上测试，得到1 5 组粒 度／台邑量的组合数据。能量水平由J K 落重试验机锤 头的质量和下落高度确定。然后对每个粒肋能量组 合颗粒的粉碎产品进行收集和筛分，用于后续分析。 J K T e c h 通常将粉碎产品小于十分之一给料粒 度的百分数作为粉碎量，称作t 。。。给料粒度用各粒 级的算数平均值表示。1 5 个能量，粒度的组合数据 可以得到一组t 。。和单位能量民 k W h ／t 的关系。 两者关系为 ￡l 庐A 1 一e 城s 根据1 5 个能量／粒度组合的数据，使用方差最 小化拟合，可以计算系数A 和b 。A 的绝对值在半 自磨中不是关键，因为A 表示矿石在比半自磨机 更高能量水平下的破碎程度。但是A 在表示整个 破碎曲线特性中有重要的作用。参数b 与在较低能 量下f 。。与既曲线斜率相关。通常A b 作为一个独 立的值显示在矿石撞击破碎方面的硬度。A b 为 既为0k w M 时曲线的斜率，代表矿石冲击粉碎 阻力的大小，其值越小，表示矿石的冲击粉碎阻力 越高。A b 是‘，。与玩曲线起始段的斜率，也是矿 石在较低能量下破碎程度。这可以应用于在较低能 量水平的半自磨破碎中。能耗计算结果见图2 。 图2 破碎矿石能耗试验结果 F i g ．2 C m s h e do r es p e c i f i ce n e r g yt e s tr e s u l t s 1 ．2 滚筒跌落试验 滚筒跌落试验 标准磨蚀试验 是使用3 0 5 咖3 0 5n l I I l 实验室磨机，装有4 6I n m 提升板。 将3k g 的一5 5 3 8m m 样品以7 0 ％临界转速运转 1 0I l l i n 。得到的产品进行筛分以确定产品的t ，。。 磨蚀参数t 。定义为t 。 f 加，1 0 ，其值越小表示矿 石的磨蚀粉碎阻力越高。 用于J K S i m M e t 软件中，与自磨／半自磨相关的 参数是A ，b 和t 。。这些参数与设备参数和操作条 件参数相结合，可以模拟自磨 半自磨 机、破碎 机和球磨机等设备的工作过程，预测矿石在粉碎过 程中的特性。 2S M C 试验 S M C 试验系统是由澳大利亚S M C CP t v 公司开 发。该试验只需进行简单的落重试验，因此只需少 量样品即可完成试验。 2 ．1S M C 试验方法 合适的样品粒度范围为1 3 ．2 ～1 6 咖、1 9 ～2 2 ．4 m m 、2 6 ．5 ～3 1 ．5m m 或3 7 ．5 ～4 5m m 。当样品为钻探 岩芯时，用金刚石锯片沿其轴向切成饼状。使用的 岩芯样可以为整块岩芯样，也可以为1 ，2 岩芯样、 1 ，4 岩芯样。样品也可以为破碎后的块状矿石。选 择1 0 0 块样品，测定它们的平均密度，然后将它们 分成5 等份，每份2 0 块。实际试验时仅使用2 ～2 ．5 k g 。将样品置于J K 落重试验仪上，以严格控制的 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年第2 期 能量进行粉碎。收集破碎后的产品筛分，绘制破碎 产品的筛下累积产率 ％ 与输人能量 J 的关 系曲线。筛下破碎产品与能量相关，典型的试验结 果见图3 。曲线的斜率与岩石的强度有关，较弱的 岩石斜率较大。根据斜率可以获得落重指数D 形； k W } ‰3 。D 形i 是与A 和b 高度相关的，因此能从 这些样品中估计A 、b 和t 。值以及破碎模型矩阵。 6 0 5 0 零 喜4 0 釜s o 嘴 卜2 0 壕 1 0 0 O5 0l o o1 5 02 0 02 5 0 输入能量，J 图3 典型的S M C 试验结果 F i g ．3聊i c a lS M Ct e s tr e s u l t 2 ．2 能量的计算 S M C 测试获得的参数能够通过J K S i m M e t 用于 自磨／半自磨流程模拟，也可以独立地用于基于能 量的计算中，还可以结合邦德功德球磨功指数，估 计磨矿流程的单位能耗。 自磨／半自磨所需功率不仅与矿石性质相关， 也与其他因素如给矿粒度、装球率、长径比、是否 有顽石破碎、是否为闭路流程等有关。S M C 通过 2 4 个不同操作条件得到的3 6 个数据集，这些数据 集用于分析功耗与众多操作条件中的哪种是主要关 系。数据库中的矿石性质包括A l 、A u 、C u 、N i 和 P b ／z n 的自磨，半自磨操作条件。装球量在0 ～1 8 ％， F 舯在2 0 ～1 7 0 咖间，长径比在0 ．5 ～1 ．1 间。磨机 小齿轮轴单位能量E 为 E K P 8 0 D 形“i [ 1 c 1 一e 一， ] 一1 妒认A ， 式中昏一系数，其值取决于流程中是否有顽 石破碎机； 氏一给料中8 0 ％通过的粒度； D 形广落重指数，k w l l ／m 3 ； 棚球充填率，％； 肇磨机临界转速率，％； ．厂0 ≯磨机长径比率函数； a 、b 、c 、d 、e _ 常数。 图4 使用D 形i 的2 4 个大型自磨／半自磨流程预测 功率 F i g ．4 7 1 1 l ee n e r g rc o n s u n l p t i o np r i d i c t i o nr e s u l to f l a r g e s c a l eS A B ，s A B Cp r o c e s sb yu s i n gD W 预测的功耗与实际功耗匹配的能力见图4 ，相 对误差的标准偏差是8 ．2 ％。将方程2 预测得到单 位功耗与模型结合。模型通过给定大小、装球量、 总负载量和转速预测驱动能量。在设计中，处理量 是一定的，可以通过调整磨机的大小来获得所需要 的能量；当磨矿流程已经存在，总处理量可通过方 程2 获得的单位功率预测。使用自磨／半自磨流程 处理未来矿石的优劣可通过已完成的钻探项目确 定，每一个测试的岩芯可以得到一个处理量。因 此，结合采矿块模型，可以建立一个未来开采过程 中自磨，半自磨流程运行的详图。 3 7 K 落重试验及单位功耗预测中可能 出现的问题 3 ．1J K 落重试验可能出现的问题 1 试验样品的代表性 所取样品是否对整个矿体有代表性，假如矿床 是高度变化的，取样的代表性将会面I 临较大问题。 在这样的条件下，理想的方法是获取所有矿石类型 并独立地对这些矿石进行试验。 2 J K 落重试验仪的有效保养 当仪器没有有效保养时，已经发现一些问题， 可通过在其他试验室进行复查消除这种类型的风 险。这就是J K T e c h 经常对所有授权实验室进行比 较测试的原因。 3 J K 落重试验的过程控制 落重试验设计中所需的样品粒度和能量要严格 控制，但是在现实过程并不能完全严格控制，这可 能会导致结果出现误差。 3 ．2 模拟软件J K S i m M e t 应用需要注意的问题 J K S i m M e t 是一个磨矿和分级模拟软件包，是 万方数据 2 0 1 3 年第2 期刘洪均等自磨机／半自磨机功耗测试技术及其应用 4 3 在J u l i u sK 1 1 l t t s c h n i t t 矿物研究中心4 5 年研究基础 上进行的。和其他仿真工具一样，理解模型及其限 制是很关键的。使用中为获得较好的预测结果，必 须遵守相应的准则。 J K S i m M e t 必须遵循相应的限定条件 1 J K S i m M e t 的磨矿模型为变速模型。变速 方程依据很多磨机的操作数据，平均充总填率为 2 5 ％。众所周知，破碎速率随着磨机充填率变化， 但是变化的影响没有包括在模型中。在仿真中，磨 机总充填率应设为2 5 ％。 2 在使用模型来仿真现代的全顽石排出的格 栅磨机时进行参数设定。设定L 参数 小尺寸 为一个小数，为1 ．5 ，设定丘参数 名义格栅尺 寸 为一个小数，为1 ．5 。控制磨机排矿是通过设 定砾石端口大小来实现的，砾石端口开放区域设定 为1 0 0 ％总区域。 3 在许多流程中，J l S i m M e t 预测过量的顽 石循环率。经验显示顽石循环量很少超过3 0 ％的新 给矿量，因此J K S i m M e t 预测的大的顽石循环率应 该仔细对待。 J K S i m M e t 可能出现的问题 1 错误地设置格栅尺寸伍J 为实际顽石端 口尺寸。正确的方法是设置丘和石。为1 ．5 ，设置 顽石端口尺寸为实际顽石端口的最小尺寸。 2 使用已有磨机的粉碎参数，这些参数适应 于不正确的方法或代表错误的操作条件。这些方法 或操作条件与设计目的相差较远。最好的方法是依 据变速模型的默认参数。 3 错误使用F 舯参数和不切实际的给矿粒度 分布。在大多数条件下，操作条件显示自磨／半自 磨给矿粒度分布在l o g l o g 坐标上为线性的，为设 计目的的方法应该遵循下面的模式。民也必须切 合实际。当默认的粉碎参数使用时，氏应该设置 为1 0 0r 衄- ，而不管实际的氏。当粉碎速率已经适 应现有的操作氏参数时，氏参数值应该保持不变。 4 当使用不同A 和b 模拟矿石特性时，以在 模型中应该保持不变。对其他矿石模拟矿石特性时 使用不同的‘。，可能会产生有误导的结果。 5 对J K S i m M e t 模型应该经常使用经验模型 检查，以确保模型的输出是合理的。模型经过校准 是非常重要的。 4 结论 1 J K 落重试验及S M C 测试已经成为自磨，半 自磨功耗预测的重要方法。 2 J K 落重试验包括J K 落重冲击试验和滚筒 跌落试验。J K 落重冲击试验获得矿石的高能冲击 参数A 、b 、A b ，其中A b 代表矿石冲击粉碎阻 力的大小；滚筒跌落试验获得矿石的低能磨蚀参数 t a 。这些参数可以用于J K S i m M e t 模拟软件中，得到 矿石在自磨，半自磨流程中的单位能耗。 3 S M C 测试在落重试验机上进行，得到落重 指数D 形。 k W l l ／m 3 ，可在J K s i m M e t 模拟软件用于 模拟，也可独立地用于基于能量的计算中。 4 S M c 使用的岩芯样较J K 落重试验矿样量 小，可进行大量的试验，形成整个矿体详细的磨矿 性质详图。 参考文献 [ 1 ] 吴建明．用于自磨 半自磨 流程设计的现代试验方法 [ J ] ．有色设备，2 0 0 9 6 1 - 4 ． [ 2 ] M o r r e lS ．P r e d i c t i n gt I I es p e c i 6 ce n e I g yo f 叫t o g e 肿u s 觚ds e n l i a u t o g e 肿u sI I l i U 岛ms m a l ld i 锄e t e rd r i l lc o r ；e s a m p l e [ J ] ．M i n e m l sE 晒n e e 血g ，2 0 0 4 ，1 7 3 4 4 7 - 4 5 1 ． [ 3 ] B a i l e yC ，I 舢eG ，M o Ⅱe US ，e t a 1 ．Ⅵ，l l a tC a nG o W m n gi nC o 删【I l i n u t i o nC i r ℃u i tD e s i g I l 【C 埘P r o c e e d i n g so f t l l e7 r e n 山M i uO p e r a t o 璐’ C o n f e r e n c e ，A d e l a i d eS A ， 2 0 0 9 1 0 1 4 3 1 4 9 ． 万方数据