钢球与钢锻细磨铁矿石的磨矿效果.pdf

第3 4 卷 2 0 1 4 年0 8 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM 哐T A I J 瓜G I C A LE N G Ⅱq E E R D 4 G V 0 1 ．3 4 A u g u s t2 0 1 4 钢球与钢锻细磨铁矿石的磨矿效果① 邹春林，吴彩斌，杨昊，周斌，鄢发明，周意超，赵汝全 江西理工大学江西省矿业工程重点实验室，江西赣州3 4 1 0 0 0 摘要对比研究了细磨介质钢球和钢锻的磨矿行为。试验结果表明，钢锻可替代钢球作为细磨介质。在介质当量直径相同的前 提下，钢锻的磨矿效果和磨矿能力优于钢球，且在低于钢球的磨矿浓度和充填率条件下，钢锻能获得与其同等的磨矿效果，且更有 利于提高处理量；同时细磨产品均符合罗逊- 莱蒙勒尔粒度特性曲线，服从方程式R 1 0 0 e x p 一k ‘ 指数分布。 关键词细磨介质；钢球；钢锻；磨矿效果；铁矿石 中图分类号T D 4 5 3文献标识码Ad o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 4 ．0 8 ．0 3 2 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 4 0 8 一0 1 2 4 一0 4 国内外矿石细磨方法广为采用的仍然是机械粉碎 法J ，借助磨矿机中的冲击及磨剥作用而粉碎矿粒， 其采用的细磨介质普遍为钢球。但细磨采用钢球具有 以下几个不适应旧qJ ①细磨需以磨剥为主而以轻微 冲击为辅，不像粗磨那样以冲击为主磨剥为辅。而钢 球在破碎时是点接触破碎，属强烈冲击型介质，易造成 贯穿破碎、过粉碎严重；②细磨需要大的研磨面积，而 在体积相同的几何体中球的表面积最小，故球体不能 提供较大的研磨面积；③球在磨机中的打击呈随机破 碎，磨矿产品粒度极不均匀，矿物解离选择性破碎作用 差；④细磨需要直径较小的钢球，但小球比同等材质 的大球价格高，且磨损快，导致细磨成本高。据统计， 在各种易磨损件中，磨矿介质是消耗钢材最大者之一， 约为磨机衬里的1 0 倍，占磨矿费用的2 5 ％～3 5 ％H J 。 为降低介质消耗和磨矿成本，改善磨矿效果，国内外的 磨矿工作者对磨矿介质的尺寸、形状及材质等方面进 行了深入的研究∞。j 。研究发现，钢锻既有研磨面积 比球大 大1 4 ．5 ％1 8 1 ，又有棒的选择性破碎的双重优 点旧J ，倘若能充分利用这两大优点，便能得到生产率 高而过粉碎轻，且单体解离度高的产品，为后续的选别 作业提供最佳原料。本文以铁矿石作为原料，对钢锻 和钢球做了磨矿时间、磨矿浓度及介质充填率条件试 验，探索了钢锻作为磨矿介质的细磨效果。 1 试验原料和方法 细磨试验均在D x L 为1 3 5m m 1 4 6m m 的圆筒 形磨机内进行，磨机转速为2 3 0r ／m i n ，每次磨矿试样 量为2 0 0g 。所用铁矿石取自南京梅山铁矿，细磨给矿 来源于实验室第一次磨矿产品中 0 ．0 7 4i n I n 部分。第 一段粗磨磨矿条件为磨矿浓度7 0 ％，钢球充填率 3 5 ％，磨矿时间3m i n 。 细磨试验采用了2 种介质钢锻 规格为D L D 为大头直径，L 为长度，m m ，当量直径为4 5m m 的球 和直径为4 5m m 的钢球。钢锻和钢球的工作参数见 表1 所示。 表1 钢锻和钢球尺寸参数 采用合格粒级产率 y 弘一m 。 、过粉碎产率 y ．加岬 、平均粒度 D ， 来衡量磨矿产品质量的优劣。 2 结果与讨论 2 ．1 钢球与钢锻在不同磨矿时间下对比磨矿效果 为了研究钢球与钢锻的细磨能力，在相同的细磨 条件 浓度7 0 ％，充填率4 2 ％ 下，进行了磨矿时间对 比试验，结果如图1 ～3 所示。 图1钢锻与钢球细磨新生合格粒级产率对比 ①收稿日期2 0 1 4 一0 6 一1 7 作者简介邹春林 1 9 9 0 - ，男，江西萍乡人，硕士研究生，主要从事碎磨原理与过程优化研究。 通讯作者吴彩斌 1 9 7 2 一 ，男，江西鄱阳人，教授，博士，主要从事磨矿过程优化与节能降耗方面的工作研究。 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 邹春林等钢球与钢锻细磨铁矿石的磨矿效果 图2 钢锻与钢球细磨新生一1 0u m 产率对比 图3 钢锻与钢球细磨产品平均粒度关系对比 从图1 - 3 的磨碎对比实验结果看出 1 从新生成的合格粒级 0 ．0 7 4 - 0 ．0 1m m 来看， 刚开始细磨时钢锻的合格粒级产率不如钢球大，但是 随着磨矿时间的增加，当磨矿时间大于等于7r a i n 时， 钢锻便能产出与钢球相当甚至更高的合格粒级产率。 这说明钢锻具有与钢球相当的磨碎能力，能够满足处 理量要求。 2 钢锻主要以短线接触破碎，对细颗粒矿粒有较 强的保护作用。故随着磨矿时间越长，钢锻的保护作 用发挥得越充分，低于5m i n 钢锻的过粉碎7 I m 。程度 大于球，但大于5m i n 后却比钢球轻。 3 钢锻研磨面积比钢球大，且以研磨为主，故磨 碎的选择性较强，获得较均匀的粒度产品，由图3 磨 矿时间低于6m i n 钢锻细磨产品的平均粒径大于球， 大于7m i n 时与球相当 可证明。 综上所述，就细磨能力和产品粒度均匀性而言，钢 锻可取代等尺寸的钢球，二者生产能力相当，且钢锻的 产品颗粒粒度均匀性更好。 2 ．2 钢球与钢锻在不同磨矿浓度下对比磨矿效果 磨矿浓度训的大小影响矿浆的比重、矿粒在磨矿 介质周围的粘着程度和矿浆的流动性，直接影响着磨 矿效果的好坏。为此在同一细磨条件 磨矿时间3 m i n 、充填率4 2 ％ 下，做不同浓度下钢球与钢锻的磨 矿试验，其结果见表2 。 表2 不同磨矿浓度下钢球与钢锻磨碎对比结果 介质1 } 号竽警≯塾乎L F 钢锻 1 7 ．5 51 8 ．6 51 8 ．5 51 8 ．4 51 8 ．6 0 单一钢球 1 6 ．7 01 6 ．8 51 8 ．3 51 9 ．1 01 9 ．4 5 从表2 中可以看出，钢锻在较低的浓度下便能达 到较好的磨矿细度，而钢球却需要更高的磨矿浓度 高1 0 ％左右 才能达到较好的磨矿细度。具体产品 粒度特性如图4 ～6 所示。 图4 钢锻与钢球细磨新生合格粒级产率对比 图5 钢锻与钢球细磨新生一l ou m 产率对比 浓度，％ 图6 钢锻与钢球细磨产品平均粒度关系对比 从图4 ～6 可以看出 1 钢锻的研磨面积比钢球的大，故钢锻与矿浆的 粘着度比钢球的粘着度更易受浓度的影响，影响介质 对矿物磨碎能力。因此磨矿浓度从7 5 ％上升到8 0 ％， 万方数据 矿冶工程 第3 4 卷 钢锻的细磨产品合格粒级产率迅速下降，下降了O ．5 个百分点。而钢球的合格粒级产率却随着磨矿浓度的 增加而增加，直到8 0 ％～8 5 ％才达到最大值。这也说 明钢锻更适合在低浓度下细磨。 2 在同等磨矿浓度条件下，钢锻的过粉碎程度均 比钢球的要轻些，且钢锻产品的平均粒径与钢球的大。 这说明在钢锻作为细磨介质条件，细磨产品易于向合 格粒级富集。 3 综合上述结果表明，在低浓度细磨时钢锻能更 好的发挥其研磨面积大的优势，获得最优的细磨粒度 产品，且有利于提高磨机处理量，适合低浓度细磨的工 业条件‘1 1 1 。 2 ．3 钢球与钢锻在不同充填率下对比磨矿效果 在一定磨矿浓度和磨机转速率下，介质充填 率2 。1 纠的大小影响着介质的运动方式，最终影响着磨 矿产品的粒度特性。只有在最适充填率下，才能获得 好的磨矿产品及效率。为此，在实验室里以磨矿时间 3m i n ，磨矿浓度7 5 ％条件下，进行钢锻和钢球充填率 的细磨研究。其结果如图7 9 所示。 由图7 9 可看出 1 钢锻在以泻落式运动为主条件下，适当提高充 填率，有利于钢锻发挥其研磨面积大的优势。而充填 率过大时，运动方式发生改变，由泻落式转变为抛落 式，恶化磨矿过程，过粉碎程度加重。故在充填率4 2 ％ 充填率／％ 图7 钢锻与钢球细磨新生合格粒级产率对比 充填率，％ 图8 钢锻与钢球细磨新生一1 0u m 产率对比 充填率／％ 图9 钢锻与钢球细磨产品平均粒度关系对比 时，钢锻获得最大合格粒级产率，过粉碎最轻，均匀性 最好的粒度产品。 2 钢球球径不变，即破碎概率4 1 不变。而适当 提高充填率，有利于提高碰撞概率，从而优化磨矿过 程，图7 中合格粒级产率变化趋势很好的证明了此 结论。 故综合产品粒度特性、处理量考虑，在充填率 4 2 ％时，钢锻能获得比钢球更好的细磨效果。 2 ．4 细磨产品的罗逊- 莱蒙勒尔粒度特性方程式 将各细磨条件对比组作用下的细磨产品作全对数 处理，发现细磨产品均符合罗逊一莱蒙勒尔粒度特性曲 线，且均服从方程式R 1 0 0 e x p 一玩‘ 指数分布，式中 尺为粒度大于戈的累积产率，％；菇为筛孔尺寸，“m ；b 与k 为参数。 各细磨条件对比组的罗逊一莱蒙勒尔粒度特性曲 线的参数值如表3 所示。 表3 各细磨条件对比组罗逊- 莱蒙勒尔的参数值 指数b 反映物料的均匀性，b 值越大，物料越均 匀。通过不同磨矿条件细磨曲线的对比表明，钢锻组 的b 值比相应的钢球组均要略大些，说明钢锻的细磨 产品更均匀，细磨效果更好。 3 结论 1 在相同细磨条件下，钢锻与钢球相比，新生合 格粒级产率二者相当，平均粒径比钢球大。故从磨细 能力和产品粒度均匀性方面看，钢锻能取代钢球作为 万方数据 2 0 1 4 年0 8 月 邹春林等钢球与钢锻细磨铁矿石的磨矿效果 1 2 7 细磨介质。 2 钢锻在磨矿浓度7 5 ％时细磨，能更好的发挥其 优点，获得较好的粒度产品，有利于提高处理量，满足 低浓度下细磨的工业要求。 3 充填率为4 2 ％，钢锻能获得更好的细磨粒度产 品，故比钢球更适合细磨。 4 细磨产品均符合罗逊一莱蒙勒尔粒度特性曲 线，服从方程式R 1 0 0 e x p 一k ‘ 指数分布。钢锻组 的b 值比钢球组大，说明钢锻的细磨产品更均匀，细磨 效果更好。 参考文献 [ 1 ] 段希祥，杨志惠．提高矿石细磨效率的途径研究[ J ] ．云南冶金， 1 9 8 9 4 1 4 1 8 ． [ 2 ] 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 6 1 1 1 5 ． [ 3 ] M a t t h e wDS i n n o t t a ，P a u lWC l e a r y a ，R o bD ．M o r r i s o n ．I sm e d i a s h a p ei m p o r t a n tf o rg r i n d i n gp e r f o r m a n c ei ns t i r r e dm a h CJ ] ．M i n e r a l s E n g i n e e r i n g ，2 0 1 1 。2 4 1 3 8 1 5 1 ． [ 4 ]熊攒恩．耐磨柱状介质在再磨机中的应用[ J ] ．中国矿业，1 9 9 4 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] 4 4 5 4 8 ． 程旭，王豪杰，王泽红．介质制度对磨矿过程影响的研究进展 [ J ] ．金属矿山，2 0 1 3 9 1 0 4 1 0 7 ． B o r i sYF a r b e m ，B r a a mD u r a n t h ，N u r i eB e d e s i ．E f f e c to fm e d i as i z e a n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o n m i l l i n ge f f i c i e n c y a n dm e d i a c o n s u m p t i o n [ J ] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 l 2 4 3 6 7 3 7 2 ． 石贵明，吴彩斌．柿竹园钨多金属矿优化磨矿系统实验室研究 [ J ] ．有色金属科学与工程，2 0 1 3 1 0 7 9 8 4 ． S h iF ．C o m p a r i s o no f 咖n d i n gm e d i a c y l p e b sv e m u sb a l l [ J ] ． M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 0 4 1 7 1 2 5 9 1 2 6 8 ． 段希祥．钢段在金属矿石细磨中的应用研究[ J ] ．云南冶金，1 9 8 4 6 2 1 2 5 ． 崔学茹，刘厚乾，李明东．磨矿介质与磨矿效率剖析[ J ] ．矿业工 程，2 0 0 5 6 3 5 - 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