落重試驗測定內蒙古某鉛鋅礦石粉碎特性參數

周東琴，劉建遠，孫 偉，賀 政

（北京礦冶研究總院礦物加工科學與技術國家重點實驗室，北京102600）

礦石的粉碎特性參數是選礦廠碎磨設備選型和工藝流程設計的重要依據。在自磨（半自磨）磨礦的流程設計方面，國外已經摒棄了消耗大量人力、物力和時間的半工業而代之以小型實驗室試驗和計算機模擬的簡便方法，大大減少了試驗工作量和試驗費用。目前，比較常用的幾種測定礦石自磨／半自磨特性參數的方法有：加拿大Minnov EX技術公司的SPI試驗（SAG Power Index，半自磨功指數試驗）、加拿大Starkey＆Associates公司于2004年推出的SAG Design試驗（Standard Autogenous Grinding Design Test，標準自磨設計試驗）、麥佛森自磨可磨度試驗（MacPherson Autogenous Grindability）、AMCT試驗（Advanced Media Competency Test）、JK落重及磨剝試驗（JK Drop Weight Test）和SMC試驗（SAG Mill Comminution）等［1－2］。以上現代自磨（半自磨）試驗技術是在國外廣泛應用和試驗技術深入發展背景下產生的，不僅使試驗方法變得非常簡單，還使流程設計和設備選型方法更加完善與科學，又反過來促進了自磨（半自磨）技術的應用和發展［3－5］。

本文用JK落重試驗（也叫落重試驗，Drop－Weight Test，簡稱DWT）及磨剝試驗測定了內蒙古某鉛鋅礦石的粉碎特性參數，并用該參數評估采用半自磨工藝處理該礦石的可行性，為通過多方案比較合理選擇碎磨流程提供依據。

1 試 樣

用于標準落重試驗的各粒級試樣通過對原礦礦樣的破碎、篩分和揀選制備。

2 試驗描述

標準落重試驗包括對五個給定粒級試樣的落重沖擊粉碎試驗和一個給定粒級試樣的磨剝試驗和礦石相對密度測定試驗等。由試驗結果可求得應用JKSimMet軟件內置的自磨（半自磨）機模型進行過程模擬所需的礦石特性參數A、b和ta，此外還可獲得應用JKSimMet軟件內置的破碎機模型進行過程模擬所需的一整套礦石特性參數［6］。

2．1 落重沖擊粉碎試驗

一套標準落重試驗［6］包含對5個窄粒級物料各進行3個比能耗水平的單粒沖擊粉碎試驗，即一共有15套粒度－比能耗組合。標準落重試驗規定的5個窄粒級為－63＋53、－45＋37．5、－31．5＋26．5、－22．4＋19和－16＋13．2mm；比能耗變化范圍為0．1～2．5kWh／t。因試驗所用試樣來自鉆探巖芯樣，受巖芯直徑的限制，無法獲得－63＋53粒級試驗，本研究只能對其余4個粒級進行共計12套粒度比能耗組合試驗。

對碎塊產物進行篩析，得到12套不同粒度－比能耗組合條件下碎塊產物的粒度分布曲線，求出一組（當篩孔尺寸為原始顆粒平均尺寸的1／n時，產物篩下產率定義為）來定量描述產物的粒度分布。JKMRC粉碎模型采用值作為表征原始顆粒被碎程度的指標，其定義為碎塊產物中粒度小于原始顆粒1／10的那部分物料所占的百分數，用指數函數（式（1））來逼近描述 與比能耗 的關系，其中A和b是擬合參數。根據由試驗獲得的15組（t10－ECS）關系數據，采用非線性回歸方法擬合出這兩個參數。A和b就是即為表征礦石抵抗高能沖擊粉碎作用的物料特性參數。

2．2 磨剝試驗

磨剝試驗［7］是將3kg粒級為－53＋38mm的試樣置于帶有4個6mm提升條的φ305mm×305mm滾筒式磨機中，在不加磨礦介質條件下以70%的轉速率（53r／min）滾翻跌落10min，對獲得的產物進行篩析，求得該產物的 值。物料的抗磨剝特性參數定義為此值的十分之一，即 。

3 試驗結果

各粒級試樣在不同比能耗條件下獲得的t10數據如表1所示，根據此數據求得的自磨／半自磨機模型物料特性參數見表2。

4 試驗數據解讀

4．1 礦石的抗沖擊粉碎能力

參數A的意義是比能耗趨于無窮大時t10的取值上限，參數b影響t10－比能耗關系曲線在不同位置的斜率。由于通過非線性回歸迭代求解得到的A和b數值實際上不是相互獨立的，一般不宜將它們各自單獨用于不同礦石之間的比較。JKTech推薦采用A和b的乘積（A×b）值或者比能耗為1kWh／t時的t10值進行礦石之間的比較。這兩個數值越大，礦石抵抗沖擊粉碎作用的能力越弱。

圖1和圖2分別給出了JKTech分別給出JKTech現有礦石特性數據庫中（A×b）值和比能耗為1kWh／t時的t10值的頻次分布。絕大多數礦石的A×b值落于20～250之間；比能耗為1kWh／t時的t10值大多數落于15～75之間。A×b之值接近或小于20的為極硬礦石，接近或超過250的為極軟礦石；比能耗為1kWh／t時的t10值接近或小于15的為極軟礦石，接近或超過75的為極軟礦石。

表3列出試驗礦石與JKTech礦石特性數據庫的總體比較結果。由表3可以看出，本礦石抗沖擊粉碎的能力落于軟礦石區域，在總共4269種已測定礦石中，有3534（占78．8%）礦石的A×b值低于本礦石；有3356種（74．9%）礦石在比能耗為1kWh／t時的t10值低于本礦石。

表1 各粒級試樣在不同比能耗條件下獲得的t10數據

表2 自磨／半自磨機模型物料參數

圖1 JKTech礦石特性數據庫中（A×b）值的頻次分布

圖2 JKTech礦石特性數據庫中比能耗1kWh／t時t10值的頻次分布

4．2 礦石的抗磨剝能力

礦石的抗磨剝作用的能力用參數ta表征，ta越小，表示礦石抵抗磨剝作用的能力越強。圖3為JKTech現有礦石特性數據庫中ta值的頻次分布。可以看出，絕大多數礦石的ta值落于0．1～1．5之間。接近或小于0．1的為抗磨剝能力極強礦石，接近或超過1．5的為抗磨剝能力極弱礦石。

表3 試驗礦石特性參數與JKTech礦石特性數據庫總體數據的比較

圖3 JKTech礦石特性數據庫中ta值的頻次分布

從表4中的數據可以看出，本礦石（ta值為0．84）屬抗磨剝能力較低的礦石。在4316種已測定礦石中，有3506（占78．2%）礦石的ta值低于本礦石。

4．3 礦石抗沖擊粉碎能力的粒度效應

從表1中各粒級粉碎到相同t10值所需的比能耗數據可以看出，在試驗粒度范圍內（13．2～63mm）礦石抵抗沖擊粉碎的能力隨顆粒粒度的減小而增大。

若以t10對顆粒粒度作圖，最常見的趨勢是t10－粒度關系線的斜率隨比能耗的降低而減小。對于自磨／半自磨磨礦而言，有指標意義的是低比能耗下t10的絕度數值及其斜率大小，因為從這些數據可看出作為介質的礦石顆粒在磨機中的生存能力，從而對大塊礦石作為磨礦介質的適應性作出判斷。若t10值隨顆粒粒度的增加而顯著增大，通過外推至100～200mm的粒度范圍（通常的介質尺寸）可知大塊礦石會因不夠結實而無法生存，起不到磨礦介質的作用。同理，若低比能耗下t10的絕度數值很大，大塊礦石也起不到磨礦介質的作用。

圖4 給 出 不 同 比 能 耗 水 平 （0．25kWh／t，1．0kWh／t和2．5kWh／t）下，試驗礦石的t10值與顆粒粒度的關系。可以看出，本礦石符合t10－粒度關系的斜率隨比能耗的降低而減少這一常見趨勢。

圖4 試驗礦石的抗沖擊粉碎能力與顆粒粒度的關系

5 結 論

1）通過標準落重試驗導出的內蒙某鉛鋅礦石的特性參數為：抗沖擊粉碎特性參數A＝53．6，b＝1．53，A×b＝82．0；抗磨剝特性參數ta＝0．84。

2）JK落重試驗結果表明，本鉛鋅礦屬于軟礦石，抗磨剝能力較低，抵抗沖擊粉碎的能力隨顆粒粒度的減少而增大。

［1］ 吳建明．金屬礦業粉碎技術的熱點［J］．金屬礦山，2010（8）：551－557．

［2］ 劉建遠．關于礦石粉碎特性參數及其測定方法［J］．金屬礦山，2011（10）：9－19．

［3］ 張偉．自磨技術的經濟性［J］．有色設備，2010（3）：1－7．

［4］ 吳建明．用于自磨（半自磨）流程設計的現代試驗方法（一）［J］．有色設備，2009（6）：1－4．

［5］ 吳建明．用于自磨（半自磨）流程設計的現代試驗方法（二）［J］．有色設備，2010（1）：1－4．

［6］ 劉建遠．關于礦石粉碎特性參數及其測定方法［J］．金屬礦山，2011（10）：9－19．

［7］ 王澤紅，楚文城，孔令斌，等．落重試驗測定礦石粉碎特性參數［J］．金屬礦山，2014（9）：85－89．