提高冬瓜山銅礦粗磨磨礦效率的對比試驗研究

肖慶飛 ,郭運鑫,黃胤淇,王旭東

（昆明理工大學國土資源工程學院，云南 昆明 650093）

磨礦在選礦廠中是重要的環(huán)節(jié)之一，且其效率的高低直接影響選礦廠的生產(chǎn)指標[1-2]。磨礦效率的判定主要體現(xiàn)在磨礦產(chǎn)品細度及均勻性和磨機利用系數(shù)等方面。而磨礦效率與磨礦介質(zhì)形狀、配比有直接關(guān)系，不同形狀磨礦介質(zhì)會產(chǎn)生不同的力學行為，不同的粒度特性，因此有不同的磨礦效率[3-4]；介質(zhì)配比與礦石性質(zhì)相適應(yīng)時，介質(zhì)破碎力與礦石所需破碎的作用力較為匹配，破碎所需能量小，磨礦效率高[5]。

安徽銅陵冬瓜山銅礦選礦廠原礦經(jīng)粗碎后-250 mm 進 入Ф8.53 m×3.96 m 半 自 磨 機 中，半自磨機產(chǎn)品經(jīng)圓筒篩后分級，篩下產(chǎn)物進入Φ660 mm 旋流器，旋流器沉砂進入2 臺Φ5.03 m×8.3 m 溢流型球磨機進行粗磨，粗磨設(shè)計分級溢流細度-0.074 mm 70%，現(xiàn)場只能達到62%～65%，且粗粒級+0.15 mm 含量及過粉碎粒級-0.010 mm 含量分別為6.16%和18.95%，產(chǎn)品粒度分布極不均勻，對后續(xù)細磨及選別作業(yè)產(chǎn)生不利影響[6]。因粗磨球磨機給礦95%過篩粒度僅為4.24 mm，與傳統(tǒng)的粗磨給礦相比偏細，細磨給礦相比偏粗，因此，在不改變選礦廠工藝流程的前提下，對選礦廠磨礦介質(zhì)制度進行優(yōu)化。采用鋼球、鋼段、鋼球+鋼段3 種介質(zhì)及3種不同配比的磨礦介質(zhì)進行磨礦試驗，分析各試驗方案產(chǎn)品的粒度組成，計算各方案的磨礦技術(shù)效率和磨機利用系數(shù)，以便提高粗磨機的磨礦效率[7-9]。

1 礦石性質(zhì)

從冬瓜山銅礦采集塊狀礦石，對其進行力學性質(zhì)測定，加工成的標準力學礦塊試件的體積（Vms）、質(zhì)量（Wms）及容重（UWms）見圖1；標準力學礦塊試件的單軸抗壓強度（CSms）、割線彈性模量（MEms）及割線泊松比（PRms）見圖2。

圖1 礦塊試件體積、質(zhì)量及容重測定結(jié)果Fig. 1 The volume, mass, and bulk density of specimens

圖2 試件單軸抗壓強度、割線彈性模量及泊松比的測定結(jié)果Fig .2 Uniaxial compressive strength, secant elastic modulus,and poisson's ratio of specimens

由圖1 和圖2 可知，（1）盡管礦塊大小和質(zhì)量有所差別，但礦石容重最大值為3.81 g/cm3，最小值為3.11 g/cm3，平均值為3.53 g/cm-3，在2.5 ～4 g/cm3范圍內(nèi)，屬于典型的中等密度礦石；（2）由標準試件的單軸抗壓強度可知，其普氏硬度系數(shù)f 范圍為4.34 ～9.53，平均值為6.68，為中等偏軟硬度礦石；（3）標準試件的割線彈性模量平均值為8.92×104 MPa, 泊松比平均值為0.349，為韌性較大礦石；（4）總體分析可知，礦石較硬，韌性較大，對于較硬的礦石，需要足夠的沖擊力將其破碎，但破碎韌性較大的礦石則需要加強磨剝力。在確定磨礦方案時，要考慮礦石硬度及韌性兩個因素的影響，以便確定更合理的研磨介質(zhì)形狀、尺寸及配比[10-11]。

2 試驗部分

2.1 試驗材料

試驗樣品取自冬瓜山銅礦選礦廠Φ660 mm旋流器沉砂，樣品重量500 kg，粒度組成見圖3。

圖 3 粗磨給礦負累計粒度特性半對數(shù)曲線Fig .3 Semi-logarithmic curve of cumulative grain size characteristics of rough grinding

由圖3 可知，（1）給礦95%過篩的最大粒度為4.24 mm，粒度較細，說明半自磨機有效減小了粗磨段磨機的入磨粒度；（2）細度-0.074 mm 及過粉碎-0.010 mm 含量分別為24.27%和4.03%，細度較高，確定粗磨研磨介質(zhì)制度時應(yīng)盡量避免過粉碎；（3）15 ～0.15 mm 中間粒級含量為41.31%，這個粒級含量較高，應(yīng)強化對該粒級的磨碎，盡可能保證該粒級磨至細粒級別中。

2.2 試驗方法

試驗采用規(guī)格為200 mm×240 mm（直徑×長度）的實驗室濕式球磨機，磨機內(nèi)裝介質(zhì)14 kg，礦樣1 kg，介質(zhì)充填率為38.8 %，磨礦濃度為78%，磨機轉(zhuǎn)速率為75%，磨礦產(chǎn)品-0.074 mm 含量與現(xiàn)場相當(72%～73 %)，磨礦時間為7.75 min，各磨礦方案見表1。磨礦產(chǎn)品進行篩分，篩上礦樣進行篩析，篩下礦樣進行水析，最終得出各方案的磨礦產(chǎn)品粒度分布。

表1 磨礦試驗方案Table 1 contrast of ball charge schemes of ball mill

3 結(jié)果與分析

為了直觀的評判各方案的優(yōu)劣，選取以下評判指標：①γ+0.15mm（%）為+0.15 mm 粒級產(chǎn)率，判別各方案磨碎粗粒的能力；②γ-0.074mm（%）為-0.074 mm 粒級產(chǎn)率，判別各方案細磨能力；③γ-0.010mm（%）為-0.010 mm 粒級產(chǎn)率，判別各方案過粉碎情況；④E技（%）為磨礦技術(shù)效率，其數(shù)值的高低可直接反映磨礦過程的好壞；⑤q-200（t/m3·h-1）和q-100（t/m3·h-1）分別為磨機單位時間和單位體積產(chǎn)生的-0.074 mm 粒級和-0.15 mm 粒級的產(chǎn)量。

3.1 磨礦產(chǎn)品粒度均勻性

將磨礦產(chǎn)品中γ+0.15 mm（%）、γ-0.074 mm（%）和γ-0.010mm（%）的粒級含量見圖4。

圖 4 各方案磨礦效果對比Fig .4 comparison of grinding effects of various schemes

由圖4 可知，（1）在五個方案中，鋼段方案的-0.010 mm 過粉碎粒級產(chǎn)率12.12%最低，但+0.15 mm粗粒級產(chǎn)率最高，-0.074 mm粒級產(chǎn)率最低，說明鋼段的磨碎粗粒及磨細礦物的能力都較差；（2）現(xiàn)場方案與推薦方案相比-0.010 mm 過粉碎粒級產(chǎn)率低3.31%，但+0.15 mm 粗粒級產(chǎn)率高0.75 個百分點，-0.074 mm 粒級產(chǎn)率低6.74%；（3）球段方案1 和方案2 的+0.15 mm 粗粒級產(chǎn)率分別為3.26%和3.27%，比推薦方案高2.53和2.54個百分點；-0.074 mm 粒級產(chǎn)率分別為65.53%和65.59%，比推薦方案低15.76%和15.68%；（4）由此可知，最優(yōu)的方案為推薦方案Ф60:Ф40:Ф30:Ф25=25:15:25:35，其+0.15 mm 粗粒級產(chǎn)率0.73%在所有方案中最低，-0.074 mm 粒級產(chǎn)率77.79%，在所有方案中最高。

3.2 磨礦技術(shù)效率

磨礦技術(shù)效率可以準確的從技術(shù)上評價磨礦過程的好壞，是評價磨礦效率的重要指標[11]。磨礦技術(shù)效率按公式1 計算，各方案磨礦技術(shù)效率對比結(jié)果見圖5。

式中γ1-待磨物料中小于粗粒級（-0.15 mm粒級）含量；γ2-待磨物料中小于過粉碎粒級（-0.01 mm 粒級）含量，γ-磨機排礦中小于粗粒級（-0.15 mm 粒級）含量、γ3-磨機排礦中小于過粉碎粒級（-0.01 mm 粒級）含量。

圖5 各方案磨礦技術(shù)效率Fig .5 Technical efficiency of each schemes

由圖5 可知，（1）推薦方案磨礦技術(shù)效率86.38%較現(xiàn)場方案84.10%高2.71%，說明推薦方案較現(xiàn)場方案更適合作為冬瓜山銅礦粗磨段的磨礦介質(zhì)；（2）鋼段方案的磨礦技術(shù)效率80.43%在五個方案中最低，比推薦方案低7.40%，說明鋼段在粗磨段的應(yīng)用效果不如鋼球，不能對粗磨段的礦物進行有效磨碎；（3）球段方案1 和球段方案2 的磨礦技術(shù)效率分別為81.83%和82.07%，與鋼段方案相比有所提高，說明加入部分鋼球后磨礦效果有所提高，但與所推薦方案相比分別低5.56%和5.25%，說明球段方案與推薦方案相比在冬瓜山銅礦粗磨段應(yīng)用效果較差；（4）各方案的磨礦技術(shù)效率反映出在粗磨段，鋼球可以更有效磨碎粗粒級并產(chǎn)生更多合格粒級，比鋼段磨礦效果好[12-13]。

3.3 磨機利用系數(shù)

磨機利用系數(shù)能消除磨機容積、給礦粒度及產(chǎn)品粒度的影響，以不同方案新生成的某個粒級的噸數(shù)來判斷磨機工作的好壞[14]。磨機利用系數(shù)按公式2 計算，各方案磨機利用系數(shù)對比結(jié)果見圖6。

式中q-200-磨機-0.074 mm 利用系數(shù) ； Q-磨機每小時處理量，t/h ；γ1和γ2-分別為磨機給礦和溢流中-0.074 mm 粒級含量（本次試驗表示實驗室磨機給礦和排礦中-0.074 mm 粒級含量），%；V-磨機有效容積7.54×10-3m3。

由圖6 可知，（1）各方案q-200 及q-100 變化規(guī)律是一致的，其中，鋼段方案q-200 和q-100分別為0.453 t/(m3·h) 和0.400t/(m3·h)，在五個方案中均最小，說明在應(yīng)用鋼段方案磨礦時，每小時每立方米磨機容積新生成-200 目粒級及-100 目粒級噸數(shù)均最小；（2）球段方案1和球段方案2的q-200及q-100 相差不大，但與鋼段方案相比有所提高，說明球段方案較鋼段方案在同等條件下能生成更多的-0.074 mm 粒級及-0.15 mm 粒級；（3）推薦方案的q-200 值及q-100 值分別為0.584 t/(m3·h)和0.442 t/(m3·h)，與現(xiàn)場方案0.530 t/(m3·h)和0.434 t/(m3·h)相比，分別提高10.19%和1.84%。

綜上，采用Ф60:Ф40:Ф30:Ф25=25:15:25:35 配比，可有效提高冬瓜山粗磨效率，即可提高磨礦產(chǎn)品細度及均勻性、磨礦技術(shù)效率、磨機利用系數(shù)。

圖 6 各方案磨機利用系數(shù)Fig .6 The utilization coefficient of grinding machine

4 結(jié) 論

（1）由原礦塊力學性質(zhì)及球磨機給礦粒度組成的分析，計算出球磨機合理的研磨介質(zhì)配比Ф60:Ф40:Ф30:Ф25=25:15:25:35。

（2）鋼段方案與球段方案在實驗室粗磨段的磨礦效果較差，磨礦產(chǎn)品粒度均勻性和磨礦技術(shù)效率、磨機利用系數(shù)三個指標均較低，說明以線接觸為主要施力方式的鋼段并不適用于粗磨階段。

（3）實驗室試驗結(jié)果表明，推薦方案與現(xiàn)場方案相比，+0.15 mm 粗粒級產(chǎn)率低0.75 個百分點，-0.074 mm 粒級產(chǎn)率高6.74%，磨礦技術(shù)效率提高2.71%，磨機-0.074 mm 粒級和-0.15 mm 粒級利用系數(shù)分別提高10.19%和1.84%，綜合下來，采用Ф60:Ф40:Ф30:Ф25=25:15:25:35 配比。