提高冬瓜山銅礦粗磨磨礦效率的對(duì)比試驗(yàn)研究

肖慶飛 ,郭運(yùn)鑫,黃胤淇,王旭東

（昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

磨礦在選礦廠(chǎng)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(chǎng)的生產(chǎn)指標(biāo)[1-2]。磨礦效率的判定主要體現(xiàn)在磨礦產(chǎn)品細(xì)度及均勻性和磨機(jī)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(huì)產(chǎn)生不同的力學(xué)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(shí)，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(chǎng)原礦經(jīng)粗碎后-250 mm 進(jìn) 入Ф8.53 m×3.96 m 半 自 磨 機(jī) 中，半自磨機(jī)產(chǎn)品經(jīng)圓筒篩后分級(jí)，篩下產(chǎn)物進(jìn)入Φ660 mm 旋流器，旋流器沉砂進(jìn)入2 臺(tái)Φ5.03 m×8.3 m 溢流型球磨機(jī)進(jìn)行粗磨，粗磨設(shè)計(jì)分級(jí)溢流細(xì)度-0.074 mm 70%，現(xiàn)場(chǎng)只能達(dá)到62%～65%，且粗粒級(jí)+0.15 mm 含量及過(guò)粉碎粒級(jí)-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(duì)后續(xù)細(xì)磨及選別作業(yè)產(chǎn)生不利影響[6]。因粗磨球磨機(jī)給礦95%過(guò)篩粒度僅為4.24 mm，與傳統(tǒng)的粗磨給礦相比偏細(xì)，細(xì)磨給礦相比偏粗，因此，在不改變選礦廠(chǎng)工藝流程的前提下，對(duì)選礦廠(chǎng)磨礦介質(zhì)制度進(jìn)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(jìn)行磨礦試驗(yàn)，分析各試驗(yàn)方案產(chǎn)品的粒度組成，計(jì)算各方案的磨礦技術(shù)效率和磨機(jī)利用系數(shù)，以便提高粗磨機(jī)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(duì)其進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)測(cè)定，加工成的標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)礦塊試件的體積（Vms）、質(zhì)量（Wms）及容重（UWms）見(jiàn)圖1；標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)礦塊試件的單軸抗壓強(qiáng)度（CSms）、割線(xiàn)彈性模量（MEms）及割線(xiàn)泊松比（PRms）見(jiàn)圖2。

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

圖2 試件單軸抗壓強(qiáng)度、割線(xiàn)彈性模量及泊松比的測(cè)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(biāo)準(zhǔn)試件的單軸抗壓強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)試件的割線(xiàn)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(duì)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(qiáng)磨剝力。在確定磨礦方案時(shí)，要考慮礦石硬度及韌性?xún)蓚€(gè)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(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)樣品取自冬瓜山銅礦選礦廠(chǎng)Φ660 mm旋流器沉砂，樣品重量500 kg，粒度組成見(jiàn)圖3。

圖 3 粗磨給礦負(fù)累計(jì)粒度特性半對(duì)數(shù)曲線(xiàn)Fig .3 Semi-logarithmic curve of cumulative grain size characteristics of rough grinding

由圖3 可知，（1）給礦95%過(guò)篩的最大粒度為4.24 mm，粒度較細(xì)，說(shuō)明半自磨機(jī)有效減小了粗磨段磨機(jī)的入磨粒度；（2）細(xì)度-0.074 mm 及過(guò)粉碎-0.010 mm 含量分別為24.27%和4.03%，細(xì)度較高，確定粗磨研磨介質(zhì)制度時(shí)應(yīng)盡量避免過(guò)粉碎；（3）15 ～0.15 mm 中間粒級(jí)含量為41.31%，這個(gè)粒級(jí)含量較高，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)該粒級(jí)的磨碎，盡可能保證該粒級(jí)磨至細(xì)粒級(jí)別中。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用規(guī)格為200 mm×240 mm（直徑×長(zhǎng)度）的實(shí)驗(yàn)室濕式球磨機(jī)，磨機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速率為75%，磨礦產(chǎn)品-0.074 mm 含量與現(xiàn)場(chǎng)相當(dāng)(72%～73 %)，磨礦時(shí)間為7.75 min，各磨礦方案見(jiàn)表1。磨礦產(chǎn)品進(jìn)行篩分，篩上礦樣進(jìn)行篩析，篩下礦樣進(jìn)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(yàn)方案Table 1 contrast of ball charge schemes of ball mill

3 結(jié)果與分析

為了直觀(guān)的評(píng)判各方案的優(yōu)劣，選取以下評(píng)判指標(biāo)：①γ+0.15mm（%）為+0.15 mm 粒級(jí)產(chǎn)率，判別各方案磨碎粗粒的能力；②γ-0.074mm（%）為-0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)率，判別各方案細(xì)磨能力；③γ-0.010mm（%）為-0.010 mm 粒級(jí)產(chǎn)率，判別各方案過(guò)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(guò)程的好壞；⑤q-200（t/m3·h-1）和q-100（t/m3·h-1）分別為磨機(jī)單位時(shí)間和單位體積產(chǎn)生的-0.074 mm 粒級(jí)和-0.15 mm 粒級(jí)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(jí)含量見(jiàn)圖4。

圖 4 各方案磨礦效果對(duì)比Fig .4 comparison of grinding effects of various schemes

由圖4 可知，（1）在五個(gè)方案中，鋼段方案的-0.010 mm 過(guò)粉碎粒級(jí)產(chǎn)率12.12%最低，但+0.15 mm粗粒級(jí)產(chǎn)率最高，-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率最低，說(shuō)明鋼段的磨碎粗粒及磨細(xì)礦物的能力都較差；（2）現(xiàn)場(chǎng)方案與推薦方案相比-0.010 mm 過(guò)粉碎粒級(jí)產(chǎn)率低3.31%，但+0.15 mm 粗粒級(jí)產(chǎn)率高0.75 個(gè)百分點(diǎn)，-0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)率低6.74%；（3）球段方案1 和方案2 的+0.15 mm 粗粒級(jí)產(chǎn)率分別為3.26%和3.27%，比推薦方案高2.53和2.54個(gè)百分點(diǎn)；-0.074 mm 粒級(jí)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(jí)產(chǎn)率0.73%在所有方案中最低，-0.074 mm 粒級(jí)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(zhǔn)確的從技術(shù)上評(píng)價(jià)磨礦過(guò)程的好壞，是評(píng)價(jià)磨礦效率的重要指標(biāo)[11]。磨礦技術(shù)效率按公式1 計(jì)算，各方案磨礦技術(shù)效率對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖5。

式中γ1-待磨物料中小于粗粒級(jí)（-0.15 mm粒級(jí)）含量；γ2-待磨物料中小于過(guò)粉碎粒級(jí)（-0.01 mm 粒級(jí)）含量，γ-磨機(jī)排礦中小于粗粒級(jí)（-0.15 mm 粒級(jí)）含量、γ3-磨機(jī)排礦中小于過(guò)粉碎粒級(jí)（-0.01 mm 粒級(jí)）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(chǎng)方案84.10%高2.71%，說(shuō)明推薦方案較現(xiàn)場(chǎng)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(gè)方案中最低，比推薦方案低7.40%，說(shuō)明鋼段在粗磨段的應(yīng)用效果不如鋼球，不能對(duì)粗磨段的礦物進(jìn)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(shuō)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(shuō)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(jí)并產(chǎn)生更多合格粒級(jí)，比鋼段磨礦效果好[12-13]。

3.3 磨機(jī)利用系數(shù)

磨機(jī)利用系數(shù)能消除磨機(jī)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(gè)粒級(jí)的噸數(shù)來(lái)判斷磨機(jī)工作的好壞[14]。磨機(jī)利用系數(shù)按公式2 計(jì)算，各方案磨機(jī)利用系數(shù)對(duì)比結(jié)果見(jiàn)圖6。

式中q-200-磨機(jī)-0.074 mm 利用系數(shù) ； Q-磨機(jī)每小時(shí)處理量，t/h ；γ1和γ2-分別為磨機(jī)給礦和溢流中-0.074 mm 粒級(jí)含量（本次試驗(yàn)表示實(shí)驗(yàn)室磨機(jī)給礦和排礦中-0.074 mm 粒級(jí)含量），%；V-磨機(jī)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(gè)方案中均最小，說(shuō)明在應(yīng)用鋼段方案磨礦時(shí)，每小時(shí)每立方米磨機(jī)容積新生成-200 目粒級(jí)及-100 目粒級(jí)噸數(shù)均最??；（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(shuō)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(jí)及-0.15 mm 粒級(jí)；（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(chǎng)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(xì)度及均勻性、磨礦技術(shù)效率、磨機(jī)利用系數(shù)。

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

4 結(jié) 論

（1）由原礦塊力學(xué)性質(zhì)及球磨機(jī)給礦粒度組成的分析，計(jì)算出球磨機(jī)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(shí)驗(yàn)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(jī)利用系數(shù)三個(gè)指標(biāo)均較低，說(shuō)明以線(xiàn)接觸為主要施力方式的鋼段并不適用于粗磨階段。

（3）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)結(jié)果表明，推薦方案與現(xiàn)場(chǎng)方案相比，+0.15 mm 粗粒級(jí)產(chǎn)率低0.75 個(gè)百分點(diǎn)，-0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)率高6.74%，磨礦技術(shù)效率提高2.71%，磨機(jī)-0.074 mm 粒級(jí)和-0.15 mm 粒級(jí)利用系數(shù)分別提高10.19%和1.84%，綜合下來(lái)，采用Ф60:Ф40:Ф30:Ф25=25:15:25:35 配比。