球磨-細(xì)篩回路循環(huán)負(fù)荷對(duì)某鎢礦石磨礦產(chǎn)品粒度分布的影響①

李瑞杰， 李茂林，3， 施 佳， 崔 瑞

（1.武漢科技大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430081； 2.冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430081； 3.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012）

鎢礦石性質(zhì)脆，容易過粉碎，同時(shí)選礦過程中－0.01 mm 粒級(jí)礦物的回收效果差［1］，因此為提高選礦指標(biāo)，應(yīng)盡量降低鎢礦石磨礦分級(jí)回路中－0.01 mm 粒級(jí)產(chǎn)品含量。

為減輕礦石過粉碎，學(xué)者們從磨礦分級(jí)裝備及過程參數(shù)兩個(gè)方面開展了大量研究工作。 利用細(xì)篩作為磨礦回路的分級(jí)設(shè)備可以降低有用礦物反富集，有助于減輕有用礦物的過粉碎，越來越多有色金屬選廠采用細(xì)篩來進(jìn)行精確分級(jí)［2－3］。 從礦石力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，通過優(yōu)化磨機(jī)充填率［4］、轉(zhuǎn)速率［5］以及磨礦介質(zhì)的形狀［6］、材質(zhì)［7］、球徑配比［8］來實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施力，能有效減輕過粉碎現(xiàn)象。

本文選用磨礦循環(huán)負(fù)荷這一影響因素，以鎢礦石為原料，在球磨機(jī)-細(xì)篩組成的閉路磨礦條件下，通過改變磨礦回路處理能力調(diào)整循環(huán)負(fù)荷，探討循環(huán)負(fù)荷變化對(duì)磨礦產(chǎn)品粒度分布的影響，以期為鎢礦石磨礦工藝優(yōu)化提供指導(dǎo)。

1 原料性質(zhì)、試驗(yàn)方法及設(shè)備

1.1 原料性質(zhì)

原料為江西某地鎢礦石。 該鎢礦石礦物組成結(jié)果如表1 所示，鎢礦物嵌布粒度見表2。 從嵌布粒度來看，要使該鎢礦達(dá)到95%的單體解離度，應(yīng)選擇－0.106 mm的磨礦細(xì)度。

表1 原礦礦物組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%

表2 鎢礦物嵌布粒度

原料經(jīng)對(duì)輥破碎機(jī)破碎后，篩分出－2.36＋0.106 mm粒級(jí)作為試驗(yàn)礦樣，其粒度分布情況見表3。

表3 試驗(yàn)礦樣粒度組成

1.2 試驗(yàn)方法及設(shè)備

試驗(yàn)包括開路和閉路磨礦，控制每次磨礦量500 g、磨礦濃度50%、介質(zhì)充填率40%。 所用磨礦設(shè)備為實(shí)驗(yàn)室Φ240 mm×90 mm 錐形球磨機(jī)，磨腔凈容積6.25 L。球磨機(jī)鋼球制度見表4。 使用0.106 mm 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)篩作為閉路磨礦用分級(jí)細(xì)篩。

表4 球磨機(jī)鋼球制度

開路磨礦循環(huán)負(fù)荷C＝0，對(duì)鎢礦石進(jìn)行不同時(shí)長的磨礦，當(dāng)－0.106 mm 粒級(jí)累計(jì)產(chǎn)率達(dá)到95%過篩粒度時(shí)，即為開路磨礦時(shí)間。

閉路磨礦循環(huán)負(fù)荷分別為100%、200%、300%、400%、500%。 每組循環(huán)負(fù)荷磨礦步驟如圖1 所示，各循環(huán)負(fù)荷下第1 次磨礦時(shí)間為3 min。 每次磨礦完畢后，立即對(duì)產(chǎn)物用孔徑0.106 mm 標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行濕式篩分，Ai、Fi分別為第i次磨礦產(chǎn)物中的篩下與篩上（返砂）部分。 Fi經(jīng)脫水烘干后與試驗(yàn)原礦混合至500 g返回磨機(jī)進(jìn)行下一次磨礦，下一次磨礦時(shí)間ti＋1由式（1）確定。

圖1 磨礦試驗(yàn)流程

式中m為該循環(huán)負(fù)荷下的理論返砂質(zhì)量，g；αi為第i次磨礦的返砂產(chǎn)率，%；ti為第i次磨礦時(shí)間，min。

按照計(jì)算時(shí)間進(jìn)行第i＋1 次磨礦，直至篩上部分（返砂）Fi質(zhì)量與理論質(zhì)量m誤差小于1%，此時(shí)循環(huán)負(fù)荷即為所設(shè)循環(huán)負(fù)荷，磨礦平衡。 平衡條件下的Fi樣品使用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)套篩進(jìn)行粒度分布測(cè)定，Ai樣品使用孔徑分別為0.074 mm、0.053 mm、0.038 mm、0.025 mm和0.01 mm 標(biāo)準(zhǔn)套篩濕篩得到粒度分布情況。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

磨礦產(chǎn)品的平均粒度D計(jì)算公式為：

式中γi為各粒級(jí)產(chǎn)率；xi為各粒級(jí)平均粒度，取粒度區(qū)間上下限的幾何平均值。

粒度分布偏差系數(shù)K偏計(jì)算公式［9］為：

式中σ為粒度分布標(biāo)準(zhǔn)差。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 開路磨礦試驗(yàn)結(jié)果

開路磨礦產(chǎn)品累計(jì)產(chǎn)率如表5 所示。可知磨礦時(shí)間18 min 時(shí)，－0.106 mm 粒級(jí)產(chǎn)率超過95%，達(dá)到磨礦終點(diǎn)。

2.2 閉路磨礦球磨機(jī)生產(chǎn)能力及處理時(shí)間

圖2 給出了不同循環(huán)負(fù)荷下球磨機(jī)的處理能力與磨礦時(shí)間。 由圖2可知，隨著閉路磨礦循環(huán)負(fù)荷增加，磨機(jī)生產(chǎn)能力增加，磨礦時(shí)間則逐步減少。 且在循環(huán)負(fù)荷由100%增至200%時(shí)，生產(chǎn)能力增幅最大，磨礦時(shí)間降幅最大，之后二者均趨于平緩。 該試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)［9］研究成果一致。

圖2 不同循環(huán)負(fù)荷下球磨機(jī)的處理能力與磨礦時(shí)間

2.3 閉路磨礦分級(jí)產(chǎn)品粒度特性

2.3.1 磨機(jī)總給礦及分級(jí)返砂粒度分析

不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)分級(jí)返砂粒度分布和磨機(jī)總給礦正累計(jì)粒度分布如表6 所示，磨機(jī)總給礦平均粒度及粒度分布偏差系數(shù)隨循環(huán)負(fù)荷的變化情況如圖3所示。

圖3 不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)總給礦平均粒度及粒度分布偏差系數(shù)變化

表6 不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)分級(jí)返砂及磨機(jī)總給礦粒度分布

由表6可知，分級(jí)返砂中50%以上物料集中在－0.15＋0.106 mm 粒級(jí)。 隨著球磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷提高，－0.15＋0.106 mm 粒級(jí)含量逐漸下降，其余粒級(jí)含量呈增加趨勢(shì)，表明返砂粒度在逐漸變粗。 結(jié)合圖2，磨礦時(shí)間減少，分級(jí)機(jī)返砂變得更粗，但因循環(huán)負(fù)荷量增加，磨機(jī)混合給礦變細(xì)。 且磨機(jī)總給礦正累計(jì)產(chǎn)率差距逐漸減小，表明通過提高循環(huán)負(fù)荷降低磨機(jī)給礦粒度作用有限。

由圖3可以看出，隨著循環(huán)負(fù)荷提高，磨機(jī)總給礦平均粒度由粗變細(xì)，粒度分布偏差系數(shù)逐漸增大，粒度分布不均勻程度增加。

2.3.2 磨機(jī)排礦粒度分析

不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)排礦負(fù)累計(jì)粒度分布如圖4所示，圖5 為磨機(jī)排礦平均粒度及粒度分布偏差系數(shù)隨循環(huán)負(fù)荷的變化。

圖4 不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)排礦粒度分布

圖5 不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)排礦平均粒度及粒度分布偏差系數(shù)變化

由圖4可知，球磨機(jī)排礦中40%以上物料集中在－0.15＋0.106 mm 粒級(jí)，提高循環(huán)負(fù)荷后磨機(jī)排礦粒級(jí)分布偏粗，且曲線之間差距逐漸減小，表明提高循環(huán)負(fù)荷放粗磨機(jī)排礦作用有限。 綜合磨機(jī)總給礦粒度變細(xì)和磨機(jī)停留時(shí)間減少可知，磨機(jī)停留時(shí)間減少占主導(dǎo)作用，因此磨機(jī)排礦粒度變粗。

由圖5可以看出，隨著球磨機(jī)循環(huán)負(fù)荷增加，磨機(jī)排礦平均粒度由細(xì)變粗，粒度分布偏差系數(shù)逐漸減小，粒度分布不均勻程度減小。 結(jié)合圖2可知，這是由于循環(huán)負(fù)荷增加，礦石在磨機(jī)內(nèi)停留時(shí)間變短，合格粒級(jí)及時(shí)排出磨機(jī)，避免了合格粒級(jí)過磨，磨機(jī)排礦相應(yīng)變粗。

2.3.3 磨機(jī)篩下產(chǎn)品粒度分析

圖6 給出了不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)篩下產(chǎn)品負(fù)累計(jì)粒度分布，圖7 為不同循環(huán)負(fù)荷下磨礦產(chǎn)品平均粒度及粒度分布偏差系數(shù)。

圖6 不同循環(huán)負(fù)荷磨機(jī)篩下產(chǎn)品負(fù)累計(jì)粒度分布

圖7 不同循環(huán)負(fù)荷下磨礦產(chǎn)品平均粒度及粒度分布偏差系數(shù)變化

由圖6可知，與開路磨礦相比，閉路磨礦使得篩下產(chǎn)品粒級(jí)變粗，尤其是－0.01 mm 粒級(jí)含量差異顯著。且隨著循環(huán)負(fù)荷由100%提高至500%，其粒度逐漸偏粗。

由圖7可以看出，循環(huán)負(fù)荷增加使得磨礦產(chǎn)品平均粒度由細(xì)變粗，粒度不均勻程度減小。 這是由于循環(huán)負(fù)荷增加，磨礦時(shí)間減少，合格的磨礦產(chǎn)品被及時(shí)排出，大大減少了物料在磨機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間。

為了評(píng)價(jià)該鎢礦石在不同循環(huán)負(fù)荷下的磨礦效果，選取3個(gè)指標(biāo)作為判據(jù)［10］：－0.106＋0.01 mm 粒級(jí)為可選級(jí)別，－0.074＋0.038 mm 粒級(jí)為中間易選級(jí)別，－0.01 mm 粒級(jí)為過粉碎級(jí)別。 表7 為不同循環(huán)負(fù)荷下磨機(jī)分級(jí)篩下產(chǎn)品的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表7 不同循環(huán)負(fù)荷下鎢礦石磨礦產(chǎn)品評(píng)價(jià)指標(biāo)

由表7可知，開路磨礦產(chǎn)品過粉碎粒級(jí)產(chǎn)率達(dá)到了39.57%，閉路磨礦產(chǎn)品中過粉碎粒級(jí)產(chǎn)率則控制在10%～20%，且隨著循環(huán)負(fù)荷從100%提高至500%，過粉碎粒級(jí)產(chǎn)率由18.62%下降至14.24%；開路磨礦產(chǎn)品可選級(jí)別產(chǎn)率只有54.92%，閉路磨礦增加了約30個(gè)百分點(diǎn)，且隨著循環(huán)負(fù)荷提高，可選級(jí)別產(chǎn)率呈上升趨勢(shì)；開路磨礦產(chǎn)品中間易選級(jí)別產(chǎn)率僅為12.46%，閉路磨礦可提高20個(gè)百分點(diǎn)以上，且隨著循環(huán)負(fù)荷提高，易選級(jí)別產(chǎn)率表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)。可見提高循環(huán)負(fù)荷對(duì)分級(jí)篩下產(chǎn)品粒度分布改善明顯，能提高可選級(jí)別粒級(jí)含量且降低過粉碎級(jí)別粒級(jí)含量。

3 結(jié) 論

1） 隨著循環(huán)負(fù)荷由100%提高至500%，磨礦時(shí)間由5.12 min 減少至1.57min，磨機(jī)生產(chǎn)能力由49.21 g/min提高至53.06 g/min；磨礦回路總給礦平均粒度由粗變細(xì)，粒度分布偏差系數(shù)增大，給礦不均勻性增加；磨機(jī)排礦和篩下產(chǎn)品平均粒度均由細(xì)變粗，粒度分布偏差系數(shù)減小，粒度分布更均勻。 以上變化幅度在循環(huán)負(fù)荷由100%提高至200%時(shí)達(dá)到最大，之后趨于平緩。提高循環(huán)負(fù)荷降低了磨礦回路總給礦平均粒度并減少了磨礦時(shí)間，且后者占主導(dǎo)作用，導(dǎo)致磨機(jī)排礦變粗。2） 磨礦篩下產(chǎn)品粒度分析結(jié)果表明，－0.01 mm過粉碎粒級(jí)含量由18.62%降至14.24%，－0.106＋0.01 mm可選粒級(jí)產(chǎn)率提高，－0.074＋0.038 mm 中間易選粒級(jí)產(chǎn)率差別不大。 提高循環(huán)負(fù)荷減少了礦石在磨機(jī)內(nèi)的停留時(shí)間，使合格粒級(jí)能夠及時(shí)排出避免過磨，有利于提高磨礦回路的處理能力并減輕過粉碎。