云南某铅锌矿二段磨矿参数优化对比试验研究_张志鹏.pdf

年第期有色金属（选矿部分）：收稿日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）；云南省地方高校（部分）联合专项项目（）；云南省教育厅基金项目（）作者简介：张志鹏（），男，山西忻州人，硕士研究生，主要从事碎磨理论与工艺研究。通信作者：肖庆飞（），男，云南昆明人，博士，教授，主要从事碎磨理论与工艺研究。云南某铅锌矿二段磨矿参数优化对比试验研究张志鹏，周强，肖庆飞，谢浩松，任英东（昆明理工大学 国土资源工程学院，昆明 ；矿冶过程自动控制技术国家（北京市）重点实验室，北京 ；省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，昆明 ）摘要：针对云南某铅锌矿二段球磨机磨矿产品粒度不均匀等问题，分别进行不同磨矿介质配比、充填率、磨矿浓度试验。通过测定矿石 力 学 性 质 和 二 段 球 磨 机 给 矿 粒 度 组 成，利 用 球 径 半 理 论 公 式 计 算 出 推 荐 钢 球 方 案（）:（）:（）:，按照质量相等原则，得到相应钢段（）配比（）:（）:（）:。对比试验结果表明，推荐钢段方案中间易选级别（）含量最高为 ，过粉碎（）含量最低为 ；充填率达到，与现场充填率对比，中间易选级别（）产率提高 个百分点，粗级别（）减少了 个百分点，过粉碎级别（）含量仅增加 个百分点；磨矿浓度 时，中间易选级别（）与过粉碎级别（）含量提高 与 个百分点，粗级别（）含量降低 个百分点。因此，推荐钢段（）方案（）:（）:（）:、充填率、磨矿浓度 可有效提高磨矿工艺指标。关键词：介质配比；钢段；充填率；磨矿浓度；指标优化中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（.，；.（），；.，）：，（）:（）:（）:，（）:（）:（）:（），（）有色金属（选矿部分）年第期 ，（），（），（），（）（），（），（）:（）:（）:，：；铅、锌被广泛应用于工农业等各个领域，是我国重要的战略资源。虽然我国铅锌矿产资源储量位于世界前列，但分布十分不集中，贫矿多，富矿少，使得勘探与开发难度较大。由于我国铅锌矿石矿物组成主要为复杂共生的多金属矿石，提高有用矿物与脉石矿物的单体解离度与综合利用，对充分利用铅锌金属具有重要意义。磨矿作为提高铅锌矿物单体解离度重要的一部分，且磨矿产品质量对选矿厂的生产指标具有重要影响。影响磨矿产品质量的因素主要有：磨机类型、磨矿介质（材料、尺寸、配比）、介质充填率、磨矿浓度等。磨矿浓度对磨机内介质、矿浆及衬板之间的相互作用具有重要的影响；介质充填率与磨机生产率和磨机功率的高低有直接联系，但是磨矿介质对磨机生产率也有一定的影响，且决定着有用功的转化效率。由于选矿前的磨矿均属于解离性磨矿，精确的介质尺寸会提高矿物之间选择性解离的概率 。因此，选择合适的磨矿介质配比、介质充填率、磨矿浓度为优化磨矿产品质量、提高磨矿效率提供有利条件。目前，选厂目前只向磨机内补加 一种规格的钢球，磨机充填率 以及磨矿浓度，上述因素是造成磨矿产品粒度组成不合理的主要因素。本文以铅锌矿现场补加介质方案、充填率、磨矿浓度为研究对象，通过进行相关磨矿对比试验，确定最佳介质配比、充填率以及磨矿浓度，为选矿厂提升磨矿工艺指标提供参考。试验矿样试验所用矿样取自云南某铅锌矿，在选厂各采矿区选取长宽高均为 左右的代表性矿石 块，见图，分别检测其力学性质，为试验方案提供相应参数。根据选厂磨矿工艺流程取样，分别为二段旋流器给矿、沉砂、溢流、球磨机排矿，并对所取试样进行筛分检测，得到矿样粒度分布。试验矿样为多金属硫化矿，其主要化学元素分析结果见表。矿石中主要铅锌矿物为方铅矿、硅锌矿、闪锌矿等，脉石矿物主要为白云石、方解石等，铅、锌主金属与其他矿物赋存种类多且比较分散，各种矿物之间共生结构复杂，导致各矿物之间可浮性差异很大，而且嵌布粒度偏细。图部分代表性矿样 表矿样主要化学元素分析结果 组分 其他含量 年第期张志鹏等：云南某铅锌矿二段磨矿参数优化对比试验研究 旋流器排矿、沉砂、溢流粒度特性及 、金属分布二段球磨机给矿由旋流器沉砂组成，旋流器溢流为浮选系统给矿，对所取样品测定粒度分布及溢流中、金属分布，并绘制粒度特性曲线，见图和图。图二段磨矿样品负累积粒度分析曲线 图旋流器溢流中、金属分布 根据图、可知，二段旋流器沉砂 过筛的最大粒度约 ，粗级别（）含量为 ，待磨粒级偏高；经一次性磨矿后新生成的 含 量 仅 为 个 百 分 点，溢 流 中 含量为 ，过粉碎级别占比较高；中间易选级别（）仅占 ，以 计算，分级量效率为 ，分级质效率为 ，均偏低。旋流器溢流中铅、锌金属主要粒级处于 范围，而待磨粒级 及过粉碎粒级 对浮选不利。磨矿产品特性差是磨机内球径、球比及介质形状不精确造成的，球径精确化是今后磨矿分级改进的方向。矿石力学性质测试分析对所选取的块具有代表性的矿石进行检测，分别测量每块矿石的容重、单轴抗压强度、弹性模量及泊松比，结果见图、。图标准试件容重及抗压强度 图标准试件弹性模量及泊松比 由图、可 知，矿 石 的 容 重 范 围 为 ，平均容重为 ，容重较大，属于典型的高密度矿石，易沉积在磨矿分级循环中，容易出现过粉碎现象。根据试件的单轴抗压强度可知其普氏硬度系数，其范围为 ，平均硬度为 ，软硬分布很不均匀，整体硬度偏高。矿石的弹性模量可衡量物料产生弹性变形的难易程度，最大为 ，最小为 ，平均 ，脆性高于石灰石，表明矿石较易发有色金属（选矿部分）年第期生变形。泊松比在磨矿中可反应矿物的难磨程度，泊松比最大值为 ，最小 ，平均为 ，总体表现为韧性较大，比较难磨。综合以上各因素，矿石的容重较大，整体硬度偏高且软硬分布不均，脆性较高，同时韧性较大。因此，制定精确的磨矿方案，既需保证足够的细度，又需减少过粉碎现象，以提高磨矿效率。试验方案 试验设备试验磨机选取 的实验室不连续小型球磨机、烘箱、标准筛、烧杯等，见图。图部分试验仪器设备 试验步骤分别对磨矿介质的配比、介质的类型、充填率、磨矿浓度进行试验。根据现场情况，保证实验室操作参数与现场基本一致，进行单因素试验操作，对试样样品分别进行取样、制样、筛析、水析，记录并分析各方案试验数据，从而确定最佳磨矿参数。介质配比试验在（）的实验室不连续小型球磨机中进行试验，磨矿试样取二段旋流器沉砂，每份试样，装球 ，磨矿时间为 ，磨机转速率，在上述相同的磨矿条件下，通过公式（）计算得到以下四组磨矿介质配比方案并进行试验，试验结果见图。图磨矿介质配比综合指标试验结果 为了验证充填率对磨矿效果的影响，在现场介质 充填率的基础上，依据推荐钢段方案（）:（）:（）:，分 别 做 了 充 填 率 为、的 四 组 试 验。试 验 在 的实验室不连续小型球磨机中，磨矿试样取二段旋流器沉砂，每份试样，磨矿浓度，每次磨矿时间为 ，试验结果见图。图不同充填率下磨矿综合指标试验结果 理论上二段磨矿现场 的磨矿浓度偏低。为了探索最佳磨矿浓度，试验在（）的实验室不连续小型球磨机中，磨矿试样取旋流器沉砂，每份试样，充填率，每次磨矿时间为 年第期张志鹏等：云南某铅锌矿二段磨矿参数优化对比试验研究 ，依据推荐钢段方案（）:（）:（）:，磨矿浓度分别取、进行试验，试验结果见图。图不同磨矿浓度综合指标试验结果 试验方案确定本研究基于段希祥教授提出的球径半理论公式，见式（），计算得到最佳磨矿介质的配比，并进行相关试验验证。压（）式中：特定磨矿条件下给矿粒度所需的精确球径，；综合经验修正系数；磨机转速率，；压岩矿单轴抗压强度，；钢球在矿浆中的有效密度，；磨内钢球“中间缩聚层”直径；磨机给矿 过筛粒度，。精确化配球需要依据被磨矿石的粒度组成特性及矿石性质来配球，从而得到推荐钢球方案，根据重量相等原则，推出推荐钢段方案，由于目前选厂只补加 钢球，为了进行充分的比较选择，拟定一个比现场方案偏小的补加 球的方案，见表、。表球磨机初装配比计算 级别给矿产率扣除 后待磨产率推荐球径推荐钢段推荐球比 合计 表磨矿介质配比方案 方案介质配比平均球径推荐钢球方案:推荐钢段方案（）:（）:（）:现场方案 偏小方案 试验结果与分析 介质配比对磨矿产品特性影响研究表明，细磨阶段应以研磨为主辅以轻微冲击，且磨矿介质形状应具有更大的表面积，以提供与矿石的最大接触机会，同时介质尺寸过大，在同等充填率下，钢球个数较少，磨矿介质的研磨面积较小，无法充分发挥研磨作用，且极易造成过粉碎；钢球尺寸过大，无法有效一次性破碎矿石，导致磨不细颗粒仍占比较大；球形介质在磨矿中呈随机破碎，易导致磨矿产品粒度不均匀。显然，细磨阶段的磨矿介质形状和尺寸均会影响细磨效果。根据图可知，现场方案钢球尺寸整体偏大，在相同充填率下钢球数量偏少，能有效磨碎粗颗粒的概率降低，粗级别（）较推荐方案偏高，且中间易选级别（）含量偏低；偏小方案钢球尺寸整体偏小，冲击力不足，在相同充填率下钢球的数量较多，研磨面积偏大，粗级别含量最大，过粉碎级别含量较大。所以，此两种方案应舍弃。推荐的钢球方案与现场方案相比，由于球形介质有强烈的冲击力，虽然能有效降低粗级别（）含量 个百分点，但过粉碎级别（）含量也偏高，中间易选级别（）提高 个百分点。推荐的钢段方案与其他方案相比，由于钢段拥有研磨面积大和选择性破碎的双重优点，破碎力精确，能显著降低过粉碎级别含量；中间有色金属（选矿部分）年第期易选级别（）含量最高为，过粉碎（）含量最低为 。综合种方 案 试验结 果对 比，推荐采用钢 段 配 比方 案（）:（）:（）:。介质充填率对磨矿产品特性影响在磨矿条件不变的情况下，当充填率较低时，磨矿介质与物料的作用次数相对较少，研磨面积小，对磨机的处理能力影响很大；随着充填率的增大，磨矿介质与物料的相互作用次数亦随之增加，介质、物料、衬板三者的挤压与研磨作用增强，且研磨面积也增加，在一定程度上提高磨机的处理能力；但介质充填率过高时，磨矿介质的运动状态可能从抛落态变为泻落态，减缓了介质抛落时的冲击作用，使处理粗颗粒能力降低，且内层介质数量较多，形成一种磨矿作用很弱的肾形区，减弱了介质与物料之间的研磨作用，降低了磨矿效率 。由表可知，随着充填率的不断增加，磨矿介质有效破碎粗颗粒的能力逐渐增强，所以粗级别（）逐渐减小，但过粉碎级别（）含量逐渐增大；充填率从 提升到 时，中间易选级别（）产率逐步增大，充填率在 时达到最大值，为 ，在 时反而下降；过细级别 产率亦逐步增大，表明充填率并不是越大越好；与现场充填率 对比，充填率 的中间易选级别（）产率提高 个百分点，粗级别 减少了 个百分点，过粉碎级别（）含量仅增加 个百分点。综上所述，适当提高现场充填率，可提高磨矿产品质量，综合确定最佳充填率。磨矿浓度对磨矿产品特性影响磨矿浓度对磨矿过程有着重要的影响，当浓度较低时，矿浆的黏性较低，矿浆与介质表面形成的罩盖层较薄，介质与介质、介质与衬板之间的物料被粉碎的概率减小，由于浓度较低，矿浆的流动性较强，物料通过磨机内部的时间减少，磨矿效率降低；随着磨矿浓度的增加，矿浆的黏性也随之增大，介质表面的罩盖层的厚度亦随之增加，介质与介质、介质与衬板相互作用时，罩盖层内的物料被粉碎的概率变大，矿浆的流动性相对减弱，物料通过磨机内的时间增加，磨矿效率随之提高；当浓度值超过某一临界值时，介质表面的罩盖层的厚度会快速增加，由于厚度较大对介质的冲击研磨作用起到了缓冲作用，矿浆的流动性变得更弱，物料通过磨机的时间会更长，磨矿效率也随之降低 。由图可知，当磨矿浓度为 与 时，虽然过粉碎现象较现场磨矿浓度 分别降低 与 个百分点，但粗级别（）含量偏高，且中间易选级别含量偏低，应舍弃。当磨矿浓度 与现场磨 矿 浓 度 相 比，中间 易选级别（）与过粉碎级别（）含量提高 与 个百分点，粗级别（）含量降低 个百分点。当磨矿浓度 与现场磨矿浓度 相比，中间易选级别（）与过粉碎级别（）含量提高 与 个百分点，粗级别（）含量反而增加 个百分点。综合各项指标，磨矿浓度为 效果最佳。结论）由样品试件力学性质结果表明，平均容重为 ，容 重 较 大；普 氏 硬 度 系 数，其 范 围 为 ，平均硬度为 ，软硬分布很不均匀，整体硬度偏高；泊松比平均为 ，总体表现为韧性较大，比较难磨。）推荐钢段方案（）:（）:（）:，与其他方案试验结果相比，中间易选级别（）含量最高为 ，过粉碎（）含量最低，为 。选用钢段作为磨矿介质，可有效提 高 中 间 易 选 级 别 含 量 及 降 低 过 粉 碎 级 别含量。）钢段的充填率试验结果表明，当充填率为 较现场充填率、中间易选级别（）产率提高 个百分点，粗级别（）减少了 个百分点，过粉碎级别（）含量仅增加 个百分点。）钢段的磨矿浓度试验结果表明，当磨矿浓度 与 现 场 磨 矿 浓 度 相 比，中 间 易 选 级 别（）与过粉碎级别（）含量提高 与 个百分点，粗级别（）含量降低 个百分点。参考文献刘晓，张宇，王楠，等 我国铅锌矿资源现状及其发展对策研究中国矿业，（增刊）：，（）：年第期张志鹏等：云南某铅锌矿二段磨矿参数优化对比试验研究袁建江新疆某复杂有用组分硫化铁铅锌矿可选性试验研究 有色金属（选矿部分），（）：（），（）：罗仙平，严群，聂光华 含铁闪锌矿的锌矿石选矿试验研究四川有色金属，（）：，（）：肖庆飞，王国强，杨芳，等提高球磨机粗磨效率的试验研究轻金属，（）：，（）：李若兰，庞建涛，王灿霞，等短圆柱型磨矿介质在胶磷矿磨 矿 工 艺 中 的 应 用 有 色 金 属（选 矿 部 分），（）：，（），（）：段希祥碎矿与磨矿北京：冶金工业出版社，：，：李若兰，郭永杰，金弢短圆柱型磨矿介质在胶磷矿磨矿工 艺 中 的 应 用 研 究 有 色 金 属（选 矿 部 分），（）：，（），（）：段希祥，曹亦俊球磨机介质工作理论与实践北京：冶金工业出版社，：，：，：王国强，肖庆飞，王肖江，等优化介质制度提高磨矿作业质量的试验研究 黄金，（）：，（）：郑竞，赵魏 国外某选厂球磨机磨矿介质优化实践矿山机械，（）：，（）：李同清，彭玉兴研磨介质形状对铁矿石磨矿动力学研究 有色金属（选矿部分），（）：，（），（）：，马帅，肖庆飞，张谦，等钢球配比及充填率的对比试验研究有色金属（选矿部分），（）：，（），（）：刘青，彭良振，王宝，等介质的尺寸和配比对球磨机磨矿粒度影响的研究有色金属（选矿部分），（）：，（），（）：张谦，肖庆飞，杨森，等喀拉通克铜镍矿球磨机磨矿作业质量 优 化 试 验 研 究 矿 产 综 合 利 用，（）：，（）：段希祥，肖庆飞碎矿与磨矿北京：冶金工业出版社，：，：，：敖顺福，王正奇，王存柱会泽铅锌矿伴生稀散金属锗的选矿富集行为分析 矿冶，（）：，（）：肖庆飞 两段磨矿精确化装补球方法的开发及应用研究昆明：昆明理工大学，：，（下转第 页）年第期徐建民：关于涡电流分选中涡电流力方向的问题使导体片向右运动的速度减小，也即导体片这时的速度应该比它原来的速度（也即输送带前进的速度）还要小，但现在的情况不是导体片速度减小而是导体片突然获得了一个较大的向右加速度（才能以比它原来快得多的速度向右飞去），这表明导体片受到了一个向右的力，这与涡电流力是排斥力的说法矛盾。而按照“涡电流力是在过导体片的圆周（圆心在磁辊轴心）的切向”的说法，在上述区域里（第二象限）导体片受的涡电流力有指向轴的正方向的分力，它能使导体片向右飞的速度增大。这与上述视频吻合。磁辊反转试验实际上，在“涡电流力的方向是在磁辊的半径方向并总是背向磁辊”的说法里含有涡电流力的方向与磁辊转向无关的意思，不然将无法说出磁辊反转时涡电流力的方向在哪里。由此可以推论，涡电流分选的效果应该与磁辊的转向无关（磁辊反转时因相对速度差大涡电流力还要大些因而有利于导电颗粒分出）。但是实际上当磁辊反转时没有分离出导电颗粒的作用，用“涡电流力是在磁辊的半径方向并总是背向磁辊”的说法不能解释这个现象。而用“涡电流力是在过导电颗粒的圆周（圆心在磁辊轴心）的切线方向”的说法可以解释这个现象。结论）根据楞次定律，导电颗粒所受的涡电流力的方向是在过导电颗粒的圆周（圆心在磁辊轴心）的切线方向，指向磁辊转动的前方。这与试验现象吻合。）“涡电流力是排斥力”的说法论据不够充分，并与一些试验现象相悖。参考文献赵凯华，陈熙谋 电磁学：下册 北京：人民教育出版社，：，：，：焦作市绿捷环保机械有限公司 ：，：赵凯华，陈熙谋 电磁学：上册 北京：人民教育出版社，：，：，：，徐建成，徐建民矿粒所受磁力计算公式的几个问题探讨有色金属，（）：，（）：数学手册 编写组数学手册北京：人民教育出版社，：，：，：，（本文编辑刘水红）（上接第 页）范超提高球磨机磨矿效率技术措施冶金管理，（）：，（）：常富强，段德华，宋奥 生产中提高球磨机磨矿效率的方法 现代矿业，（）：，（）：陈勇，宋永胜，温建康，等磨矿介质运动状态对锡石多金属硫化物选择性磨矿的影响中国矿业，（）：，（）：谢恒星湿式磨矿中钢球磨损机理与磨损规律数学模型的研究 长沙：中南大学，：，（本文编辑刘水红）