磁鐵石英巖落錘沖擊破碎效果與能量關系

高 鋒，甘德清 ，張靜輝，閆佳釗

(1.華北理工大學 礦業工程學院，河北 唐山 063210； 2.河北省礦業開發與安全技術重點實驗室(華北理工大學)，河北 唐山 063210)

近年來中國鐵礦石年產量約為12億噸，給鋼鐵行業的發展提供有力支撐，但國產礦石以貧礦為主，破碎加工消耗能量巨大，給環境和企業效益造成很大的壓力.礦石破碎的目的在于減小礦石粒度，實現有用礦物與脈石礦物的分離[1].條帶狀磁鐵石英巖是中國重要的鐵礦資源，是鐵礦企業重點開采加工對象.因此，研究磁鐵石英巖破碎特征，掌握破碎過程中礦物顆粒的分離特征，了解破碎效果與能量之間的理論關系，可為鐵礦山破碎工藝的改進提供理論依據.

礦石機械破碎作用包括壓縮、剪切、磨削、沖擊等，其中沖擊破碎具有破碎比大、效率高的優勢[2-3].國內外部分學者研究了礦石或巖石機械沖擊破碎效果與能量特征.胡振中等[4-5]對淮北煙煤和淮北無煙煤進行了落錘沖擊破碎實驗，得出比沖擊能耗隨t10增大的變化規律，認為沖擊功增大時，煙煤破碎產物的細顆粒含量增加速度大于無煙煤，使用錘式破碎機對淮北無煙煤進行沖擊破碎時，發現入破粒度小于臨界粒度時破碎能耗隨入破粒度的增大而減小.Wu等[6]使用石膏球進行沖擊速度為1～9 m/s的重復打擊破碎實驗，結果發現破碎產品粒度與入破粒度正相關，小顆粒碎屑數量與沖擊能成正比.Bual等[7-8]通過彈射撞擊破碎機對破碎的顆粒粒度、表面能和彈射能量進行分析，得到沖擊能、沖擊速度與分形維數的相關關系，并給出了彈射球沖擊破碎能量的作用機制. Xu[9]通過研究礦物材料落錘沖擊破碎的分形特征和能量特征，得到能量與分形維數的一次線性關系.朱曉亮[10]對不規則鈣質砂進行了落錘沖擊破碎實驗，分析了相同能量下沖擊次數和能量對破碎效果的影響關系，樣品的破碎效果隨沖擊次數和沖擊能量的增大顯著增強.牛雷雷等[11]研制了適合中應變率沖擊加載的擺錘SHPB實驗裝置，測試了砂巖破碎的吸收能，得到破碎能量與破碎結果的理論關系.蔡改貧等[12-13]進行了雙擺錘沖擊破碎實驗，建立了沖擊破碎能和破碎效果之間的函數關系；用Webull模型描述石灰石單顆粒沖擊破碎的粒度分布特征，建立了細顆粒含量增加幅度等指標與沖擊能和給礦粒度的之間的關系.劉瑜等[14]開展了煤塊拋射沖擊破碎實驗，提出了沖擊速度與煤塊沖擊破碎概率的關系曲線. Whittes等[15]采用數值模擬與落錘沖擊實驗相結合的方法研究了巖石沖擊破碎機理，重點分析應變率、沖擊能、破碎程度和能量效率之間的關系，發現破碎能量和破碎程度隨著應變率的的增大而增大，沖擊能均與破碎程度正相關.Sinnott 等[16]使用破碎模型和離散元方法進行了錘式破碎機和反擊式破碎機中礦石連續破碎能量特征的數值模擬研究，討論了離散元數值模擬中礦物連續沖擊破碎效果和能量特征的關系.

上述研究在給出了部分巖石與礦石沖擊破碎效果與能量特征，但沒有涉及條帶狀磁鐵石英巖沖擊破碎作用下的破碎效果與能量關系.落錘沖擊破碎屬于中低應變率下的破碎方式，接近機械打擊破碎的實際情況[17-18].因此，采用落錘沖擊破碎實驗的方法，分析不同能量沖擊作用下磁鐵石英巖的破碎特征和礦物顆粒分離特征，得到礦石碎塊尺寸分維數、平均粒度和礦物顆粒分離效率與能量密度的關系，為提高礦石破碎加工效率、降低碎磨單位能耗提供理論支撐.

1 落錘沖擊破碎試驗

1.1 材料

采集首鋼礦業公司水廠鐵礦條帶狀磁鐵石英巖樣品，樣品屬于沉積變質型磁鐵礦，磁鐵礦條帶寬度大于3 mm，平均品位為33%，主要脈石礦物為石英，質量分數約為57%，其余礦物質量分數約為10%.通過偏光顯微鏡觀察得到磁鐵礦顆粒顏色為黑色，具有半金屬光澤，嵌布粒度為0.01～5.00 mm，主要粒度范圍為0.04～0.32 mm，呈粒狀形態，單晶多呈八面體形狀；石英顆粒無色透明，嵌布粒度為0.1～0.7 mm，生長發育程度好，以石英集合體形式賦存，為六棱柱和棱面體形態[19].將樣品加工成圓柱形試件，直徑為50 mm，厚度為25 mm，兩端用磨石機和拋光機精細打磨，使平行度和粗糙度滿足巖石力學實驗標準.為統一條帶方向與沖擊方向的幾何關系，避免沖擊方向與條帶方向夾角對破碎效果和礦物分離效率的影響，試件加工時底面平行磁鐵礦條帶，從而使條帶方向與沖擊方向保持垂直.

1.2 裝置與原理

采用圖1所示的導軌式落錘沖擊破碎實驗機進行沖擊破碎實驗，錘體質量50 kg，配重10 kg，最大沖擊高度為1.5 m. 實驗時，在控制系統中輸入沖擊高度和錘體質量，沖擊高度以試件上表面高程為起點，放置試件后錘頭重置于試件之上后進行測試，步近電機根據控制系統傳輸的電流脈沖計算上升至指定高度時絲杠需要轉動的圈數，舉升裝置在絲杠螺旋正轉作用下上升并帶動錘體至沖擊高度，舉升裝置收回伸縮桿，落錘沿豎直導軌近似自由落體運動，沖擊磁鐵礦石.沖擊前用清潔劑擦拭潤滑導桿，減小導桿阻力對沖擊速度的影響，實驗時根據下式計算落錘沖擊試件前的速度，并計算沖擊能量為:

式中：v為落錘沖擊速度，m/s；g為重力加速度，m/s2；h為落錘沖擊高度，m；m為錘體總質量，kg.

圖1 落錘沖擊破碎實驗機

1.3 過程

首先用球形錘頭對試件進行沖擊加載預實驗，錘體質量為60 kg，確定能實現一次沖擊有效破碎的高度為0.1 m.選擇實驗沖擊高度為0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6 m，記錄錘體的沖擊能，對試件的破碎結果拍照，如圖2所示，垂體質量相同時，隨著沖擊高度的增大，試件的破碎程度逐漸增大，大塊的數量和尺寸逐漸減小，小塊和粉礦逐漸增多. 振動篩分碎塊，分析碎塊粒度分布特征，計算粒度分布參數和平均粒度，建立破碎程度與能量的理論關系.觀察不同粒度碎塊上礦物顆粒的形態和空間關系，分析沖擊作用下礦物顆粒的分離特征，以產生礦物分離的碎屑在破碎產物中的質量分數為指標，建立礦物顆粒分離效率與沖擊破碎能量的關系.

圖2 不同高度下落錘沖擊破碎狀態

2 破碎程度與能量關系的分析

2.1 礦石破碎分形特征

2.1.1 粒度分布理論

巖石的破碎具有分形特征，根據破碎分形的基本定義，破碎顆粒粒徑和顆粒數量之間的分形關系為[20-21]

N(R>r)∝r-Ds.

式中：r為破碎產品的粒徑；N(R>r)為粒徑大于r的顆粒數量；Ds為顆粒數量—粒度分布的分形維數.

物料破碎時產生的碎塊數量較多，每種粒度下的顆粒數量一般很難準確統計，應用顆粒數量—粒徑分布數據很不方便，不考慮顆粒形狀和密度時計算結果誤差較大，Zhang等[22]建議采用累積質量分布的方法計算物料破碎粒度分形維數，使用顆粒數量、顆粒體積密度公式積分推導可建立累積質量—粒度分布方程如下:

(1)

式中：M(r

對式(1)進行對數變換得到包含Ds的碎塊質量累積概率分布函數為

(2)

由式(2)可知，根據碎塊累積質量—粒度分布的雙對數曲線斜率n=3-Ds，即可求得分形維數Ds.

2.1.2 粒度分布曲線

使用振動篩分儀篩分沖擊破碎后的磁鐵礦碎塊，選擇的標準篩篩孔直徑為0.5、1.0、2.0、5.0、16.0、25.0 mm，采用高精度電子秤稱量各網目篩上碎塊質量和0.5 mm篩下碎塊質量，得到每種篩孔直徑下的碎塊累積質量百分數，繪制不同沖擊高度下粒度概率分布曲線，如圖3所示.由圖3可知，隨著沖擊高度的增大，磁鐵礦的粒級分布逐漸趨于均勻化.

圖3 不同沖擊高度下碎塊累積質量分布曲線

Fig.3 Cumulative mass distribution curves of fragments at different impact heights

2.1.3 分形維數的計算

以篩網網孔尺寸為特征粒度，以最大碎塊通過的網孔尺寸31.5 mm為最大粒度，二者比值的對數為橫坐標，以各篩網篩下礦石累計質量百分數的對數為縱坐標，根據式(2)對二者進行線性擬合，得到碎塊累積質量概率分布斜率n，通過Ds=3-n計算得到分形維數.不同高度沖擊破碎的碎塊累積質量概率分布的雙對數線性擬合情況如圖4所示，分形維數計算的結果見表1.由表1可知，磁鐵礦石碎塊累計質量分數與粒度有良好的函數相關性，反映碎塊粒度分布具有自相似性，服從分形分布，可以用分形維數表征磁鐵礦石落錘沖擊的破碎程度，實驗中磁鐵石英巖產生的碎塊粒度分形維數為2.19～2.41.

圖4 質量與粒度的雙對數關系

表1 分形維數計算結果

2.2 分形維數與能量密度的關系分析

將錘頭沖擊磁鐵礦試件的沖擊能除以試件的體積和質量，分別得到體積能量密度和質量能量密度，建立分形維數與體積能量密度、質量能量密度的關系，如圖5所示. 由圖5可知，分形維數與能量密度呈負指數函數關系，相關度高，隨著能量密度的增大，分形維數逐漸增大，說明碎塊粒度的均勻程度增大，但增大的幅度逐漸減小，這與Brown[23]通過擺錘沖擊破碎巖石的實驗得出的分形維數與能量關系一致.本次實驗使用球形錘頭沖擊破碎磁鐵礦試件，錘頭與磁鐵礦石試件的接觸形式從點接觸過渡到球面接觸，在能量驅動下裂隙從試件中心徑向擴展.沖擊能量增大時，試件中心凹陷越深，壓碎區范圍增大，裂隙擴展速度越大，形成的裂隙數量越多，碎塊粒度分形維數增長較快；沖擊能量增大到一定程度時，試件中心完全被壓碎，受邊界影響應力波徑向傳播強度增幅不大，裂隙徑向擴展程度趨于穩定，導致碎塊粒度分形維數增長較慢.

圖5 分形維數與能量密度的關系

2.3 平均粒度與能量密度的關系分析

為分析磁鐵礦碎塊粒度與能量密度的關系，按加權平均的方法計算磁鐵礦試件沖擊破碎后的平均粒度dp，計算方法如下:

式中：dp為磁鐵礦碎塊的平均粒度，mm；di為連續兩個篩孔尺寸的平均值，mm；mi為振動篩分后第i個篩子中滯留的碎塊質量，當i=1時為最小網孔篩子篩下碎塊質量，g；mT為所有碎塊總質量，g.

根據計算結果建立平均粒度與體積能量密度、質量能量密度的關系，如圖6所示.由圖6可知，平均粒度與能量密度呈三次多項式函數關系，隨著能量密度的增大，碎塊平均粒度減小，曲線擬合的相關度較高.高強度沖擊作用使試件中心產生動態壓縮破碎，沖擊能量越大，壓縮區范圍越大，試件產生的碎塊越多.試件內部單元尺度越小，該單元表面能越高，增大沖擊能量密度可以達到更小尺度單元的表面能，從而分割出更小粒度的碎塊，降低碎塊平均粒度.

圖6 平均粒度與能量密度的關系

分形維數、平均粒度與能量密度的關系分析表明，分形維數和平均粒度從不同的角度反應了磁鐵石英巖落錘沖擊破碎程度，但包含的信息與意義不同，分形維數反映了碎塊粒度分布的均勻程度或自相似程度，平均粒度直觀表達了碎塊粒度大小，二者結合使用可以較全面地描述破碎程度隨能量密度的變化特征.

3 礦物顆粒分離與能量關系的分析

3.1 磁鐵礦顆粒分離機理

磁鐵石英巖的有用礦物為磁鐵礦，為探究落錘沖擊產生的裂隙對磁鐵礦顆粒的切割分離作用，將沖擊后產生的碎塊加工成薄片，在偏光顯微鏡下觀察分析裂隙擴展使磁鐵礦顆粒分離的現象，如圖7所示.磁鐵石英巖中的磁鐵礦顆粒主要為粒狀變晶結構，在薄片中主要表現出半自形、它形晶體形態，與其他礦物嵌布時多出現棱角接觸.落錘沖擊磁鐵礦石試件產生半正弦應力波，應力波傳遞至棱角位置出現了應力集中，產生了一定的損傷或萌生裂紋，如圖7(a)所示.應力波傳遞到試件與底板交界處時發生反射，反射應力波再次激發裂紋的擴展，由于磁鐵礦顆粒與石英等脈石顆粒的接觸面強度較弱，被激發的裂紋除縱向擴展外也會沿著礦物顆粒接觸邊界擴展，甚至貫穿磁鐵礦顆粒，如圖7(b)、(c)所示；沖擊能量增加，應力波強度增大到一定程度時，裂紋擴展貫通，切割礦石形成碎塊，部分磁鐵礦顆粒分離，如圖7(d)所示.

圖7 裂隙擴展切割磁鐵礦顆粒

3.2 礦物顆粒分離特征

根據實驗樣品的礦物成分及比例，主要分析沖擊破碎作用下磁鐵礦與石英的分離特征，借助德國進口的Dino電子數碼顯微鏡觀察碎塊中磁鐵礦顆粒與石英顆粒的連接與分離關系，如圖8所示.粒度大于16.0 mm的碎塊中，磁鐵礦顆粒與石英連接緊密，在沖擊應力波作用下磁鐵礦集合體與石英集合體之間有宏觀裂隙.

圖8 不同粒度碎塊中礦物分離狀態

粒度為5.0～16.0 mm的碎塊中，磁鐵礦與石英邊界清晰，部分碎塊上磁鐵礦與石英連接位置有斷口，說明磁鐵礦石斷裂時有裂隙沿著礦物顆粒接觸面延伸.

碎塊粒度為2.0～5.0 mm時，石英與磁鐵礦相對集中，存在接近全黑色或全透明的碎塊，這是由于條帶狀磁鐵礦中磁鐵礦粒度最大可達5.0 mm，石英晶體生長發育完全，粒徑較大的磁鐵礦顆粒或石英顆粒被裂隙切割分離出來，分離的磁鐵礦顆粒形狀主要為錐形，石英顆粒主要為不規則柱狀；多數顆粒磁鐵礦與石英條帶鑲嵌接觸面分明，顆粒表面形態以凸起為主，局部光滑，呈現完整的磁鐵礦或石英晶面，這是由于試件內部沿晶斷裂的同時也存在數量較少的穿晶斷裂.

碎塊粒度為1.0～2.0 mm時，磁鐵礦顆粒與石英顆粒分離較明顯，顯微鏡放大倍數為22.8倍時以磁鐵礦為主的連生體呈片狀或針狀，以石英為主的連生體主要呈片狀或長柱狀；少數顆粒為徹底分離的磁鐵礦或石英顆粒，說明試件內部2.0 mm的尺度單元同時存在沿晶斷裂和穿晶斷裂，礦物顆粒分離情況在2.0 mm時發生轉變.

在粒度為0.5～1.0 mm的碎屑中，磁鐵礦顆粒與石英顆粒顯著分離，顯微鏡下放大39.9倍時部分顆粒完全為黑色或透明色，存在少量的磁鐵礦石英連生體，磁鐵礦顆粒主要為多面體形態，石英顆粒主要為片狀或長柱狀.

將<0.5 mm的碎屑繼續篩分成0.3～0.5 mm和-0.3 mm兩部分，在粒度為0.3～0.5 mm的碎屑中，磁鐵礦顆粒與石英顆粒有效分離，在放大51.3倍時觀察大多數顆粒完全為黑色或透明色，存在極少數的磁鐵礦石英連生體，磁鐵礦顆粒為多面體形態，石英顆粒為片狀或柱狀.

碎屑粒度<0.3 mm時，顯微鏡下放大53.5倍的條件下磁鐵礦顆粒與石英顆粒充分分離，幾乎沒有磁鐵礦石英連生體，磁鐵礦顆粒為多面體粒狀，石英顆粒主要為柱狀，少量石英顆粒為片狀.

3.3 礦物顆粒分離模型

根據沖擊破碎條件下磁鐵石英巖礦物顆粒的分離特征，礦石破碎至5.0 mm時磁鐵礦與石英顆粒開始出現分離現象，破碎至2.0 mm時分離程度增大；破碎至1.0 mm時礦物顆粒分離顯著，顆粒形態接近礦物學特征；破碎至0.5 mm時磁鐵礦顆粒與石英顆粒有效分離，碎屑顆粒符合礦物學特征；破碎至0.3 mm時充分分離，碎屑顆粒形態與礦物學特征一致.因此，界定落錘沖擊條件下條帶狀磁鐵石英巖礦物起始分離的粒度為5.0 mm，過渡分離的粒度為2.0 mm，明顯分離的粒度為1.0 mm，有效分離的粒度為0.5 mm，充分分離粒度為0.3 mm.落錘沖擊條件下，發生礦物顆粒分離的碎塊粒度與嵌布粒度一致，說明磁鐵礦石英巖破碎至嵌布粒度時磁鐵礦顆粒與脈石礦物顆粒發生有效分離，隨著碎塊粒度的減小，礦物顆粒的分離程度逐漸增大，由此建立條帶狀磁鐵礦落錘沖擊破碎礦物分離模型，如圖9所示.

圖9 落錘沖擊破碎礦物分離模型

3.4 沖擊作用下礦物顆粒有效分離的驗證與分析

從水廠鐵礦選廠采集二段球磨后的粉礦樣品，風干后篩分，發現二段磨礦產物中0～2.0 mm顆粒占總樣品的質量分數為99.14%，小于1.0 mm顆粒的質量分數為97.60%，小于0.5 mm顆粒的質量分數為88.70%.因此，對沖擊破碎和二段磨礦的0.3～0.5、0.5～1.0、1.0～2.0 mm的粉礦進行磁選，進行礦物顆粒品位、形態和光學性質的對比分析，驗證沖擊條件下礦物顆粒有效分離作用.

3.4.1 礦物顆粒的品位分析

對磁選后以磁鐵礦為主的連生體顆粒和磁鐵礦顆粒(為便于分析描述，統稱為磁鐵礦顆粒)采用四分法取樣，使用GGX-900原子吸收光譜儀檢測3種粒度磁鐵礦顆粒的TFe品位，見表2. 由表2可知，沖擊破碎產出的磁鐵礦顆粒的品位高出二段磨礦產出的磁鐵礦顆粒品位3.0%～8.3%，可見由沖擊破碎產出的0～2.0 mm磁鐵礦顆粒的純度高于二段磨礦產出的磁鐵礦顆粒，能夠達到選礦的品位要求.沖擊作用下磁鐵石英巖主要發生張拉剪切破壞，裂隙優先沿礦物顆粒邊界擴展，穿晶裂隙相對較少，產生的礦物連生體顆粒比例相對較小，因此磁鐵礦顆粒的品位相對較高；磨礦過程中礦石受多次沖擊，沖擊角度多變，主要發生側向剪切破壞，發生穿晶斷裂的概率相對較大，產生的礦物連生體顆粒比例相對較大，磁鐵礦顆粒品位較低.

表2 沖擊破碎與二段磨礦后不同粒級磁鐵礦顆粒品位

Tab.2 The grade of magnetite particles with different grain sizes after impact crushing and second stage grinding

粒度/mmTFe質量分數/%品位差/%沖擊破碎二段磨礦1.0～2.037.3228.99+8.330.5～1.048.6345.62+3.010.3～0.561.7457.68+4.06

3.4.2 礦物顆粒的形態與光學性質分析

在光學顯微鏡下對比分析沖擊破碎和二段磨礦產出的磁鐵礦石英連生體、磁鐵礦和石英顆粒的形態與光學性質.限于篇幅，給出0.5～1.0 mm磁選后的顆粒圖片，如圖10所示.

由圖10可知，礦石沖擊破碎后，以磁鐵礦為主的連生體顆粒和磁鐵礦顆粒具有顯著的金屬光澤，形態主要為多面體粒狀；以石英為主的連生體顆粒和石英顆粒局部有少量深色不透明礦物，顆粒主體透明無色，形態主要為柱狀，接近石英的礦物學特征；少數顆粒形態為針狀或片狀.二段磨礦后的磁鐵礦顆粒金屬光澤度不強，顆粒形態為扁多面體，棱角較少；以石英為主的顆粒透明性較弱，呈短柱狀或小片狀.產生這種區別的原因為：沖擊作用下多數礦物顆粒僅由裂隙切割分離，礦物顆粒分離后不產生二次斷裂，礦物顆粒較好地保留了原來的形態，且不受污染，保留原始顏色和光澤；磨礦過程中穿晶斷裂概率相對較大，礦物顆粒分離后還會受到破碎介質的沖擊作用，礦物顆粒與破碎介質反復接觸而被“磨圓”，礦物顆粒與水中分散系礦物長時間接觸，表面被染色或發生一定的化學反應，使礦物顆粒表面顏色或光澤度發生改變.因此，與二段磨礦產生的礦物顆粒相比，沖擊破碎產生的磁鐵礦與石英顆粒形態與光學性質更接近原礦顆粒的礦物學特征.由于晶粒強度大于接觸面強度，磨礦過程中產生晶體斷裂時耗能較大，礦物顆粒再次磨削產生更多能量的浪費，由此推斷沖擊破碎使礦物分離的能量效率高于磨礦.

圖10 沖擊破碎與二段磨礦后0.5～1.0 mm磁鐵礦與石英顆粒

Fig.10 Magnetite and quartz particles with 0.5～1.0 mm granularity after impact crushing and second stage grinding

3.5 礦物顆粒分離效率與能量關系

以粒度為0～2.0、0～1.0、0～0.5 mm的礦物顆粒在破碎產物中的質量分數作為落錘沖擊破碎條件下礦物顆粒分離效率，建立礦物分離效率與體積能量密度、質量能量密度的關系，如圖11所示.由圖11可知，礦物顆粒的分離效率隨能量密度的增大呈三次多項式函數增長的變化特征.在沖擊能量增大時，試件動態壓縮區的范圍增大，壓縮破碎產生的粉礦增多.晶粒間的黏結或接觸強度比晶粒強度低，在應力波作用下試件內部產生較多的沿晶裂紋，使得礦物顆粒彼此分離；由于磁鐵石英巖礦物脆性較大，試件內部應力集中部位會產生穿晶斷裂參與礦物顆粒的分割[21].沖擊能量增大，應力波作用增強，促進裂隙的萌生和擴展，導致更多的礦物顆粒分離，同時應力波傳遞至試件底面的反射強度也增大，產生二次應力作用，提高了裂隙對礦物顆粒的切割分離效果，增大了碎塊中礦物顆粒的含量.

圖11 礦物分離效率與能量密度的關系

4 討 論

生產實踐表明，與磨礦相比，礦石機械破碎的單位能耗較低、能量利用效率較高[24].沖擊破碎是礦山重要的破碎方式之一，隨著礦山耐磨損材料和各種新型沖擊破碎機的研發，沖擊破碎方式在礦山的應用比例逐漸提高[3,25].根據上述研究，沖擊破碎條件下磁鐵石英巖的破碎程度隨能量密度的增大而增大，磁鐵石英巖破碎至嵌布粒度時，磁鐵礦顆粒與脈石顆粒可發生有效分離，分離后的磁鐵礦顆粒的品位滿足選礦要求，且分離效率隨破碎能量密度的增大而增大.因此，在磁鐵石英巖沖擊破碎作業中，增大破碎能量密度，降低碎塊粒度，提高嵌布粒度以下的礦物顆粒質量分數，磨礦前篩分破碎產生的礦物顆粒，直接進入磁選，以降低磨礦負荷和單位礦石碎磨總能耗，提高礦山生產效益.

除沖擊破碎外，礦山主要的破碎方式還包括擠壓破碎和磨削破碎，這兩種破碎方式常在同一破碎工藝中體現，如復擺顎式破碎機破碎、圓錐破碎機破碎、對輥破碎機破碎等.能量是驅動物質破碎的根本原因[26]，礦石的結構、礦物組成、物理性質等對礦物顆粒分離效果起決定性影響作用[1]，破碎方式只是決定破碎過程中的力學機制[3].因此，在擠壓、磨削等其他破碎方式下，礦石破碎程度隨破碎能量的增大而增大[27]，磁鐵石英巖破碎至嵌布粒度時同樣可以發生礦物顆粒的分離，但分離效率隨能量的變化規律有待于進一步研究分析.以上研究是對礦石破碎與礦物顆粒分離特征的初步探索，為提高磁鐵石英巖破碎程度和礦物顆粒分離效率、降低碎磨能耗提供新的方法和理論依據.

5 結 論

1)采用落錘試驗機沖擊破碎條帶狀磁鐵石英巖，碎塊粒度具有分形特征，隨著體積能量密度和質量能量密度的增大，分形維數呈負指數增長的變化特征，平均粒度呈三次多項式降低的變化特征，增加沖擊能量密度可提高礦石破碎程度.

2)沖擊破碎條件下發生礦物顆粒分離的碎塊粒度與礦物嵌布粒度一致，碎塊粒度越小，分離程度越高，根據實驗結果建立了礦物顆粒分離模型.與二段磨礦產物相比，沖擊破碎產生的小于2.0 mm磁鐵礦顆粒的品位更高，礦物顆粒形態和光學性質更接近原礦礦物顆粒的礦物學特征.

3)隨著能量密度的增大，礦物顆粒的分離效率逐漸增大，增大沖擊能量密度可以提高礦物分離效率.研究結果為鐵礦山提高磁鐵石英巖破碎效率、降低單位礦石加工能耗提供了新方法和理論依據.