磨礦介質(zhì)對磨礦細度的影響

劉鳳春，崔振坤，丁明星

(山東理工大學 資源與環(huán)境工程學院，山東 淄博 255049)

目前，影響磨礦細度的因素主要分為三類：一是入磨物料的性質(zhì)，包括入磨物料的力學性質(zhì)和粒度分布等；二是磨機的結(jié)構(gòu)和性能，包括磨機類型、襯板形狀、磨機轉(zhuǎn)速率等；三是磨礦過程中的操作因素，包括磨礦介質(zhì)形狀、介質(zhì)尺寸、介質(zhì)配比、磨礦時間、充填率、礦漿濃度等[1]。

磨礦介質(zhì)形狀對磨礦細度影響較大，國內(nèi)學者對磨礦介質(zhì)的形狀進行了大量的科學研究。短圓柱體、錐柱體、六棱柱體等形狀的磨礦介質(zhì)分別在石英、膠磷礦、錫石礦、黒鎢礦等礦石中得到應(yīng)用，對細顆粒有一定的保護作用，取得了比較滿意的效果[2-7]。國外學者也對磨礦介質(zhì)進行了長期大量的研究[8-13]，Doering國際公司研制的Cylpebs圓錐柱形介質(zhì)、Donhad 公司生產(chǎn)的Powerpebs長柱狀磨礦介質(zhì)、法國 Wheelabrator Allevard Enterprise 公司研制的Millpebs鋼砂拋丸磨礦介質(zhì)，都取得了很好的選擇性磨碎效果。馮克魯格爾等[13]使用一種帶有部分凹形球介質(zhì)，這種磨礦介質(zhì)與普通球相比，它的比表面積更大，因此磨礦效率也更高。

為系統(tǒng)研究磨礦介質(zhì)對磨礦細度的影響，論文以銅礦尾渣為研究對象，分別采用不同的磨礦介質(zhì)進行磨礦試驗,用三輥四筒棒磨機作為實驗設(shè)備，分別進行了磨礦時間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率與磨礦細度之間的影響實驗。

1 原料及實驗方法

1.1 實驗礦樣

采用的實驗對象為銅礦尾渣。銅礦尾渣是銅礦石經(jīng)過高溫熔融從中提煉出銅以及其他有用金屬后產(chǎn)生的尾渣，因經(jīng)水淬急冷后而形成的小粒狀不定性玻璃體渣子。銅礦尾渣中一般含鐵量都比較大，還有二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁等化學成分。

磨礦實驗之前，首先將礦樣進行篩分分析，確定物料的粒度組成，了解物料的粒度特性。粒度分析結(jié)果見表1。

表1 篩析結(jié)果表

通過表1可知，大于等于0.175 mm級別的產(chǎn)率為54.6%,礦樣粒度較粗。

1.2 實驗設(shè)備與磨礦介質(zhì)

實驗用三輥四筒棒磨機進行實驗，磨筒內(nèi)徑130 mm，高170 mm(總高200 mm)，磨筒的容積為2 255 305 mm3，磨機轉(zhuǎn)速為170 r/min，磨礦介質(zhì)為直徑15 mm，長度分別為15、20、25、30、140 mm的鋼棒，其中長度140 mm是棒磨機中鋼棒的尺寸，所對應(yīng)的表面積和體積見表2，其表面積和體積隨著尺寸的增大而增加。

1.3 試驗方法

實驗采用單一因素變量，分別改變磨礦時間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率，研究這些磨礦條件對磨礦細度的影響，磨礦完成后，將磨礦產(chǎn)品通過濕篩、過濾、烘干、稱量，得出不同的磨礦介質(zhì)在不同磨礦條件下對磨礦細度的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)對比，最終得出結(jié)論。

實驗所用礦樣為銅礦尾渣，在破碎之前，先將礦石用2 mm標準篩進行預(yù)先篩分，將篩上產(chǎn)物用顎式破碎機破碎，然后再用2 mm標準篩進行篩分，將合格粒級產(chǎn)品用移錐法混勻，最后縮分成的200 g/份試樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨礦時間的影響

為探究磨礦時間對磨礦細度的影響，選用10、20、30、40、50 min 5個磨礦時間，同時選用5種不同的鋼棒進行磨礦實驗，磨礦濃度為50%，介質(zhì)的充填率為19.74%(實驗用的棒磨機常用18根鋼棒，以此為標準確定棒磨機的充填率)。通過計算，不同鋼棒對應(yīng)的表面積和個數(shù)見表3。

不同鋼棒在不同磨礦時間下對應(yīng)的-200目和-325目的產(chǎn)率變化曲線如圖1和圖2所示。

圖1 鋼棒在不同磨礦時間下對應(yīng)的-200目產(chǎn)率

圖2 鋼棒在不同磨礦時間下對應(yīng)的-325目產(chǎn)率

由圖1和圖2可知，相同直徑長度不同的鋼棒在相同的磨礦時間下，磨礦細度不同。鋼棒越長，磨礦細度越粗，磨礦的效果沒有短棒的好。在充填率相同時，隨著介質(zhì)表面積的增加，磨礦細度越細，磨礦效果越好。同時還發(fā)現(xiàn)，相同直徑不同長度的鋼棒在磨礦時，隨磨礦時間的延長，磨礦產(chǎn)品中-200目產(chǎn)率和-325目產(chǎn)率都隨之增加，但增加幅度逐漸減小，且不同長度的鋼棒在相同的磨礦時間內(nèi)的增幅不同。15 mm×140 mm尺寸的鋼棒在磨礦10 min到30 min時間內(nèi)，磨礦細度-200目產(chǎn)率增加了19.50%，由74.75%增加至94.25%，而15 mm×15 mm的鋼棒在相同時間內(nèi)磨礦細度-200目產(chǎn)率僅增加了3.30%，由96.30%增加至99.60%。從圖中還看到，直徑相同的鋼棒長度越短，磨礦效率越高，達到相同的磨礦細度需要的時間越短。

由圖1還可以看到，當磨礦時間超過30 min后，磨礦產(chǎn)品中-200目均可達到94%以上，滿足浮選要求，因此后續(xù)實驗研究以30 min為最佳磨礦時間。

2.2 磨礦濃度的影響

磨礦濃度也是影響磨機效率的一個重要因素。磨礦濃度的大小影響礦漿的比重、礦粒在鋼球周圍的黏著程度和礦漿的流動性。磨礦濃度低，礦漿流動快，物料在鋼球周圍的黏著程度低，使鋼球?qū)ξ锪系臎_擊和研磨作用較差，排礦粒度不合格，磨礦效率得不到發(fā)揮。磨礦濃度高，物料在鋼球周圍的黏著程度好，鋼球?qū)ξ锪系臎_擊和研磨作用均較好；但礦漿流動慢，易造成物料過粉碎，更不利于提高磨機處理量[6]。

為探究磨礦濃度對磨礦細度的影響，選用50%、55%、60%、65%、70%磨礦濃度，磨礦時間定為30 min，充填率為19.74%，同時選用不同的鋼棒進行磨礦濃度實驗。不同鋼棒所對應(yīng)的-200目和-325目的產(chǎn)率變化曲線如圖3和圖4所示。

圖3 鋼棒在不同磨礦濃度下對應(yīng)的-200目產(chǎn)率

圖4 鋼棒在不同磨礦濃度下對應(yīng)的-325目產(chǎn)率

通過圖3和圖4可以看到，隨著磨礦濃度的增加，磨礦產(chǎn)品中-200目產(chǎn)率和-325目產(chǎn)率均都隨之增加。當磨礦濃度為60%時，磨礦細度最高；當磨礦濃度超過60%時，磨礦細度反而有所下降；同時，鋼棒越短，磨礦效果越好。可以看到：15 mm×15 mm細鋼棒磨礦濃度由60%增加到70%，-200目粒級的產(chǎn)率和-325目粒級的產(chǎn)率是增大的；15 mm×140 mm鋼棒磨礦濃度由50%增加到60%，-200目的產(chǎn)率增加的幅度較大，而-325目粒級的產(chǎn)率增加的幅度較緩慢。由此可知，當磨礦濃度為60%時，磨礦效果最好，60%為最佳磨礦濃度。

2.3 磨礦介質(zhì)充填率的影響

磨礦介質(zhì)的充填率是指介質(zhì)加入到磨機內(nèi)的體積與磨機內(nèi)倉容積之比。為探究充填率對磨礦細度的影響，根據(jù)前面的研究可知，15 mm×15 mm這個尺寸的鋼棒磨礦效率最高，因此后續(xù)研究以此尺寸為最佳尺寸進行實驗。選用15 mm×15 mm的鋼棒作為磨礦介質(zhì)，磨礦時間為30 min，磨礦濃度為60%。通過計算，得出3種不同個數(shù)的15 mm×15 mm的鋼棒對應(yīng)的充填率結(jié)果見表4。15 mm×15 mm鋼棒在不同的充填率對應(yīng)的-200目和-325目產(chǎn)率變化曲線如圖5所示。

表4 15×15鋼棒在不同充填率下對應(yīng)的鋼棒數(shù)

圖5 15×15的鋼棒在不同充填率下對應(yīng)的-200目和-325目的產(chǎn)率變化曲線

通過圖5可以看到，隨著15×15鋼棒的充填率的不斷增加，-200目產(chǎn)率和-325目產(chǎn)率都隨之增加，磨礦細度不斷增加；而-325目產(chǎn)率比-200目產(chǎn)率增加的幅度要大。可以看到在充填率為19.74%時，-200目粒級的產(chǎn)率達到了99.6%，已經(jīng)接近100%，-325目粒級的產(chǎn)率也達到了94.25%，從圖中還看到，充填率從11.98%到15.97%的時候，磨礦細度增加的幅度明顯小于15.97%到19.74%。隨著充填率的增加，磨礦細度增加的幅度也隨之增加。根據(jù)圖5曲線變化趨勢，可以得到當充填率為19.74%時，-200目產(chǎn)率接近100%，而-325目的產(chǎn)率也達到94.25%。綜合考慮，該實驗條件下，最佳磨礦介質(zhì)充填率為19.74%。

3 結(jié)論

論文以銅礦尾渣為研究對象，分別采用不同磨礦介質(zhì)進行磨礦實驗,考察了磨礦時間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率對磨礦細度的影響，得出以下結(jié)論:

1)磨礦時間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率都會對磨礦細度產(chǎn)生影響。

2)隨著磨礦時間的增加，磨礦細度會隨之變細，但增加幅度會逐漸減小；同時鋼棒越短，磨礦效果越好。磨礦時間增加到最佳磨礦時間后，即使繼續(xù)增加，磨礦細度基本沒有太大的變化。在該實驗條件下，磨礦時間30 min為最佳磨礦時間。

3)隨著磨礦濃度的增加，磨礦細度達到60%時，磨礦細度最佳，而隨著磨礦濃度增加則隨之下降。在該實驗條件下，最佳磨礦濃度為60%。

4)隨著磨礦介質(zhì)充填率的增加，磨礦細度會隨之變細。當鋼棒充填率接近20%時，-200目粒級的產(chǎn)率達到了99.82%，已經(jīng)接近100%，-325目粒級的產(chǎn)率也達到了94.25%，磨礦效果就已經(jīng)很好。根據(jù)產(chǎn)率曲線變化趨勢，綜合考慮，最佳磨礦介質(zhì)充填率為19.74%。