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