白云鄂博磁铁矿细磨磨矿介质选型试验研究_邓中诚.pdf

Series No.560February 2023 金 属 矿 山METAL MINE 总 第560 期2023 年第 2 期收稿日期 2022-08-28基金项目 国家重点研发计划项目(编号:2022YFC2905302,2021YFC2901000);国家自然科学基金(编号:51764045);内蒙古科技计划项目(编号:KJJH-201901);包头稀土高新区科技局“科技创新服务载体项目”(编号:20191213)。作者简介 邓中诚(1996),男,硕士。通信作者 曹 钊(1985),男,教授,博士,博士研究生导师。白云鄂博磁铁矿细磨磨矿介质选型试验研究邓中诚1,2,3 李 沛1,2,3 池慧强1 赵善忠1 曹 钊1,2,3(1.内蒙古科技大学矿业与煤炭学院,内蒙古 包头 014010;2.内蒙古自治区矿业工程重点实验室,内蒙古 包头 014010;3.白云鄂博共伴生矿资源高效综合利用省部共建协同创新中心,内蒙古 包头 014010)摘 要 球磨中颗粒受磨矿介质高频次冲击-研磨而粉碎,合理选择介质类型能有效提升作业效率并改善磨矿产品指标。针对白云鄂博西矿选铁第三段磨矿作业能耗高、粒度偏粗的问题,系统研究了陶瓷球为磨矿介质细磨磁铁矿的效能,并与钢球及钢段做对比。首先以试验确定了介质尺寸、填充率及矿浆浓度等作业条件,之后以等介质量、等矿量磨矿试验对比研究 3 种介质磨矿的各项指标。结果表明:陶瓷球磨矿速度最快、能量利用效率最高,钢球次之,钢段最低,与介质数量正相关,可能由碰撞频次差异所致。在试验范围内,陶瓷球磨矿产品的细度最高、解离度最高,虽然产品中-19 m 粒级含量较高,但磁选时选别效率仍然最高;钢段能有效改善过磨现象,同等细度下解离度最高,产品有较好的可选性,可能源自短棒形介质的线接触作用。仅从磨矿的技术指标考察,细磨磁铁矿时应优先考虑用陶瓷球;若只能选钢介质,则追求产率时应选用钢球,而为改善产品可选性时可选用钢段。关键词 磨矿介质 陶瓷球 钢段 钢球 中图分类号TD921+.4 文献标志码A 文章编号1001-1250(2023)-02-114-07DOI 10.19614/ki.jsks.202302016Experimental Study on Medium Selection for Fine Grinding on the Magnetite ore in Bayan Obo Mining DistrictDENG Zhongcheng1,2,3 LI Pei1,2,3 CHI Huiqiang1 ZHAO Shanzhong1 CAO Zhao1,2,3(1.School of Mining and Coal,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China;2.Key Laboratory of Mining Engineering of Inner Mongolia,Baotou 014010,China;3.Collaborative Innovation Center of Integrated Exploitation of Bayan Obo Multi-Metal Resources,Baotou 014010,China)Abstract Since the performance of a concentrator is affected by its fine grinding efficiency,an optimized grinding medi-um selection is important.To improve the efficiency of the third grinding operation in the Bayan Obo mine,grinding medium se-lection was comprehensively studied,including ceramic ball,steel ball and steel cylpeb.After the operation conditions were op-timized,grinding tests with identified ore mass and media mass were conducted,indicating that grinding with ceramic balls presents a higher comminution rate and energy efficiency,followed by steel balls and then steel cylpebs,which is positively with the media number.In the experimental range,grinding with ceramic balls provides a product with the a higher fineness,magne-tite liberation and separation efficiency.Meanwhile,grinding with cylpebs alleviates over-grinding and presents a good libera-tion,facilitating the separation.Over all,ceramic balls are superior in iron ore fine grinding.Besides this,steel ball can increase grinding efficiency and steel cylpebs can improve the product with the selectability of beneficiation.Keywords grinding media,ceramic ball,steel cylpeb,steel ball 目前,金属矿细磨仍以球磨为主1,矿石在磨机中受介质群高频次、随机的冲击-研磨作用而内部裂隙发育直至最终粉碎,因而介质类型(形状与密度)对磨矿效果有直接影响2。其选型原则是在介质碰撞能与矿石断裂能相匹配的前提下尽可能提高碰撞频次3-5。从脆性断裂力学的角度看单位质量矿石的断裂能随细度增加而增加,如高纯石英矿在 11.18 mm时中位比断裂能约 300 J/kg,而磨细至 0.25 0.35 mm 时,由于裂隙丰富程度大幅度降低,其中位比断411裂能就激增至 2 500 J/kg 左右,宏观上表现为“越细越难磨”6。然而,细粒矿石的断裂能绝对值很低,如 0.250.30 mm 单个石英颗粒的中位断裂能约为95 mJ,即用质量为 100 g 的小球从 10 cm 处落下就有50%的概率将其砸碎。可以看出,在矿石细磨中,介质并不需要太高的碰撞能量。应考虑用轻型介质代替常规的铁基介质(钢球或钢段)7-9,如此便可在同样装载量下有更多的介质进而提高碰撞频次,实现节能、降耗、提效的目的。此外,从粉碎产品粒度分布来看,采用密度较低的介质以减少高能冲击,会有效减轻过粉碎现象10。陶瓷密度约 3.8 g/cm3,约为钢铁密度的一半,且表面硬度大、耐磨性极佳,随着技术进步,陶瓷的抗冲击能力不断提高,可以考虑将陶瓷球作为金属矿细磨介质11-12。白云鄂博某铁矿选厂(以下简称“选厂”)采用三阶段磨矿磁选工艺。第三段细磨以钢段为介质,最大尺寸 30 mm40 mm、介质填充率 22%、总填充率30%、矿浆浓度 65%、磨机转速率 74%。目前存在产能低、能耗高、产品粒度粗的问题。对此,展开细磨介质选型优化研究,以磨矿速率、能量利用率、产品粒度分布特征、解离度和可选性为指标,对比研究钢段、钢球和陶瓷球对该铁矿细磨作业的适用性。1 试验原料及试验设备1.1 试样性质试验矿样选取白云鄂博某铁矿选厂第三段细磨给矿,经滴定法测定全铁含量为 57.55%,经密度瓶法测定其真密度为 4.55 g/cm3。给矿粒度分布见图1,负累计到 80%对应粒度为 72 m,-75 m 粒级含量为 83.8%。图 1 给矿粒度分布Fig.1 The size distribution of the feed 经 BPMA 工艺矿物学分析,给矿主要铁矿物为磁铁矿,脉石矿物主要为白云石、云母、方解石等,详见表 1,矿物嵌布状态见图 2。矿石中 91.1%磁铁矿单体解离,8.1%与白云石连生,其余与霓石等脉石矿物连生。表 1 给矿矿物组成Table 1 Mineral composition of the feed%矿物铁矿物 白云石 霓石萤石闪石 磷灰石 云母其他含量78.813.02.20.90.83.10.90.3图 2 给矿 BPMA 矿物嵌布特性分析Fig.2 The minerals texture of the feed analyzed by BPMA1.2 试验设备与试验方法采用小型批次磨矿试验,主要设备及其作用见表2,磨矿平台见图 3。需要特别指出的是考察钢段时不应使用小尺寸锥形筒体,因其严重限制了介质群运动,如使用 25 mm35 mm 钢段在实验室 XQM24090 锥形球磨机中运行,在一定条件下,介质间相互作用会导致介质群“卡停”而磨机空转现象。表 2 试验设备及其作用Table 2 Experimental equipments and their functions序号试验设备作用使用方法136 cm30 cm球磨试验平台批次磨矿;可调节转速;测定扭矩、转速和机械功率光衬,转速 74%级配为平衡级配2Mastersizer 3000E激光粒度仪测定矿浆样的粒度分布多次缩分至 10 g左右矿粉分析320 cm 湿式高频筛泰勒筛制复核矿浆样的粒度分布结果缩分 120 g 左右矿浆手筛4XCGS-50 mm磁选管磁选试验磁场强度160 kA/m5BPMA 工艺矿物学分析系统分析磨矿产品解离度全颗粒扫描模式13图 3 磨矿试验平台Fig.3 Grinding experiment platform511 邓中诚等:白云鄂博磁铁矿细磨磨矿介质选型试验研究 2023 年第 2 期在生产中若只补加最大球,在长时间运行后介质级配会趋于稳定,此时为平衡级配,与初装球级配关系不大。本文不将级配作为研究对象,所有试验均采用平衡级配。湿磨中钢球的磨损规律为等距磨损(e-qual film wear),即不论大小,在相同时间磨损后在各方向上减少相同的尺寸,由此推导出平衡级配中介质尺寸的累计分布:PB=100 BBmax()m,(1)式中,B 为介质尺寸,Bmax为最大介质尺寸,mm;PB是介质在尺寸 B 时的累计质量分数,%;m 为分布模数,介质为钢球时,值为 3.84,推断陶瓷球和小尺寸钢段的分布模数也接近该值。依据式(1)可计算陶瓷球与钢球的平衡级配,若介质为钢段,则以圆柱的直径为依据计算,也可用体积等效直径。陶瓷球、钢球、钢段的尺寸平衡级配计算结果见表 3。表 3 平衡级配表Table 3 Equilibrium balance for grinding media磨矿介质介质尺寸/mm质量分数/%负累计/%陶瓷球、钢球30.029.5100.025.038.149.720.020.221.115.012.17.0钢段304029.5100.0253538.170.5203020.232.4152512.112.11.3 磨矿效果评价指标评价磨矿效果的主要指标如下:(1)磨矿细度。以磨矿产品中-75 m 含量表征,单位%;(2)磨矿速率(产率)。以新增-75 m 粒级质量Q75表示,单位 g/min;当给矿质量相同时,也可用新增-75 m 粒级含量 q75表征,单位%/min;(3)能量利用效率。对单位质量给矿输入一定能量后产