劉鳳春，崔振坤，丁明星

(山東理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，山東 淄博 255049)

目前，影響磨礦細(xì)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(xué)性質(zhì)和粒度分布等；二是磨機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能，包括磨機(jī)類型、襯板形狀、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率等；三是磨礦過(guò)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(shí)間、充填率、礦漿濃度等[1]。

磨礦介質(zhì)形狀對(duì)磨礦細(xì)度影響較大，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)磨礦介質(zhì)的形狀進(jìn)行了大量的科學(xué)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(duì)細(xì)顆粒有一定的保護(hù)作用，取得了比較滿意的效果[2-7]。國(guó)外學(xué)者也對(duì)磨礦介質(zhì)進(jìn)行了長(zhǎng)期大量的研究[8-13]，Doering國(guó)際公司研制的Cylpebs圓錐柱形介質(zhì)、Donhad 公司生產(chǎn)的Powerpebs長(zhǎng)柱狀磨礦介質(zhì)、法國(guó) 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(duì)磨礦細(xì)度的影響，論文以銅礦尾渣為研究對(duì)象，分別采用不同的磨礦介質(zhì)進(jìn)行磨礦試驗(yàn),用三輥四筒棒磨機(jī)作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，分別進(jìn)行了磨礦時(shí)間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率與磨礦細(xì)度之間的影響實(shí)驗(yàn)。

1 原料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)礦樣

采用的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為銅礦尾渣。銅礦尾渣是銅礦石經(jīng)過(guò)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(xué)成分。

磨礦實(shí)驗(yàn)之前，首先將礦樣進(jìn)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(jiàn)表1。

表1 篩析結(jié)果表

通過(guò)表1可知，大于等于0.175 mm級(jí)別的產(chǎn)率為54.6%,礦樣粒度較粗。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與磨礦介質(zhì)

實(shí)驗(yàn)用三輥四筒棒磨機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(jī)轉(zhuǎn)速為170 r/min，磨礦介質(zhì)為直徑15 mm，長(zhǎng)度分別為15、20、25、30、140 mm的鋼棒，其中長(zhǎng)度140 mm是棒磨機(jī)中鋼棒的尺寸，所對(duì)應(yīng)的表面積和體積見(jiàn)表2，其表面積和體積隨著尺寸的增大而增加。

1.3 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用單一因素變量，分別改變磨礦時(shí)間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率，研究這些磨礦條件對(duì)磨礦細(xì)度的影響，磨礦完成后，將磨礦產(chǎn)品通過(guò)濕篩、過(guò)濾、烘干、稱量，得出不同的磨礦介質(zhì)在不同磨礦條件下對(duì)磨礦細(xì)度的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比，最終得出結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)所用礦樣為銅礦尾渣，在破碎之前，先將礦石用2 mm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行預(yù)先篩分，將篩上產(chǎn)物用顎式破碎機(jī)破碎，然后再用2 mm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，將合格粒級(jí)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(shí)間的影響

為探究磨礦時(shí)間對(duì)磨礦細(xì)度的影響，選用10、20、30、40、50 min 5個(gè)磨礦時(shí)間，同時(shí)選用5種不同的鋼棒進(jìn)行磨礦實(shí)驗(yàn)，磨礦濃度為50%，介質(zhì)的充填率為19.74%(實(shí)驗(yàn)用的棒磨機(jī)常用18根鋼棒，以此為標(biāo)準(zhǔn)確定棒磨機(jī)的充填率)。通過(guò)計(jì)算，不同鋼棒對(duì)應(yīng)的表面積和個(gè)數(shù)見(jiàn)表3。

不同鋼棒在不同磨礦時(shí)間下對(duì)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(shí)間下對(duì)應(yīng)的-200目產(chǎn)率

圖2 鋼棒在不同磨礦時(shí)間下對(duì)應(yīng)的-325目產(chǎn)率

由圖1和圖2可知，相同直徑長(zhǎng)度不同的鋼棒在相同的磨礦時(shí)間下，磨礦細(xì)度不同。鋼棒越長(zhǎng)，磨礦細(xì)度越粗，磨礦的效果沒(méi)有短棒的好。在充填率相同時(shí)，隨著介質(zhì)表面積的增加，磨礦細(xì)度越細(xì)，磨礦效果越好。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，相同直徑不同長(zhǎng)度的鋼棒在磨礦時(shí)，隨磨礦時(shí)間的延長(zhǎng)，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(zhǎng)度的鋼棒在相同的磨礦時(shí)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(shí)間內(nèi)，磨礦細(xì)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(shí)間內(nèi)磨礦細(xì)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(zhǎng)度越短，磨礦效率越高，達(dá)到相同的磨礦細(xì)度需要的時(shí)間越短。

由圖1還可以看到，當(dāng)磨礦時(shí)間超過(guò)30 min后，磨礦產(chǎn)品中-200目均可達(dá)到94%以上，滿足浮選要求，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究以30 min為最佳磨礦時(shí)間。

2.2 磨礦濃度的影響

磨礦濃度也是影響磨機(jī)效率的一個(gè)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(dòng)性。磨礦濃度低，礦漿流動(dòng)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(dòng)慢，易造成物料過(guò)粉碎，更不利于提高磨機(jī)處理量[6]。

為探究磨礦濃度對(duì)磨礦細(xì)度的影響，選用50%、55%、60%、65%、70%磨礦濃度，磨礦時(shí)間定為30 min，充填率為19.74%，同時(shí)選用不同的鋼棒進(jìn)行磨礦濃度實(shí)驗(yàn)。不同鋼棒所對(duì)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(duì)應(yīng)的-200目產(chǎn)率

圖4 鋼棒在不同磨礦濃度下對(duì)應(yīng)的-325目產(chǎn)率

通過(guò)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(dāng)磨礦濃度為60%時(shí)，磨礦細(xì)度最高；當(dāng)磨礦濃度超過(guò)60%時(shí)，磨礦細(xì)度反而有所下降；同時(shí)，鋼棒越短，磨礦效果越好。可以看到：15 mm×15 mm細(xì)鋼棒磨礦濃度由60%增加到70%，-200目粒級(jí)的產(chǎn)率和-325目粒級(jí)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(jí)的產(chǎn)率增加的幅度較緩慢。由此可知，當(dāng)磨礦濃度為60%時(shí)，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(jī)內(nèi)的體積與磨機(jī)內(nèi)倉(cāng)容積之比。為探究充填率對(duì)磨礦細(xì)度的影響，根據(jù)前面的研究可知，15 mm×15 mm這個(gè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。選用15 mm×15 mm的鋼棒作為磨礦介質(zhì)，磨礦時(shí)間為30 min，磨礦濃度為60%。通過(guò)計(jì)算，得出3種不同個(gè)數(shù)的15 mm×15 mm的鋼棒對(duì)應(yīng)的充填率結(jié)果見(jiàn)表4。15 mm×15 mm鋼棒在不同的充填率對(duì)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(duì)應(yīng)的鋼棒數(shù)

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

通過(guò)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(xì)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(shí)，-200目粒級(jí)的產(chǎn)率達(dá)到了99.6%，已經(jīng)接近100%，-325目粒級(jí)的產(chǎn)率也達(dá)到了94.25%，從圖中還看到，充填率從11.98%到15.97%的時(shí)候，磨礦細(xì)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(xì)度增加的幅度也隨之增加。根據(jù)圖5曲線變化趨勢(shì)，可以得到當(dāng)充填率為19.74%時(shí)，-200目產(chǎn)率接近100%，而-325目的產(chǎn)率也達(dá)到94.25%。綜合考慮，該實(shí)驗(yàn)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(duì)象，分別采用不同磨礦介質(zhì)進(jìn)行磨礦實(shí)驗(yàn),考察了磨礦時(shí)間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率對(duì)磨礦細(xì)度的影響，得出以下結(jié)論:

1)磨礦時(shí)間、磨礦濃度、磨礦介質(zhì)充填率都會(huì)對(duì)磨礦細(xì)度產(chǎn)生影響。

2)隨著磨礦時(shí)間的增加，磨礦細(xì)度會(huì)隨之變細(xì)，但增加幅度會(huì)逐漸減小；同時(shí)鋼棒越短，磨礦效果越好。磨礦時(shí)間增加到最佳磨礦時(shí)間后，即使繼續(xù)增加，磨礦細(xì)度基本沒(méi)有太大的變化。在該實(shí)驗(yàn)條件下，磨礦時(shí)間30 min為最佳磨礦時(shí)間。

3)隨著磨礦濃度的增加，磨礦細(xì)度達(dá)到60%時(shí)，磨礦細(xì)度最佳，而隨著磨礦濃度增加則隨之下降。在該實(shí)驗(yàn)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(xì)度會(huì)隨之變細(xì)。當(dāng)鋼棒充填率接近20%時(shí)，-200目粒級(jí)的產(chǎn)率達(dá)到了99.82%，已經(jīng)接近100%，-325目粒級(jí)的產(chǎn)率也達(dá)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(shì)，綜合考慮，最佳磨礦介質(zhì)充填率為19.74%。