CN104607301A - 一种确定矿石最佳入磨粒度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，属于选矿中的磨矿领域。本发明首先测定细碎机给矿粒度及粗磨机排矿粒度；接着将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式，计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度。本发明产品粒度可以实现1～4mm，使碎磨能耗大幅度降低，进一步论证了本发明碎矿与磨矿的总能耗最低的理论；克服了经验公式计算入磨粒度的缺陷；通过本方法计算得出的最佳矿石入磨粒度，应用在不同矿种及不同规模的矿山上具有普适性，为碎矿与磨矿的节能提供了理论依据，为选矿厂选用设备指明了方向。

Description

一种确定矿石最佳入磨粒度的方法

技术领域

本发明涉及一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，属于选矿中的磨矿领域。

背景技术

全国冶金系统每年约有3～4亿吨矿石需要进行破碎，而矿石的破碎是能耗消耗的过程，碎磨的能耗约占全球发电量的5％。如何在提高破碎能力的前提下尽可能的降低能耗就成了众多研究者的课题。多碎少磨或以碎代磨是现代碎磨领域推出的最佳技术方案，在国内外选矿厂受到了普遍重视及应用。

为了实现多碎少磨及以碎代磨的最佳技术方案，粉碎工作者们进一步研究了碎矿粒度降低至多粗后交给磨矿最为合适的问题。各人研究的出发点不同，研究的方法也不相同，得出的结论也有差异。

诺尔斯及法栾特从碎矿和磨矿能耗最低的角度出发，用邦德公式的计算结果作图，得出碎至12.7mm(1/2英寸)交给磨矿时碎磨能耗之和最低，这种结果对于不同矿种不同规模大小的选厂来说，采用同样的入磨粒度与实际效果偏差太大。

原苏联研究者则从碎磨成本最低的角度出发测算出大型选厂碎矿最终粒度4～8mm最好，小型选厂的碎矿最终10～15mm，这种结果也只是一个大致的范围。

CN 102706784B，2013.04.03，介绍了一种基于矿石性质确定矿石入磨粒度的方法，通过测定矿石的极限应力、弹性模数、比表面能来计算入磨粒度。CN 102716796B，2013.04.03，介绍了一种基于碎磨设备性能确定选矿厂矿石入磨粒度的方法，通过改变细碎机排矿口宽度和球磨机给矿量，确定碎矿及磨矿能耗系数，从而获得合适的入磨粒度。这两个专利的申请人为同一人，但两种方法在同一个选厂计算出来的结果却相差较大，因此，按不同方法推导出来的计算公式在同一选厂同种条件的数据也不可靠。而且数据计算结果显示入磨粒度在8～13mm范围，目前许多厂矿采用高效圆锥破碎机将入磨粒度降至8mm以下，碎矿加上磨矿的总能耗仍然在继续下降，不能因为目前碎矿设备的性能限制就认为目前的入磨粒度就合理，因此，该两个专利计算结果也不准确。

马正先“缩小入磨粒度以提高粉磨效率降低粉碎系统能耗”，李文“计算合理入磨粒度不宜直接使用简单的榜德公式”，Magdalinovic,N.M“磨矿过程中球磨机所需功耗计算”，这些文章中提到的公式在上面两个专利中都说明了其缺陷，公式均属于经验性的，没有普适性。

孙文锦在“铁矿石在粉碎能耗合理分布模型的研究”中，按照系统能耗最低原则，研究了冀东鞍山式磁铁矿石粉碎过程包括爆破、破碎、磨矿作业作为一条作业线，构建了矿石粉碎过程各工艺环节能耗合理分布模型。该成果通过采取适当提高能量利用率较高的爆破、破碎作业的能耗，减少能量利用率较低的磨矿作业的能耗，实现了各粉碎环节合理能耗的量化分配，使系统总能耗最小。该模型对特定的铁矿石及选厂规模有一定的指导意义，但对其它不同矿种不同规模矿山没有普遍适应性。

姚宇新在“矿岩粉碎能耗规律的分析”中，采用矿岩粉碎颗粒分布符合G—S分布的现象，修正利用自相似原理推导出的与粉碎颗粒表面分维数相关的单位能耗公式。并用花岗岩、大理岩、石灰岩、铁矿石验证了公式的准确性，但没有说明该粒度对碎矿与磨矿作业整体的能耗有无实用性。

国内矿山均根据实际生产经验确定矿石入磨粒度。J.C.Farrant认为：当破碎的粒度为9～12mm时，破碎的总能耗最低。而国内公认的经验粒度范围为l0～15mm。目前还没有一个真正从理论上推导出来的碎矿与磨矿整体能耗最低的最佳入磨粒度公式。

发明内容

本发明的目的是针对选矿厂碎矿与磨矿作业能耗巨大的问题，提供一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，通过测定细碎机的给矿粒度及球磨机的排矿粒度，为矿石最佳入磨粒度的确定提供一种可行的方法。

本发明的技术方案是：一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样m吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1；

Step2、粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样n千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2；

Step3、最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式，计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2.$

所述在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样的具体重量由细碎给矿的最大粒度决定，给矿粒度为细碎机皮带上代表性矿样的80％过筛粒度。

所述在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样的具体重量由粗磨排矿的最大粒度决定。

所述F_k1为细碎机皮带上代表性矿样的80％过筛粒度。

所述P_k2为粗磨机排矿横流截取代表性矿样的80％过筛粒度。

本发明的工作原理是：

有关粉碎功耗有三种学说：1867年雷廷格尔(P.R.Rittinger)提出面积学说，也称第一理论，认为破碎或磨矿所需的功与产生的新表面积成正比。1874年吉尔皮切夫及1885年基克(Kick)提出体积学说，也称第二理论，认为破碎或磨矿所需的功与破碎颗粒的体积成正比。1952年邦德(F.C.Bond)提出裂缝学说，也称第三理论，认为破碎矿石时，外力作用的功首先使物体发生变形，当局部变形超过临界点后即生成裂缝，裂缝形成之后，储在物体内的变形能即使裂缝扩展并生成断面。因此，粉碎物料所需要的功，应该考虑变形能和表面能两部分，前者与体积成正比，后者与表面积成正比。三个功耗学说分别描述了不同破碎阶段的耗功规律，它们都有片面性，但互不矛盾，却互相补充。

邦德裂缝学说的数学表达式(亦称为邦德公式)为：

$W=W_i(\frac{10}{\sqrt{P}}-\frac{10}{\sqrt{F}})$

式中：W—将一短吨(907.18kg)给矿粒度为F的矿石破碎到产品粒度为P所耗的功，kW·h/st；W_i—邦德功指数，即将“理论上无限大的粒度”破碎到80％通过100μm筛孔宽的粒度时所需的功，kW·h/st；F—给矿粒度(以80％通过方筛孔的孔宽表示)，μm；P—产品粒度(以80％通过方筛孔的孔宽表示)，μm。

邦德公式的主要用途是计算磨矿功耗及选择磨矿设备。邦德理论既然适用于细碎及粗磨阶段，而且该理论的基本公式可用于工程计算，那么就可以定量地算出破碎交给磨矿的能耗最低的粒度值，即最佳入磨粒度时碎矿与磨矿的总能耗最低。

细碎及粗磨作业示意图见图1，假设中碎产品粒度不变，即F_k1是定值，磨矿产品粒度P_k2也由磨矿工艺决定，也是个定值。细碎产品P_k1就是粗磨的给矿F_k2，即P_k1＝F_k2，它们是变数，令d＝P_k1＝F_k2。将邦德原式：改写为：其实质不变。

细碎作业消耗的功

粗磨作业消耗的功

则细碎作业及粗磨作业的总能耗为：

欲使W_总最低，用求极小值的办法，令W_总的导数为零，则得到对应的粒度d_k为：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2$

即在d_k粒度下，碎矿与磨矿的总能耗最低。

本发明的有益效果是：

1、如果细碎给矿F_k1为40～100mm，粗磨产品粒度P_k2为0.5mm，可求出d_k＝1～4mm。这个粒度虽然普通细碎机远远达不到，但不能因为目前的常规破碎机性能限制就认为本发明最佳的入磨粒度计算不对。如果把细碎机改为棒磨机，50～75mm给矿对棒磨机可以承受，而且1～4mm刚好是棒磨机的产品粒度范围，这就是“破碎+棒磨+球磨”流程具有最低能耗的理论依据。欧美国家及地区不少选矿厂广泛采用“棒磨+球磨”流程，统计的结果，其能耗比“破碎+球磨”流程的低，这可能是“破碎+棒磨+球磨”流程在欧美国家及地区得到广泛应用的原因。

2、近年来，高压辊磨破碎设备的应用，产品粒度可以实现1～4mm，使碎磨能耗大幅度降低，进一步论证了本发明碎矿与磨矿的总能耗最低的理论。

3、本发明的一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，克服了经验公式计算入磨粒度的缺陷。通过本方法计算得出的最佳矿石入磨粒度，应用在不同矿种及不同规模的矿山上具有普适性，为碎矿与磨矿的节能提供了理论依据，为选矿厂选用设备指明了方向。

附图说明

图1是本发明的细碎及粗磨作业示意图；

图2是本发明的确定矿石最佳入磨粒度方法的流程图。

具体实施方式

实施例1：如图1-2所示，一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样m吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1；

Step2、粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样n千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2；

Step3、最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式，计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2.$

所述在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样的具体重量由细碎给矿的最大粒度决定，给矿粒度为细碎机皮带上代表性矿样的80％过筛粒度。

所述在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样的具体重量由粗磨排矿的最大粒度决定。

所述F_k1为细碎机皮带上代表性矿样的80％过筛粒度。

所述P_k2为粗磨机排矿横流截取代表性矿样的80％过筛粒度。

实施例2：如图1-2所示，一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

Step1、细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样m吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1；

Step2、粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样n千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2；

Step3、最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式，计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2.$

实施例3：如图1-2所示，一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

处理的矿石为云南迪庆羊拉铜矿，细碎给矿粒度最大为95mm，粗磨排矿粒度最大为6mm。

(1)细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样2吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1，数值为67.3mm。

(2)粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样15千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2，数值为1.12mm。

(3)最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2$

计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k为3.51mm。

实施例4：如图1-2所示，一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

处理的矿石为甘肃金川公司镍铜矿，细碎给矿粒度最大为65mm，粗磨排矿粒度最大为3mm。

(1)细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样1.5吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1，数值为48.2mm。

(2)粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样10千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2，数值为0.43mm。

(3)最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2$

计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k为1.44mm。

实施例5：如图1-2所示，一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

处理的矿石为江西德兴铜矿大山选矿厂，细碎给矿粒度最大为80mm，粗磨排矿粒度最大为3mm。

(1)细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样1.5吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1，数值为61.8mm。

(2)粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样10千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2，数值为0.48mm。

(3)最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2$

计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k为1.62mm。

实施例6：如图1-2所示，一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，所述方法的具体步骤如下：

处理的矿石为山东招金大尹格庄金矿，细碎给矿粒度最大为70mm，粗磨排矿粒度最大为8mm。

(1)细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样2吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1，数值为50.6mm。

(2)粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样15千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2，数值为0.94mm。

(3)最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2$

计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k为2.91mm。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种确定矿石最佳入磨粒度的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

Step1、细碎机给矿粒度的测定

在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样m吨，在实验室进行缩分筛析，获得负累积产率为80％时对应的粒度F_k1；

Step2、粗磨机排矿粒度的测定

在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样n千克，在实验室进行干湿联合筛分，获得负累积产率为80％时对应的粒度P_k2；

Step3、最佳入磨粒度的确定

将测定的F_k1、P_k2值代入矿石最佳入磨粒度计算公式，计算碎矿与磨矿总能耗最低时的入磨粒度d_k：

$d_k={\left[\frac{2\sqrt{F_{k1}}\sqrt{P_{k2}}}{\sqrt{F_{k1}}+\sqrt{P_{k2}}}\right]}^2.$

2.根据权利要求1所述的确定矿石最佳入磨粒度的方法，其特征在于：所述在细碎皮带上刮取具有代表性的矿样的具体重量由细碎给矿的最大粒度决定，给矿粒度为细碎机皮带上代表性矿样的80％过筛粒度。

3.根据权利要求1所述的确定矿石最佳入磨粒度的方法，其特征在于：所述在粗磨机排矿上横流截取具有代表性的矿样的具体重量由粗磨排矿的最大粒度决定。

4.根据权利要求1所述的确定矿石最佳入磨粒度的方法，其特征在于：所述F_k1为细碎机皮带上代表性矿样的80％过筛粒度。

5.根据权利要求1所述的确定矿石最佳入磨粒度的方法，其特征在于：所述P_k2为粗磨机排矿横流截取代表性矿样的80％过筛粒度。