CN104668056B - 一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法 - Google Patents

一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，属于选矿中的磨矿领域。本发明首先测定矿石单轴抗压强度σ压及各种纯矿物的莫氏硬度mj；然后测定各种纯矿物与总纯矿物的相对比例γj；最后将磨矿机的各种工艺参数及测定的σ压、mj、γj值代入钢球直径计算公式，计算钢球直径。本发明克服了传统经验公式及球径半理论公式计算钢球直径的缺陷；通过本方法计算得出的钢球直径，应用在球磨机上，磨矿产品粒度组成更合理，粗级别难磨粒级含量会减少，易泥化蛇纹岩及滑石过粉碎粒级含量也会显著减少，中间易选粒级含量大大增强，有效的提高了金属回收率，实现了有用矿物的回收利用。

Description

一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法
技术领域
本发明涉及一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，属于选矿中的磨矿领域。
背景技术
磨矿机作为传统的粉磨设备，已经有一百多年的历史。磨矿机广泛应用于冶金、化工、水泥、陶瓷、建筑、火电、医药以及国防工业等部门。尤其是冶金工业中的选矿部门，磨矿作业更是具有十分重要的地位。选矿厂中的碎矿和磨矿的投资占全厂总投资的60％左右，磁选厂甚至达75％以上，电耗也占选矿厂的50％～60％，生产经营费用也占选厂的40％以上。2011年全国球磨机耗用钢球及衬板就达300余万吨。构建资源节约型社会实现低碳经济对碎矿与磨矿的节能降耗有较高的要求。
磨矿产品的质量与磨矿介质的能量息息相关。在球磨过程中，钢球既是磨矿作用的实施体，又是能量的传递体。它决定着矿石的破碎行为能否发生及怎样发生，也影响着磨矿产品粒度的均匀性。
目前计算磨矿过程中的钢球直径公式有很多。段希祥在《碎矿与磨矿》(第二、三版)教材中介绍了奥列夫斯基公式拉苏莫夫公式(Db＝idn)、戴维斯公式与邦德公式这些公式考虑因素只有两个左右，一个经验系数也难以把磨矿过程的其余因素均包括进去，因此上述经验公式存在较大误差。欧美国家广泛采用的是阿里斯·查尔默斯公司诺克斯诺德公式：这两个公式中含有的经验系数是国外大型磨机中得出来的，而中国磨机普遍偏小，该经验修正系数并不适用于国内；另外，这两个公式含有的功指数与给矿粒度均与国内不一样，因此，计算结果与实际误差也大。
段希祥在“球磨机钢球尺寸的理论计算研究”及“球径半理论公式的修正研究”，结合我国球磨机实际规格，用破碎统计力学原理和戴维斯钢球理论推导出球径半理论公式：该公式用极限抗压强度取代了欧美国家的邦德功指数，考虑的因素有十多个，计算结果与实践结果比较吻合，是目前计算钢球尺寸的最精确公式。但该公式有两个问题：①公式中的极限抗压强度反映的是整体矿石的硬度，可以用普氏硬度系数来表示，但矿石中各种矿物的普氏硬度系数均不同，用整体硬度来替代各种矿物的不同硬度(不完全是平均值)计算出的钢球直径对整体矿石是有效的，但不可避免的其中有部分有用矿物没有单体解离，有部分脉石矿物却过粉碎。②该公式对于有用矿物比脉石矿物要软的矿石来说是非常精确的(因为绝大部分矿石中的脉石矿物为石英，石英硬度很高，一般比有用矿物要硬)，但对于有用矿物比脉石矿物要硬的矿石来说误差也不容忽视。
CN1278775C，2006.10.11；CN100478076，2009.04.15及CN103934083A，2014.07.23均涉及了钢球直径问题，但计算钢球直径都采用的是上面所述的球径半理论公式。其它涉及钢球直径的专利没有介绍具体计算方式及公式。
对于有用矿物比脉石矿物要硬的矿石来说，一方面要破碎偏硬的有用矿物才能使有用矿物充分单体解离，磨矿介质即钢球直径应该足够大；另一方面，又要尽量避免偏软的脉石矿物过粉碎，要求钢球直径尽量小。
因此，对于特定的有用矿物比脉石矿物要硬的矿石，应尽量均衡磨碎有用硬矿物与脉石软矿石的钢球直径，但目前的计算方法及公式都有偏差。
发明内容
本发明的目的是针对特定的矿石，提供了一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，通过试验检测矿石的力学性质及主要矿物的相对含量，为钢球直径的确定提供一种可行的方法。
本发明的技术方案是：一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，所述方法的具体步骤如下：
Step1、矿石力学性质的测定
在粗碎前挑选长宽高均大于20cm的矿石n块，切割成同一标准的圆柱形标准试件，在材料实验机上测定每一块标准试件的单轴抗压强度并计算测定结果的算术平均值作为矿石单轴抗压强度σ压；同时，用划痕法测量原矿石中各种纯矿物的莫氏硬度mj；
Step2、矿物的相对含量测定
在显微镜上用点测法或线测法来测定原矿石中各种矿物的相对含量γi；确定各种纯矿物与总纯矿物的相对比例γj；
Step3、钢球直径的确定
将磨矿机的各种工艺参数及测定的σ压、mj、γj值代入钢球直径计算公式，计算钢球直径：
其中，t表示纯矿物种类的总数量，Db为特定磨矿条件下给矿粒度所需的精确球径。
所述n≥3。
所述磨矿机为球磨机。
本发明的工作原理是：
现代破碎力学的观点认为矿石的破碎是由于自身的能量密度达到一定极限时才出现，矿石的破碎方式也与破碎能量的大小有关，破碎能量取决于钢球直径的大小。钢球尺寸过大，破碎力则大，矿粒沿能量最大的方向发生破裂，而不是沿矿物之间的晶体界面发生，破碎行为毫无选择性；过大的破碎力也易使矿物产生过度粉碎，造成选矿回收率的降低。钢球尺寸过小，破碎力不足，则不能使破碎行为发生，已作用的破碎能量将在矿石的弹性恢复中消失，只有在打击力的多次作用下，矿石达到疲劳极限时，才可能产生破碎行为，这种破碎方式必然导致磨矿效果差及能量消耗大。只有在破碎力适中的情况下，破碎行为沿结合力最弱的矿物晶体界面之间发生，实现矿物之间的有效分离，这种磨矿产品正是选矿所需要的，而适中的破碎力正是由钢球尺寸的精确性来决定。
整体矿石的钢球直径可用球径半理论公式来确定：
式中：Db－特定磨矿条件下给矿粒度df所需的精确球径(cm)；Kc－综合经验修正系数；ψ－磨机转速率(％)；σ压－矿石单轴抗压强度(kg/cm2)；ρe－钢球在矿浆中的有效密度(g/cm3)；D0－磨内钢球“中间缩聚层”直径；df－磨机给矿95％过筛粒度(cm)。
假设矿石中任意一种矿物的相对含量为γi(％)，主要有用矿物与脉石矿物(矿石中的有用矿物比脉石矿物的硬度要硬)有t种(即表示纯矿物种类的总数量有t种)，含量总和为γm(％)，各种有用矿物与脉石矿物在γm中相对应的相对含量为γj(％)。各种纯矿物对应的莫氏硬度是mj(％)，则钢球直径为：
本发明的有益效果是：
本发明的磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法用于选矿厂的球磨作业，克服了传统经验公式及球径半理论公式计算钢球直径的缺陷。通过本方法计算得出的钢球直径，应用在球磨机上，磨矿产品粒度组成更合理，粗级别难磨粒级含量会减少，易泥化蛇纹岩及滑石过粉碎粒级含量也会显著减少，中间易选粒级含量大大增强，有效的提高了金属回收率，实现了有用矿物的回收利用。
附图说明
图1是本发明的确定钢球直径的方法流程图。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，所述方法的具体步骤如下：
Step1、矿石力学性质的测定
在粗碎前挑选长宽高均大于20cm的矿石n块，切割成同一标准的圆柱形标准试件，在材料实验机上测定每一块标准试件的单轴抗压强度并计算测定结果的算术平均值作为矿石单轴抗压强度σ压；同时，用划痕法测量原矿石中各种纯矿物的莫氏硬度mj；
Step2、矿物的相对含量测定
在显微镜上用点测法或线测法来测定原矿石中各种矿物的相对含量γi；确定各种纯矿物与总纯矿物的相对比例γj；
Step3、钢球直径的确定
将磨矿机的各种工艺参数及测定的σ压、mj、γj值代入钢球直径计算公式，计算钢球直径：
其中，t表示纯矿物种类的总数量，Db为特定磨矿条件下给矿粒度所需的精确球径。
所述n≥3。
所述磨矿机为球磨机。
实施例2：如图1所示，一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，所述方法的具体步骤如下：
Step1、矿石力学性质的测定
在粗碎前挑选长宽高均大于20cm的矿石n块，切割成同一标准的圆柱形标准试件，在材料实验机上测定每一块标准试件的单轴抗压强度并计算测定结果的算术平均值作为矿石单轴抗压强度σ压；同时，用划痕法测量原矿石中各种纯矿物的莫氏硬度mj；
Step2、矿物的相对含量测定
在显微镜上用点测法或线测法来测定原矿石中各种矿物的相对含量γi；确定各种纯矿物与总纯矿物的相对比例γj；
Step3、钢球直径的确定
将磨矿机的各种工艺参数及测定的σ压、mj、γj值代入钢球直径计算公式，计算钢球直径：
其中，t表示纯矿物种类的总数量，Db为特定磨矿条件下给矿粒度所需的精确球径。
实施例3：如图1所示，一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，所述方法的具体步骤如下：
原料：安徽冬瓜山铜矿含铜磁黄铁矿
(1)矿石力学性质的测定
在粗碎前挑选长宽高均大于20cm的矿石10块，切割成标准的5×5×10cm或4×4×8cm圆柱形标准试件，在材料实验机上测定每一块矿石试件的单轴抗压强度，计算测定结果的算术平均值σ压为5505kg/cm2。另用划痕法测量黄铜矿的莫氏硬度为6，黄铁矿的莫氏硬度是6.5，磁黄铁矿的莫氏硬度为4，磁铁矿的莫氏硬度为6，蛇纹石的莫氏硬度为3.5，绿泥石的莫氏硬度为2.5，滑石的莫氏硬度为1。
(2)矿物的相对含量测定
矿物的含量(％)如下表所示：
黄铜矿的比例相对比例为5.06％，黄铁矿的相对比例为21.72％，磁黄铁矿的相对比例为33.75％，磁铁矿的相对比例为14.55％，蛇纹石的相对比例为11.64％，绿泥石的相对比例为10.38％，滑石的相对比例为2.90％。
(3)钢球直径的确定
将球磨机的各种工艺参数及测定的mj、γj值代入钢球直径计算公式：
来计算钢球直径，计算Φ5.03×8.3m溢流型球磨机给矿8mm下所得钢球直径为5.7cm，即57mm。
冬瓜山铜矿以前采用80mm钢球，与采用57mm钢球进行工业试验前后对比结果如下：
从表中数据可以看出，采用更为精确的57mm钢球后，+0.15mm过粗粒级减少了4.30个百分点，-0.010mm过粉碎粒级减少了2.52个百分点，中间易选粒级含量增加了6.82个百分点，铜回收率提高了1.15个百分点。
实施例4：如图1所示，一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，所述方法的具体步骤如下：
原料：甘肃金川公司低品位镍铜矿
(1)矿石力学性质的测定
在粗碎前挑选长宽高均大于20cm的矿石10块，切割成标准的5×5×10cm或4×4×8cm圆柱形标准试件，在材料实验机上测定每一块矿石试件的单轴抗压强度，计算测定结果的算术平均值σ压为6820kg/cm2。另用划痕法测量镍黄铁矿的莫氏硬度为3.5，紫硫镍矿的莫氏硬度是5.0，黄铜矿的莫氏硬度为6,磁铁矿的莫氏硬度为6,蛇纹石的莫氏硬度为3.5，绿泥石的莫氏硬度为2.5，滑石的莫氏硬度为1。
(2)矿物的相对含量测定
矿物的含量(％)如下表所示：
镍黄铁矿的比例相对比例为0.11％，紫硫镍矿的相对比例为1.11％，黄铜矿的相对比例为0.67％，磁铁矿的相对比例为8.76％，蛇纹石的相对比例为64.41％，绿泥石的相对比例为19.84％，滑石的相对比例为5.10％。
(3)钢球直径的确定
将球磨机的各种工艺参数及测定的mj、γj值代入钢球直径计算公式：
来计算钢球直径，计算Φ5.5×8.5m溢流型球磨机给矿粒度12mm所得钢球直径为7.5cm，即75mm。
金川公司以前采用90mm钢球，与采用75mm钢球进行工业试验前后对比结果如下：
从表中数据可以看出，采用更为精确的75mm钢球后，+0.10mm过粗粒级减少了4.14个百分点，-0.010mm过粉碎粒级减少了3.32个百分点，中间易选粒级含量增加了7.46个百分点，镍回收率提高了2.13个百分点，铜回收率提高了3.76个百分点。
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 (3)

1.一种磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
步骤1、矿石力学性质的测定
在粗碎前挑选长宽高均大于20cm的矿石n块，切割成同一标准的圆柱形标准试件，在材料实验机上测定每一块标准试件的单轴抗压强度并计算测定结果的算术平均值作为矿石单轴抗压强度σ压；同时，用划痕法测量原矿石中各种纯矿物的莫氏硬度mj；
步骤2、矿物的相对含量测定
在显微镜上用点测法或线测法来测定原矿石中各种矿物的相对含量γi；确定各种纯矿物与总纯矿物的相对比例γj；
步骤3、钢球直径的确定
将磨矿机的各种工艺参数及测定的σ压、mj、γj值代入钢球直径计算公式，计算钢球直径：
其中，t表示纯矿物种类的总数量，Db为特定磨矿条件下给矿粒度所需的精确球径。
2.根据权利要求1所述的磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，其特征在于：所述n≥3。
3.根据权利要求1所述的磨碎有用矿物比脉石矿物硬的矿石钢球直径确定方法，其特征在于：所述磨矿机为球磨机。
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