CN109684773B - 一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法与装置 - Google Patents

一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法与装置；装置包括自动取样器、振动筛、旋转破碎测试仪、颗粒粒度图像分析装置、计算机；装置采用以下方法；A1、以自动取样器接取选宽粒级入料样品；A2、用振动筛去除细颗粒；A3、以颗粒粒度图像分析装置形成待测样品破碎前粒度分布数据；A4、采用旋转破碎测试仪形成破碎产品；A5、以颗粒粒度图像分析装置形成破碎后粒度分布数据；A6、重复A1至A5步骤，生成h组待测样品破碎前后的粒度分布数据；A7、进行迭代计算，确定矿石冲击破碎模型的参数；本发明省去了传统方法中必须的人工准备窄粒级入料样品的环节；大幅降低了样品的数量；可以实现在线自动测试；也可以实现离线的大批量低成本快速测试。

Description

一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法与装置
技术领域
本发明涉及矿物加工技术领域，尤其是一种矿石冲击破碎性质在线快速表征 方法与装置。
背景技术
对于选矿厂使用的圆锥破碎机、颚式破碎机、自磨机、半自磨机等矿石碎磨 设备而言，其生产效率不仅取决于设备的构造和操作条件，也取决于矿石本身对 冲击破碎的抵抗能力。
选矿厂对矿石冲击破碎性质的测试有很高的需求。一方面，由于矿石性质的 多变性，选矿厂在碎磨回路的设计和模拟优化过程需要对大量矿石样品的冲击破 碎性质进行表征测试，以获得统计上的规律。对于设计数据要求严格的大型矿山， 这种测试的次数甚至可能高达数百次。另一方面，选矿厂碎磨回路在线控制系统 的快速发展急需一种能够在线快速完成的矿石冲击破碎测试手段，以便将矿石冲 击破碎性质纳入到过程控制算法当中。
除此之外，地质冶金学作为国际上近年来兴起的一门交叉学科，其发展与应 用也需要进行大批量的矿石冲击破碎性质测试。在地质冶金学中，为了描述矿床 中不同空间位置的矿石冲击破碎性质的变化，需要对数以千计的钻孔岩心分别进 行矿石冲击破碎性质测试。
矿石冲击破碎数学模型可以描述矿石的初始粒度、单位破碎能量与冲击破碎 产品粒度分布之间的关系。因此一般用矿石冲击破碎数学模型的参数来表征矿石 的冲击破碎性质。矿石冲击破碎数学模型有多种形式，其通式可以表述为：
X＝f(C1，…，Cn，xf，E) 式(1)
式中各参数的含义如下：
X：冲击破碎产品细度指标，通常采用比某一相对粒度更细的破碎产品百分 比含量表示，如“破碎产品中小于初始入料粒度1/10的颗粒的质量百分比”等。
C1、…、Cn：冲击破碎数学模型f的参数，可以代表矿石的破碎性质。不同 形式的破碎数学模型的参数数量大多为1-3个。
xf：矿石破碎前的粒度(下标f指代入料)。
E：单位破碎能量，等于冲击破碎能量与被测矿石质量的比值。
矿石冲击破碎产品的粒度分布具有自相似性。当采用比某一相对粒度更细的 破碎产品百分比含量来表示矿石冲击破碎产品细度指标X时，可以根据X的值 预测矿石冲击破碎的产品粒度分布。例如，以破碎产品中小于初始入料粒度1/10 的颗粒的质量百分比(t10)作为矿石冲击破碎产品细度指标时，矿石颗粒在不 同条件下的冲击破碎产物的细度指标t10均与tn有类似如图2的关系曲线 (t10-tn族曲线)。tn代表破碎产品中小于初始入料粒度1/n的颗粒的质量百分 比，n的值可以取1.11、2、4、10、25、50和75。根据t10和xf的值，即可通 过插值法确定初始粒度为xf的矿石颗粒在冲击破碎产品细度指标为X时的产品累计粒度分布。
因此，当公式1的形式和参数的值确定时，可以预测任意粒度为xf的矿石颗 粒在单位破碎能量为E时发生冲击破碎的产品粒度分布。
矿石冲击破碎性质测试方法的测试过程可以划分成3个阶段：样品准备阶段、 破碎处理阶段和产品筛析阶段。
现有技术采用窄粒级样品测试矿石的冲击破碎性质。在样品准备阶段，需要 将从生产现场得到的宽粒级样品筛分成多个窄粒级，然后挑选4到5个不连续的 窄粒级作为待测样品，每个窄粒级样品通常需要在3个单位破碎能量水平下进行 破碎处理和产品筛析。破碎处理可以采用落重锤测试仪、双摆锤测试仪和旋转破 碎测试仪等各类冲击破碎测试仪器进行。因此，现有技术最多需要对15份样品 (5个窄粒级×3个单位破碎能量水平)进行破碎处理和筛析，从而得到15组X、 xf和E的数据。采用公式1对这15组数据进行非线性曲线拟合，即可确定 C1,…,Cn等冲击破碎数学模型f的参数。
由于不连续的窄粒级样品的准备工作相对复杂，且一次测试所需的破碎处理 与筛析的次数较多，现有技术既不能在短时间内完成矿石冲击破碎性质的测试， 也难以将测试过程实现自动化、在线化。
本发明提出一种能够在线快速完成的矿石冲击破碎性质测试方法和装置，以 满足碎磨回路的设计、优化与实时控制和地质冶金学的应用需要。本发明提出的 方法可以直接使用生产现场得到的宽粒级样品进行测试，无需人工准备不连续的 窄粒级样品。采用本发明提出的装置可以实现这种新的测试方法的自动化、在线 化与快捷化。
本发明提出的装置在破碎处理方面采用旋转破碎测试仪，其采用转子-定子冲 击破碎系统。矿石颗粒在转子内部的导轨中随转子一起旋转，并在离心力作用下 离开转子。离开转子后的矿石颗粒在动能作用下高速碰撞定子(砧板)，从而获 得破碎。由于旋转破碎测试仪中单位破碎能量只与矿石运动速度有关而与矿石质 量无关，因此通过调节电动机频率精确控制转子旋转速度即可获得指定的单位破 碎能量。此外，旋转破碎测试仪易于实现矿石颗粒的连续给料、连续破碎。
发明内容
本发明提出一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法与装置，可使用宽粒级 样品，从而大幅提升了测试效率。
本发明采用以下技术方案。
一种矿石冲击破碎性质在线快速表征装置，所述装置包括自动取样器(3)、 振动筛(4)、旋转破碎测试仪(5)、颗粒粒度图像分析装置(6)、计算机(7)； 当所述装置对矿石冲击破碎性质进行表征时，所述装置采用以下方法；
A1、以自动取样器接取选矿厂生产现场的矿石输送皮带末端跌落的宽粒级入 料样品；
A2、用振动筛去除宽粒级入料样品中不适宜用旋转破碎测试仪处理的细颗 粒；
A3、以颗粒粒度图像分析装置确定宽粒级入料样品的粒度分布，形成待测样 品破碎前粒度分布数据；
A4、采用旋转破碎测试仪，在指定单位破碎能量下对宽粒级入料样品进行破 碎处理形成破碎产品；
A5、以颗粒粒度图像分析装置确定破碎产品的的粒度分布，形成破碎后粒度 分布数据；
A6、重复A1至A5步骤，生成h组待测样品破碎前后的粒度分布数据；
A7、依据所得的多组待测样品破碎前后的粒度分布数据及其对应的单位破碎 能量的值，以计算机进行迭代计算，确定矿石冲击破碎模型的参数。
步骤A2中，所述去除宽粒级入料样品中不适宜用旋转破碎测试仪处理的细 颗粒时采用的振动筛，其孔径范围在1.18-6.7mm之间。
步骤A1至A5重复的次数h不小于所选用的矿石冲击破碎模型中待定参数 的数量n。
一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法，所述表征方法采用上述的装置。 所述表征方法包括以矿石冲击破碎模型进行的表述，所述矿石冲击破碎模型表述 为 X＝f(C1，…，Cn，xf，E) (公式1)；
矿石冲击破碎模型的参数确定方法包括以下步骤；
B1、假设采用相同筛序的套筛对每次破碎处理的入料和产品进行筛分；通过 筛分可以将颗粒分成从大到小的l个粒级x1、x2、…、xl，第l个粒级是最小的 粒级，其粒度下限为0；每次进行破碎处理的宽粒级入料由于被移除了不适宜用 旋转破碎测试仪处理的细颗粒，因此只能被筛分成s个粒级，即x1、x2、…、xs， s是小于l的整数；每次进行破碎处理的宽粒级入料中各粒级的几何平均粒度分 别为xf1、xf2、…、xfs；采用旋转破碎测试仪对第i份宽粒级入料进行破碎处理时(i＝1、2、…、h)，第i份宽粒级入料各粒级x1、x2、…、xs的质量百分比分别 为mi1、mi2、…、mis，此处mi1、mi2、…、mis之和为100％；
B2、每份被破碎的宽粒级入料样品中的所有颗粒均在相同转速下被旋转破碎 测试仪破碎；设其中第i份宽粒级入料中所有粒级颗粒的单位破碎能量均为Ei； 第i份宽粒级入料中第j个粒级xj的几何平均粒度为xfj，此处j＝1、2、…、s； 将xfj和Ei代入到公式1中，并将公式1中的模型参数C1,…,Cn设置为默认的初 始值，即可计算得到第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒在单位破碎能量为Ei时 的冲击破碎产品细度指标的预测值Xpij，此处下标p指代预测值；
B3、根据矿石冲击破碎产品粒度分布的自相似性，由xfj、Xpij的值和t10-tn 族曲线，可以预测第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品累计粒度 分布；该产品累计粒度分布可以表示为：Ppijj、Ppij,j+1、…、Ppijl。Ppijk表示第i份 宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的 质量百分比，k＝j、j+1、j+2、…、l，下标p指代预测值；
B4、根据第i份宽粒级入料中各粒级的质量百分比mi1、mi2、…、mis，和 第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的 颗粒的质量百分比Ppijk，可得第i份宽粒级入料的冲击破碎产品中比粒级xk的粒 度上限小的颗粒的质量百分比预测值Ppik(下标p指代预测值)，具体可表示为：
Ppik＝mi1×Ppi1k+mi2×Ppi2k+…+mis×Ppisk 式(2)
B5、假设第i份宽粒级入料中所有s个粒级x1、x2、…、xs的颗粒的冲击破 碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的质量百分比的实验值为Peik，其中下标 e指代预测值，可以进行迭代计算，通过使差的平方和SSQ最小来确定冲击破碎 数学模型参数C1、…、Cn的值；SSQ具体可表示为：
Figure BDA0001950843100000051
本发明省去了传统方法中必须的人工准备窄粒级入料样品的环节；大幅降低 了样品的数量；可以实现在线自动测试；也可以实现离线的大批量低成本快速测 试。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明所述装置的示意图；
附图2是关系曲线(t10-tn族曲线)；
图中：1-矿石；2-矿石输送带末端；3-自动取样器；4-振动筛；5-旋转破碎测 试仪；6-颗粒粒度图像分析装置；7-计算机；8破碎后的矿石。
具体实施方式
如图1所示，一种矿石冲击破碎性质在线快速表征装置，所述装置包括自动 取样器3、振动筛4、旋转破碎测试仪5、颗粒粒度图像分析装置6、计算机7； 当所述装置对矿石冲击破碎性质进行表征时，所述装置采用以下方法；
A1、以自动取样器接取选矿厂生产现场的矿石输送皮带末端2跌落的宽粒级 入料样品，宽粒级入料样品为矿石1；
A2、用振动筛去除宽粒级入料样品中不适宜用旋转破碎测试仪处理的细颗 粒；
A3、以颗粒粒度图像分析装置确定宽粒级入料样品的粒度分布，形成待测样 品破碎前粒度分布数据；
A4、采用旋转破碎测试仪，在指定单位破碎能量下对宽粒级入料样品进行破 碎处理形成破碎产品，破碎产品即为破碎后的矿石8；
A5、以颗粒粒度图像分析装置确定破碎产品的的粒度分布，形成破碎后粒度 分布数据；
A6、重复A1至A5步骤，生成h组待测样品破碎前后的粒度分布数据；
A7、依据所得的多组待测样品破碎前后的粒度分布数据及其对应的单位破碎 能量的值，以计算机进行迭代计算，确定矿石冲击破碎模型的参数。
步骤A2中，所述去除宽粒级入料样品中不适宜用旋转破碎测试仪处理的细 颗粒时采用的振动筛，其孔径范围在1.18-6.7mm之间。
步骤A1至A5重复的次数h不小于所选用的矿石冲击破碎模型中待定参数 的数量n。
一种矿石冲击破碎性质在线快速表征方法，所述表征方法采用上述的装置。 所述表征方法包括以矿石冲击破碎模型进行的表述，所述矿石冲击破碎模型表述 为
X＝f(C1，…，Cn，xf，E) (公式1)；
矿石冲击破碎模型的参数确定方法包括以下步骤；
B1、假设采用相同筛序的套筛对每次破碎处理的入料和产品进行筛分；通过 筛分可以将颗粒分成从大到小的l个粒级x1、x2、…、xl，第l个粒级是最小的 粒级，其粒度下限为0；每次进行破碎处理的宽粒级入料由于被移除了不适宜用 旋转破碎测试仪处理的细颗粒，因此只能被筛分成s个粒级，即x1、x2、…、xs， s是小于l的整数；每次进行破碎处理的宽粒级入料中各粒级的几何平均粒度分 别为xf1、xf2、…、xfs；采用旋转破碎测试仪对第i份宽粒级入料进行破碎处理时 (i＝1、2、…、h)，第i份宽粒级入料各粒级x1、x2、…、xs的质量百分比分别 为mi1、mi2、…、mis，此处mi1、mi2、…、mis之和为100％；
B2、每份被破碎的宽粒级入料样品中的所有颗粒均在相同转速下被旋转破碎 测试仪破碎；设其中第i份宽粒级入料中所有粒级颗粒的单位破碎能量均为Ei； 第i份宽粒级入料中第j个粒级xj的几何平均粒度为xfj，此处j＝1、2、…、s； 将xfj和Ei代入到公式1中，并将公式1中的模型参数C1,…,Cn设置为默认的初 始值，即可计算得到第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒在单位破碎能量为Ei时 的冲击破碎产品细度指标的预测值Xpij，此处下标p指代预测值；
B3、根据矿石冲击破碎产品粒度分布的自相似性，由xfj、Xpij的值和t10-tn 族曲线，可以预测第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品累计粒度 分布；该产品累计粒度分布可以表示为：Ppijj、Ppij,j+1、…、Ppijl。Ppijk表示第i份 宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的 质量百分比，k＝j、j+1、j+2、…、l，下标p指代预测值；
B4、根据第i份宽粒级入料中各粒级的质量百分比mi1、mi2、…、mis，和 第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的 颗粒的质量百分比Ppijk，可得第i份宽粒级入料的冲击破碎产品中比粒级xk的粒 度上限小的颗粒的质量百分比预测值Ppik(下标p指代预测值)，具体可表示为：
Ppik＝mi1×Ppi1k+mi2×Ppi2k+…+mis×Ppisk 式(2)
B5、假设第i份宽粒级入料中所有s个粒级x1、x2、…、xs的颗粒的冲击破 碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的质量百分比的实验值为Peik，其中下标 e指代预测值，可以进行迭代计算，通过使差的平方和SSQ最小来确定冲击破碎 数学模型参数C1、…、Cn的值；SSQ具体可表示为：
Figure BDA0001950843100000081
本发明省去了传统方法中必须的人工准备窄粒级入料样品的环节；大幅降低了样品的数量；可以实现在线自动测试；也可以实现离线的大批量低成本快速测试。

Claims (3)

1.一种矿石冲击破碎性质在线快速表征装置，其特征在于：所述在线快速表征装置包括自动取样器(3)、振动筛(4)、旋转破碎测试仪(5)、颗粒粒度图像分析装置(6)、计算机(7)；当所述在线快速表征装置对矿石冲击破碎性质进行表征时，所述在线快速表征装置采用以下方法；
A1、以自动取样器接取选矿厂生产现场的矿石输送皮带末端跌落的宽粒级入料样品；
A2、用振动筛去除宽粒级入料样品中不适宜用旋转破碎测试仪处理的细颗粒；
A3、以颗粒粒度图像分析装置确定宽粒级入料样品的粒度分布，形成待测样品破碎前粒度分布数据；
A4、采用旋转破碎测试仪，在指定单位破碎能量下对宽粒级入料样品进行破碎处理形成破碎产品；
A5、以颗粒粒度图像分析装置确定破碎产品的粒度分布，形成破碎后粒度分布数据；
A6、重复A1至A5步骤，生成h组待测样品破碎前后的粒度分布数据；
A7、依据所得的多组待测样品破碎前后的粒度分布数据及其对应的单位破碎能量的值，以计算机进行迭代计算，确定矿石冲击破碎模型的参数；
矿石冲击破碎性质在线快速表征方法，包括以矿石冲击破碎模型进行的表述，所述矿石冲击破碎模型表述为
X＝f(C1，…，Cn，xf，E) (公式1)；
矿石冲击破碎模型的参数确定方法包括以下步骤；
B1、假设采用相同筛序的套筛对每次破碎处理的入料和产品进行筛分；通过筛分可以将颗粒分成从大到小的l个粒级x1、x2、…、xl，第l个粒级是最小的粒级，其粒度下限为0；每次进行破碎处理的宽粒级入料由于被移除了不适宜用旋转破碎测试仪处理的细颗粒，因此只能被筛分成s个粒级，即x1、x2、…、xs，s是小于l的整数；每次进行破碎处理的宽粒级入料中各粒级的几何平均粒度分别为xf1、xf2、…、xfs；采用旋转破碎测试仪对第i份宽粒级入料进行破碎处理时i＝1、2、…、h，第i份宽粒级入料各粒级x1、x2、…、xs的质量百分比分别为mi1、mi2、…、mis，此处mi1、mi2、…、mis之和为100％；
B2、每份被破碎的宽粒级入料样品中的所有颗粒均在相同转速下被旋转破碎测试仪破碎；设其中第i份宽粒级入料中所有粒级颗粒的单位破碎能量均为Ei；第i份宽粒级入料中第j个粒级xj的几何平均粒度为xfj，此处j＝1、2、…、s；将xfj和Ei代入到公式1中，并将公式1中的模型参数C1,…,Cn设置为默认的初始值，即可计算得到第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒在单位破碎能量为Ei时的冲击破碎产品细度指标的预测值Xpij，此处Xpij代表Xij的预测值；
B3、根据矿石冲击破碎产品粒度分布的自相似性，由xfj、Xpij的值和t10-tn族曲线，可以预测第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品累计粒度分布；该产品累计粒度分布表示为：Ppijj、Ppijj+1、…、Ppijl；Ppijk表示第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的质量百分比，k＝j、j+1、j+2、…、l，下标p指代预测值；
B4、根据第i份宽粒级入料中各粒级的质量百分比mi1、mi2、…、mis，和第i份宽粒级入料中第j个粒级颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的质量百分比Ppijk，可得第i份宽粒级入料的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的质量百分比预测值Ppik，下标p指代预测值，具体表示为：
Ppik＝mi1×Ppi1k+mi2×Ppi2k+…+mis×Ppisk 式(2)
B5、假设第i份宽粒级入料中所有s个粒级x1、x2、…、xs的颗粒的冲击破碎产品中比粒级xk的粒度上限小的颗粒的质量百分比的实验值为Peik，其中下标e指代预测值，可以进行迭代计算，通过使差的平方和SSQ最小来确定冲击破碎数学模型参数C1、…、Cn的值；SSQ具体可表示为：
Figure FDA0003689798420000021
2.根据权利要求1所述的一种矿石冲击破碎性质在线快速表征装置，其特征在于：步骤A2中，所述去除宽粒级入料样品中不适宜用旋转破碎测试仪处理的细颗粒时采用的振动筛，其孔径范围在1.18-6.7mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种矿石冲击破碎性质在线快速表征装置，其特征在于：步骤A1至A5重复的次数h不小于所选用的矿石冲击破碎模型中待定参数的数量n。
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