錫石多金屬硫化礦破碎速率試驗研究

楊金林,周文濤,馬少健,楊曉靜

(廣西大學資源與冶金學院， 廣西南寧530004)

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錫石多金屬硫化礦破碎速率試驗研究

楊金林,周文濤,馬少健,楊曉靜

(廣西大學資源與冶金學院， 廣西南寧530004)

以錫石多金屬硫化礦為研究對象，研究了介質(zhì)充填率、磨礦濃度、磨礦時間等因素對礦石破碎速率的影響規(guī)律。采用單因素與正交試驗分析方法，利用 -2 mm～+1 mm粒級破碎率、T10和-75 μm產(chǎn)率等參數(shù)對破碎速率進行表征和分析，找出了這3個因素對破碎速率的影響大小依次是磨礦時間、介質(zhì)充填率與磨礦濃度，獲得該粒級條件下最優(yōu)磨礦條件為充填率30%、磨礦濃度45%、磨礦時間5 min。

錫石多金屬硫化礦；破碎速率；磨礦；正交實驗分析

磨礦是使固體物料粒度減少的過程，廣泛應用于礦山、冶金、建材、化工等行業(yè)。磨礦屬于物料粒度準備作業(yè)，其目的是獲得后續(xù)作業(yè)需要的物料粒度組成。磨礦設(shè)備主要是各種類型的磨礦機，一般與螺旋分級機等分級設(shè)備配套使用，前者是依靠沖擊、研磨、折斷、擠壓等方式使物料破碎得更細，后者是將符合粒度要求的細顆粒產(chǎn)物及時排出，將不符合要求的粗顆粒返回再磨。磨礦作業(yè)設(shè)備和基建投資大，電能和材料消耗大，磨礦產(chǎn)物粒度對后續(xù)作業(yè)的生產(chǎn)效率和企業(yè)經(jīng)濟技術(shù)指標影響顯著。在選礦生產(chǎn)中，磨礦為后續(xù)選別作業(yè)提供合適粒度的物料，其破碎速率的高低決定磨礦成本，影響到選礦技術(shù)經(jīng)濟指標[1]。如果磨礦產(chǎn)品細磨不足，即“欠磨”，有用礦物與脈石礦物不能充分單體解離；如果磨礦產(chǎn)品“過磨”，有用礦物會泥化損失。影響破碎速率的主要因素包括物料、磨機性能、操作條件等[2-12]。因此，研究分析相關(guān)因素對破碎速率的影響規(guī)律，獲取提高磨礦效果的技術(shù)條件，對改善磨礦生產(chǎn)中的“欠磨、過磨”問題具有重要的現(xiàn)實意義。正交試驗設(shè)計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設(shè)計方法。它是由試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗的，通過對這部分試驗結(jié)果的分析來了解全面試驗的情況，找出各個因素影響比重以及最優(yōu)的水平組合。本文采用單因素與正交試驗設(shè)計方法，研究磨礦時間、磨礦濃度、介質(zhì)充填率等因素對礦石破碎速率的影響規(guī)律，以獲取這些因素的影響大小次序及最優(yōu)磨礦條件，為后續(xù)磨礦操作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 試驗設(shè)備、原料和方法

1.1 試驗設(shè)備、原料

試驗設(shè)備選用XMQ-Ф240×90錐形球磨機。試驗所用礦樣取自廣西某選礦廠的錫石多金屬硫化礦礦石；對礦樣進行破碎、混勻、分級、制樣，獲得-2 mm～+1 mm粒級樣品備試驗用。

1.2 試驗方法

在單因素試驗分析中，破碎速率采用T10與單粒級破碎率表征。T10(%)是指粉碎產(chǎn)物中粒度小于給料粒度十分之一的顆粒粒度產(chǎn)率，本試驗中是指0.14 mm以下粒度產(chǎn)品的產(chǎn)率。在正交試驗分析中，破碎速率采用-2 mm～+1 mm粒級的破碎率、T10和-75 μm產(chǎn)品的產(chǎn)率等3個指標進行表征，分析這3個因素的影響程度主次，以獲取該入磨粒度時的最優(yōu)磨礦組合條件。

2 礦石破碎速率試驗

2.1 介質(zhì)充填率對礦石破碎速率的影響

圖1 介質(zhì)充填率對磨礦的影響Fig.1 Effect of medium filling rate on grinding

介質(zhì)充填率是指磨礦介質(zhì)在磨機內(nèi)的堆積體積所占磨機有效容積的百分數(shù)，或是磨礦介質(zhì)所占斷面面積與磨機有效斷面面積的比值[13]。磨礦條件為：樣品質(zhì)量300 g，磨礦時間3 min，磨礦濃度35%，磨機轉(zhuǎn)速96 rad/min，介質(zhì)充填率分別為30%、35%、40%、45%、50%。不同充填率條件下的破碎率和T10曲線如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著充填率的不斷增大，礦石的破碎率降低，T10也呈現(xiàn)下降的趨勢。磨機介質(zhì)運動的方式主要有離心運動、瀉落運動、拋落運動、離心與拋落混合運動、瀉落與拋落運動等5種。在實際生產(chǎn)中，磨機介質(zhì)是以混合方式運動的，在合適的充填率范圍內(nèi)，將介質(zhì)充填率作為唯一變量時，提高充填率就是增加磨機內(nèi)磨礦的有效介質(zhì)數(shù)目，從而增加磨機的生產(chǎn)能力和動力效能。因此，在介質(zhì)充填率增加過程中，實際已經(jīng)超出了最佳充填率，造成充填率過高，使得介質(zhì)堆積相對較高，導致介質(zhì)拋落點距和有效沖擊高度縮小，減弱了介質(zhì)在拋落或瀉落過程中所產(chǎn)生的能量，從而影響到礦石的破碎效果。T10在一定程度上是與磨機運動產(chǎn)生能量有相關(guān)性，能量越高，T10越高，對磨礦產(chǎn)生積極作用[14-15]。顯然，在該磨礦條件下，在介質(zhì)充填率為30%時的磨礦效果較好。

2.2 磨礦濃度對礦石破碎速率的影響

磨礦濃度是通過改變礦漿的粘性和流動性來影響磨礦介質(zhì)的破碎力和物料被磨時間的長短，從而影響物料在磨機中的磨礦效果。在給礦性質(zhì)一定時，磨礦濃度主要通過改變給礦加水量來調(diào)節(jié)。磨礦條件：入磨質(zhì)量300 g，磨礦時間3 min，充填率35%，磨機轉(zhuǎn)速96 rad/min，磨礦濃度分別為35%、45%、55%、65%、75%。不同磨礦濃度時破碎率和T10曲線如圖2所示。

從圖2可以看出，磨礦濃度對礦石的破碎造成的影響是明顯的。原因在于：一方面礦漿濃度越高，鋼球介質(zhì)受到的浮力越大，有效密度越小，打擊效果就越差；另一方面，高濃度礦漿中含有的固體礦粒多，被鋼球打擊的機會高，濃度過大也導致礦漿流動速度慢，使磨礦介質(zhì)的沖擊作用變?nèi)?。當磨礦濃度過低時，礦漿流速加快，礦粒和磨礦介質(zhì)的撞擊次數(shù)減少，導致磨礦效率的降低以及襯板和鋼球介質(zhì)磨損加劇。隨著磨礦濃度的增加，礦石破碎率和T10均呈下降趨勢，也反映了磨礦濃度從35%到75%間介質(zhì)運動有效沖擊能量不斷損失、降低，造成破碎效果的下降。綜合來看，磨礦濃度為45%時磨礦效果較好。

2.3 磨礦時間對礦石破碎速率的影響

磨礦條件：磨礦濃度35%，充填率35%，轉(zhuǎn)速96 rad/min，入磨質(zhì)量300 g，磨礦時間分別為1、2、3、4、5、6、7、8 min。不同磨礦時間條件下破碎率和T10曲線如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著磨礦時間的延長，礦石破碎率與T10呈現(xiàn)遞增趨勢，這說明隨著磨礦時間的增加，礦石得到充分細磨的機會增加。從破碎率來看，6 min之后磨礦效果趨向平緩，破碎率接近100%，破碎率隨時間變化很小，因此，磨礦時間為6 min左右比較合適。

圖2 磨礦濃度對磨礦的影響

Fig.2 Effect of grinding concentration on grinding

圖3 磨礦時間對磨礦的影響

Fig.3 Effect of grinding time on grinding

2.4 正交試驗的結(jié)果分析

從前文分析可得出單因素條件下的最優(yōu)磨礦條件的結(jié)果，但在實際磨礦過程中，這些因素是共同起作用的，單一因素對磨礦效果的影響規(guī)律是否與最佳的3因素組合一致需采用正交分析方法，從粒級破碎率、T10和-75 μm產(chǎn)品產(chǎn)率3方面進行分析，以驗證前文中各因素對磨礦的影響規(guī)律，找出這3個因素的影響程度主次，獲取該粒級條件下最優(yōu)磨礦條件。-2 mm～+1 mm粒級的破碎率、T10與-75 μm產(chǎn)品產(chǎn)率正交實驗直觀分析如表1所示。

表1 -2mm～+1mm粒級的破碎率、T10與-75μm產(chǎn)品產(chǎn)率正交實驗直觀分析

注：均值是指某一水平對應試驗指標和的平均值，根據(jù)均值大小可以判斷某列因素最優(yōu)水平或某組因素中最優(yōu)組合;極差是指某列因素最大均值與最小均值之差，極差的大小反應了該列因素水平變動時試驗指標的變動幅度,根據(jù)極差的大小可以判斷各因素對試驗指標的影響主次。

從表1的正交試驗分析可知：

①介質(zhì)充填率、磨礦濃度和磨礦時間這3個因素對礦石破碎率指標的影響值分別為：介質(zhì)充填率37.168，磨礦濃度21.912，磨礦時間53.448。根據(jù)極差的定義，極差越大表示該因素對指標的影響越大。因此，對礦石破碎率影響最大的是磨礦時間，其次是介質(zhì)充填率，影響最小的是磨礦濃度。此外，介質(zhì)充填率、磨礦濃度和磨礦時間這3個因素對T10與-75 μm產(chǎn)品產(chǎn)率指標的影響結(jié)果可以得到與因素礦石粒級破碎率一致的結(jié)論。

②介質(zhì)充填率、磨礦濃度和磨礦時間分別對應5個不同均值，而均值的大小則反映出該因素下的優(yōu)劣水平。因此，對于介質(zhì)充填率來講，均值1=68.076最大，故此時最優(yōu)充填率為水平1，即為30%。對于磨礦濃度而言，均值2=62.416最大，其對應的最優(yōu)磨礦濃度為水平2，即為45%。對于磨礦時間來說，均值5=76.934最大，此時最優(yōu)磨礦時間為水平5，即為5 min。因此，正交實驗分析獲得的各因素最優(yōu)組合是：充填率為30%，磨礦濃度為45%，磨礦時間為5 min。該結(jié)果與單因素試驗結(jié)果基本一致。

3 結(jié) 語

①單因素試驗結(jié)果表明，介質(zhì)充填率為30%，磨礦濃度為45%，磨礦時間為6 min左右較好。

②正交試驗分析表明，對礦石破碎影響最大的是磨礦時間，其次是介質(zhì)充填率，影響最小的是磨礦濃度。對于-2 mm～+1 mm粒級錫石多金屬硫化礦的破碎，獲取的最佳磨礦因素組合是：磨礦時間5 min，磨礦濃度為45%，充填率為30%。這與單因素試驗結(jié)果基本一致。

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(責任編輯 張曉云 裴潤梅)

Study on breakage rate of cassiterite polymetallic sulfide ore

YANG Jin-ling，ZHOU Wen-tao，MA Shao-jian，YANG Xiao-jing

(School of Resources and Metallurgy，Guangxi University，Nanning 530004, China)

Used cassiterite polymetallic sulfide ore as the research object, the influence of the parameters such as medium filling rate, grinding concentration and grinding time on the breakage rate were investigated.Based on the single factor analysis and the orthogonal analysis method, the breakage rate was represented and analyzed with the breakage rate of -2～+1mm, T10and yield of -75 μm.The results show that the effect order of the three factors is grinding time, medium filling rate and grinding concentration, and the optimum grinding conditions is that 30% filling rate, 45% grinding concentration and 5min grinding time.

Cassiterite polymetallic sulfide ore; Breakage rate; Grinding; Orthogonal experimental analysis

2015-10-08；

2016-03-22

國家“973”計劃前期研究專項資助項目(2014CB460606)；國家自然科學基金資助項目(51264001)

楊金林(1975—)，男，湖北羅田人，廣西大學副教授，博士;E-mail:jlyang523@126.com。

楊金林,周文濤,馬少健,等.錫石多金屬硫化礦破碎速率試驗研究[J].廣西大學學報(自然科學版)，2016，41(5)：1709-1713.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.1709

TD921

A

1001-7445(2016)05-1709-05