南京某鐵礦實驗室磨礦條件優(yōu)化研究及工業(yè)應(yīng)用

石貴明，周意超

（玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南玉溪 653100）

南京某鐵礦實驗室磨礦條件優(yōu)化研究及工業(yè)應(yīng)用

石貴明，周意超

（玉溪師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，云南玉溪 653100）

對南京某鐵礦進(jìn)行了實驗室磨礦過程參數(shù)優(yōu)化試驗和工業(yè)應(yīng)用。一段磨礦試驗包括磨礦時間、磨礦濃度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速、磨機(jī)生產(chǎn)能力、鋼球直徑等單一影響因素試驗。二段磨礦試驗包括不同磨礦時間、磨礦濃度、介質(zhì)充填率下的鋼鍛介質(zhì)、鋼球介質(zhì)和鋼球混合介質(zhì)對比磨礦試驗。根據(jù)研究結(jié)果可知，該鐵礦磨礦產(chǎn)率與磨礦時間幾乎成線性關(guān)系，屬勻質(zhì)礦、易碎磨。對該礦而言，混合鋼球比單一鋼鍛、單一鋼球的磨礦效率都要高，但鋼鍛在長時間磨礦過程中產(chǎn)生的過粉碎和磨礦產(chǎn)品的均勻度，卻比單一鋼球和混合鋼球要好。一段二段現(xiàn)場磨礦濃度控制在73%、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率76%、充填率35%左右是較為合適。工業(yè)試驗后比試驗前二段分級溢流中－0.074～＋0.037 mm粒級產(chǎn)率高出27.01%，－0.01 mm粒級產(chǎn)率減少21.70%，二段溢流產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善。

粒度組成；鋼鍛；界面性質(zhì)；磨礦

在礦物加工工程行業(yè)中磨礦變得越來越重要是由于礦產(chǎn)資源的品位及嵌布粒度越來越低、細(xì)的緣故［1］。合適的磨礦條件或參數(shù)會對整個選廠產(chǎn)生很大的影響，如提高解離度、改善生產(chǎn)指標(biāo)、降低能耗、提高效益等［2］。鐘晉［3］等對某膠磷礦磨礦介質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化試驗研究，提出了鋼球和鋼鍛混合介質(zhì)磨礦的方案，獲得了更優(yōu)質(zhì)的磨礦產(chǎn)品。吳彩斌［4］等對青海某貧硫金礦石進(jìn)行磨礦分級系統(tǒng)優(yōu)化試驗，提高了磨礦效率、增加了處理量，降低了能耗。韓暉［5］等對超細(xì)硅酸鋯進(jìn)行了磨礦工藝優(yōu)化，提出合理利用分段研磨的方式，能根據(jù)客戶需求規(guī)?；纳a(chǎn)出所需各種粒度的超細(xì)硅酸鋯產(chǎn)品。Kalumba P.Simba［6］等對不同形狀的混合介質(zhì)的磨礦動力學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在一定磨礦環(huán)境下，混合介質(zhì)可以提高破碎速率，但球形介質(zhì)是最有效率的。W.A.Freeman［7］等對磨礦介質(zhì)和NaHS對銅回收率的影響進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)添加一定的NaHS在磨機(jī)中，能夠改善銅回收率，同時，不銹鋼球介質(zhì)的回收率是最高的。Xumeng Chen［8］等對銅離子存在下再磨工藝對黃鐵礦的浮選影響研究，發(fā)現(xiàn)不銹鋼介質(zhì)會對黃鐵礦表面覆蓋一層銅激活層。本文對南京某鐵礦一段、二段磨礦回路進(jìn)行了考查，并在實驗室小型磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行了磨礦條件優(yōu)化試驗，其研究結(jié)果可為工業(yè)應(yīng)用提供指導(dǎo)作用。

1 試驗原料與內(nèi)容

1.1 原料準(zhǔn)備

南京某鐵礦選礦廠球磨機(jī)－分級回路為傳統(tǒng)的二段全閉路流程，分析試樣分別為一段入磨礦、一段排礦、一段返砂、一段溢流、二段排礦、二段返砂和二段溢流。實驗室一段磨礦試樣是將入磨礦經(jīng)破碎篩分至－2 mm粒級以下，二段磨礦試樣是將一段磨礦產(chǎn)品用0.074 mm標(biāo)準(zhǔn)篩過篩后的篩上產(chǎn)品。

1.2 試驗內(nèi)容

實驗室一段磨礦優(yōu)化考查了磨礦時間、磨礦濃度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速、磨機(jī)生產(chǎn)能力、鋼球直徑等單一影響因素。所用球磨機(jī)為圓錐XMQΦ350×160磨礦機(jī)，每次磨礦樣取200 g。二段磨礦優(yōu)化考查了在不同磨礦時間、磨礦濃度、介質(zhì)充填率下的鋼鍛介質(zhì)、鋼球介質(zhì)和鋼球混合介質(zhì)的對比磨礦。

粒度分布均采用標(biāo)準(zhǔn)篩篩分法和馬爾文3 000粒度分析儀（英國）共同測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 一段磨礦條件試驗

2.1.1 磨礦時間

在磨機(jī)充填率45%、鋼球直徑30 mm、轉(zhuǎn)速50 r／min、礦漿濃度80%條件下，分別進(jìn)行0 min、2 min、3 min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min、9 min、10 min、12 min磨礦，磨礦產(chǎn)品粒度分布如圖1所示。

圖1 不同磨礦時間下磨礦產(chǎn)品的粒度分布

從圖1可以看出，隨著磨礦時間的延長，磨礦產(chǎn)品中新生－0.074 mm產(chǎn)率逐漸增加，－0.01 mm產(chǎn)率同樣也是逐漸增加，但是在3～6 min之間－0.01 mm產(chǎn)率相差不大，且圖中3～6 min曲線斜率相當(dāng)，說明3～6 min之間的磨礦速率也是相差不大，綜合考慮到合適的新生－0.074 mm磨礦產(chǎn)品的產(chǎn)率和磨礦速率，選取磨礦時間為4 min較為合適。

2.1.2 磨礦濃度

在磨機(jī)充填率45%、鋼球直徑30 mm、轉(zhuǎn)速50 r／min、磨礦時間4 min條件下，分別在65%、68%、70%、73%、75%、78%、80%、83%、85%、88%、90%濃度進(jìn)行磨礦，磨礦產(chǎn)品粒度分布如圖2所示。

圖2 不同濃度下磨礦產(chǎn)品的粒度分布

從圖2看出，隨著磨礦濃度的增大，新生γ－0.074和γ－0.01并不是呈簡單直線增加的關(guān)系，65%和90%的磨礦濃度時其磨礦效果都不是最好的，γ－0.01在磨礦濃度70%時最少，但與磨礦濃度73%時相差無幾，γ－0.074在磨礦濃度73%時最多，同時其曲線斜率也是最陡峭的，說明其磨礦速率也是最快的。綜合考慮，最終選取合適的磨礦濃度為73%。

2.1.3 磨機(jī)轉(zhuǎn)速

在磨機(jī)充填率45%、鋼球直徑30 mm、磨礦濃度73%、磨礦時間4 min條件下，分別在磨機(jī)轉(zhuǎn)速為20 r／min、30 r／min、40 r／min、50 r／min、60 r／min、70 r／min進(jìn)行磨礦，磨礦產(chǎn)品粒度分布如圖3所示。

圖3 不同轉(zhuǎn)速下磨礦產(chǎn)品的粒度分布

從圖3看出，隨著磨礦機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，磨礦效率呈現(xiàn)先增大后減小的變化。轉(zhuǎn)速為50 r／min時的磨礦效率是最好的，但是γ－0.01也是最高的，轉(zhuǎn)速增加到60 r／min時磨礦效率下降幅度較大，綜合考慮磨礦效率和γ－0.01實際轉(zhuǎn)速取55 r／min較為合適，此時磨機(jī)轉(zhuǎn)速率約為76%，說明該礦石在低速球磨中的磨礦效果比高速球磨好。

2.1.4 給礦量

在磨機(jī)充填率45%、鋼球直徑30 mm、磨礦濃度73%、磨礦時間4 min、磨機(jī)轉(zhuǎn)速為55 r／min條件下，分別在給礦量為 100 g、200 g、300 g、400 g、500 g、600 g下進(jìn)行磨礦，磨礦產(chǎn)品粒度分布如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著給礦量的增大，磨礦效率呈現(xiàn)下降的趨勢，從100 g到200 g時γ－0.01下降幅度較大，其它給礦量時γ－0.01下降幅度較小且相似，相比較其它處理量在200 g時γ－0.074較高。綜合考慮，在實驗室給礦量取200 g／次是合適的，另一方面也說明磨礦給礦必須均勻合適，過大過小均對磨礦效果產(chǎn)生較大影響。

圖4 不同給礦量下磨礦產(chǎn)品的粒度分布

圖5 不同鋼球直徑下磨礦產(chǎn)品的粒度分布

2.1.5 鋼球直徑

在磨機(jī)充填率45%、給礦量 200 g、磨礦濃度73%、磨礦時間4 min、磨機(jī)轉(zhuǎn)速為55 r／min條件下，分別在單一鋼球尺寸Φ40 mm、Φ30 mm、Φ20 mm下進(jìn)行磨礦，磨礦產(chǎn)品粒度分布如圖5所示。

從圖5可以看出，隨著鋼球尺寸的降低，鋼球與顆粒的接觸概率越大，磨礦產(chǎn)品中新生 γ－0.074、γ0.3～0.01和γ－0.01的含量逐漸增加?？紤]到合適的磨礦－0.074 mm排礦產(chǎn)率和較輕的過粉碎情況下，鋼球直徑越大越有利。但鋼球直徑太大也不好，打擊力也就越大，易造成貫穿破碎。

2.2 二段磨礦條件試驗

二段磨礦條件試驗主要考查了在不同磨礦時間、磨礦濃度和鋼球充填率下采用了3種不同介質(zhì)配比（單一鋼鍛、單一鋼球（與鋼鍛當(dāng)量直徑相等）、混合鋼球）對二段磨礦產(chǎn)品粒度特性的影響研究。單一鋼鍛介質(zhì)采用尺寸為38×40 mm，每個相當(dāng)于當(dāng)量直徑為46 mm的球；單一鋼球采用直徑為46 mm；混合鋼球介質(zhì)采用配比為直徑30 mm∶25 mm∶20 mm∶18 mm＝10∶40∶20∶30。

2.2.1 磨礦時間

磨礦樣量取200 g，磨機(jī)充填率為42%、轉(zhuǎn)速為230 r／min、礦漿濃度為70%，分別用上述3種磨礦介質(zhì)下進(jìn)行 3 min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min磨礦，磨礦結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同磨礦時間下不同介質(zhì)的磨礦產(chǎn)品粒度分布

從圖6可以看出，不管采用何種磨礦介質(zhì)，隨著磨礦時間的延長，各粒級均是逐漸增加，考慮到合適的新生－0.074 mm磨礦產(chǎn)品的產(chǎn)率，磨礦時間為4 min較為合適；從新生－0.074 mm產(chǎn)率來看，單一鋼鍛的磨礦能力最差、單一鋼球稍好、混合鋼球最好，隨著時間增加，這種區(qū)別呈線性關(guān)系；從合格粒級γ0.3～0.01的產(chǎn)率而言，鋼鍛的磨礦能力要比單一鋼球和混合鋼球組要差，但隨著磨礦時間增加，鋼鍛的磨礦效果反而比單一鋼球和混合鋼球要好；從過粉碎情況來看，單一鋼球的過粉碎要比鋼鍛略輕，鋼鍛又比混合鋼球組要輕；從產(chǎn)品的均勻度來看，鋼鍛比單一鋼球略粗，單一鋼球比混合鋼球略粗。

2.2.2 磨礦濃度

磨礦樣量取200 g，磨機(jī)充填率為42%、轉(zhuǎn)速為230 r／min、磨礦時間為 4 min。在 70%、73%、75%、78%、80%、85%的不同礦漿濃度下進(jìn)行磨礦，磨礦結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同磨礦濃度下不同介質(zhì)的磨礦產(chǎn)品粒度分布

從圖7可以看出，不管何種磨礦介質(zhì)，磨礦濃度低于80%下，磨礦產(chǎn)品中各粒級產(chǎn)率要比高濃度下磨礦要高，說明磨礦濃度低于80%下磨礦效率比磨礦濃度高于80%要好，可能是因為磨礦濃度太高，礦漿發(fā)黏導(dǎo)致流動性較差而具有較少的研磨概率。同樣的，鋼鍛的磨礦能力要比單一鋼球差些，比混合鋼球組差更多，從過粉碎情況來看，單一鋼球的過粉碎要比鋼鍛略輕，鋼鍛又比混合鋼球組要輕；從產(chǎn)品的均勻度來看，鋼鍛比單一鋼球略粗，單一鋼球比混合鋼球略粗。對本試驗而言，磨礦濃度取為75%。

2.2.3 充填率

磨礦樣量取200 g，磨礦時間為4 min、磨礦濃度為75%、磨機(jī)轉(zhuǎn)速為 230 r／min。在 35%、38%、42%、45%不同介質(zhì)充填率下進(jìn)行磨礦，磨礦結(jié)果如圖8所示。

從圖8可以看出，不管采用何種磨礦介質(zhì)，幾種充填率下磨礦效果幾乎相當(dāng)，對本次試驗采用低充填率進(jìn)行磨礦。同樣的，鋼鍛的磨礦能力要比單一鋼球差些，比混合鋼球差更多，從過粉碎情況來看，單一鋼球的過粉碎要比鋼鍛略輕，鋼鍛又比混合鋼球組要輕；從產(chǎn)品的均勻度來看，鋼鍛比單一鋼球略粗，單一鋼球比混合鋼球略粗。對本試驗而言，充填率取35%。

3 工業(yè)應(yīng)用

圖8 不同充填率下不同介質(zhì)的磨礦產(chǎn)品粒度分布

從上述實驗室研究結(jié)果可知，南京某鐵礦磨礦產(chǎn)率與磨礦時間幾乎成線性關(guān)系，屬勻質(zhì)礦，易磨碎。一段二段磨礦濃度控制在73%、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率76%、充填率35%左右較為合適。通過三種不同介質(zhì)的比較試驗可知，混合鋼球比單一鋼鍛、單一鋼球的磨礦效率都較高，但鋼鍛在長時間磨礦過程中產(chǎn)生的過粉碎和磨礦產(chǎn)品的均勻度，卻比單一鋼球組略好，比混合鋼球組要好很多。綜合考慮，一段磨礦采取混合鋼球介質(zhì)，二段磨礦采取鋼鍛介質(zhì)。經(jīng)過3個月的連續(xù)生產(chǎn)，南京某鐵礦磨礦分級系統(tǒng)逐步穩(wěn)定，將試驗前后二段溢流的粒級分布頻度曲線對比如圖9所示。

圖9 試驗前后二段溢流粒度分布頻度曲線

由圖9可知試驗后比試驗前二段分級溢流中－0.074～＋0.037 mm粒級產(chǎn)率高出 27.01%，－0.01 mm粒級產(chǎn)率減少21.70%，說明二段溢流產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善。

4 結(jié) 論

1.南京某鐵礦磨礦產(chǎn)率與磨礦時間幾乎成線性關(guān)系，該礦屬勻質(zhì)礦，易磨碎。一段二段磨礦濃度控制在73%、磨機(jī)轉(zhuǎn)速率76%、充填率35%左右是較為合適。

2.通過三種不同介質(zhì)的比較試驗可知，混合鋼球比單一鋼鍛、單一鋼球的磨礦效率都較高，但鋼鍛在長時間磨礦過程中產(chǎn)生的過粉碎和磨礦產(chǎn)品的均勻度，卻比單一鋼球組略好，比混合鋼球組要好很多。

3.二段磨介質(zhì)宜采用鋼鍛，試驗后比試驗前二段分級溢流中－0.074～＋0.037 mm粒級產(chǎn)率高出27.01%，－0.01 mm粒級產(chǎn)率減少21.70%，二段溢流產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯改善。

［1］ C.Damm，M.R.Mallembakam，W.Peukert.Effect of grinding conditions onmechanochemical grafting of poly（1－vinyl－2－pyrrolidone）onto quartz particles［J］.Advanced Powder Technology，2010，（21）：50－56.

［2］ 肖慶飛，康懷斌，張紅華，等.優(yōu)化球荷特性提高磨礦產(chǎn)品粒度均勻性的研究［J］.礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2015，（5）：25－28.

［3］ 鐘晉，郭永杰，杜令攀，等.球磨機(jī)磨礦介質(zhì)優(yōu)化試驗研究［J］.化工礦物與加工，2016，（5）：28－30.

［4］ 吳彩斌，楊昊，周意超，等.青海某貧硫金礦石選廠磨礦分級系統(tǒng)優(yōu)化試驗研究［J］.黃金科學(xué)技術(shù)，2015，23（4）：30－33.

［5］ 韓暉，蔣學(xué)鑫，蘇憲君，等.超細(xì)硅酸鋯磨礦工藝優(yōu)化與節(jié)能［J］.中國粉體技術(shù)，2010，16（5）：79－81.

［6］ Kalumba P.Simba，Michael H.Moys.Effects ofmixtures of grinding media of different shapes on milling kinetics［J］.Minerals Engineering，2014，（61）：40－46.

［7］ W.A.Freeman，R.Newell，K.B.Quast.Effect of grinding media and NaHSon copper recovery at Northparkesmines［J］.Minerals Engineering，2000，（13）：1 395－1 403.

［8］ Xumeng Chen，Yongjun Peng，Dee Bradshawa.Effect of regrinding conditions on pyrite flotation in the presence of copper ions［J］.International Journal of Mineral Processing，2013，（125）：129－136.

Optim ization and Industrial Application of Grinding Parameters in an Iron Laboratory of Nanjing

SHIGui-ming，ZHOU Yi-chao
（College of Resources and Environment，Yuxi Normal University，Yuxi653100，China）

This paper described the analysis of spot grinding loop and the optimization of grinding parameters through laboratory experiments.The primarily stage grinding experiments contained milling time，grinding concentration，rotation rate，production capacity，the diameter of steel ball and so on.The secondary stage grinding experiments contrasted the effect of cylpebs，steel ball and mixed steel ball under different grinding time，grinding concentration and filling rate.According to the research result，it showed that the grinding rate of iron ore and grinding time was nearly a linear relationship.The grinding efficiency ofmixed steel ballwas the highest among cylpebs，steel ball and mixed steel ball and the grinding evenness and over-crushed of cylpebs was the best among cylpebs，steel ball and mixed steel ball after long time grinding process.The grinding parameters such as grinding concentration of 73%，rotation rate of 76%，filling rate of 35%were more appropriate in industrial.The fractions of－0.074＋0.037 mm increased 27.01%and－0.01 mm decreased by 21.70%in secondary classification overflow and the quality of the secondary stage overflow was dramatically improved after the optimization.

particle size；cylpebs；the interface properties；grinding

TD921＋.4

A

1003－5540（2017）06－0017－05

江西省重點研發(fā)計劃（20171BBG70045）江西省教育廳課題（GJJ150651）

石貴明（1982－），男，副教授，主要從事礦石碎磨理論與工藝、礦物分選等研究工作。

2017－10－17