安山玢巖-花崗斑巖混合礦石的磨礦產(chǎn)品粒度特性研究

柳曉峰，康建雄

（金堆城鉬業(yè)集團有限公司，陜西 渭南 714100）

配礦工作是結(jié)合礦山生產(chǎn)目標和生產(chǎn)技術(shù)條件限制進行礦石質(zhì)量綜合采選的系統(tǒng)工程，按照一定比例將不同品位的礦石進行搭配、混勻，使其滿足礦山礦石產(chǎn)品質(zhì)量要求[1-5]。通過將不同品位的礦石進行質(zhì)量匹配與中和，增加合格礦石的產(chǎn)出量，減少礦山廢石的占用空間，改善礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益，提高礦產(chǎn)資源綜合利用率。不同礦石由于品位和嵌布粒度存在差異，導(dǎo)致礦石硬度不同，粉碎時抗壓強度也有差異，導(dǎo)致磨礦產(chǎn)品粒度特性也有所不同，進而影響礦物的浮選行為。何云林等進行了可選性研究，制定了合理的配礦方案[6]，在合適的選別條件下可獲得最終鐵精礦品位67%以上的選別結(jié)果，提高了采區(qū)礦石的綜合利用率。林玉明等利用表外低品位礦與高品位礦合理配礦，將廢棄低品位表外礦變廢為寶，提高了資源綜合利用率，符合國家產(chǎn)業(yè)政策;同時也降低了采剝成本及運輸成本[7]。韓西鵬等根據(jù)山東金嶺鐵礦選礦廠不同采場礦石性質(zhì)差異大的特點，將3 礦區(qū)礦石與金鼎礦區(qū)礦石按質(zhì)量比7∶3 配礦生產(chǎn)，能夠穩(wěn)定礦石性質(zhì)，提高磨礦效率及銅回收率，可實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)，降低了選礦生產(chǎn)成本[8]。劉勝卿根據(jù)礦體礦石的最佳入選細度、最佳配礦比例，在保證回收率的前提下提高金精礦品位，為金礦的生產(chǎn)提供指導(dǎo)和參考[9]。蔡國良通過對磨礦過程配礦，提高了磨機的磨礦效率，穩(wěn)定了磨礦產(chǎn)品的粒度，減少了鋼球和襯板的損耗。選擇適當(dāng)?shù)呐涞V生產(chǎn)工藝可在很大程度上提高選礦效率，并且能夠發(fā)揮節(jié)能降耗的作用[10]。

金堆城鉬礦是我國最大的鉬生產(chǎn)基地[11-19]，礦石以安山玢巖和花崗斑巖為主，兩種礦石硬度不同[20]，許多地質(zhì)學(xué)家對花崗斑巖進行了研究[21-22]。為使得磨礦產(chǎn)品粒度特性更加穩(wěn)定，從礦石的硬度及耐磨性兩方面考察配礦方案。本文通過礦石的點載荷實驗、JK落重實驗、分批次磨礦實驗，分析了這兩種常見的含鉬礦石的硬度與耐磨性的關(guān)系，研究了配礦對磨礦粒度特性的影響。

1 實 驗

1.1 樣品來源與制備

采集的花崗斑巖和安山玢巖樣品來源于金堆城采礦場，其原礦品位為0.16%～0.20%，所選樣品的顆粒照片如圖1 所示，花崗斑巖呈褐色且具有斑狀結(jié)構(gòu)和典型的帶狀結(jié)構(gòu)，肉眼可見斑晶顆粒結(jié)構(gòu)良好；安山玢巖呈淺灰色，含鉬礦物肉眼難以識別，粒度明顯較細，但肉眼可見金色片狀礦物，經(jīng)測試分析為硫化物。XRD 測試如圖2 所示，安山玢巖和花崗斑巖主要由石英、透輝石、鉬鈣、黃鐵礦、白云母、磷鋁礦組成。安山玢巖還含有綠泥石和蛇紋石，這可能影響磨礦粒度分布特性。

圖1 安山玢巖和花崗斑巖斷面示意Fig.1 Cross section of andesite porphyrite and granite porphyry

圖2 安山玢巖和花崗斑巖XRD 測試結(jié)果Fig.2 XRD results of andesite porphyrite and granite porphyry

將安山玢巖與花崗斑巖分別按質(zhì)量比1∶0、1∶4、1∶2、1∶1、2∶1、4∶1、0∶1 進行配礦，并對礦樣進行試驗，找出提高分選指標的最佳配比。

1.2 破碎力學(xué)測試

采用點載荷實驗[23-26]和JK 落重實驗[27]考察礦石抗破碎性能。點載荷試驗在配有100 kN 稱重傳感器的RL-056 通用壓力機中進行（圖3）。根據(jù)測定點載荷強度的標準試驗方法（ASTM2002），對5 批粒徑分別為15、20、25、30、35 mm 的樣品進行了檢測，并記錄了力與變形的數(shù)據(jù)。

圖3 點載荷儀器Fig.3 Point load instrument

JK 落錘試驗機是Julius Kruttschnitt 礦物研究中心研發(fā)的沖擊破碎設(shè)備（圖4），目的是獲得礦石破碎特性參數(shù)A 和b。A×b 值越小，礦石越硬。對45.0～37.5 mm（36 顆）、31.5～26.5 mm（90顆）、22.4～19.0 mm（90 顆）粒級在3 個能量水平下進行測試，得到了能量-粒度組合的t10和比粉碎能（Ecs）值。按t10=A[1 -exp（-bEcs）]公式擬合出t10-Ecs關(guān)系曲線，獲得物料特性參數(shù)A、b。

圖4 JK 落重儀Fig.4 JK drop weight instrument

2 結(jié)果與討論

2.1 安山玢巖與花崗斑巖抗破碎性能比較

安山玢巖和花崗斑巖的抗壓強度對比結(jié)果如表1 所列。

表1 安山玢巖和花崗斑巖的抗壓強度對比Table 1 Comparison of compressive strength between andesite porphyrite and granite porphyry

從表1 可以看出，無論是安山玢巖，還是花崗斑巖，隨著粒徑的增大，抗壓強度都逐漸減少。眾所周知，大多數(shù)物料力學(xué)性質(zhì)是不均勻的，粒度越粗，微裂紋越多，抗壓強度越小，越易碎。另一方面，隨著粒徑變大，安山玢巖的抗破碎強度均高于花崗斑巖，平均值高66.52 kg/mm2，且粒度越小，這個差值越大，即安山玢巖比花崗斑巖更難碎。這一點從JK 落重試驗中得到印證。

安山玢巖與花崗斑巖的Ecs-t10擬合曲線如圖5 所示。從圖5 可以求出兩者的破碎粒度表達式。對于安山玢巖，其參數(shù)A 和b 值分別為42.8 和1.415，表達式為t10=42.8×[1 -exp（1.415×x×Ecs）]。對于花崗斑巖，其參數(shù)A 和b 值分別為55.5 和2.338，表達式為t10=55.5×[1 -exp（2.338×x×Ecs）]。

安山玢巖的A×b 值為60.6，花崗斑巖A×b 值為129.8，因此，安山玢巖的抗破碎能力大于花崗斑巖抗破碎能力。

2.2 安山玢巖與花崗斑巖的磨礦粒度特征

安山玢巖和花崗斑巖的分批次研磨試驗結(jié)果如圖6 所示。

圖6 安山玢巖和花崗斑巖磨礦產(chǎn)品粒度分布Fig.6 Grain size distribution of grinding products of andesite porphyry and granite porphyry

從圖6 可以看出，安山玢巖磨礦產(chǎn)物的整體粒度分布比花崗斑巖更細。以磨礦時間4 min 為例，安山玢巖的P80為0.2 mm，而花崗斑巖P80為0.5 mm。這個結(jié)果表明，安山玢巖的易磨性大于花崗斑巖。這似乎與兩者的抗破碎性能相左。從圖1 礦石表面可以看出，花崗斑巖更容易沿著某一個裂隙破碎，這就是花崗斑巖抗破碎能力更低的原因之一。

2.3 配礦雙組分的磨礦產(chǎn)品特性

正是因為安山玢巖的抗破碎性能強于花崗斑巖，其可磨性能又好于花崗斑巖，合理配礦對于提高磨礦產(chǎn)品特性至關(guān)重要[28]。在磨礦時間4 min 時，不同質(zhì)量配比（A 為安山玢巖，H 為花崗斑巖）的磨礦產(chǎn)品特征如圖7 所示。

從圖7 可以看出，混合礦中隨著安山玢巖的含量增加，其可磨性能是越來越大。當(dāng)安山玢巖與花崗斑巖的比例達到2∶1 以上時，獲得接近的磨礦產(chǎn)品特性。為進一步探求合適配礦比下的磨礦效果，圖8 給出了相同磨礦細度下窄粒級分布情況。

圖7 在磨礦時間4 min 時不同質(zhì)量配比下的磨礦產(chǎn)品粒度分布Fig.7 Particle size distribution of grinding products with different mass ratios under a grinding time of 4 min(A is andesite porphyrite,and H is granite porphyry)

從圖8 可以看出，粒級＜0.038 mm 的礦石產(chǎn)率隨著安山玢巖含量增加而增大，安山玢巖更易產(chǎn)生細磨。當(dāng)安山玢巖和花崗斑巖配比為2∶1 和4∶1 時，0.150～0.106 mm 粒級含量分別為9.0%和8.1%，0.106～0.074 mm粒級含量分別為8.7%和8.6%；0.074～0.038 mm 粒級含量分別為12.9%和14.0%；＜0.038 mm 粒級含量分別為35.7%和37.6%，因此，安山玢巖和花崗斑巖配比為2∶1 和4∶1 時，磨礦效果相似。

圖8 雙組分礦石在相同磨礦細度下粒級分布情況Fig.8 Narrow size distribution of two-component ore under the same grinding fineness

2.4 配礦雙組分的磨礦能耗特征

另一種有效分析礦石耐磨性的方法是計算磨礦能耗。不同質(zhì)量配比礦石的磨礦能耗不同，如圖9所示。

圖9 雙組分礦物的磨礦能耗與新生成組分粒徑0.074 mm 礦石含量關(guān)系Fig.9 Relationship between grinding energy consumption and newly formed ≤0.074 mm bicomponent minerals

從圖9 可以看出，新生成組分粒徑＜0.074 mm 為20%時，安山玢巖與花崗斑巖的比例為1∶4、1∶2、1∶1、2∶1、4∶1 時所需能耗分別為14、9、5.5、2、3 kWh/t。當(dāng)安山玢巖∶花崗斑巖=2∶1 時能耗最低，新生組分粒徑＜0.074 mm 粒級含量最高。說明硬度不同的雙組分礦石在一定配比下可降低磨礦成本，不同類型的礦石在磨礦過程中可能存在相互促進作用，硬礦物可以充當(dāng)磨礦介質(zhì)對軟礦石進行研磨。

3 結(jié)論

1）安山玢巖的點載荷平均值為313.91 kg/mm2，花崗巖斑巖的點載荷平均值84.21 kg/mm2，安山玢巖的抗壓強度大于花崗斑巖。JK 落重試驗中，安山玢巖的A×b 值為60.6，花崗斑巖A×b 值為129.8，安山玢巖的抗破碎能力更強。安山玢巖屬于硬礦石，花崗斑巖屬于中硬礦石。

2）硬度低的花崗斑巖的脈石礦物中石英顆粒含量較多，導(dǎo)致花崗斑巖的可磨性能不如硬度高的安山玢巖。隨著硬質(zhì)礦石比例的增加，磨礦細度越細，出現(xiàn)硬度越大可磨性能越差現(xiàn)象。安山玢巖和花崗斑巖不同質(zhì)量配比的雙組分礦石磨礦產(chǎn)品新生成組分粒徑＜0.074 mm 耗能隨著配比的變化而變化，當(dāng)新生成組分粒徑＜0.074 mm 為20%時，安山玢巖∶花崗斑巖比例為2∶1 能耗為2 kWh/t，均低于其他配比能耗。

3）選礦廠含有兩種硬度截然不同的礦石，恰當(dāng)?shù)貙⒍嘟M分礦石進行配礦，對降低磨礦能耗具有重要意義，可進一步探索配礦對后續(xù)浮選指標的影響。