破碎方式对某磁铁矿石磨矿速度和Bond球磨功指数的影响_李明宇.pdf

收稿日期2020-04-02 作者简介李明宇 （1986） ， 男， 工程师。 破碎方式对某磁铁矿石磨矿速度和 Bond球磨功指数的影响 李明宇 1 陈婉晴 1 程一存 1 郭天宇 21 （1. 抚顺罕王傲牛矿业股份有限公司， 辽宁 抚顺 113125； 2. 中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司， 辽宁 抚顺 113321） 摘要为验证破碎方式对磨矿速度和Bond球磨功指数的影响， 使用某磁铁矿选矿厂的鄂式破碎产品、 圆锥 破碎产品和高压辊磨产品， 分别进行磨矿动力学试验和Bond球磨功指数试验。结果表明 ①高压辊磨产品的可磨 性最好， 圆锥破碎产品次之， 鄂式破碎产品最差。同一破碎产品的磨矿速度随着磨矿时间的增加而降低。不同破 碎产品， 随着磨矿时间增加， 颗粒性质逐步均匀并接近， 磨矿速度逐步接近， 破碎方式对磨矿速度的影响逐步降低。 ②Bond球磨功指数试验表明， 在磨矿产品粒度大于0.10 mm时， 破碎方式对磨矿的能耗影响显著， 高压辊磨产品最 节能； 当磨矿产品粒度小于0.10 mm时， 破碎方式对磨矿的能耗影响降低。破碎工艺中增加高压辊磨机， 对于增大 磨机处理量、 降低磨矿能耗十分有益。 关键词破碎方式磁铁矿石磨矿速度Bond球磨功指数 中图分类号TD921.4文献标志码A文章编号1001-1250 （2020） -09-142-05 DOI10.19614/ki.jsks.202009020 The Influence of Crushing Modes on Grinding Speed and Ball Mill Work Index of the Magnetite Iron Ore LI Mingyu1CHEN Wanqing1CHENG Yicun1GUO Tianyu22 （1. Fushun Hanking Aoniu Mining Co.， Ltd.， Fushun 113125， China； 2. China Nonferrous Hongtoushan Fushun Mining Group Co.， Ltd.， Fushun 113321， China） AbstractIn order to verify the effect of crushing modes on grinding speed and Bond ball grinding work index，the grinding dynamics test and Bond ball grinding work index test were respectively carried out by using the jaw crusher product， cone crusher product and high pressure roller grinding product of a magnetite concentrator. The results showed that①the grinding effect of high pressure roller mill is the best， followed by the cone crusher product and the jaw crusher. The grinding speed of the same crushing product decreases with the increase of grinding time. For different crushing products，with the in- crease of grinding time，particle properties and grinding speed are gradually uni and close to each other. And the influ- ence of crushing modes on grinding speed is gradually unconspicuous. ②The test of Bond ball grinding work index showed that when the particle size of the grinding product is larger than 0.10 mm，the crushing modes has a significant impact on the energy consumption of the grinding product，and the high pressure roller grinding product is the most energy-saving. When the particle size of the grinding product is less than 0.10 mm，the impact of crushing modes on the energy consumption of the grinding product is reduced. The uasage of high pressure roller mill in crushing process is beneficial to increase the process- ing capacity of mill and reduce the grinding energy consumption. Keywordscrushing way， magnetite， grinding speed， Bond work index of ball mill 总第 531 期 2020 年第 9 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 531 September2020 破碎和磨矿作业的能耗占整个选矿作业能耗的 60～70， 选用高效的破碎设备是选矿厂 “节能增 效” 的有效途径。不同破碎方式产生的颗粒强度和 粒度组成对作业能耗有极其重要的影响 ［1-2］。高压辊 磨作为新型高效的细碎设备， 利用 “层压粉碎” 的方 式破碎矿石， 其破碎产品细粒级含量高、 颗粒内部具 142 有微裂纹， 有利于提升磨矿速度， 对于后续磨矿节 能有一定优势 ［3-8］。目前， 已有针对不同破碎方式的 对比研究。侯英等 ［9-10］使用磁铁矿石和钼铜矿石的 鄂式破碎产品和高压辊磨破碎产品进行磨矿速度 和Bond球磨功指数对比， 得出高压辊磨产品在粗磨 阶段磨矿速度快、 节能显著。曹进成等 ［11］、 刘磊 等 ［12］分别从磨矿速度和磨矿效率角度对比圆锥破 碎产品和高压辊磨破碎产品， 得出辊磨产品更易 磨， 磨矿产品细粒级多、 中间产品少， 对球磨机产能 提升十分有益。 以上试验样品来源于试验室破碎设备， 使用鄂 式破碎产品或圆锥破碎产品同高压辊磨产品进行2 种产品各类磨矿性能的比较， 并没有同时反映出3种 破碎方式生产的工业产品的磨矿性能差别。本研究 以工业破碎设备的产品为研究对象， 对比鄂式破碎、 圆锥破碎及高压辊磨破碎 3 种产品的磨矿速度和 Bond球磨功指数 ［13］， 试验研究结果对破碎流程的设 计及设备选型有一定的借鉴意义。 1试样性质及研究方法 1. 1试样性质及来源 试验样品取自抚顺某单一磁铁矿选矿厂， 取样 位置分别为颚式破碎机排矿皮带、 圆锥破碎机排矿 皮带和高压辊磨机排矿皮带。破碎工艺流程见图1。 该选矿厂采用 “三段两闭路破碎” 工艺， 原矿最 大粒度850 mm， 一段粗碎采用颚式破碎机， 电机功率 200 kW， 破碎比 i1约为 2.83， 开路破碎； 中碎采用圆 锥破碎机， 电机功率400 kW， 破碎比i2约为10， 筛分 设备为圆振动筛； 细碎采用高压辊磨机， 电机功率 1 250 kW2， 设定工作压力 9.0 MPa， 破碎比 i3约为 10， 筛分设备为直线振动筛； 最终破碎产品粒度约 为3 mm。 1. 2样品处理 颚式破碎机样品使用 PEX-100125型颚式破 碎机继续进行破碎， 产品全部通过3 mm方孔筛。在 生产现场， 分别取圆锥破碎机产品和高压辊磨机产 品， 并使用3 mm方孔筛筛分， 筛下产品用于试验。分 别对3种破碎机产品进行配矿， 使3种样品的各窄级 别粒度组成接近。破碎产品粒度分布见图2。 1. 3试验方法 使用 XMQ24090球磨机分别对 3种破碎产品 进行磨矿， 磨矿质量浓度70， 干矿量0.5 kg/次， 钢球 充填率φ22.36， 球磨机转速 n100 r/min， 钢球配 比φ30 mm 40个、φ25 mm 58个、φ20 mm 90个。磨 矿时间分别为3、 5、 7、 9、 11、 13、 15 min。磨矿产品使 用0.074 mm标准筛进行筛分。 使用φ305 mm305 mm Bond 功指数球磨机分 别对上述3种破碎产品进行球磨功指数试验， 球磨机 内装有285个钢球， 钢球总质量20.125 kg， 钢球配比 为φ36.5 mm 43个，φ30.2 mm 67个，φ25.4 mm 10个， φ19.1 mm 71 个，φ15.9 mm 94 个。给矿粒度分别为 F80颚破2.88 mm、 F80圆锥2.83 mm和 F80辊磨2.91 mm， 磨 矿产品粒度分别为0.15 mm、 0.10 mm和0.074 mm。 2试验结果与分析 2. 1磨矿动力学试验结果与分析 破碎产品磨矿时间与-0.074 mm粒级产率的关 系如图3所示。 由图3可知， 在相同的磨矿时间下， 高压辊磨破 碎产品经磨矿后的产品粒度最细。随着磨矿时间的 增加， 3种产品的磨矿粒度越来越接近， 在磨矿时间 为15 min时， 圆锥破碎产品和高压辊磨产品的磨矿 粒度基本一致， 颚式破碎机产品的磨矿粒度约低3。 对3种破碎产品分别进行磨矿动力学分析。磨 矿动力学是指被磨物料的磨碎速率与磨矿时间的关 李明宇等 破碎方式对某磁铁矿石磨矿速度和Bond球磨功指数的影响2020年第9期 143 系。假定磨矿速度 （粗级别物料质量减少的速度） 与 该瞬间磨机中未磨好的粗粒级物料成正比 ［14］， 根据 这个假设可以列出下列关系 dR dt -kR，（1） 式中 R 为经过时间 t 后粗级别残留物的累计产 率， ；t为磨矿时间， min； k为比例系数， 取决于磨矿 条件， 负号表示粗级别减少。 用分离变量法求解公式 （1） 微分方程， 得到 ∫ dR dt -k∫dt C，（2） ln R -kt C.（3） 设R0为被磨物料中粗级别的原始质量分数， 在 磨矿开始时， t0， RR0， 从而Cln R0。将C值带入公 式 （3） 得到 ln R -kt ln R0，（4） R R0e-kt.（5） 式 （5） 即为磨矿动力学方程式。对式 （5） 取2次 对数， 得到 ln ln R0 R mln t ln k，（6） 式中， k和m为比例系数， 由物料性质和磨矿条件决 定。m值主要取决于被磨物料的均匀性， k值主要取 决于磨矿粒度 ［1］。 对公式 （6） 中的m和k分别求偏导数得到 ∂R ∂m -ktme-kt mln t， （7） ∂R ∂k -tme-kt m. （8） 公式 （7） 表明k和t不变的情况下， 参数m对筛上 物料累计产率R的影响。公式 （8） 表明m和t不变的 情况下， 参数k对筛上物料累计产率R的影响。偏导 数的值是一个关于时间的函数。 考虑磨矿动力学参数k和m对R减小的影响， 取t ＞1， 如果参数m对R减少的影响大于k，则对m求偏 导数的数值要大于对k求偏导数的数值， 即 | | | | | | | | ∂R ∂m ＞ | | | | | | | | ∂R ∂k ，（9） ||-ktme -ktmln t ＜ ||-tme -ktm ，（10） t ＞ e 1 k. （11） 公式 （11） 表明， 当磨矿时间t＜e1/k时， 参数k对R 的减少 （即磨矿速率） 起主要影响； 当 t＞e1/k， 参数 m 对R的减少 （即磨矿速率） 起主要影响； 在te1/k附近 时， k和m共同影响R的减少 （即磨矿速率） 。 利用公式 （6） ， 使用最小二乘法拟合不同磨矿时 间下-0.074 mm产率的数据。由于高压辊磨产品和 圆锥破碎产品在磨矿时间大于11 min时， 粗粒级残 余量小于 5， 而公式 （6） 适用于粗粒级残留量 5～ 100的情况， 为使磨矿条件相同， 3种破碎产品的最 大磨矿时间选定为 11 min， 设置不同的磨矿起始时 间， 得到磨矿动力学参数m和k的值， 分别见表1。 依据表 1 中的拟合结果， 使用公式 （12） 进行计 算， 临界时间e1/k的最小结果为2 326， 远远大于磨矿 时间t， 说明参数k对磨矿速率起到主要影响作用， m 的影响可以忽略不计。 对于任一破碎产品， 进行不同磨矿时间的磨矿 动力学分析。以鄂式破碎产品为例， R0为 79.31。 3 min 作为磨矿起点， R3鄂破产品为 47.10， k3鄂破产品为 0.077； 5 min作为磨矿起点， R5鄂破产品为31.10， k5鄂破产品 为 0.061； 7 min 作 为 磨 矿 起 点 ， R7鄂破产品为 19.5， k7鄂破产品为0.039。该结果表明 随着磨矿时间增加， R 降低， 筛上物料被磨碎的概率降低， 同一破碎产品的 磨矿速度降低。 对于本试验的3种破碎产品， 进行相同磨矿时间 的磨矿动力学分析。磨矿初始时间为3 min， 鄂式破 碎产品的 R3鄂破产品为 62.85， k3鄂破产品为 0.077； 圆锥破 碎产品 R3圆锥产品为 55.10， k3圆锥产品为 0.098； 高压辊磨 产品的 R3辊磨产品为 47.10， k3辊磨产品为 0.129。R3鄂破产品＞ R3圆锥产品＞R3辊磨产品， R 越大， 矿粒被破碎概率越大， 但 k3鄂破产品＜k3圆锥产品＜k3辊磨产品， 即磨矿速度为 v鄂式破碎产品＜ v圆锥破碎产品＜v高压辊磨破碎产品， 其他磨矿时间的R和k也符合 金属矿山2020年第9期总第531期 144 这个关系， 该结果表明 破碎方式对矿粒的可磨性存 在影响， 高压辊磨产品的可磨性最好， 鄂破产品的可 能性最差。 以上分析表明 高压辊磨产品的可磨性最好， 圆 锥破碎产品次之， 鄂式破碎产品最差。同一破碎产 品的磨矿速度随着磨矿时间的增加而降低。不同破 碎产品， 随着磨矿时间增加， 颗粒性质逐步均匀并接 近， 磨矿速度逐步接近， 破碎方式对磨矿速度的影响 逐步降低。 参照上述分析结论， 在实际生产中， 利用3种破 碎方式产生的粒度相近的破碎产品直接进行磨矿， 鄂式破碎产品的可磨性最差， 会严重降低球磨机的 利用系数； 圆锥破碎产品的可磨性居中， 目前， 大部 分选矿厂的一段球磨机给矿产品为圆锥破碎机的细 碎产品； 高压辊磨产品可磨性最好， 相同磨矿产品的 前提下， 磨机利用系数会有显著提升。 2. 2Bond球磨功指数试验结果与分析 对3种粒度组成接近的破碎产品进行Bond球磨 功指数测定， 给矿粒度分别为F80颚破2.88 mm、 F80圆锥 2.83 mm和F80辊磨2.91 mm， 磨矿产品粒度分别为0.15 mm、 0.10 mm和0.074 mm。在闭路磨矿的条件下， 按 照公式 （12） 进行计算 ［15］ Wib 49.04 P0.23 1 G 0.82 bp 10 P80 - 10 F80 ，（12） 式中 Wib为Bond球磨功指数，（kW h） /t； P1为试验筛孔 尺寸， mm； Gbp为球磨机每转新生成的试验筛孔以下粒 级物料量， g/r； P80为产品中80物料过筛的粒度尺寸， mm； F80为给矿中80物料过筛的粒度尺寸， mm。 Bond 球磨功指数计算结果见表 2， 产品粒度和 Bond球磨功指数关系见表3。 由表2可知， 同一破碎产品， 球磨机每转一圈的 试验筛孔以下新生量随着产品粒度的降低而减少， 而Bond功指数增加。不同破碎产品， 在同一磨矿粒 度 时 ， 球 磨 每 转 一 圈 的 试 验 筛 孔 以 下 新 生 量 Gbp颚式破碎产品≈Gbp圆锥破碎产品＜Gbp高压辊磨产品， 球磨 Bond 功指 数由低到高为 Wib高压辊磨产品≈Wib圆锥破碎产品＜Wib鄂式破碎产品。 由 表 3 可 知 ， 3 种 破 碎 产 品 的 磨 矿 粒 度 由 0.154 mm降低到0.100 mm时， Bond功指数增量分别 为4.63kWh/t、4.44 kWh/t和4.30 kWh/t， 高压辊磨产品 功指数增量最小， 鄂式破碎产品功指数增量最大， 破 碎方式对 Bond 功指数的影响较大； 当磨矿粒度由 0.100 mm 降低至 0.074 mm 时， 三者的增量分别为 2.55 kWh/t、 2.55 kWh/t 和 2.54 kWh/t， 破碎方式对 Bond功指数的影响减小。 Bond球磨功指数试验表明 ①在磨矿产品粒度 大于0.10 mm时， 破碎方式对磨矿的能耗影响显著， 高压辊磨产品最节能； 当磨矿产品粒度小于0.10 mm 时， 破碎方式对磨矿的能耗影响降低； ②同一破碎产 品的Gbp随着产品粒度降低而降低， 验证了 “磨矿速度 随着磨矿时间的增加而降低” 。不同破碎产品相同 磨矿粒度的Gbp随着磨矿时间增加， 差别减小， 验证了 “随着磨矿时间增加， 颗粒性质逐步均匀并接近， 磨 矿速度逐步接近， 破碎方式对磨矿速度的影响逐步 降低” 。 3结论 （1） 磨矿动力学试验表明， 高压辊磨产品的可磨 性最好， 圆锥破碎产品次之， 鄂式破碎产品最差。同 一破碎产品的磨矿速度随着磨矿时间的增加而降 低。不同破碎产品， 随着磨矿时间增加， 颗粒性质逐 步均匀并接近， 磨矿速度逐步接近， 破碎方式对磨矿 速度的影响逐步降低。 （2） Bond球磨功指数试验表明， 在磨矿产品粒度 大于0.10 mm时， 破碎方式对磨矿的能耗影响显著， 高压辊磨产品最节能； 当磨矿产品粒度小于0.10 mm 时， 破碎方式对磨矿的能耗影响降低。 （3） 工业生产中， 高压辊磨产品作为球磨机给 矿最有益， 圆锥破碎产品次之。破碎工艺中增加高 压辊磨机， 对于增大磨机处理量、 降低磨矿能耗十 分有益。 李明宇等 破碎方式对某磁铁矿石磨矿速度和Bond球磨功指数的影响2020年第9期 145 ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ ［9］ ［10］ ［11］ ［12］ ［13］ ［14］ ［15］ 参 考 文 献 段希祥， 肖庆飞.碎矿与磨矿 ［M］ .第3版.北京冶金工业出版 社， 201354-55. 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