粒度对方解石冲击粉碎影响研究.pdf

．6 4 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 2 0 ．0 1 ．0 1 2 粒度对方解石冲击粉碎影响研究 郭润楠1 ，杨金林1 ’2 ，马少健1 ’2 ，帅智超 1 ．广西大学资源环境与材料学院，南宁5 3 0 0 0 4 ； 2 ．广西有色金属及特色材料加工重点实验室，南宁5 3 0 0 0 4 摘要J K 标准落重试验的样品粒度范围为一6 3 ．o 1 3 ．2m m 。为了研究粒度尺寸对颗粒抗冲击粉碎能力的影响，以 天然方解石为研究对象，将矿石粒度范围拓展到一1 3 ．2 4 ．7 5f i l m 。通过J K 落重试验方法分别测定一6 3 ．0 1 3 ．2f i l m 和 一1 3 ．2 4 ．7 5m m 两个粒级范围内矿石抗冲击粉碎特性参数，以此来分析研究不同试验条件下颗粒抗冲击粉碎能力的变化。 试验结果表明，方解石物料的冲击粉碎存在较明显的粒度效应，且随着粒度的减小，颗粒抵抗冲击粉碎的能力增大。这为运 用J K S i m M e t 软件中的变速率模型进行模拟时，粒度效应对模拟结果的影响提供了理论支持。 关键词落重试验；粒度；冲击粉碎；粉碎特性 中图分类号T D 9 1 3文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 2 0 0 1 - 0 0 6 4 0 5 S t u d yo nt h eI n f l u e n c eo fP a r t i c l eS i z eO HI m p a c tC r u s h i n go fC a l c i t e G U O R u n n a n 。，Y A N GJ i n l i n2 ”，M AS h a o j i a n l ”，S H U A JZ h i c h a o 2 1 ．C o l l e g eo fR e s o u r c e s ，E n v i r o n m e n ta n dM a t e r i a l s ，G u a n g x iU n i v e r s i t y ，N a n n i n g5 3 0 0 0 4 ，C h i n a ； 2 ．G u a n g x iK e yL a b o r a t o r yo fP r o c e s s i n gf o rN o n f e r r o u sM e t a l l i ca n dF e a t u r e dM a t e r i a l s ， N a n n i n g5 3 0 0 0 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep a r t i c l es i z er a n g eo ft h ef e e df o rt h eJ Ks t a n d a r dd r o pw e i g h tt e s ti s 一6 3 ．0 13 ．2m m ．I n o r d e rt Os t u d yt h ei n f l u e n c eo fp a r t i c l es i z eo nt h ei m p a c tb r e a k a g ea b i l i t yo fp a r t i c l e s ，t h en a t u r a lc a l c i t e w a su s e da st h er e s e a r c ho b j e c t 。a n dt h eo r es i z er a n g ew a se x t e n d e dt o 一1 3 ．2 4 ．7 5m m ．T h ei m p a c t b r e a k a g ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r so fo r e si nt h er a n g e so f 6 3 ．0 1 3 ．2m ma n d 1 3 ．2 4 ．7 5m mw e r e d e t e r m i n e db yJKd r o pw e i g h tt e s tm e t h o d ，S Oa st o a n a l y z et h ec h a n g eo fi m p a c tb r e a k a g ea b i l i t y o f p a r t i c l e su n d e rd i f f e r e n tt e s tc o n d i t i o n s ．T h et e s tr e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r t i c l es i z ee f f e c to fc a l c i t em a t e r i a l i so b v i o u si ni m p a c tb r e a k a g e ，a n dw i t ht h ed e c r e a s eo fp a r t i c l es i z e ，t h ea b i l i t yo ft h ep a r t i c l e st or e s i s t i m p a c tb r e a k a g ei n c r e a s e s ．T h i sp r o v i d e st h e o r e t i c a ls u p p o r tf o rt h ei n f l u e n c eo fp a r t i c l es i z ee f f e c to nt h e s i m u l a t i o nr e s u l t sw h e nt h ev a r i a b l e r a t em o d e li nJK S i m M e ts o f t w a r ei su s e df o rs i m u l a t i o ni nt h ef u t u r e ． K e yw o r d s d r o pw e i g h tt e s t ；p a r t i c l es i z e ；i m p a c tc r u s h i n g ；c o m m i n u t i o nc h a r a c t e r i s t i c J K 落重试验是由澳大利亚昆士兰大学J u l i u s K r u t t s c h n i t t 矿物研究中心 J K M R C 提出的一种测 定矿石物料冲击粉碎特性的试验方法。该方法通过 改变落重物的下落高度和质量来获得矿石在不同能 量条件下的冲击粉碎结果口1 4 ] 。J K 标准落重试验的 样品粒度范围为一6 3 ．0 1 3 ．2m m 的几个窄粒级 如一6 3 ．0 5 3 ．0 、一4 5 ．0 3 7 ．5 、一3 1 ．5 2 6 ．5 、 一2 2 ．4 1 9 、一1 6 1 3 ．2m m ，每个窄粒级物料分 为3 份，分别在3 种不同的比破碎能E 。 破碎能量 与矿块的质量之比，即单位质量矿块所受到的破碎 能量，单位k W h ／t 条件下进行冲击粉碎试验，冲击 完成后对每个粒级一比破碎能E 。。组合的冲击破碎 产品分别进行筛分分析，并以此绘制出1 5 个粒度分 布曲线，求出一组t ，。 当筛孔尺寸为给料矿石颗粒粒 度平均尺寸的1 ／1 0 时，此时产物筛下产率定义为 t ．。 来定量描述破碎产物的粒度分布情况。在 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 8 7 4 1 0 5 ；广西自然科学基金资助项目 2 0 1 8 G X N S F A A 2 8 12 0 4 收稿日期2 0 i 9 - 0 5 2 0 作者简介郭润楠 I9 9 I 一 ，男，山西运城人，硕士研究生，研究方向为矿物加工工程。 通信作者杨金林 19 7 3 一 ，男，湖北罗田人，副教授，博士生导师，研究方向为矿业工程。 万方数据 2 0 2 0 年第1 期郭润楠等粒度对方解石冲击粉碎影响研究6 5 J K M R C 的粉碎模型中采用t 。。作为表征矿石物料被 粉碎程度的参数，并以此来判断矿石颗粒粒度尺寸 对抗冲击破碎能力的影响[ 5 ] ，其中t 。。与比破碎能E 。 的关系为t ，。 A 1 一e _ 6 地5 。根据1 5 组试验数据 绘制的曲线，可以拟合回归出公式t ，。 A 1 一 e _ 。跏 中系数A 和b 的数值。A 和b 的值就是 J K M R C 粉碎模型中用于表征矿石抵抗冲击粉碎能 力的物料特性参数，参数A 的意义是比破碎能E 。趋 于无穷大时t 。。的上限值，参数b 则影响t ，。一E 。关系 曲线在不同位置的斜率[ 6 ] 。通常A b 作为一个独 立的值来表征矿石冲击粉碎的硬度，A b 值是比破 碎能E 。为零时的曲线斜率，它可以代表矿石冲击粉 碎阻力的大小，其值越小表示矿石的冲击粉碎阻力 越大[ 7 。8 ] ，矿石越硬；反之则表示矿石越软，更容易被 粉碎。因此，可以采用J K 落重试验方法来研究矿物 颗粒的抗冲击粉碎能力。不过，J K 标准落重试验测 得的矿石物料抗冲击粉碎特性参数严格来说仅适用 于较粗粒级物料的冲击粉碎研究。从矿石粉碎原理 可知，颗粒粒度对粉碎结果是有影响的，故不一定能 直接将该试验结果用于一1 3 ．2m m 物料粉碎的研究 中，因为只有当矿石较硬时，颗粒粒度的影响一般才 可以忽略[ 1 ] 。资料表明，对于一1 3 ．2m m 物料的冲 击粉碎研究报道少，因此研究矿石粒度尺寸对其冲 击粉碎的影响很有必要。本文以天然方解石矿石为 研究对象，采用两个粒级范围 一6 3 ．0 1 3 ．2 、一3 ．2 4 ．7 5m m 的物料粒级分别进行J K 冲击粉碎试 验，以此来探索矿石粒度尺寸对颗粒冲击粉碎的 影响。 1冲击粉碎试验 用于冲击粉碎试验的J K 落重试验机构造及原 理如图1 所示。试验所用矿石为采自广西某矿山的 天然方解石矿石。其粒度为 6 3 ．0m m ，后续用颚 式破碎机破碎至一6 3 ．0m m ，然后按照要求通过筛 分制备出J K 标准落重试验所需的5 个粒级 一6 3 ．0 5 3 ．0 、一4 5 ．0 3 7 ．5 、一3 1 ．5 2 6 ．5 、一2 2 ．4 1 9 、 一1 6 1 3 ．2m m ，记为试样1 ；同时制备出标准落重 试验5 个粒级向细粒级端按筛孑L 尺寸序列标准等比 延伸的3 个粒级 一1 1 ．2 9 ．5 、一8 ．0 6 ．7 、一5 ．6 4 ．7 5m m ，记为试样2 。 J K 落重试验是通过改变落重锤的质量与下落 高度来调节待测矿块所受到的能量。虽然落重试验 机可以提供向细粒级端延伸的3 个粒级冲击粉碎试 验所需的比破碎能E 。，但标准J K 落重试验直接用 于细粒级单颗粒冲击粉碎试验会存在较大误差，不 一定合适。J K 落重机所配置的最轻落重锤质量为 2 ．6 8 15k g ，而此次制备的一1 1 ．2 9 ．5m m 粒级试 验颗粒的平均质量为2 ．1 6 6g ；经过计算，用该粒级 颗粒做单颗粒冲击粉碎试验时，当比破碎能E 。 0 ．2 5k W h ／t 时，落重锤所需的提升高度为7 ．4 2c m ， 小于J K M R C 模型所推荐的1 0c m 最低限位高度。 而且对于一8 ．0 6 ．7m m 、一5 ．6 4 ．7 5m m 两个粒 级来说，进行单颗粒冲击粉碎试验所需的落重高度 会更低。落重高度低于限位高度时，提升高度会很 小，试验所带来的相对误差会较大。因此，在对这3 个细粒级物料进行冲击粉碎试验时，可以通过采用 多颗粒冲击粉碎方法来满足最低限位高度的要求。 该试验方法的合理性以及可行性已经得到何毛等人 的试验验证[ 9 ] ，在此不过多解释。值得注意的是，在 砧板上放置多个物料颗粒时，各颗粒之间应对称放 置，保持一定的间距，不能靠得太近[ 10 | ，这样才能使 各颗粒冲击粉碎时受力相同且彼此间相互不受 影响。 落 装 座 图1J K 落重试验机构造及原理示意图 F i g ．1 S t r u c t u r ea n dp r i n c i p l ed i a g r a mo f J Kd r o pw e i g h tt e s t e r 本次试验对试样1 中每个试验粒级仍按照J K 标准落重试验进行单颗粒冲击粉碎试验，对于试样2 的三个物料粒级，分别进行比破碎能E 。为2 ．5 、1 ．0 、 0 ．2 5k w h ／t 时三个水平的冲击粉碎试验。为了能 满足提升高度大于1 0c m 这一要求，根据本次试验 物料粒级单颗粒的平均质量，可求出采用多颗粒冲 击粉碎试验时，满足落重锤最低提升高度要求所需 的矿粒数目。本次试验中，一1 1 ．2 9 ．5m m 粒级最 万方数据 6 6 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第1 期 少需要两颗矿粒同时受冲击才能满足试验要求，而 一8 ．0 6 ．7m m 粒级至少需要四颗，一5 ．6 4 ．7 5 m m 粒级则至少需要六颗。多颗粒冲击粉碎试验和 J K 标准落重试验的单颗粒冲击粉碎试验操作过程 相同，不同之处仅在于每次操作时砧板上所放的颗 粒为计算所得的颗粒数，同样每组试验重复三十次， 将三十次试验所得的产物收集汇总并对其进行筛 分，得出其粒度分布。本次试验设计如表1 所示。 表l 冲击粉碎试验方案设计 T a b l e1S c h e m ed e s i g no fi m p a c tc o m m i n u t i o nt e s t 2 试验结果及分析 2 ．1 矿石抗冲击粉碎能力 根据上述试验设计，分别对试样1 和试样2 进行 J K 落重试验，根据实验数据拟合回归得到的t Ⅲ一E 关系曲线如图2 所示，将t ．。一E ，关系曲线用 t 。。 A 1 一e 拟丘5 进行拟合逼近，得到的拟合参数 A 、b 、A b 及拟合方程如表2 所示。由表2 可以看 出，试样1 和试样2 的A 6 值分别为2 0 4 ．5 1 、 8 2 ．7 5 ，两个试样的A 6 值相差较大。对照表3 中 J K 落重试验参数与物料硬度关系可以看出，试样1 属于极软矿石，试样2 属于软矿石。但是，两个试样 矿石属于同时制备的同一矿石，由此可以看出方解 石在冲击粉碎试验中存在粒度效应。 洲k W h ‘t 。‘ a 一6 3 ．0 1 3 ．2m m 粒级 E c s ／ k W h ‘l - t b 一1 3 ．2 “．7 5m m 粒级 图2 冲击粉碎试验的t ．。一E 。。关系图 F i g ．2t l o E c 。r e l a t i o n s h i pc u r v e o fi m p a c tc o m m i n u t i o nt e s t s 表2 T a b l e2 试验结果 T e s tr e s u l t s 表3落重试验参数与物料硬度的关系 T a b l e3 R e l a t i o n s h i po fm a t e r i a lr i g i d i t y a n dp a r a m e t e r so fd r o p w e i g h tt e s t 2 ．2 颗粒尺寸对抗冲击破碎能力的影响 从矿石颗粒粉碎原理可知，抗冲击破碎能力随 颗粒尺寸的变化而变化，使用软件进行模拟计算时， 会影响碎磨设备功率的计算以及自磨／半自磨设备 介质的选择‘引。试样l 和试样2 为同时制备的同一 万方数据 2 0 2 0 年第1 期郭润楠等粒度对方解石冲击粉碎影响研究 6 7 矿石，可以利用试验结果分析颗粒尺寸的粒度效应。 图3 给出了八个试验粒级冲击粉碎产物t 。。在不同比 破碎能E 条件下的变化情况。 图3 八个试验粒级的t 。。- E 。。关系图 F i g ．3E 。。一t l oc u r v e sf o rt h ee i g h ts i z e s 由图3 可以看出，细粒级试验数据的纵坐标全都 位于粗粒级试验数据下面，以一1 6 ．o 1 3 ．2m m 粒级 t ，。一E 关系曲线为比较基准， 1 6 ．0m m 所有粒级 t ，。一E 关系曲线均在此曲线上方，且粒级越大，偏离 此曲线越远；一1 3 ．2m m 所有粒级t 。。一E 关系曲线均 在此曲线下方，且粒级越小，偏离此曲线越远。 图4 描述了冲击粉碎产物￡。。随被碎矿石颗粒尺 寸变化的趋势。 图4 ￡，。随颗粒尺寸变化的趋势 F i g ．4 T r e n do ft l ow i t hv a r i a t i o np a r t i c l es i z e 由图4 可以看出，在比破碎能E c s 三个不同的 水平条件下，￡。。均随物料颗粒粒度的增大而增大，且 随着比破碎能下降，颗粒粒度与t 。。关系曲线的斜率 变小。比破碎能相同时，以1 3 ．2m m 为比较基准也 可以看出，颗粒尺寸 1 3 ．2m m 时，t ，。随颗粒粒度变 化的斜率明显比一1 3 ．2m m 时的斜率小，说明随着 颗粒尺寸的减小，颗粒的抗冲击破碎能力增强。 综合图3 和图4 ，试验结果反映出方解石冲击粉 碎时确实存在粒度效应，且随着颗粒粒度的减小，颗 粒的抗冲击破碎能变大，越难被破碎。 为了更直观的研究颗粒效应，图5 给出了不同 比破碎能条件下，冲击粉碎产物粒度分布曲线随试 验粒级的变化情况。 堡 瓣 | } L 匕 瞄 k 楼 相对粒度 a E c s - - 2 ．5k W h ／t 条件下 1 0 0 8 0 邃 槲6 0 { L b 鐾4 0 壕 2 0 相对粒度 b E c s 1 ．0k W h ／t 条件下 - 一一6 3 5 0 ．5m m - 一一“．5 3 7 ．5m m ．- 一3 1 ．5 2 6 ．5m m 十一2 2 ．4 1 9m m 一1 6 1 3 ．2m m 一1 1 ．2 9 ．5m m ．．- 一一8 6 ．7m m 一一5 ．6 “．7 5m m 0o z r _ _ L I E 一30 ．0 lO ．1 相对粒度 c 最s O ．2 5k W h ／t 条件下 图5 产物相对粒度分布曲线随试验粒级变化 F i g ．5T h er e l a t i v ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nc u r v e o fp r o d u c tc h a n g e sw i t ht h et e s tp a r t i c l es i z e 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第1 期 由图5 可以看出，当被碎物料颗粒粒度一定时， 随着比破碎能的减小，落重产物粒度分布曲线向图 的右下方偏移，说明随着比破碎能的减小，冲击粉碎 产物的粒度分布更“粗”一点。在比破碎能相同的条 件下，随着被碎物料颗粒粒度的减小，粉碎产物粒度 分布曲线向图的右下方偏移，即相对颗粒粒度一定 时，随着被破碎颗粒粒度的减少，给定筛分粒度的筛 下产率减小。由图5 还可以看出，在比破碎能较高 的情况下，粉碎产物筛下累积产率曲线的差异在中 细粒级区域均比较明显；在比破碎能较低的情况下， 粉碎产物筛下累积产率在曲线中段差异较大，在细 粒级处差异又逐渐变小。这种趋势通过比较可以从 图5 中看出，随着比破碎能的逐渐减小，不同被破碎 颗粒粒度的冲击粉碎产物负累计产率曲线的差异逐 渐从细粒级端向粗中粒级端偏移。综合以上分析可 以看出，颗粒尺寸对抗冲击破碎能力是有影响的，即 存在粒度效应；且随着颗粒粒度的减小，抗颗粒冲击 破碎能力增强，更加难被破碎。 3结论 论文对一6 3 ．0 1 3 ．2I T l m 和一1 3 ．2 4 ．7 5m m 两个方解石宽粒级分别进行冲击粉碎试验，得到以 下结论 1 用J K 落重试验分别测定了方解石 1 3 ．2m m 和一1 3 ．2f i l m 两个粒级范围的粉碎特性参数，其结 果可以表明随着粒度的减小，颗粒抗冲击粉碎的能 力增大。 2 高比破碎能条件下，冲击粉碎产物粒度分布 曲线在中细粒级范围差异较为明显；低比破碎能条 件下，粉碎产物粒度分布曲线则只在中粒级范围内 的差异较明显。 3 相同的比破碎能下，冲击粉碎产物粒度分布 曲线随物料颗粒粒度的减小而变陡。通过两个粒级 范围的冲击粉碎试验结果可以看出，方解石冲击粉 碎时其粒度效应较明显。因此，运用J K S i m M e t 软 件中的变速率模型进行模拟时，应该考虑矿石颗粒 粒度效应对模拟结果的影响。 参考文献 [ 1 ] 刘建远．关于矿石粉碎特性参数及其测定方法[ J ] ．金属 矿山，2 0 1 1 1 0 9 1 9 ． L I UJ i a n y u a n ．O nt h ep a r a m e t e r sf o ro r ec o m m i n u t i o n p e r f o r m a n c ea n dt h er e l e v a n tt e s t i n gm e t h o d [ J ] ．M e t a l M i n e ，2 0 1 1 1 0 9 1 9 ． [ - 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