球磨机中介质形状对钒钛磁铁矿破碎参数的影响研究.pdf

2 0 1 9 年第2 期有色金属 选矿部分 6 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 2 ．0 1 3 球磨机中介质形状对钒钛磁铁矿破碎参数的影响研究 何逵1 ’2 1 ．攀枝花学院 钒钛学院，四川攀枝花6 1 7 0 0 0 ； 2 ．冶金矿产二次资源高效利用研发中心，四川攀枝花6 1 7 0 0 0 摘要以0 ．8 3 ～2m m 、0 ．3 5 ～o ．8 3m m 两种单一粒径的攀西钒钛磁铁矿为原料，钢球和短圆柱形钢锻为介质，设定磨 矿浓度8 0 ％、磨矿时间0 ．5 、1 、2 、4 、6 、8 、1 0m i n 、磨机转速9 6r ／r a i n ，钢球的配比为D 3 0 D z 5 D 2 0 4 2 6 0 9 3 ，短圆柱钢锻 配比为D 。。。3 。D 2 5 。2 5 D 。。2 。一2 8 4 0 6 2 ，介质充填率为4 0 ％。研究结果表明不同形状的磨矿介质对钒钛磁铁矿的破 碎遵循一阶动力学模型，且在短时间内短圆柱钢锻的破碎速率s 。明显高于钢球的破碎速率，在短时间内介质形状对初始破碎 分布参数的影响较大。 关键词钒钛磁铁矿；破碎速率；初始破碎分布函数 中图分类号T D 4 5 3 ．I文献标志码A文章编号1 6 7 I 一9 4 9 2 2 0 1 9 0 20 0 6 7 一0 4 I n f l u e n c eo fM e d i u mS h a p eo nB r e a k i n gP a r a m e t e r so fV a n a d i u m t i t a n i u m M a g n e t i t ei nB a l lM i l l H EK “i 1 ，2 1 ．I n s t i t u t e0fV a n a d i u m 丁i t a n i u m ，P a n z h i h u aU n i v e r s i t y ，P a n z h i h u aS i c h u a n6 17 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．M e t a l l u r g ya n dM i n e r a l sS e c o n d a r yR e s o u r c e sE f f i c i e n tR DC e n t e r ， P a n z h i h u aS i c h u a n6 17 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t U s i n gt w oP a n z h i h u aV a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t eo r e sw i t hd i f f e r e n tm o n o s i z ep a r t i d e s s u c ha s0 ．8 3m m 2m m 、0 ．3 5m m ～0 ．8 3m m ，i n f l u e n c eo fm e d i u ms h a p eo nb r e a k i n gp a r a m e t e r so f v a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t ew a si n v e s t i g a t e du n d e rt i t a n i u mm a g n e t i t ew e r eu s e d ，s t e e lb a l l sa n ds h o r t c y l i n d r i c a ls t e e lf o r g i n g sa sg r i n d i n gm e d i u m s ，t h eg r i n d i n gc o n d i t i o n s a sf o l l o w s p u l pc o n c e n t r a t i o no f 8 0 ％，g r i n d i n gt i m eo f0 ．5 、1 、2 、4 、6 、8 、1 0m i n ，m i l ls p e e do f9 6r ／m i n ，s t e e lb a l lp r o p o r t i o nw i t hD 3 0 D 2 5 D 2 0 一4 2 6 0 9 3 ，s h o r tc y l i n d r i c a ls t e e lf o r g i n g sp r o p o r t i o nw i t hD 3 0 y 3 0 D 2 5 y2 5 D 2 0 2 0 一2 8 4 0 6 2 ， b a l lc h a r g eo f4 0 ％．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o m m i n u t i o no fv a n a d i u m t i t a n i u mm a g n e t i t ew i t hd i f f e r e n t m e d i u ms h a p e so b e y sf i r s t o r d e r b r e a k a g ek i n e t i c s ，a n dt h es p e c i f i cr a t e so fb r e a k a g eo ft h es h o r t c y l i n d e r s t e e lf o r g i n gw e r eo b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h es t e e lb a l lu n d e rs h o r tt i m e ，a l s ot h e r eh a ss i g n i f i c a n te f f e c to n p r i m a r yb r e a k a g ed i s t r i b u t i o np a r a m e t e r sw i t ht h es h a p eo ft h em e d i u m ． K e yw o r d s v a n a d i u m - t i t a n i u mm a g n e t i t e ；s p e c i f i cr a t e so fb r e a k a g e ；p r i m a r yb r e a k a g ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n 攀枝花矿区作为攀西四大矿区之一，保守估计 钒钛磁铁矿储量约为7 3 ．3 7 亿t 。攀钢矿业公司密 地选厂为全国最大的钒钛磁铁矿选铁厂，设计年处 理量13 5 0 万t ，但是建厂至今一直未达到较理想的 经济技术指标，这主要是因为攀枝花地区钒钛磁铁 矿矿石性质复杂，脉石矿物中含有硬度大的钛辉石， 导致球磨机处理量始终上不去[ 1 ] 。针对上述问题， 诸多学者做了相关的工作，王俊鹏等心1 利用微波对 钒钛磁铁矿进行了加热处理，揭示了选择性破碎与 界面破碎特性，结果显示经过微波处理后的矿石在 内部产生了大量的晶面裂纹，磨矿细度得到显著提 高。陈碧口3 通过对磨选产品的细度、解离度进行了 分析，采用选择性磨矿工艺，确定合理的磨矿细度， 得到了比较好的精矿产品。 破碎参数最早由A u s t i n [ 4 1 提出，他指出在较短 时间内，物料破碎速率S ，、初始破碎分布函数B 。可 基金项目四川省发改委项目 川发改投资[ 2 0 1 3 ] 9 9 1 号 收稿日期2 0 1 8 0 60 6修回日期2 0 1 8 一1 2 2 9 作者简介何逵 1 9 8 8 一 ，男，湖南衡阳人，博士研究生，主要研究方向为钒钛磁铁矿综合利用。 万方数据 6 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 以通过球磨机分批次磨矿实验计算得到。D e n i z b ] 研究了浮石的破碎速率与初始分布函数与磨矿量之 间的关系，得出当物料的间隙填充率为0 ．4 时，破碎 效果最佳。破碎速率分布受磨矿环境、物料性质的 影响，纯矿物在磨机中的破碎速率呈现一阶动力学 模型，非纯矿物的破碎速率一般为非一阶动力学模 型凹] 。K l i m p e l [ 73 采用了迭代计算方法，结合连续磨 矿、分批次磨矿试验数据，对破碎速率函数S ，、初始 破碎分布函数B 。的破碎参数进行了反算推导。钱 海燕[ 8o 研究了行星磨中研磨体大小对水泥熟料粉磨 动力学的影响，结果显示不同大小的介质对物料的 粉磨均遵循一级粉磨动力学方程，破碎速率与介质 大小呈正比例，介质大小在一定程度上影响破碎参 数。张柏林[ 9 1 通过设定不同的介质配比，研究了单 一粒级的水泥熟料破碎效率，研究结果表明不同介 表1 T a b l e1 质配比下物料的破碎速率遵循一阶动力学模型，S 。 与大尺寸介质的个数呈正比例分布，同时介质配比 会影响破碎参数。但是针对矿石性质复杂，有用矿 物、脉石矿物硬度区分不大的攀西钒钛磁铁矿的破 碎参数研究甚少，本文在前人的研究基础上，采用了 两种不同的磨矿介质，设定介质充填率4 0 ％，磨矿浓 度8 0 ％，磨机转速9 6r ／r a i n ，磨矿时间0 ．5 、1 、2 、4 、 6 、8r a i n ，对两种单一物料级别的钒钛磁铁矿的破碎 参数进行了研究。 1 试验原料及设备 原矿取自密地选厂破碎车间，主要矿物化学成 分及物相如表1 、2 1 1 叩所示，主要矿石及脉石矿物莫 氏硬度如表3c l u 所示。主要磨矿介质参数见表4 ，试 验设备见表5 。 原矿多元素分析 M u l t i e l e m e n ta n a l y s i so fr u n o f m i n eore|％ 表2矿物物相分析 T a b l e2T h ep h a s ea n a l y s i so fo r e 金属矿物 脉石矿物 钛磁铁矿、钛铁矿 赤铁矿、假象赤铁矿 雌黄铁矿、黄铁矿 普通辉石、斜长石 橄榄石、绿泥石 方解石 表3主要矿石及脉石矿物莫氏硬度 T a b l e3M o h ’Sh a r d n e s so fm a j o rm i n e r a l 介质 型m 号m ／ k g 密。度m ／- 3 质k 量g ／ 表面m 2 积／‘K。J 球磨机 盘式真空过滤机 烘箱顶击式震筛机 Z Q M 0 1 6 0 2 0 0 智能 X T L Z 0 2 6 0 ／0 2 0 0 1 0 1 1 A X S B 一8 8 2 试验方法 试验条件磨矿浓度8 0 ％、磨矿时间0 ．5 、1 、2 、 4 、6 、8 、1 0m i n 、介质充填率4 0 ％、磨机转速 9 6r ／m i n 、钢球的配比为D 3 0 D 2 5 D 2 0 一4 2 6 0 9 3 ，短圆柱钢锻配比为D 3 0 3 0 D 2 5 。25 D 2 0 。2 0 一2 8 4 0 6 2 ，取0 ．8 3 ～2m m 、0 ．3 5 ～0 ．8 3m m 两种单 一粒径的原矿，采用钢球、短圆柱钢锻介质进行分批 次磨矿实验。粉磨完毕后取出过滤烘干经一系列泰 勒标准筛筛分处理，记录筛上质量，采用O r i g i n 软件 对试验数据进行分析拟合，推导得出破碎速率S 和 初始破碎分布函数相关参数。 3试验原理 单一粒级给料下，物料的破碎速率通常遵循一 阶动力学模型‘“，因此，物料的破碎速率方程可以表 示为 W f 一W 0 e x p ‘一z ‘’ 1 式中W ， O 、W f 表示破碎前和破碎t 时间 后i 粒级物料的质量比率；S 表示该粒级物料的破 碎速率；t 表示破碎时间。 对式 1 进行推导得到 I n W ， t ／w ， 0 一s i t 2 A u s t i n E 43 给出了初始破碎分布函数的经验 公式 万方数据 2 0 1 9 年第2 期何逵球磨机中介质形状对钒钛磁铁矿破碎参数的影响研究 6 9 B 。一西。 生1 r 1 一西， 生1 p ，以≥i ≥歹 工Jz j 3 口≥y ≥0 ；0 ≤西≤1 式中B 。为初始破碎产品的质量比率；z ，为物 料中的最大粒级；①、口、y 为被粉碎物料的粒度分布 参数。在B i 粒径的对数坐标中，y 为曲线下半段的 斜率，口为上半段的斜率，西为下半段的截距，破碎 参数如图1 [ 1 2 ] 所示。 图l 磨机中单一给料物料的初始破碎 分布函数参数 F i g ．1 T h ep r i m a r yb r e a k a g ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o n p a r a m e t e r so fm o n o s i z ef e e d 4 结果与分析 4 ．1 介质对破碎速率的影响 图2 、3 分别为0 ．8 3 ～2m m 、0 ．3 5 ～0 ．8 3m m 粒 级物料在两种不同介质下的破碎速率与时间关系 图，对上述结果进行拟合得到的破碎速率S 值如表 6 所示。 表6 不同介质破碎两种粒径钒钛磁铁矿的S 。值 T a b l e6 S 。v a l u e so ft W Om o n o - s i z ev a n a d i u m t i t a n i u m m a g n e t i t e w i t hd i f f e r e n t m e d i as h a p e s 从图2 、3 和表6 可以得出，两组单一粒径物料 的破碎均遵循一阶动力学模型，相关系数为 0 ．9 0 36 6 ～O ．9 6 91 8 。两组图明显可以看出，钢锻介 质的动力学模型中斜率要大于钢球介质，表明钢锻 介质对物料的破碎速率较钢球介质快。根据碎矿与 磨矿理论可知，物料的破碎主要是介质运动过程中 产生的冲击力所致，钢锻是介于球形与棒形之间的 一种过渡介质，具有两者共同的优点，在碎磨初期， 由于直径相同的钢锻质量要大于钢球，产生的冲击 力要更大，且线接触的方式更容易与粗颗粒物料充 分接触、挤压和碎磨，因此其对物料的破碎速率要较 钢球大。 否 爸 j i 图2不同介质条件下0 ．8 3 ～2m m 粒级物 料的一级破碎动力学模型图 F i g ．2 F i r s t o r d e rp l o t sw i t hd i f f e r e n t m e d i af o r0 ．8 3 ～2m mf e e d f 鲁 邑 _ 量 图3 不同介质条件下0 ．3 5 ～o ．8 3m m 粒级物料 的一级破碎动力学模型图 F i g ．3 F i r s t o r d e rp l o t sw i t hd i f f e r e n tm e d i a f o r0 ．3 5 ～0 ．8 3m mf e e d 4 ．2 介质对破碎参数的影响 图4 为0 ．8 3 ～2m m 粒级的物料取磨矿时间 t 1m i n ，在两种不同介质下的初始破碎分布函数 与相对粒径关系图，将数据代入公式 3 可得破碎参 数，破碎参数见表7 。 参数 ，表征i 粒级物料粉碎到J 粒级的比率，它 的大小直接关系到破碎效率，值越小破碎效率越高， 物料越容易被破碎；垂和口值则表示进料粒级的物 料减少到较小粒级的速度。 ，值越大，则经过碎磨产 生的细颗粒的量越小。由表7 可知，在相同时间内， 钢锻介质的y 要小于钢球介质，图4 也表明经过钢 。 籁诋冰罂籁求诂柩辍屦。 万方数据 7 0 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第2 期 锻介质磨矿之后产生的细颗粒的累积量要大于钢球 介质磨矿。短时问内，介质形状对破碎参数有较大 的影响，钢锻介质的破碎速率要大于钢球介质。 表7不同介质下单一给料碎磨1m i n 得到的破碎 分布参数 T a b l e7T h ep a r a m e t e r so b t a i n e df r o m0 ．8 3 ～2m m k e dw i t hd i f f e r e n tm e d i ai n1m i n 相对粒度x ／x 图4 不同介质条件下0 ．8 3 ～2m m 粒级物料的 初始破碎分布函数 F i g ．4P r i m a r yb r e a k a g ed i s t r i b u t i o nf u n c t i o np l o t s w i t hd i f f e r e n tm e d i af r o m0 ．8 3 ～2m mf e e d 5结论 1 单一粒级给料下，物料的破碎速率遵循一阶 动力学模型，在磨矿初期，钢锻介质的破碎速率要大 于钢球介质，这与碎矿与磨矿理论相符，充分发挥了 钢锻介质同时具有点、线接触的优点。 2 不同的介质形状影响着破碎参数，值大小反 映了物料破碎的难易程度，值越小物料越容易被破 碎。钢锻介质在短时间内的值要小于钢球介质，再 次说明碎磨初期钢锻介质对物料的破碎速率较钢球 介质快。 参考文献 [ 1 ] 刘国岗．攀枝花钒钛磁铁矿碎磨力学特性研究[ D ] ．昆 明昆明理工大学，2 0 0 2 ． E 2 ] 王俊鹏，姜涛，刘亚静，等．钒钛磁铁矿微波助磨 实验E J ] ．东北大学学报 自然科学版 ，2 0 1 7 ，3 8 1 1 1 5 5 9 一1 5 6 3 ． [ 3 ] 陈碧．钒钛磁铁矿选择性磨矿磨选试验[ J ] ．现代矿 业，2 0 1 6 ，3 2 1 7 88 1 ． [ 4 ] A U S T I NI 。G ，L U C K I EPT ．M e t h o d sf o rd e t e r m i n a t i o n o f b r e a k a g e d i s t r i b u t i o np a r a m e t e r s [ J ] ．P o w d e r T e c h n o l o g y ，1 9 7 2 ，5 4 2 1 5 - 2 2 2 ． E s ] D E N I ZV ，O N U RT ．I n v e s t i g a t i o no ft h eb r e a k a g e k i n e t i c so fp u m i c es a m p l e sa sd e p e n d e n tonp o w d e rf i l l i n g i nab a l lm i l l [ J ] ．I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n e r a l P r o c e s s i n g ，2 0 0 2 ．6 7 1 7 17 8 ． [ 6 ] A U S T I NLG ，S H O J IK ，B E I 。LD ．R a t ee q u a t i o n sf o r n o n l i n e a rb r e a k a g ei nm i l l sd u et om a t e r i a le f f e c t s [ J ] ． P o w d e rT e c h n o l o g y ，1 9 8 2 ，3 1 1 1 2 7 一1 3 3 ． r 7 ] K I 。I M P E LRR ，A U S T I NLG ．T h eb a c kc a l c u l a t i o no f s p e c i f i cr a t e so fb r e a k a g ef r o mc o n t i n u o u sm i l ld a t a [ J ] ． P o w d e rT e c h n o l o g y ，1 9 8 4 ，3 8 1 7 7 9 1 ． [ 8 ] 钱海燕，张柏林．研磨体大小对水泥熟料粉磨动力学的 影响[ J ] ．硅酸盐通报，2 0 1 0 ，2 9 6 13 0 81 3 1 2 ． [ 9 ] 张柏林，钱海燕，敖林．行星磨中研磨体级配对水泥熟 料破碎效率的影响[ J ] ．硅酸盐通报，2 0 1 1 ，3 0 4 9 3 0 9 3 3 ． [ 1 0 2 李亮，杨成．攀枝花某地钒钛磁铁矿选矿基础试验 研究E J ] ．钢铁钒钛，2 0 1 1 ，3 2 1 2 9 3 3 ． [ 1 1 ] 徐翔．用全浮选法从攀枝花钒钛磁铁矿中回收钛的工 艺及理论研究[ D ] ．昆明昆明理工大学，2 0 1 1 ． r 1 2 ] Y E K E l 。E RM ，O Z K A NA ，A U S T I NLG ．K i n e t i c so f f i n ew e tg r i n d i n gi nal a b o r a t o r yb a l lm i l l [ J ] ．P o w d e r T e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，1 1 4 1 2 2 4 2 2 8 ． 万方数据