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1 0 8 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第6 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 6 .0 2 0 锡石多金属硫化矿微波助磨试验研究 郭润楠1 ,杨金林1 ’2 ,马少健1 ’2 ,帅智超1 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 摘要以广西某选矿厂锡石多金属硫化矿矿石为原料,研究了微波预处理对矿石磨矿产物粒度组成、磨矿动力学、破 碎速率及磨机生产能力的影响。结果表明,微波预处理后,矿石在不同磨矿时间下的磨矿产物粒度均变细,0 .0 7 4r n i n 粒级含 量提高了4 .4 1 ~1 2 .9 0 个百分点;微波预处理前后该矿石磨矿均符合一级磨矿动力学模型;微波预处理使矿石的破碎速率 s 1 值提高近5 7 %,且磨机的生产能力得到了明显提升。因此,微波预处理可以降低矿石的强度,强化矿石的磨矿过程,是一种有 效的降低磨矿能耗、提高磨矿效率的方法。 关键词微波预处理;锡石多金属硫化矿;破碎速率;磨矿效率 中图分类号T D 9 2 1 .4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 2 0 0 6 0 1 0 8 0 4 E x p e r i m e n tS t u d yo nM i c r o w a v e a s s i s t e dG r i n d i n go fC a s s i t e r i t eP o l y m e t a l l i cS u l f i d eO r e G U O R u n n a n2 ,Y A N GJ i n l i n l ~,M AS h a o j i a n l ~,S H U A IZ h i c h a 0 1 j .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 d F e a t u r e 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 A b s t r a c t T h ec a s s i t e r i t ep o l y m e t a l l i cs u l f i d eo r ef r o mac o n c e n t r a t o ri nG u a n g x iw a su s e da sr a w m a t e r i a lt os t u d yt h ee f f e c t so fm i c r o w a v ep r e t r e a t m e n to np a r t i c l es i z ec o m p o s i t i o n ,g r i n d i n gk i n e t i c s , s p e c i f i cr a t eo fb r e a k a g ea n dg r i n d i n gm a c h i n ec a p a c i t yo fo r eg r i n d i n g .I tw a ss h o w nt h a ta f t e rm i c r o w a v e p r e t r e a t m e n t ,t h ep a r t i c l es i z eo ft h eg r i n d i n gp r o d u c t so ft h eo r eu n d e rd i f f e r e n tg r i n d i n gt i m eb e c o m e s f i n e r ,a n dt h ep a r t i c l ec o n t e n to f 一0 .0 7 4m mi n c r e a s e sb y4 .4 1 1 2 .9 0p e r c e n t a g ep o i n t s .T h eb r e a k a g e s o fb o t hu n t r e a t e da n dm i c r o w a v ep r e t r e a t m e n tc a s s i t e r i t ep o l y m e t a l l i cs u l f i d eo r eo b e yt h ef i r s t o r d e r g r i n d i n gk i n e t i c s .T h es p e c i f i cr a t eo fb r e a k a g e S 1 o fm i c r o w a v ep r e t r e a t m e n to r ei sh i g h e rt h a nt h a to f u n t r e a t e do r e ,a n dt h eS 1i n c r e a s e db yn e a r l y57 %.M e a n w h i l e ,t h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yo ft h em i l li sa l s o o b v i o u s l yi m p r o v e d .T h e r e f o r e ,m i c r o w a v ep r e t r e a t m e n tc a nr e d u c et h es t r e n g t ho fo r ea n ds t r e n g t h e nt h e g r i n d i n gp r o c e s so fo r e ,w h i c hi s a ne f f e c t i v em e t h o dt or e d u c et h eg r i n d i n ge n e r g yc o n s u m p t i o na n d i m p r o v et h eg r i n d i n ge f f i c i e n c y . K e yw o r d s m i c r o w a v ep r e t r e a t m e n t ;c a s s i t e r i t ep o l y m e t a l l i cs u l f i d eo r e ;s p e c i f i cr a t eo fb r e a k a g e ; g r i n d i n ge f f i c i e n c y 磨矿作业在选矿厂占有十分重要的地位,其产 品质量直接影响后续的选别作业n2 I 。同时,磨矿作 业能耗高,通常占选矿厂总能耗的5 0 %~7 0 %,但其 能量利用效率通常都比较低睁5 I ,且粉碎作业每年会 消耗大量的钢材。为了降低磨矿过程的能耗及钢 耗,提高能量利用效率和磨矿效率,对矿石进行人磨 前的预处理是一种可行的方法。矿物细磨的难易程 度取决于矿物性质本身,采用一种手段改变矿物性 收稿日期2 0 2 0 0 3 0 4 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 1 2 0 4 作者简介郭润楠 1 9 9 1 - ,男,硕士研究生,主要从事有色金属硫化矿的选矿试验研究工作。 通信作者杨金林 1 9 7 3 一 男,博士,副教授,主要从事有色金属硫化矿的选矿试验研究及教学工作。 万方数据 2 0 2 0 年第6 期郭润楠等锡石多金属硫化矿微波助磨试验研究 1 0 9 质以降低强度和改善矿物的解离能力[ 6 1 ] ,就可以提 高破碎效率,达到节能降耗的目的,其中,微波预处 理是一种可行性较强的方法。 微波是频率为3 0 0M H z ~3 0 0G H z ,波长为1 ~ 10 0 0m m 的一种电磁波口] ,微波加热是通过将电磁 能转换为热能来实现的,这个过程与物料自身电导 率、介电常数、磁导率等密切相关凹] ,具有穿透力强、 升温迅速、温度均匀、选择性强的特点。因此,利用 微波选择性加热的特点,对矿石进行微波预处理,可 以改变矿石内有用矿物和脉石矿物的能量吸收分 配,从而改变其破碎解离能力,有效降低矿石的 强度。 我国的锡资源主要集中在云南、广西等地[ 1 ⋯,矿 石类型以锡石多金属硫化矿为主。试验所用原料取 自广西某选矿厂的锡石多金属硫化矿矿石,其有用 矿物主要有锡石、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿等,脉石矿 物主要有石英和方解石。由于锡石、硫化矿的选别 粒度要求和选别方法有所不同,所以该类型矿石在 磨矿生产实践中存在硫化矿欠磨和锡石过磨的矛 盾。为改善这一矛盾,考虑到该类矿石的矿物组成 复杂且不同矿物成分吸波特性存在较大差异,因此, 对该类型矿石进行微波预处理,通过对比研究微波 预处理前后矿石的磨矿产物粒度组成、磨矿动力学 行为、破碎速率以及对磨机生产能力的影响,为后续 微波辅助磨矿研究提供基础数据。 试验原料、设备及方法 1 .1 试验原料、设备 本次试验原料取自广西某选矿厂的锡石多金属 硫化矿矿石,对原矿进行破碎、筛分、混匀、缩分等处 理,制备出一3 .3 5 - I - 2 .3 6m m 的矿石样品备用。试 验所用磨矿设备选用X M Q - 0 2 4 0 9 0 锥形球磨机, 微波加热装置采用C Y P Y l l 0 0 C M 型微波热解仪。 1 .2 试验方法 微波预处理试验中,称取制备的每份3 5 0g 的试 验样品若干份,稳定微波输出功率20 0 0W ,在微波 热解仪中加热1 0r a i n ,加热结束后取出矿石在空气 中自然冷却至室温。 磨矿试验在锥形球磨机中进行,球磨机的有效容 积为6 .2 5L 、充填率为4 0 %、装球总质量为9 .1k g ,不 同直径钢球的质量比3 2 1 ,简体转速9 6r /r a i n 。 对微波预处理前后的矿石进行球磨,每次矿石的处 理量为2 0 0g ,磨矿浓度为7 5 %,磨矿时间分别为1 、 2 、3 、4 、5m i n ,磨矿结束后,将磨矿产物放入标准振 动筛中进行筛分,分析其粒度组成特性,研究微波预 处理对矿石磨矿性能的影响。 2 试验结果及分析 2 .1 矿石升温特性曲线 锡石多金属硫化矿矿石在微波场中的加热时间 与温度变化关系曲线如图1 所示。结果表明,微波稳 定功率为20 0 0W ,3 5 0g 该矿石样品能够在1 0m i n 的时间内被加热至2 9 0o C ,在2 0r a i n 内可被加热至 4 2 0 ℃。由图1 可以看出,矿石温度随微波加热时间 的延长而升高,微波加热初期,矿石升温速率逐渐增 大;当样品加热到8m i n 后,升温速率开始逐渐减 小,1 0r a i n 后升温速率减小较为明显,故本次磨矿试 验采用微波预处理时间为1 0m i n 的矿石。 图l 矿石微波加热升温特性曲线 F i g .1T e m p e r a t u r er i s ec h a r a c t e r i s t i cc u r v e o fo r eh e a t e db ym i c r o w a v e 2 .2 微波对矿石磨矿产物粒度的影响 对微波未处理和微波预处理的矿石样品进行磨 矿后,采用德国F R I T S C H 生产的标准振动筛进行 筛分,分析一0 .0 7 4m m 粒级含量的变化情况,其结 果如图2 所示。 从图2 结果可以看出,随磨矿时间的增加,磨矿 产物中一0 .0 7 4m m 粒级含量均不断升高,但提高幅 度有所差别。在磨矿时间分别为1 、2 、3 、4 、5m i n 时, 经微波预处理矿石的磨矿产物中,一0 .0 7 4m m 粒级 含量分别为2 3 .5 3 %、4 5 .9 4 %、6 6 .5 2 %、8 0 .1 5 %、 9 1 .2 7 %,相对于原矿的1 3 .2 3 %、3 5 .7 0 %、5 3 .6 2 %、 6 9 .2 3 %、8 6 .8 6 %分别提高了1 0 .3 0 、1 0 .2 4 、1 2 .9 0 、 1 0 .9 2 、4 .4 1 个百分点。这说明微波预处理可以强 化矿石的磨矿过程,使矿石更容易被磨细。这也 意味着在相同磨矿条件下,经微波处理的矿石磨 矿产物粒度更细,更易达到选别作业的粒度 要求。 万方数据 1 1 0 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第6 期 图2 微波预处理前后磨矿产物 一0 .0 7 4m m 粒级的变化曲线 F i g .2 V a r i a t i o nc u r v eo f 0 .0 7 4m ms i z e f r a c t i o no fg r i n d i n gp r o d u c tb e f o r ea n da f t e r m i c r o w a v ep r e t r e a t m e n t 2 .3 微波对矿石磨矿动力学及破碎速率的影响 磨矿动力学理论可以描述物料的破碎速率和产 物粒度组成,S e d l a t s s c h e k 与B a s s 运用统计学原理推 导出磨矿动力学理论公式,它的基本形式是[ 1 1 I R 。一R o e 赶 1 式中,t 为磨矿时间;R 。为人料中所含大于指定 粒度的颗粒产率,%;R 。为经过t 时间磨矿产品中大 于指定粒度的颗粒产率,%。 其基本形式经过后人不断探索研究[ 1 2 。13 | ,可以 描述为 l g R 。/R 。 一一S 1 t /2 .3 2 式中,S 。为矿石的破碎速率。可以将公式 2 转 化为线性关系式 y 一点£ b 3 基于上述分析,结合式 2 、 3 ,利用软件对微 波处理前后矿石在不同磨矿时间下磨矿产物数据进 行处理分析,其结果如表1 和图3 所示。 由图3 和表1 结果可知,微波处理前后锡石多 金属硫化矿矿石在不同磨矿时间条件下磨矿后,磨 矿产物粒度分布特征用动力学线性模型公式拟合, 表现出很好的收敛性。这说明两者均可用一级磨矿 动力学方程描述。从表1 和公式 2 可以得出,破碎 速率S 未处理一0 .7 1 07 ,S 预处理一1 .1 1 55 ,经过微波处 理,矿石破碎速率s ,相对增加了5 6 .9 6 %。这是因 为在微波预处理过程中,矿石内部有用矿物 锡石、 硫化矿 与脉石矿物 石英、方解石 对微波的吸收能 力存在差异,导致矿石内部升温不均匀,出现不均匀 膨胀,使得矿石内部的细小裂纹不断扩大,产生大量裂 缝,增加了矿石的可磨性,提高了矿石的破碎速率S ,。 表1拟合函数非线性拟合结果 T a b l e1N o n l i n e a rf i t t i n gr e s u l t s o ff i t t i n gf u n c t i o n 矿石种类拟合方程拟合 值拟合b 值拟合优度R z 图3 微波预处理前后一级磨矿动力学曲线 F i g .3 K i n e t i cc u r v e so fp r i m a r yg r i n d i n gb e f o r e a n da f t e rm i c r o w a v ep r e t r e a t m e n t 2 .4 微波对磨机生产能力的影响 锡石多金属硫化矿矿石经过微波处理后,磨机 对该矿石的生产能力有所变化。试验以单位时间内 经过磨矿过程所获得的一0 .0 7 4m m 粒级含量来表 示磨机的生产能力,以t /m 3 h 表示。其计算公 式为‘14 I q o .0 7 4 。。一Q 一向 /V 4 式中,g - 。叭。。为按矿石磨矿产物新生成的 一0 .0 7 4m m 粒级的含量来计算球磨机的生产能力, t /m 3 h ;Q 为球磨机的处理量,t /h ;&为磨矿产物 中一O .0 7 4m m 含量,%,岛为人磨物料中一o .0 7 4m m 含量,%;V 为球磨机的有效容积,m 3 。 实验室磨机处理量为2 0 0g ,球磨机有效容积为 0 .0 0 62 5m 3 。分析微波处理该矿石后,经过不同的 磨矿时间,磨机对该矿石的生产能力影响,试验结果 如表2 所示。 由表2 结果可知,微波预处理的矿石相较于未 处理原矿石,随着磨矿时间的延长,使磨机生产能力 的相对增加量呈逐渐减小的趋势,在磨矿时间为 1r a i n 时,磨机生产能力增加量最大,比原矿时提高 了近7 8 %。这是因为随着磨矿时间的增加,矿石得 到充分破碎, 0 .0 7 4m m 粒级逐渐减少,磨机内单 位时间内新生成的一0 .0 7 4m m 粒级就会逐渐降低。 万方数据 2 0 2 0 年第6 期郭润楠等锡石多金属硫化矿微波助磨试验研究 1 1 1 因此,矿石经过微波预处理,磨机生产能力得到提 升。这说明微波处理后,矿石内部经选择性加热产 生大量裂纹,使得矿石的抗压强度变弱,从而使矿石 更易被磨细,提高磨矿效率。 表2磨机生产能力对比 T a b l e2 C o m p a r i s o no fm i l l p r o d u c t i o nc a p a c i t y % 7 7 .9 2 2 8 .6 8 2 4 .0 7 1 5 .7 8 5 .0 8 2 .5 微波对磨机能耗的影响 以微波输出功率2k w 对矿石进行预处理,每次 处理量为3 5 0g ,微波处理时间1 0m i n ,则微波处理 物料量2 0 0g 本次试验人磨物料量 的耗电量为 0 .1 4k W /h 。微波处理l Or a i n 后球磨3r a i n ,磨矿产 品一0 .0 7 4m m 粒级产率为6 6 .5 2 %,与原矿球磨 4m i n 磨矿产品一0 .0 7 4m m 粒级产率基本相同,球 磨机功率0 .6k W ,微波处理后改善磨矿效果降低的 电耗为0 .0 1k W /h 。从上述计算结果中可以看出, 虽然矿石经过微波预处理后,球磨机降低的能耗未 能抵消微波消耗的能耗,但矿石经微波预处理后,改 善磨矿效果降低的能耗还应该包括1 微波预处理 后;2 矿石变脆,可以减少碎磨等其它工序的能量消 耗;微波预处理后,由于矿石中不同矿物的吸波能力 不同,可提高矿石的选择性磨矿;3 微波预处理后, 矿块较脆,磨机的衬板、磨矿介质及其它配件的磨损 也将减小;4 微波预处理后,矿石的热量也可以作为 能够利用的余热。微波预处理的能耗会随着试验的 扩大而有所降低,如何降低能耗实现经济效益,仍需 进一步深入研究。 3结论 研究发现微波预处理对锡石多金属硫化矿矿石 的磨矿会产生积极作用,具体结论如下 1 微波预处理时间越长,矿石的温度提升越高,但 随着微波加热时间的延长,矿石温度的提升速率减小。 2 微波预处理后,矿石磨矿产物中一0 .0 7 4m m 粒级含量较原矿提高了4 .4 1 ~1 2 .9 0 个百分点,这 说明微波预处理对矿石有助磨作用。 3 微波预处理前后,锡石多金属硫化矿矿石磨 矿后均可用一级磨矿动力学方程进行描述,且微波 预处理后矿石的S 。值得到提升,破碎速率变大,提 升了近5 7 %。 4 经过微波预处理后,提高了该矿石的磨机生 产能力,也提高了磨矿效率。因此,微波预处理可以 作为一种潜在的降低磨矿能耗的方法,其作用机理、 经济评价有待进一步深入研究。 参考文献 [ 1 ] 段希祥.碎矿与磨矿[ M ] .3 版.北京冶金工业出版社, 2 0 1 2 1 3 4 1 7 8 . 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[ 5 ] F U E R S T E N A UDW ,A B O U Z E I DAZM .T h ee n e r g y e f f i c i e n c yo fb a l lm i l l i n gi nc o m m i n u t i o n [ J ] .I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fM i n e r a lP r o c e s s i n g ,2 0 0 2 ,6 7 1 /2 /3 /4 1 6 1 1 8 5 . [ 6 ] 付润泽,朱红波,彭金辉,等.采用微波助磨技术处理惠 民铁矿的研究[ J ] .矿产综合利用,2 0 1 2 2 2 4 2 7 . F UR u n z e ,Z H U H o n g b o ,P E N GJ i n h u i ,e ta 1 . M i c r o w a v e a s s i s t e dg r i n d i n go fH u i m i ni r o no r e [ J ] . M u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ,2 0 1 2 2 2 4 2 7 . [ 7 ] 李军,彭金辉,郭胜惠,等.钛铁矿的微波辅助磨细试验 研究[ J ] .轻金属,2 0 0 9 1 1 5 05 3 . L IJ u n ,P E N GJ i n h u i ,G U OS h e n g h u i ,e ta 1 .T h et e s t i n g i n v e s t i g a t i o no nm i c r o w a v ea s s i s t e dg r i n d i n go fi l m e n i t e [ J ] . L i g h tM e t a l s ,2 0 0 9 1 1 5 05 3 . [ 8 ] 魏延涛,刘亮.微波在碎矿磨矿中的应用[ J ] .矿业快 报,2 0 0 8 1 0 6 9 - 7 1 . 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E x p e r i m e n t a ls t u d yo nf l o t a t i o no fd i f f e r e n tp r o p o r t i o n s m e l t e rs l a gi na c o p p e rs m e l t i n ge n t e r p r i s e [ J ] . M u l t i p u r p o s eU t i l i z a t i o no fM i n e r a lR e s o u r c e s ,2 0 1 5 1 1 1 91 2 3 . 李博,王华,胡建杭,等.从铜渣中回收有价金属技术的 研究进展f J ] .矿冶,2 0 0 9 ,1 8 1 4 4 4 8 . L IB o ,W A N GH u a ,H UJ i a n h a n g ,e ta 1 .P r o g r e s si n r e c o v e r yt e c h n o l o g yo fv a l u a b l em e t a l sf r o mc o p p e rs l a g [ - J ] . M i n i n ga n dM e t a l l u r g y ,2 0 0 9 ,1 8 1 4 4 4 8 . 吕旭龙,衷水平,印万忠,等.某缓冷渣包中不同区域铜 渣的浮选试验研究[ J ] .矿业研究与开发,2 0 1 8 ,3 8 6 8 3 8 8 . L Y UX u l o n g ,Z H O N GS h u i p i n g ,Y I NW a n z h o n g ,e ta 1 . S t u d yo nf l o t a t i o nt e s ta b o u ts l a gi nd i f f e r e n tl o c a t i o n s o fs l o wc o o l i n gl a d l e E J ] .M i n i n gR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t , 2 0 1 8 ,3 8 6 8 3 8 8 . r - 6 ] 王鹏,高利坤,董方,等.铜冶炼渣浮选回收铜的研究现 状E J ] .矿产综合利用,2 0 1 7 1 1 6 2 0 . 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N o n f e r r o u sM e t a l s M i n e r a lP r o c e s s i n gS e c t i o n , 2 0 17 5 1 8 2 2 . r 1 1 ] A U S T I NLG .I n t r o d u c t i o nt Ot h em a t h e m a t i c a ld e s c r i p t i o n o fg r i n d i n ga sar a t ep r o c e s s E J 3 .P o w d e rT e c h n o l o g y , 1 9 7 1 5 1 1 7 . [ 1 2 ] 王俊鹏,姜涛,刘亚静,等.微波预处理对钒钛磁铁矿磨 E 1 3 ] E 1 4 ] 矿动力学的影响[ J ] .东北大学学报 自然科学版 , 2 0 1 9 ,4 0 5 6 6 3 6 6 7 . W A N GJ
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