某铅锌矿钢球配比优化研究.pdf

2 0 2 1 年1 2 月 第5 0 卷第6 期 总第2 9 l 期 云南冶金 Y U N N A NM E T A L L U R G Y D e c ．2 0 2 l V 0 1 ．5 0 ．N o ．6 S u m2 9 1 某铅锌矿钢球配比优化研究 王明飞1 ，杨芳2 ，3 ，4 1 ．云南驰宏锌锗股份有限公司，云南曲靖6 5 5 0 0 0 ； 2 ．昆明冶金研究院有限公司，云南昆明6 5 0 0 3 1 ； 3 ．云南省选冶新技术重点实验室，云南昆明6 5 0 0 3 1 ； 4 ．共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点实验室，云南昆明6 5 0 0 3 1 摘要某铅锌选矿厂存在钢球尺寸单一、新生一0 ．0 7 4m m 含量偏低、过磨现象严重等问题。在生产流程中 选取代表性矿样测定原矿力学性质和粒度组成，结合理论计算和试验结果为生产提供合理的钢球配比。研究结果 表明该矿石韧性和脆性偏高，通过破碎函数、段氏球径半理论公式和对比试验结果，采用巾8 0 巾6 0 “ 0 中3 0 2 5 3 5 2 0 2 0 的推荐方案较现场方案在中间可选级别 0 ．0 1 。0 ．1 5 m m 产率提高6 ．0 6 个百分点，易选级别 0 ．0 2 8 。0 ．0 7 4 m m 产率提高4 ．3 9 个百分点，一O ．0 7 4m m 含量提高8 ．6 5 个百分点，磨矿效果优化明显。 关键词铅锌矿；球磨机；钢球；介质配比；粒度组成；磨矿优化 中图分类号T D 4 5 3文献标识码A文章编号1 0 0 6 0 3 0 8 2 0 2 1 0 6 0 0 4 3 一0 4 O p t i m i z a t i o nS t u d yo nS t e e lB a U sP r o p o n i o no fo n eL e a d z i n cO r e W A N GM i n g f e i l ，Y A N GF a n 矛3 4 1 ．Y u n n 卸C h i h o n gZ n G eC o ．，L c d ．，Q u j i n g ，Y u n n a n6 5 5 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．K u n m i n gM e t a U u r g i c a lR e s e a r c hI n s t i t u t eC o ．，L t d ．，K u n m i n g ，Y u n n a n6 5 0 0 3l ，C h i n a ； 3 ．耽eK e y 协o fN e wT e c h n o l o 钉f o rM i n e 豫lP m c e s s i n ga n dM e t a l l u r g yo fY u n n a nP r o V i n c e ， K u n m i n g ，Y u n n a n6 5 0 0 3l ，C h i n a ； 4 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r ，o fP r e s s u r eH y d r o m e t a l l u r g i c a l7 r e c h n o l o g yo fA s s o c i a t e dN o n f e r m u s M e t a lR e s o u r c e s ，K u n m i n g ，Y u n n a n6 5 0 0 31 ，C h i n a A B S T R A C T 0 n el e a d z i n cd r e s s i n gp l a n th 船t h ef o l l o 试n gs e r i o u sp m b l e r 璐，s u c h 够s i n g l es i z eo fs t e e lb a l l ，l o wc o n t e n to fn e w l y p r o d u c e d 一0 ．0 7 4m mP I D d u c ta n ds e r i o u so v e r 一目d n d i n g ．I nt h ep r o d u c t i o np r o c e s s ，w es e l e c tt h er e p I e s e n t a t i v eo I ℃s 舢p l et od e t e m I i n e i t sm e c h a n i c a lp m p e n ya n dg m n u l 商t yc o m p o s i t i o n ，a n dc o m b i n i n gw i t h t h et h e o r e t i cc a l c u l a t i o na n dt e s tr e s u l t s ，t h er e 黯o n a b l es t e e l b a l lp m p o n i o nc a nb eP m v i d e d ．T h er e s e a r c hr e s u l t ss h o w t h eo r eh 船h i g ht o u g h n e s sa n df r a g i l i t y ，w e8 d o p t e dt h eb r e a k a g ef u n c t i o n ， D u a I l ’ss p h e r ed i 锄e t e rs e m i t h e o r e t i c a lf 0 册u l aa f l dc o n t r 船tt e s t ’sr e s u l t s ，a n dw ea l s oa d o p t e dt h er e c o m m e n d e ds c h e m et h a t 中8 0 中6 0 中4 0 中3 0 2 5 3 5 2 0 2 0 ，t h e r e f o r et h ey i e l d0 fm i d d l eo p t i o n a l1 e v e l 0 ．叭一0 ．1 5 m mw 鹊i n c r e 鹊e db y6 ．0 6 ％，t h ey i e l do fe a s y t o s e l e c tl e v e l O ．0 2 8 ～0 ．0 7 4 m mw a si n c r e a s e db y4 ．3 9 ％，t h ec o n t e n tw i t h O ．0 7 4m mm e s hw 鹊i n c r e a s e db y8 ．6 5 ％，t h eo r e 酣n d i n g r e s u l t sw 聃o p t i m i z e do b v i o u s l y ． K E YW O 砌陷l e a d z i n co r e ；b a l lI I l i l l ；s t e e lb a l l ；m e d i am t i o ；g 暗n u l 撕t yc o m p o s i t i o n ；o r e 朗n d i n go p t i m i z a t i o n 磨矿作业在选矿流程中是能耗最高的程序， 而球磨机作为最常见的磨矿设备，在磨矿效率、 操作方式、保养维护等方面都有明显的优势，也 是选矿学者们研究的热点㈣。国内外专家针对球 磨机运行过程中的工艺参数开展了大量的研究， 在不改变现场设备和流程的前提下，优化球磨机 介质是效果最佳的方式【圳。结合原矿的力学性质、 给矿的粒度组成、球磨机的工作参数等数据来针 } 收稿日期2 0 2 1 0 l 一1 6 作者简介王明飞 1 9 8 0 一 ，男，云南宣威人，助理工程师，主要从事选矿工艺研究及选矿现场管理。 4 3 万方数据 2 0 2 1 年1 2 月 第5 0 卷第6 期 总第2 9 l 期 云南冶金 Y U N N A NM E T A L L U R G Y D e c ．2 0 2 I V 0 1 ．5 0 ．N0 ．6 S u m2 9 1 对性的计算出特定矿石的介质配比能有效改善排 矿产品的质量阳。 某铅锌选矿厂一段磨矿分级系统采用巾3 ．2 5 ．4 m 格子型球磨机与小3 8 0m m 水力旋流器构成闭路 循环。生产过程中仅使用巾8 0m m 一种尺寸钢球， 一段磨矿后新生成一0 ．0 7 4m m 含量仅10 个百分点， 旋流器溢流中一0 ．0 1m m 含量为1 6 ．7 9 ％，过磨显现 严重，不利于后续浮选作业金属回收。本文针对 现场存在的问题，分析现场代表性样品后计算磨 矿介质配比方案并在实验室中验证。 1 实验 1 ．1 试验样品 用于力学性质分析的原矿块样必须满足长、 宽、高均大于2 5 0m m ，矿块表面无明显裂痕且具 代表性，试验所用的样品取自一段球磨机皮带给 矿、球磨机排矿、螺旋分级机的溢流和返砂，取 样在连续的两班时内，每个班时取样3 次，共取 样6 次，总重4 0 0 妇。 1 ．2 试验内容 在通风干燥的环境下将矿样中的水分风干， 使用 1 2m m 、1 0m m 、8m m 、5m m 、2m m 的网 格筛将给矿、排矿、溢流和沉砂分级收集，一2m m 矿样采用对角缩分和网格法取样筛分，一0 ．0 7 4m m 颗粒采用水析法分级到一0 ．0 1m m 并整理数据。 按照现场生产现有的情况，一段磨矿产品中 近7 0 ％的成分粒度小于一0 ．0 7 4m m ，换算成磨矿粒 度约等于0 ．1 5m m ，所以将一O ．1 5m m 定为不需要 磨碎级别，将 0 ．1 5m m 待磨矿石按粒级含量重新 分组并计算最佳磨矿介质配比如表1 所示，根据 段氏球径半理论公式【9 】，结合矿石力学性质分析的 结果，计算出最大球径，制定试验所需四组方案 如表2 所示。 耻K 器影靠办 1 式中晚特定磨矿条件下给矿粒度d 所需 的精确球径，c m ； 匠综合经验修正系数； 沙磨机转速率，％； 盯压岩矿单轴抗压强度，k 加m 2 ； p 。钢球在矿浆中的有效密度，咖m 3 ； 风磨内钢球“中间缩聚层”直径，m m ； 西磨机给矿9 5 ％过筛粒度，c m 。 表1 球介质计算 T a b ．1B a Um e d i ac a l c u l a t i o n 表2 钢球配比试验方案 T a b ．2 7 I 、e s t i n gp m g m mf b rs t e e lb a Up m p o r t i o n 方案钢球配比／％平均球径，m m 推荐方案掷‰州芝嚣竺署砷3 ‰m s s ．。 现场方案邮‰墨 蔫州帅m ，4 ．。 偏大方案妒‰Ⅲ笆黑鬈署呻4 ‰m ，o ．s 偏小方案妒‰Ⅲ笆黑 芽坤3 ‰m 4 帅 在D L 4 5 0 4 5 0 m m 的实验室不连续大型 球磨机中进行对比试验，试样以皮带给矿与螺旋 分级机返砂1 3 按生产返砂比3 0 0 ％ ，根据现场 取样筛分得到的原矿粒度组，等比例换算到每个 粒级，配比成1 0k g 试验矿样，装球7 1 ．7 4k g ，充 填率3 0 ％，设置磨矿曲线试验，磨矿时间为1 6 m i n 时磨矿产品细度为7 0 ％ 与现场生产相当 。 在上述磨矿条件下，设计表2 所示对比磨矿试验。 对每种方案的磨矿产品使用2m m 网格筛筛分， 2 m m 部分使用 1 2m m 、1 0m m 、8 m m 、5m m 的网 格筛筛分，一2m m 部分缩分后取样1k g ，使用套 筛筛分及水析，记录整理数据。 2 试验结果与讨论 2 ．1 原矿力学性质 由表3 可知①矿石平均容重为4 ．2 2 ，容重 很大，循环分级过程易沉积在磨机下部，产生过 磨；②矿石平均单轴抗压强度5 0 ．7M P a ，属于中 硬偏软矿块；③弹性模量最大为3 ．1 4 ，最小为 0 ．9 5 ，平均2 ．1 ，大于脆性石灰石，说明矿石脆性 较大；④矿石泊松比最大值为0 ．5 3 ，最小o ．2 4 ， 平均泊松比为0 ．3 7 ，总体表现为韧性较大。 万方数据 王明飞，等某铅锌矿钢球配比优化研究 表3 原矿力学性质 T a b ．3M e c h a n i c a lp r o p e n yo fr a wo r e 2 ．2 取样粒度组成 根据现场所取皮带给矿、排矿、溢流、返砂 的代表性试样，经套筛筛分和水析处理后，将数 据整理并绘图如下 粒度／m m 图1 原矿粒度负累积曲线 F i g ．1 N e g a t i V ec u m u l a t i V ec u r v eo fr a wo r e ，sp a r t i c l es i z e 图1 可知①磨机给矿中9 5 ％过筛的最大粒 度约9 ．9 4m m ，一O ．0 7 4m m 含量1 3 ．9 7 ％，人料偏粗 且粉矿较多，说明原矿较软；②沉砂9 5 ％过筛的 最大粒度约0 ．8 0m m ，一0 ．0 7 4m m 含量2 3 ．5 6 ％， 但是一0 ．1 5m m 磨矿要求一O ．0 7 4m m7 0 ％，相当 于0 ．1 5m m 磨矿粒度 含量高达4 9 ．9 4 ％，说明水 力旋流器分级效率偏低；③球磨机给矿中一O ．0 7 4 m m1 3 ．9 8 ％，沉砂中一O ．0 7 4m m 为2 3 ．5 6 ％，则全给 矿中_ 0 ．0 7 4m m 为2 1 ．1 7 ％，而排矿中- 0 ．0 7 4m m 为 3 1 ．1 0 ％，经一次性磨矿后新生成的一0 ．0 7 4m m 含量 仅为9 ．9 3 个百分点，新生成合格粒级含量偏低；④ 溢流粒度组成中一0 ．0 7 4m m 含量为6 9 ．2 7 ％，加．0 1 m m 含量1 6 ．7 9 ％，过磨问题突出，分级量效率为 3 2 ．0 1 ％，分级质效率为2 5 ．9 6 ％，均偏低。 2 ．3 破碎概率验证 若矿浆中固体颗粒仍为n 个级别，任一级别 的固体含量为y ㈣ ％ ，此级别对应的选择性破碎 函数为S i ，破裂函数为及，与此级别相对应的能破 碎该级别的球径为皿，占总球荷质量M 的比例为 y ； 球 ％ ，钢球密度为p ，则对于任一配比情况下 的装球制度，一次破碎作用下所能产生的破碎事 件量P 为【1 0 】 肚斟豢鼽艄 j 川lp 三石D 3 吲 争主 ‰艄 警窆 ‰艄 ．．． p 兀D j 崮p 冗D l 曲 孥窆 ‰艄 孥窆 铀艄 2 p { 冗域扣rp 之死珑b 。 用破碎统计力学原理来理论计算一下推荐初 装配比和现场配比的破碎效果。在实验室D L 4 5 0 4 5 0 m m 的大型实验室磨机中，磨机几何 容积V O ．0 5 65m 3 。当充填率 3 0 ％时，装球7 1 ．7 4 k g ，使磨机转速率调至与现场磨机转速率一致。按 段氏球径半理论公式计算的各矿粒级别平均粒度、 矿粒级别产率、在一次破碎作用下所可能产生的 破碎事件总量见表4 。 方球径球比 案，m m ，％ 矿料各粒级的平均粒度／m m 7 1 ．1 5 0 ．2 4O ．1 6 5 合计 各粒级矿粒的固体体积百分含量／％ 2 1 ．8 53 6 ．6 72 0 ．5 22 1 ．5 6l o o ．0 0 在一次破碎过程中各粒级产生的破碎事件量 4 5 3 9 7 9 9 9 7 8 O 4 嘟 抛 m 咖 锄～姗 讶 m 啪 嘶 O O O O O ～0 O O 0 n 2 O 2 8 3 ～2 9 6 0 7 ∞ ∞ 吆 ∞ ∞～叭 ∞ 叮 掩 如 O O 0 O 0 0 0 0 O 0 一 脚 脚 脚 脚 心～脚 脚 至| 一 胞 一 一 4 8 5 7 ～4 5 9 Ⅲ m Ⅲ 一 拼一叭 猫 ～ 一 姗 C C 0 C C C C ～ 觯 心 一 一 星一i 罨 ～ 一 一 舶 C C C ～C C m ∞ 加 m 啪一筋 弱 加 加 啪 ～ 啪 舳 印柏甜一舳∞∞ ∞甜 现场方案 一 推荐方案 万方数据 2 0 2 1 年1 2 月 第5 0 卷第6 期 总第2 9 1 期 云南冶金 Y U N N A NM E T A L L U R G Y D e c ．2 0 2 1 V 0 1 ．5 0 ．N o ．6 S u m2 9 1 表4 可知推荐方案一次性破碎事件量0 ．9 9 4 要比现场方案O ．6 2 9 要大不少，说明其碰撞概率及 破碎概率要更好。 2 ．4 实验室对比试验结果 试验数据整理制表，使用如下表征评判各方 案表征如下① 0 ．1 5m m 的过粗粒级产率，用 于判断磨机磨碎能力的情况；② 0 ．0 1 。0 ．1 5 m m 产率判断产品中选别作业可选矿物生成情况；③ 0 ．0 2 8 0 ．0 7 4 m m 产率判断产品中较容易选别矿 物生成情况；④一0 ．0 1 0m m 产率判断过粉碎情况； ⑤一0 ．0 7 4m m 判明磨机生产能力的大小。 表5 磨矿效果综合指标 T a b ．5 C o m p r e h e n s i v ei n d i c a t o r so fo r eg r i n d i n ge f k c t ％ 表5 可知①现场方案及偏大方案， 0 ．1 5 m m 产率均较高，这是因为整体平均球径过大，在 同等充填率下，钢球个数偏少，能有效磨碎粗颗 粒的概率也减少；②偏小方案，由于整体平均球 径偏小，冲击力不足，在同等充填率下钢球个数 多，研磨面积过大，过细级别一0 ．0 1 0m m 含量最 大；③推荐方案，中间可选级别 o ．0 1 。o ．1 5 m m 产率比现场提高6 ．0 6 个百分点，易选级别 0 ．0 2 8 ～0 ．0 7 4 m m 产率较现场提高4 ．3 9 个百分点， 一0 ．0 7 4m m 比现场方案提高8 ．6 5 个百分点；综合 指标考虑推荐方案巾8 0 巾6 0 巾4 0 巾3 0 2 5 3 5 2 0 2 0 效果最佳。 3 结语 1 试验矿样平均容重为4 ．2 2 ，容重很大，易 沉积在磨矿分级循环中难以排出，产生过磨，矿 石平均单轴抗压强度5 0 ．7M P a ，弹性模量平均 2 ．1 ，矿石平均泊松比为0 ．3 7 ，总体表现为中等硬 度的高韧性脆性矿石； 2 磨机给矿9 5 ％过筛的最大粒度约9 ．9 4m m ， 人料偏粗且粉矿较多，说明原矿较软，经一次性 磨矿后新生成的一0 ．0 7 4m m 含量仅为9 ．9 3 个百分 点，新生成合格粒级含量偏低，溢流一O ．0 lm m 含 量1 6 ．7 9 ％，过磨现象明显； 3 使用破碎函数计算可知推荐方案一次性破 碎事件量O ．9 9 4 要比现场方案0 ．6 2 9 要大不少，说 明其碰撞概率及破碎概率要更好； 4 对比试验中推荐方案中间可选级别 0 ．0 1 0 ．1 5 m m 产率比现场提高6 ．0 6 个百分点，易选级 别 0 ．0 2 8 ～0 ．0 7 4 m m 产率较现场提高4 ．3 9 个百分 点，一O ．0 7 4m m 比现场方案提高8 ．6 5 个百分点， 综合效果最佳。 参考文献 [ 1 】肖庆飞，杨芳，王国强，等．半自磨介质材质及尺寸对比试 验研究【J 】．矿山机械，2 0 1 7 7 3 7 4 0 ． [ 2 】王泽红，高伟，刘高峰．太钢尖山铁矿一段磨机介质优化研 究【J 】．金属矿山，2 0 1 9 9 1 0 2 一1 0 6 ． 【3 】周忠堂，薛春华．细粒级锡石浮选试验研究与生产实践[ J 】． 云南冶金，2 0 1 8 3 3 5 4 0 ． [ 4 】杨芳．基于离散元法的德兴铜矿球介质与矿石破碎能量的能 量匹配研究[ D 】．昆明昆明理工大学，2 0 1 8 ． 【5 】段胜红，甘胤，庄世明．含金磁铁精矿金综合回收选矿试验 研究【J 】．云南冶金，2 0 1 8 1 1 5 1 9 ． [ 6 ] 段希祥，肖庆飞．碎矿与磨矿【M 】．北京冶金工业出版社， 2 0 1 2 ． 【7 】石贵明，周意超．甘肃某氧化型锰矿选矿试验研究[ J 】．云南 冶金，2 0 1 8 1 9 一1 4 ． [ 8 ] 郭运鑫，肖庆飞，黄胤淇，等．提高永平铜矿一段球磨磨矿 效率的研究【J 】矿产综合利用，2 0 1 9 4 1 3 5 1 3 8 ． 【9 】段希祥．球磨机钢球尺寸的理论计算研究[ J ] ．中国科学， 1 9 8 9 8 8 5 6 8 6 3 ． [ 1 0 】肖庆飞，康怀斌，肖珲，等．碎磨技术的研究进展及其应 用【J 】．铜业工程，2 0 1 6 1 1 5 2 7 ． 万方数据