球磨机细磨阶段钢段与钢球磨矿效果对比

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.158

球磨机细磨阶段钢段与钢球磨矿效果对比

王旭东^,¹, 肖庆飞^,¹^,², 张谦¹, 杨森¹, 马帅¹

1.昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093

2.矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 100070

Comparison of Grinding Effect Between Steel Section and Steel Ball During Fine Grinding Stage of Ball Mill

WANG Xudong^,¹, XIAO Qingfei^,¹^,², ZHANG Qian¹, YANG Sen¹, MA Shuai¹

1.School of Land and Resources Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，Yunnan，China

2.State Key Laboratory of Mineral Processing Science and Technology，Beijing 100070

通讯作者: 肖庆飞（1980-)，男，云南昆明人，教授，博士，从事碎磨理论与工艺研究工作。13515877@qq.com

收稿日期: 2019-09-23 修回日期: 2020-06-12 网络出版日期: 2020-11-04

基金资助:

国家自然科学基金面上项目“多级配球介质磨矿的能量匹配及机理研究”.  51774157
矿冶过程自动控制技术国家(北京市)重点实验室开放基金项目“半自磨钢球配比及衬板形状优化模拟仿真技术研究”.  201905
安徽省重点研究和开发计划面上攻关项目“复杂难处理铜(硫铁)矿清洁高效节能综合利用关键技术研究”.  201904a07020044

Received: 2019-09-23 Revised: 2020-06-12 Online: 2020-11-04

作者简介 About authors

王旭东（1995-），男，河南新乡人，硕士研究生，从事碎磨理论与工艺研究工作852911345@qq.com , E-mail：852911345@qq.com

摘要

针对大坪选厂细磨工段磨矿产品粒度均匀性差，磨矿细度-0.074 mm含量不达标，过粉碎含量偏高等问题，制定了磨矿介质制度优化方案，通过实验室磨矿试验得出细磨工段磨矿介质采用钢段效果更佳，其磨矿介质制度：Φ45×50∶Φ35×40∶Φ30×35∶Φ25×30=30∶20∶20∶30。试验结果表明：全面钢段方案与钢球方案及现厂方案相比，各项指标均得到一定的提高，过粗级别+0.10 mm产率分别减少了0.73个百分点和5.42个百分点，过粉碎级别-0.010 mm产率分别减少了2.51个百分点和0.77个百分点，磨矿细度-0.074 mm含量分别提高了1.75个百分点和5.33个百分点，中间易选级别0.100~0.038 mm产率分别提高了1.96个百分点和5.57个百分点，磨矿技术效率分别提高了3.54个百分点和8.14个百分点，磨机-0.074 mm利用系数分别提高了3.15%和10.24%。因此，根据试验前后各项指标对比，全面钢段更加适用于细磨工艺，能够有效改善“两端多、中间少”的现象，提高磨矿效率和合格产品质量占比。

关键词： 细磨 ; 磨矿产品 ; 磨矿细度 ; 过粉碎 ; 钢段 ; 钢球

Abstract

The particle size of the grinding products in the fine grinding section of a domestic mineral processing plant is uneven，and there are more coarse-grained and over-fine-grained grades.At the same time，the content of the grinding fineness -0.074 mm does not meet the standard.According to the current mill grinding process，combined with the nature of the ore itself in the concentrator，the grinding quality is improved through the grinding process.This paper uses the international standard sieve for particle size screening of the ore sampled uniformly，combined with the spherical diameter semi-theoretical formula to formulate the grinding plan，compare the grinding results，evaluate and select the best grinding plan.Laboratory test results and data analysis show that the grinding media system is Φ45×50∶Φ35×40∶Φ30×35∶Φ25×30=30∶20∶20∶30. Compared with the steel ball plan and the current plant plan，the overall steel section plan has an over-coarse level of 0.10 mm and a yield reduction of 0.73 percentage points and 5.42 percentage points，respectively，and an over-pulverization level of 0.010 mm and a yield reduction of 2.51 percentage points and 0.77 percentage points，respectively.The grinding fineness -0.074 mm content has increased by 1.75 percentage points and 5.33 percentage points respectively.The intermediate easy-selection grade 0.100~0.038 mm yield has increased by 1.96 percentage points and 5.57 percentage points，respectively，and the grinding technology efficiency has been improved by 3.54 percentage points and 8.14 percentage points，mill q_-200 increased by 3.15% and 10.24%.According to the comparison of various grinding indexes，it can be concluded that the grinding method of the steel section in the grinding process is mainly based on the grinding and peeling effect，supplemented by the impact effect，which can effectively reduce the content of coarse-grained and super-fine-grained grades，and improve the qualified grain.The level of content reduces the difficulty of flotation.The increase of the efficiency of grinding technology shows the improvement of the quality of grinding products，and the increase of the mill q_-200 shows the improvement of the production capacity of the mill’s unit effective volume.The above conclusions indicate that the steel segment is more suitable for fine grinding process，it improve the quality of grinding products，the production capacity of the mill and the efficiency of the enterprise.

Keywords： fine grinding ; grinding products ; grinding fineness ; over-crushing ; steel section ; steel ball

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本文引用格式

王旭东, 肖庆飞, 张谦, 杨森, 马帅. 球磨机细磨阶段钢段与钢球磨矿效果对比[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(5): 771-777 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.158

WANG Xudong, XIAO Qingfei, ZHANG Qian, YANG Sen, MA Shuai. Comparison of Grinding Effect Between Steel Section and Steel Ball During Fine Grinding Stage of Ball Mill[J]. Gold Science and Technology, 2020, 28(5): 771-777 doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2020.05.158

碎磨作业作为选矿厂的第一道工序，其产品质量好坏直接影响着后续浮选工艺的指标。影响球磨机磨矿作业的因素有很多，其中磨矿介质与矿石颗粒直接接触，对磨机磨矿产品质量及磨矿效率有着显著影响^［1-3］。在球磨机运转过程中，磨矿介质作为能量的载体，直接作用于矿石，并对矿石进行不同程度的破碎和研磨。因此，选取科学合理的磨矿介质制度，能够有效地与待磨矿石粒度组成相匹配，从而实现磨矿介质能量的最大化利用。

目前国内使用最广泛的球磨介质是钢球，而钢球尺寸与待磨矿石所需破碎能量是否匹配，决定着磨矿作业的优劣^［4-6］。然而，钢球并不适用于所有的磨矿作业，由于钢球与矿石的接触主要为点接触，若钢球尺寸偏大，同时携带的能量较大，容易沿作用力较大的方向发生贯穿破碎，无法实现选择性磨矿^［5-8］；此外，尺寸较大的钢球在有限的磨机充填率中破碎概率较低，磨矿产品粒度组成均匀性差，无法满足选矿对磨矿粒度的要求。若钢球尺寸偏大，而携带能量较小，需要对待磨物料进行反复击打，产生疲劳破碎，会导致磨矿效率偏低^［8-11］。

国内外普遍采用的矿石细磨方式是机械粉碎，借助磨机的冲击与磨剥作用粉碎矿石颗粒，其采用的细磨介质多数为钢球。然而细磨中若采用钢球强烈冲击矿石，会加剧待磨矿石的过粉碎，其原因是细磨过程中，钢球研磨面积较小，磨矿产品粒度不均匀且矿物解离的选择破碎作用差，同时钢球相对钢段价格高且球耗高，导致细磨成本增加^［12］。因此，钢球并不是细磨过程的最佳磨矿介质。实践证实，细磨阶段采用钢段代替钢球，不仅会提高磨矿效率，而且可有效减轻过磨和矿产品过粉碎^［13-15］。

云南华联锌铟股份有限公司大坪多金属选矿厂采用两段磨矿，细磨工段为Φ2.4m×3.0m格子型球磨机磨矿和Φ350mm水力旋流器闭路，矿石中有用矿物主要为铅锌矿物，浮选要求-0.074 mm含量占70%以上。目前该选矿厂面临的主要问题是细磨工段磨矿产品-0.074 mm含量较低，且磨矿产品粒度组成不合理，过磨现象突出，磨矿技术效率与磨机-0.074 mm利用系统均较低。为改善磨矿产品粒度均匀性，提高磨矿细度、减少过磨，本文以磨矿介质制度优化为技术改造重点，开展磨矿试验，以期为后续选别作业提供有利条件。

1 试验材料及方法

试验材料为细磨工段磨机给矿和磨机排矿，使用国际标准筛对矿物进行粒度筛分，其筛分粒度范围为-2.50+0.01 mm，将不同粒级矿物进行分离，可以更加清楚矿物的粒度组成，筛分结果见表1和表2，绘制负累计粒度特性对数曲线，如图1所示。

表1 磨机给矿粒度组成

Table 1 Particle size composition of mill feed

级别/mm	级别产率/%	筛上累计产率/%	筛下累计产率/%
合计	100.00
+0.900	0.41	0.41	100.00
-0.900+0.450	1.81	2.22	99.59
-0.450+0.300	11.42	13.64	97.78
-0.300+0.200	20.51	34.15	86.36
-0.200+0.150	14.85	49.00	65.85
-0.150+0.100	24.72	74.72	51.00
-0.100+0.074	8.04	81.76	26.28
-0.074+0.038	9.85	91.61	18.24
-0.038+0.019	3.53	95.14	8.39
-0.019+0.010	2.46	97.60	4.86
-0.010	2.40	100.00	2.40

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表2 磨机排矿粒度组成

Table 2 Particle size composition of mill discharge

级别/mm	级别产率/%	筛上累计产率/%	筛下累计产率/%
合计	100.00
+0.900	0.17	0.17	100.00
-0.900+0.450	0.63	0.80	99.86
-0.450+0.300	6.21	7.01	99.20
-0.300+0.200	15.88	22.89	92.99
-0.200+0.150	6.46	29.35	77.11
-0.150+0.100	16.89	46.24	70.65
-0.100+0.074	23.97	70.21	53.76
-0.074+0.038	10.96	81.17	29.79
-0.038+0.019	5.98	87.15	18.83
-0.019+0.010	6.61	93.96	12.85
-0.010	6.24	100.00	6.24

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图1

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图1 磨机给矿和磨机排矿负累计粒度特性对数曲线

Fig.1 Logarithmic curves of negative cumulative particle size characteristics of mill feed and mill discharge

由图1可知：（1）磨机给矿粒度较细，根据表1中各粒级产率计算出95%过筛最大粒度仅为0.41 mm；（2）磨机排矿中磨机磨碎+0.15 mm以上的粗粒级效率仅为E_+0.15mm=19.65/49.00×100%=40.10%，球磨磨碎粗粒级别效率偏低；（3）磨机给矿中 -0.074 mm含量为18.24%，排矿中-0.074 mm含量为29.79%，经过一次磨矿新生成-0.074 mm含量为11.55%，新生成-0.074 mm含量偏低；（4）新生成 -0.010 mm粒级为10.44%，在新生成-0.074 mm中占比为90.39%，说明过磨现象严重。

为了研究相同磨矿条件下钢段与钢球磨矿效果的优劣，本试验采用控制变量法，将磨矿介质作为单一变量。为了与现厂磨矿环境相匹配，实验室选用待磨矿样为细磨工段球磨机给矿，在实验室不连续小型湿式球磨机进行磨矿试验，根据现厂矿石粒度组成，结合选择性磨矿理论，制定磨矿条件（表3）和磨矿方案（表4）。同时，将各方案磨矿产品进行筛分，得出相对应的粒度组成，计算每个粒级之间的产率，进而对比不同磨矿方案的磨矿效果，最终得出细磨工段最佳磨矿介质制度。

表3 实验室磨矿条件

Table 3 Grinding conditions of laboratory

磨机尺寸/（mm×mm)	磨矿方式	球磨机转速率/%	磨矿时间/min	球荷重量/kg	给矿量/kg	磨矿介质制度
200×240	湿磨	74	8	11	1	变量

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表4 实验室磨矿方案

Table 4 Grinding schemes of laboratory

方案	介质配比	平均球径/mm
全面钢段方案	45×50∶35×40∶30×35∶25×30=30∶20∶20∶30	-
替代钢段方案	45×50∶35×40∶25×30=30∶40∶30	-
钢球方案	Ф50∶Ф40∶Ф30=30∶40∶30	40.00
现厂方案	Ф60∶Ф50∶Ф40∶Ф30=25∶25∶25∶25	45.00
偏大方案	Ф60∶Ф50∶Ф40=30∶40∶30	50.00
偏小方案	Ф40∶Ф30=50∶50	35.00

注：替代钢段方案为钢球方案经球段换算得出，目的是更科学、更严谨地对比钢段与钢球之间的磨矿效果；替代钢段方案为钢球方案经球段换算得出，可以有效对比相同条件下钢段与钢球磨矿效果；偏大方案、偏小方案与其他方案的区别在于平均球径大小不同，其携带的破碎力也不同

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2 试验结果

为了直观、准确、科学地评价不同磨矿方案的磨矿效果，制定了如表5所示的评价指标。

表5 磨矿效果评价指标

Table 5 Evaluation index of grinding effect

序号	评价指标
1	+0.100 mm粗级别产率（γ_+0.10mm，%）
2	-0.074 mm级别产率（γ_-0.074mm，%）
3	中间易选级别产率（γ_0.10-0.038mm，%）
4	-0.010 mm过粉碎级别产率（γ_-0.010mm，%）
5	磨矿技术效率（Ｅ_技，%）
6	磨机-0.074 mm利用系数（q_-200，t/m³·h^-1）

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2.1 磨矿产品粒度均匀性对比

磨矿产品粒度组成可以有效反映出磨矿介质对于不同粒度下矿石的磨矿效果优劣^［16-18］。各方案磨矿产品粒度组成如图2所示。

图2

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图2 各方案γ_{+0.100 mm}（a）、γ_{-0.010 mm}（b）、γ_{-0.074 mm}（c）、γ_{-0.100+0.038 mm}（d）产率对比

Fig.2 Yield comparison of γ_{+0.100 mm}(a), γ_{-0.010 mm}(b), γ_{-0.074 mm}(c), γ_{-0.100+0.038 mm}(d)

由图2可知：（1）替代钢段方案是由钢球方案根据球段换算得出的，对比替代钢段方案与钢球方案，过粗级别+0.100 mm产率与-0.074 mm产率无较大变化，但过粉碎级别-0.010 mm产率减少了3.37个百分点，中间易选级别0.100~0.038 mm产率提高了1.79个百分点，说明钢段在保证磨矿细度的前提下，可以有效减轻过粉碎；（2）全面钢段方案与钢球方案及现场方案相比，过粗级别+0.100 mm产率分别减少了0.73个百分点和5.42个百分点，过粉碎级别-0.010 mm产率分别减少了2.51个百分点和0.77个百分点，-0.074 mm级别产率分别提高了1.75个百分点和5.33个百分点，中间易选级别0.100~0.038 mm产率分别提高了1.96个百分点和5.57个百分点。

综上所述，推荐二段磨机初装钢段方案为全面钢段方案，具体磨矿介质制度：Φ45×50∶Φ35×40∶Φ30×35∶Φ25×30=30∶20∶20∶30。

2.2 磨矿技术效率对比

磨矿技术效率是指将物料磨至合格粒级的效率^［19］，本试验合格粒级范围为-0.100+0.0.038 mm。各方案磨矿技术效率结果如图3所示。

图3

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图3 各方案磨矿技术效率

Fig.3 Technical efficiency of each scheme

由图3可知：（1）对比替代钢段方案与钢球方案的磨矿技术效率，前者比后者高2.58个百分点，说明在相同磨矿条件下，钢段在细磨方面磨矿效果优于钢球；（2）对比各方案磨矿技术效率，全面钢段方案的磨矿技术效率最高，为65.11%，较钢球方案、现厂方案分别提高3.54个百分点和8.14个百分点，充分说明在细磨方面全面钢段方案的磨矿技术效率更优。

2.3 磨机-200目利用系数对比

磨机-0.074 mm利用系数是指单位时间、单位有效容积磨机的生产能力，可以科学合理地反映磨机的生产能力^［20］。各方案磨机-0.074 mm利用系数结果如图4所示。

图4

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图4 各方案磨机利用系数

Fig.4 Milling machine utilization coefficient of each scheme

由图4可知：全面钢段方案q_-200最高，说明该方案磨机生产能力最优，对比全面钢段方案与钢球方案、现厂方案磨机q_-200，全面钢段方案q_-200分别提高了3.15%和10.24%，充分说明在细磨方面全面钢锻方案生产能力更优。

3 结论

（1）该选厂细磨工段磨机给矿粒度较细，且磨机磨碎+0.15 mm以上的粗粒级效率E_+0.15mm=19.65/49.00×100%=40.10%，效率偏低；细磨工段磨机给矿中-0.074 mm为18.24%，排矿中-0.074 mm为29.79%，经过一次磨矿新生成-0.074 mm含量为11.55%，新生成合格粒级含量偏低；新生成-0.038 mm粒级含量为10.44%，与新生成-0.074 mm含量差距较小，说明矿石易产生过磨。针对以上细磨工段问题，不仅需要强化其磨碎粗粒级的能力，同时需要减轻过磨。

（2）对比实验室各方案磨矿结果及评价指标，最终采用全面钢段方案：Φ45×50∶Φ35×40∶Φ30×35∶Φ25×30=30∶20∶20∶30。

（3）实验室试验结果表明，全面钢段方案在多方面评价指标均最优，与钢球方案、现厂方案相比较，过粗级别+0.100 mm和过粉碎级别-0.010 mm产率减少，-0.074 mm级别和中间易选级别0.100~0.038 mm产率提高，各项指标均取得一定程度的优化，说明全面钢段方案能够更有效地磨碎粗矿物，同时减少矿物过磨，可以有效改善磨矿过程中一直存在的“两端多、中间少”的现象，改善磨矿产品粒度均匀性。

（4）全面钢段方案在磨矿技术效率和磨机q_-200上也表现出优势，磨矿技术效率和磨机q_-200均得到提高，前者说明磨矿产品质量的提高，后者说明相同时间内磨机单位有效容积生产能力的提高，以上两点均说明在细磨工段，磨机采用全面钢段方案磨矿效率更高，生产能力更高，磨矿效果更佳，磨矿产品质量更优，有利于下一步的浮选作业。

http://www.goldsci.ac.cn/article/2020/1005-2518/1005-2518-2020-28-5-771.shtml

参考文献

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文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

曹亦俊，段希祥.

粗磨球磨机球径精确化研究

［J］. 有色金属（选矿部分），2001，53（3）：24-26，30.