南京某铁矿实验室磨矿条件优化研究及工业应用

石贵明，周意超

（玉溪师范学院资源环境学院，云南玉溪 653100）

南京某铁矿实验室磨矿条件优化研究及工业应用

石贵明，周意超

（玉溪师范学院资源环境学院，云南玉溪 653100）

对南京某铁矿进行了实验室磨矿过程参数优化试验和工业应用。一段磨矿试验包括磨矿时间、磨矿浓度、磨机转速、磨机生产能力、钢球直径等单一影响因素试验。二段磨矿试验包括不同磨矿时间、磨矿浓度、介质充填率下的钢锻介质、钢球介质和钢球混合介质对比磨矿试验。根据研究结果可知，该铁矿磨矿产率与磨矿时间几乎成线性关系，属匀质矿、易碎磨。对该矿而言，混合钢球比单一钢锻、单一钢球的磨矿效率都要高，但钢锻在长时间磨矿过程中产生的过粉碎和磨矿产品的均匀度，却比单一钢球和混合钢球要好。一段二段现场磨矿浓度控制在73%、磨机转速率76%、充填率35%左右是较为合适。工业试验后比试验前二段分级溢流中－0.074～＋0.037 mm粒级产率高出27.01%，－0.01 mm粒级产率减少21.70%，二段溢流产品质量得到明显改善。

粒度组成；钢锻；界面性质；磨矿

在矿物加工工程行业中磨矿变得越来越重要是由于矿产资源的品位及嵌布粒度越来越低、细的缘故［1］。合适的磨矿条件或参数会对整个选厂产生很大的影响，如提高解离度、改善生产指标、降低能耗、提高效益等［2］。钟晋［3］等对某胶磷矿磨矿介质进行优化试验研究，提出了钢球和钢锻混合介质磨矿的方案，获得了更优质的磨矿产品。吴彩斌［4］等对青海某贫硫金矿石进行磨矿分级系统优化试验，提高了磨矿效率、增加了处理量，降低了能耗。韩晖［5］等对超细硅酸锆进行了磨矿工艺优化，提出合理利用分段研磨的方式，能根据客户需求规模化的生产出所需各种粒度的超细硅酸锆产品。Kalumba P.Simba［6］等对不同形状的混合介质的磨矿动力学进行了研究，发现在一定磨矿环境下，混合介质可以提高破碎速率，但球形介质是最有效率的。W.A.Freeman［7］等对磨矿介质和NaHS对铜回收率的影响进行了研究，发现添加一定的NaHS在磨机中，能够改善铜回收率，同时，不锈钢球介质的回收率是最高的。Xumeng Chen［8］等对铜离子存在下再磨工艺对黄铁矿的浮选影响研究，发现不锈钢介质会对黄铁矿表面覆盖一层铜激活层。本文对南京某铁矿一段、二段磨矿回路进行了考查，并在实验室小型磨机内进行了磨矿条件优化试验，其研究结果可为工业应用提供指导作用。

1 试验原料与内容

1.1 原料准备

南京某铁矿选矿厂球磨机－分级回路为传统的二段全闭路流程，分析试样分别为一段入磨矿、一段排矿、一段返砂、一段溢流、二段排矿、二段返砂和二段溢流。实验室一段磨矿试样是将入磨矿经破碎筛分至－2 mm粒级以下，二段磨矿试样是将一段磨矿产品用0.074 mm标准筛过筛后的筛上产品。

1.2 试验内容

实验室一段磨矿优化考查了磨矿时间、磨矿浓度、磨机转速、磨机生产能力、钢球直径等单一影响因素。所用球磨机为圆锥XMQΦ350×160磨矿机，每次磨矿样取200 g。二段磨矿优化考查了在不同磨矿时间、磨矿浓度、介质充填率下的钢锻介质、钢球介质和钢球混合介质的对比磨矿。

粒度分布均采用标准筛筛分法和马尔文3 000粒度分析仪（英国）共同测定。

2 结果与讨论

2.1 一段磨矿条件试验

2.1.1 磨矿时间

在磨机充填率45%、钢球直径30 mm、转速50 r／min、矿浆浓度80%条件下，分别进行0 min、2 min、3 min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min、9 min、10 min、12 min磨矿，磨矿产品粒度分布如图1所示。

图1 不同磨矿时间下磨矿产品的粒度分布

从图1可以看出，随着磨矿时间的延长，磨矿产品中新生－0.074 mm产率逐渐增加，－0.01 mm产率同样也是逐渐增加，但是在3～6 min之间－0.01 mm产率相差不大，且图中3～6 min曲线斜率相当，说明3～6 min之间的磨矿速率也是相差不大，综合考虑到合适的新生－0.074 mm磨矿产品的产率和磨矿速率，选取磨矿时间为4 min较为合适。

2.1.2 磨矿浓度

在磨机充填率45%、钢球直径30 mm、转速50 r／min、磨矿时间4 min条件下，分别在65%、68%、70%、73%、75%、78%、80%、83%、85%、88%、90%浓度进行磨矿，磨矿产品粒度分布如图2所示。

图2 不同浓度下磨矿产品的粒度分布

从图2看出，随着磨矿浓度的增大，新生γ－0.074和γ－0.01并不是呈简单直线增加的关系，65%和90%的磨矿浓度时其磨矿效果都不是最好的，γ－0.01在磨矿浓度70%时最少，但与磨矿浓度73%时相差无几，γ－0.074在磨矿浓度73%时最多，同时其曲线斜率也是最陡峭的，说明其磨矿速率也是最快的。综合考虑，最终选取合适的磨矿浓度为73%。

2.1.3 磨机转速

在磨机充填率45%、钢球直径30 mm、磨矿浓度73%、磨矿时间4 min条件下，分别在磨机转速为20 r／min、30 r／min、40 r／min、50 r／min、60 r／min、70 r／min进行磨矿，磨矿产品粒度分布如图3所示。

图3 不同转速下磨矿产品的粒度分布

从图3看出，随着磨矿机转速的增大，磨矿效率呈现先增大后减小的变化。转速为50 r／min时的磨矿效率是最好的，但是γ－0.01也是最高的，转速增加到60 r／min时磨矿效率下降幅度较大，综合考虑磨矿效率和γ－0.01实际转速取55 r／min较为合适，此时磨机转速率约为76%，说明该矿石在低速球磨中的磨矿效果比高速球磨好。

2.1.4 给矿量

在磨机充填率45%、钢球直径30 mm、磨矿浓度73%、磨矿时间4 min、磨机转速为55 r／min条件下，分别在给矿量为 100 g、200 g、300 g、400 g、500 g、600 g下进行磨矿，磨矿产品粒度分布如图4所示。

从图4可以看出，随着给矿量的增大，磨矿效率呈现下降的趋势，从100 g到200 g时γ－0.01下降幅度较大，其它给矿量时γ－0.01下降幅度较小且相似，相比较其它处理量在200 g时γ－0.074较高。综合考虑，在实验室给矿量取200 g／次是合适的，另一方面也说明磨矿给矿必须均匀合适，过大过小均对磨矿效果产生较大影响。

图4 不同给矿量下磨矿产品的粒度分布

图5 不同钢球直径下磨矿产品的粒度分布

2.1.5 钢球直径

在磨机充填率45%、给矿量 200 g、磨矿浓度73%、磨矿时间4 min、磨机转速为55 r／min条件下，分别在单一钢球尺寸Φ40 mm、Φ30 mm、Φ20 mm下进行磨矿，磨矿产品粒度分布如图5所示。

从图5可以看出，随着钢球尺寸的降低，钢球与颗粒的接触概率越大，磨矿产品中新生 γ－0.074、γ0.3～0.01和γ－0.01的含量逐渐增加。考虑到合适的磨矿－0.074 mm排矿产率和较轻的过粉碎情况下，钢球直径越大越有利。但钢球直径太大也不好，打击力也就越大，易造成贯穿破碎。

2.2 二段磨矿条件试验

二段磨矿条件试验主要考查了在不同磨矿时间、磨矿浓度和钢球充填率下采用了3种不同介质配比（单一钢锻、单一钢球（与钢锻当量直径相等）、混合钢球）对二段磨矿产品粒度特性的影响研究。单一钢锻介质采用尺寸为38×40 mm，每个相当于当量直径为46 mm的球；单一钢球采用直径为46 mm；混合钢球介质采用配比为直径30 mm∶25 mm∶20 mm∶18 mm＝10∶40∶20∶30。

2.2.1 磨矿时间

磨矿样量取200 g，磨机充填率为42%、转速为230 r／min、矿浆浓度为70%，分别用上述3种磨矿介质下进行 3 min、4 min、5 min、6 min、7 min、8 min磨矿，磨矿结果如图6所示。

图6 不同磨矿时间下不同介质的磨矿产品粒度分布

从图6可以看出，不管采用何种磨矿介质，随着磨矿时间的延长，各粒级均是逐渐增加，考虑到合适的新生－0.074 mm磨矿产品的产率，磨矿时间为4 min较为合适；从新生－0.074 mm产率来看，单一钢锻的磨矿能力最差、单一钢球稍好、混合钢球最好，随着时间增加，这种区别呈线性关系；从合格粒级γ0.3～0.01的产率而言，钢锻的磨矿能力要比单一钢球和混合钢球组要差，但随着磨矿时间增加，钢锻的磨矿效果反而比单一钢球和混合钢球要好；从过粉碎情况来看，单一钢球的过粉碎要比钢锻略轻，钢锻又比混合钢球组要轻；从产品的均匀度来看，钢锻比单一钢球略粗，单一钢球比混合钢球略粗。

2.2.2 磨矿浓度

磨矿样量取200 g，磨机充填率为42%、转速为230 r／min、磨矿时间为 4 min。在 70%、73%、75%、78%、80%、85%的不同矿浆浓度下进行磨矿，磨矿结果如图7所示。

图7 不同磨矿浓度下不同介质的磨矿产品粒度分布

从图7可以看出，不管何种磨矿介质，磨矿浓度低于80%下，磨矿产品中各粒级产率要比高浓度下磨矿要高，说明磨矿浓度低于80%下磨矿效率比磨矿浓度高于80%要好，可能是因为磨矿浓度太高，矿浆发黏导致流动性较差而具有较少的研磨概率。同样的，钢锻的磨矿能力要比单一钢球差些，比混合钢球组差更多，从过粉碎情况来看，单一钢球的过粉碎要比钢锻略轻，钢锻又比混合钢球组要轻；从产品的均匀度来看，钢锻比单一钢球略粗，单一钢球比混合钢球略粗。对本试验而言，磨矿浓度取为75%。

2.2.3 充填率

磨矿样量取200 g，磨矿时间为4 min、磨矿浓度为75%、磨机转速为 230 r／min。在 35%、38%、42%、45%不同介质充填率下进行磨矿，磨矿结果如图8所示。

从图8可以看出，不管采用何种磨矿介质，几种充填率下磨矿效果几乎相当，对本次试验采用低充填率进行磨矿。同样的，钢锻的磨矿能力要比单一钢球差些，比混合钢球差更多，从过粉碎情况来看，单一钢球的过粉碎要比钢锻略轻，钢锻又比混合钢球组要轻；从产品的均匀度来看，钢锻比单一钢球略粗，单一钢球比混合钢球略粗。对本试验而言，充填率取35%。

3 工业应用

图8 不同充填率下不同介质的磨矿产品粒度分布

从上述实验室研究结果可知，南京某铁矿磨矿产率与磨矿时间几乎成线性关系，属匀质矿，易磨碎。一段二段磨矿浓度控制在73%、磨机转速率76%、充填率35%左右较为合适。通过三种不同介质的比较试验可知，混合钢球比单一钢锻、单一钢球的磨矿效率都较高，但钢锻在长时间磨矿过程中产生的过粉碎和磨矿产品的均匀度，却比单一钢球组略好，比混合钢球组要好很多。综合考虑，一段磨矿采取混合钢球介质，二段磨矿采取钢锻介质。经过3个月的连续生产，南京某铁矿磨矿分级系统逐步稳定，将试验前后二段溢流的粒级分布频度曲线对比如图9所示。

图9 试验前后二段溢流粒度分布频度曲线

由图9可知试验后比试验前二段分级溢流中－0.074～＋0.037 mm粒级产率高出 27.01%，－0.01 mm粒级产率减少21.70%，说明二段溢流产品质量得到明显改善。

4 结 论

1.南京某铁矿磨矿产率与磨矿时间几乎成线性关系，该矿属匀质矿，易磨碎。一段二段磨矿浓度控制在73%、磨机转速率76%、充填率35%左右是较为合适。

2.通过三种不同介质的比较试验可知，混合钢球比单一钢锻、单一钢球的磨矿效率都较高，但钢锻在长时间磨矿过程中产生的过粉碎和磨矿产品的均匀度，却比单一钢球组略好，比混合钢球组要好很多。

3.二段磨介质宜采用钢锻，试验后比试验前二段分级溢流中－0.074～＋0.037 mm粒级产率高出27.01%，－0.01 mm粒级产率减少21.70%，二段溢流产品质量得到明显改善。

［1］ C.Damm，M.R.Mallembakam，W.Peukert.Effect of grinding conditions onmechanochemical grafting of poly（1－vinyl－2－pyrrolidone）onto quartz particles［J］.Advanced Powder Technology，2010，（21）：50－56.

［2］ 肖庆飞，康怀斌，张红华，等.优化球荷特性提高磨矿产品粒度均匀性的研究［J］.矿产保护与利用，2015，（5）：25－28.

［3］ 钟晋，郭永杰，杜令攀，等.球磨机磨矿介质优化试验研究［J］.化工矿物与加工，2016，（5）：28－30.

［4］ 吴彩斌，杨昊，周意超，等.青海某贫硫金矿石选厂磨矿分级系统优化试验研究［J］.黄金科学技术，2015，23（4）：30－33.

［5］ 韩晖，蒋学鑫，苏宪君，等.超细硅酸锆磨矿工艺优化与节能［J］.中国粉体技术，2010，16（5）：79－81.

［6］ Kalumba P.Simba，Michael H.Moys.Effects ofmixtures of grinding media of different shapes on milling kinetics［J］.Minerals Engineering，2014，（61）：40－46.

［7］ W.A.Freeman，R.Newell，K.B.Quast.Effect of grinding media and NaHSon copper recovery at Northparkesmines［J］.Minerals Engineering，2000，（13）：1 395－1 403.

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Optim ization and Industrial Application of Grinding Parameters in an Iron Laboratory of Nanjing

SHIGui-ming，ZHOU Yi-chao
（College of Resources and Environment，Yuxi Normal University，Yuxi653100，China）

This paper described the analysis of spot grinding loop and the optimization of grinding parameters through laboratory experiments.The primarily stage grinding experiments contained milling time，grinding concentration，rotation rate，production capacity，the diameter of steel ball and so on.The secondary stage grinding experiments contrasted the effect of cylpebs，steel ball and mixed steel ball under different grinding time，grinding concentration and filling rate.According to the research result，it showed that the grinding rate of iron ore and grinding time was nearly a linear relationship.The grinding efficiency ofmixed steel ballwas the highest among cylpebs，steel ball and mixed steel ball and the grinding evenness and over-crushed of cylpebs was the best among cylpebs，steel ball and mixed steel ball after long time grinding process.The grinding parameters such as grinding concentration of 73%，rotation rate of 76%，filling rate of 35%were more appropriate in industrial.The fractions of－0.074＋0.037 mm increased 27.01%and－0.01 mm decreased by 21.70%in secondary classification overflow and the quality of the secondary stage overflow was dramatically improved after the optimization.

particle size；cylpebs；the interface properties；grinding

TD921＋.4

A

1003－5540（2017）06－0017－05

江西省重点研发计划（20171BBG70045）江西省教育厅课题（GJJ150651）

石贵明（1982－），男，副教授，主要从事矿石碎磨理论与工艺、矿物分选等研究工作。

2017－10－17