专利名称：两段磨矿的精确化装补球方法
技术领域：
选矿方法中的矿石粉碎、磨细技术领域。
背景技术：
选矿是将矿山采出的原矿进行加工，富集有用矿物及抛弃无用的脉石，富集的有用矿物称精矿，供冶炼金属之用，脉石作为尾矿抛弃。而选矿加工中，将矿石粉碎及磨细是领头工序，也是矿物分选的前提。将矿石粉碎及磨细是使矿石中的各种矿物相互解离开，然后用各种选矿方法将有用矿物选出并抛弃尾矿。因此，矿石粉碎及磨细是选矿的领头工序，其工作效果的好坏直接影响着选矿作业的技术经济指标。而矿石的粉碎及磨细，特别是磨细作业，是一个低效率高消耗的作业，提高磨矿机的效率及降低消耗是选矿的重大问题。寻找科学的及效果显著的装补球方法正是解决球磨机低效率高消耗问题的关键。
申请人在专利号为ZL200310111145.0的发明中公开了一种球磨机精确化装补球方法，这是针对一段磨矿的一种球磨机装补球方法，其技术方案为(1)测定矿石的单轴抗压强度σ(kg/cm2)及不规则矿块的抗压强度σ0(kg/cm2)以及矿石的弹性模量和泊松比。
(2)对磨机新给矿及返砂进行筛析，然后按返砂比系数值折算新给矿及返砂，并合并得出全给矿粒度组成，再扣除不需要磨细的细级别后折算确定待磨全给矿粒度组成。最后，将待磨全给矿按粒级大小分成4～6组。
(3)根据矿石的σ或σ0及各组矿粒的上限粒度，以及磨机的工作条件和参数，用球径半理论公式计算各组矿粒需要的精确球径。
(4)按待磨全给矿各组矿粒的产率及所需球径确定磨机初装球的球比。
(5)验证初装球的合理性及精确性，不合理及不精确的初装球返回第(4)步再作调整不合理部分的比例。
(6)绘制磨机初装球的球荷粒度正累积特性曲线，用作图法确定补加球的球荷正累积特性曲线，依据此曲线得出各种补加球的比例。
但是，上述专利是针对一段磨矿开发出来的，也仅适用一段磨矿机上的装补球。而选矿厂中用得最多的磨矿流程除一段磨矿外，两段磨矿也用得多且广泛。因此，还须解决两段磨矿上精确化装补球方法。
一段磨矿是将最大粒径15～25毫米的新给矿在一台磨矿机中一次磨到要求的产品细度，其最大粒径为0.2～0.15毫米，其中小于0.074mm(-200目)的占60～65wt％，给矿粒度范围宽，配球时要粗细矿粒兼顾，配球种类多。配球时既要保证磨机的产品细度又要保证磨机有较高的生产率。两段磨矿是将最大粒度15～25毫米的新给矿分两次磨至要求的产品细度，即小于0.15毫米，其中小于0.074mm(-200目)的大于70wt％，第一段在一台磨机中将新给矿磨至最大粒径为2～3mm，其中小于0.074mm占20～30wt％，第一段磨矿称第一段磨(粗磨)，第二段磨矿在另一台磨矿机中将一段磨矿的产品再磨至小于0.15mm，其中小于0.074mm的大于70wt％，第二次磨矿称第二段磨矿(细磨)。第一段磨矿的任务是保证粗矿块的破碎概率高，保证磨矿系统有高的生产率。第二段的任务是保证细矿粒的有效磨细，保证磨矿系统有高的细度。两段磨矿中一段磨及二段磨的目的任务不同，一段磨机及二段磨机必须分别针对任务进行配球。把一段磨矿上的精确化装补球方法机械地搬到两段磨矿的一段磨机上是不行的。因此两段磨矿中一段磨机上及二段磨机上的精确化装补球方法均应重新开发。
发明内容
1.发明目的提供一种两段磨矿的精确化装补球方法，将最大粒度25～15毫米的新给矿分两段磨碎至粒度小于0.15mm，其中小于0.074mm的达70wt％或更细的产品细度，根据这一要求，提出一种两段磨矿的精确化装补球方法，一段磨矿中将新给矿磨细至最大粒度为2～3mm，其中小于0.074mm的占20～30wt％，二段磨矿中再将其磨至小于0.15mm，其中小于0.074mm的达70％以上。以取代现行生产中方法粗放而效果差的经验装补球方法。
2.技术方案本发明按照下列步骤来实现(1)两段磨矿中一段磨矿(粗磨)按下列步骤实现①针对待磨矿石测定矿石的单轴抗压强度σ(kg/cm2)及不规则矿块的抗压强度σ0(kg/cm2)，以及测定矿石的弹性模量和泊松比，为确定精确的球径及球比提供力学依据。
②对一段磨机的新给矿及分级返砂这两种物料分别进行筛析，然后按返砂比数值折算新给矿及返砂，并合并得全给矿粒度组成。确定一段磨的产品粒度，最大粒度为2～3mm(其中小于0.074mm的占20～30wt％)。扣除一段磨产品粒度级别后折算出待磨全给矿粒度组成，最后将待磨全给矿按粒度大小分成3～4组。
③根据矿石的σ或σ0及各组待磨矿粒的上限粒度，以及一段磨机的实际工作条件和已知参数，用本申请人推导的球径半理论公式计算各组待磨矿粒需要的精确球径值，球径半理论公式为Db=Kc0.5224ψ2-ψ6·σ10·ρ0·D0·df(cm·g·s)]]>式中Db-所需的精确球直径，cmKc-影响因素的综合修正系数ψ-磨机转速率，％σ-矿石的单轴抗压强度，kg/cm2σ0-不规则矿块抗压强度ρ0-钢球在矿浆中的有效密度，g/cm3D0-球荷“中间缩聚层”直径，cmdf-95％过筛最大粒度，cm具体计算球径时，磨机直径小于2.7米时，代入σ值，确保破碎力足够；磨机直径大于2.7米时也可以代入不规则矿块测出的σ0值，因为大的直径可以弥补球径的不足。
④按待磨全给矿各组矿粒的产率及它所需要的球径确定一段磨机的初装球比例。第一段磨应强化粗粒的破碎，应适当增加大尺寸球的比例，具体措施是第一、二组钢球的产率应比它们对应的粗粒级产率多3～10个百分点。
⑤计算出的初装球比例，在实验室的大磨机中验证其合理性及精确性。对不合理及不精确的初装球返回第④再调整不合理的比例，验证后合格的初装球直接进入工业应用。
⑥绘制一段磨机初装球的球荷正累积特性曲线，以初装球的球荷粒度正累积特性曲线为基准，用作图法确定补加后的球荷正累积特性曲线，依据此曲线得出各种补加球的比例。作图法的理论依据是磨矿中各种球均被磨损，大球的冲击磨损大而研磨磨损小，小球的冲击磨损小而研磨磨损大，可以认为大球和小球的磨损速度相当，因此，将初装球的球荷曲线向左下平行移动即可得到磨损后的球荷曲线，而向右上平行即可得补加球后的球荷曲线。本发明保证球径精确的前提下只补加2～3种球。
(2)两段磨矿中二段(细磨)磨矿按下列步骤实现
①二段磨矿给矿中最大粒度为2～3mm，无论是用球径半理论公式计算球径或是用实验法确定球径，所需球径均不超过40mm，一般为15～25mm。由于细磨给矿粒度范围窄，不须配多种球，采用Φ40及Φ30mm两种球细磨即已足够。
②用小钢球进行二段磨矿时，不可避免地要产生大量的过粉碎粒级(-0.01mm粒级)，为了既磨得细又使过粉碎轻，必须采用选择性保护细粒级作用强的短圆柱体介质进行细磨。截头短圆锥体的铸铁段磨矿工艺能满足上述二段磨矿要求，生产成本上低于小钢球或小钢柱，故用D×L为35×40及30×35mm铸铁段代替Φ40及Φ30mm小钢球。这里，D指截头圆锥体大头直径，L指截头圆锥体长度。
③为了生产管理方便又不影响细磨效果，用D×L为35×40及30×35mm各占50％的比例初装及补加。当二段磨矿给矿中2～3mm粒级含量为5-10wt％时，可用D×L为40×45及35×40mm各占50％的初装及补加方案；当细磨给矿较细且产品要求小于0.074mm达85％以上时，可用D×L为30×35及25×30各占50％的初装及补加方案。
④将铸铁段尺寸在二段磨矿基础上再下降一个级别，比如D×L为25×30mm及30×35mm，即可用于三段磨矿流程，因为三段磨矿流程仅只是再增加一次第二段细磨作业。
3.与公知技术相比具有的优点及积极效果(1)应用范围广。已公开的精确化装补球专利仅适用于一段磨矿流程，而本申请中不仅适用于两段磨矿流程，而且也适用于三段磨矿流程，因为三段磨矿流程仅只是再增加第二段细磨作业，(2)效果更显著。就磨矿流程而论，两段磨矿比一段磨矿的生产能力大，产品粒度特性好，选别指标高，对两段实施精确化装补球后效果自然比一段的精确化装补球的效果更显著。
(3)适应性更强。因为两段磨矿分第一段粗磨及第二段细磨两个阶段，各段可以根据需要分别调整，可以适应不同的磨矿条件变化。当矿石硬度大时，粗磨机中的大球比例可以适当增大；当磨机规格大时，可在粗磨机中适当减小大球尺寸而增大比例，当磨机规格小时，可适当增大粗磨机中的大球尺寸；当磨机转速率高时，可适当减少粗磨机的装球率。当转速率低时，可适当增加粗磨机中的装球率；细磨机中细磨能力强，产品泥化轻，可适应韧性大的矿石细磨。也可适应性脆易泥化的矿物磨碎。因此，两端磨矿中精确化装补球后可适应不同矿石硬度、不同磨机规格、不同转速率磨机及不同矿石特性的磨矿。
四
图1是实施例一的装补球的球荷正累积特性曲线，图2是实施例二的装补球的球荷正累积特性曲线，1是初装曲线；2是补加球后的球荷正累积特性曲线。
五具体实施例方式
实施例一.云南达亚有色金属公司狮子山铜矿选矿厂，原生产规模1850吨/日。选厂采用三段一闭路碎矿，碎矿粒度≤12mm。选厂为两段磨矿流程，一段磨机为3.2×3.1米格子型球磨机，二段磨机为3.2×3.1米溢流型球磨机。由于选厂两段磨矿中装补球不合理，磨机生产率仅76.5吨/时，产品最终细度-0.074mm达74％。申请人对狮子山铜矿选厂两段磨矿实施精确化装补球，具体步骤如下(1)两段磨矿中一段磨矿按下列步骤实现①实测矿石的单轴抗压强度σ＝1670.5kg/cm2，弹性模量E＝5.93×105kg/cm2，泊松比μ＝0.184，为脆性矿石。
②对一段磨矿新给矿作筛析，返砂也作筛析，返砂比取100％时对新给矿及返砂进行折算，并合并为全给矿，粒度组成如下级别(mm)12～10 10～8 8～5 5～2 ＜2合计产率(wt％) 14.55 9.53 21.03 21.07 33.72 100.00扣除＜2mm级别后折算出待磨粒级组成，并分为四个组如下组别 ① ② ③ ④待磨级别(mm) 12～10 10～8 8～5 5～2合计待磨产率(wt％) 21.95 14.38 31.73 31.94 100.00③根据σ＝1670.5kg/cm2及3.2×3.1米的一段磨机工作条件，计算上述四组矿粒所需的精确球径如下待磨矿粒组(mm) ①12～10 ②10～8 ③8～5 ④5～2所需精确球径(mm) 9080 70 50④根据各待磨矿料组的产率及各组所需的精确球径，用破碎统计力学原理指导配出一段磨机的初装球方案为Φ90∶Φ80∶Φ70∶Φ50＝25∶20∶30∶25配球时，为使粗粒破碎概率高，第一待磨组产率21.95％，它需要Φ90mm钢球，使Φ90mm钢球产率为25％比待磨矿料组产率21.95％高3.05个百分点。同样第二组钢球产率20％比矿粒组产率14.38％多5.62个百分点。
⑤在D×L为450×450mm实验室大球磨机中进行对比磨碎实验，证明上述推荐的初装球方案比偏大方案、偏小方案及现厂方案均好，为最佳的初装球方案故推荐的初装方案用于现厂一段磨的生产中。
⑥根据推荐的初装球方案，在图1的算术坐标系统中作出初装球的正累积特性曲线1，由补加最小球Φ60mm(比初装的Φ50mm大一级)起将初装曲线平行向右上方移动，得补加球后的球荷曲线2，有曲线2中计算出补加球比为Φ90∶Φ80∶Φ60分别是45∶35∶20。经过三个月的生产应用，对补加球比例稍作调整，调整后的比例为Φ90∶Φ80∶Φ70＝45∶35∶20。
(2)两段磨矿中精确化装补球按下列步骤实现①二段给矿最大粒度2mm，用球径半理论公式计算，所需的精确球径为Φ30mm，即使给矿最大粒度3mm，所需球径算出来也只需Φ40mm。
②用D×L35×40及30×35mm铸铁段取代Φ40及Φ30mm小钢球，不仅过粉碎轻，细磨效率高。介质成本也低。
③生产上要求细磨产品中-0.074mm达74～80％，决定采用D×L35×40及30×35mm各占50％的比例进行初装及补加狮子山铜矿选厂两段磨实施上述精确化装补球方法后，经半年的工业试验，磨机生产率提高9％，小于0.074mm细度提高7.88个百分点，电耗降低10.51％，球耗降低10.42％，在原矿品位降低6.94％的情况下精矿品位提高0.66个百分点及回收率提高2.98个百分点。此时，选矿厂规模已由原来的1850吨/日提高到2000吨/日。
铜矿对前一阶段的研究很高兴，但不满足，要求再提高10％，提到2200吨/日。前一阶段是在磨机转速率的73.5％情况下实施精确化装补球的，第二阶段将磨机转速率提高到84％，将细磨机由格子型改为溢流型。仿照前一阶段程序，确定粗磨机初装球比为Φ90∶Φ80∶Φ70∶Φ50＝15∶20∶35∶30，作图法确定补加球比Φ90∶Φ80∶Φ60＝35∶35∶30二段细磨初装及补加仍采用D×L35×40及30×35mm各占50％的比例执行。由于磨机转速率由73.5％提高到84％，故粗磨机装球由49吨调为36吨，经2006年近10个月的调整，最终实现2200吨/日的目标，磨机生产率达91.84吨/日，比研究前的76.46吨/日提高20.12％，粗磨机电耗比研究前降低17.92％，介质单耗比研究前降低30.64％。证明对较高转速率的两段磨矿仍然可以实施精确化装补球方法，但装球量要减少，球量要优化，较高转速率下实施球径精确化的效果更佳。
实施案例二.云南玉溪矿业有限公司大红山铜矿选矿厂II系列。设计规模1200吨/日，选厂三段闭路破碎，破碎最终粒度16mm，磨矿采用两段磨矿流程，一段磨采用2.7×3.6米格子型球磨机，二段采用2.7×3.6米溢流型球磨机，磨矿粒度要求-0.074mm达70％。由于生产中装补球不合理，磨矿系统生产率为70吨/时。对II系列实施精确化装补球的程序如下(1)一段磨机上实施精确化装补球的程序①实测矿石单轴抗压强度σ＝871.775kg/cm2，不规则矿块抗压强度σ0＝398.75kg/cm2，泊松比μ＝0.28，矿石中硬偏软，韧性中等。
②对一段磨矿新给矿作筛析，返砂作筛析，返砂比取100％计，折算新给矿及返砂，并合并成全给矿，全给矿粒度组成为粒级(mm)16～12 12～8 8～3 3～2 ＜2合计产率(％)12.77 18.20 28.15 6.81 34.07 100.00扣除2～0mm级别后折算出待磨粒级组成，并分为四个组如下组别① ② ③ ④待磨级别(mm)16～12 12～8 8～3 3～2 合计待磨产率(wt％) 19.37 27.61 42.70 10.33100.00③根据σ＝871.775kg/cm2及一段磨机2.7×3.6米的工作条件，计算各待磨矿粒级别所需的精确球径如下待磨矿粒组(mm) ①16～12 ②12～8 ③8～3 ④3～2所需精确球径(mm) 9080 60 40④根据各待磨矿料组的产率及各组所需的精确球径，用破碎统计力学原理指导配出一段磨的初装球方案为Φ90∶Φ80∶Φ60∶Φ40＝25∶30∶35∶10配球时，第一待磨矿粒组产率19.37％，它需要的钢球为Φ90mm，为保证矿粒有高的破碎概率，使钢球产率配为25％，比矿粒组产率多5.63个百分点，同样，第二待磨组，也使钢球产率配为30％，比第二待磨组产率27.61％多2.39个百分点。
⑤在实验室用D×L450×450mm大球磨机作对比磨碎实验，证明推荐的初装球方案比偏大、偏小及现厂方案均优越，故推荐的方案是最佳初装方案，提供现厂生产应用。
⑥根据推荐的初装球方案，在图2的算术坐标系统中绘制初装球的正累积特性曲线1，由一段磨的初装球最小为Φ40mm，比它大的Φ60mm球为最小补加球，由Φ60mm球坐标点及初装球曲1向右上方平行移动，得补加球后球荷的累积特性曲线2，由曲线2计算出一段磨上的补加球比为Φ90∶Φ80∶Φ60＝50∶25∶25
(2)二段磨机上精确化装补球实施程序①二段细磨给矿的最大粒度2mm，用球径半理论公式计算，所需的精确球径也小于Φ30mm，即使给矿中混有部分3mm粗粒，最佳球径也就Φ40mm。现厂生产中用Φ60mm球是偏大了，用Φ40及Φ30mm两种球就足够了。因二段给矿粒度范围窄。
②为了保证细磨高效率，并使产品过粉碎轻，同时降低细磨介质成本，决定用D×L为35×40及30×35mm铸铁段取代生产中应用的小钢球。
③生产中二段磨的产品细度为小于0.074mm达70％，因此采用D×L35×40及30×35mm各占50％的比例进行初装及补加。
II系列一、二段磨实施精确化装补球方法后经过几个月的工业试验，磨机生产率由70吨/时提高到77吨/时，提高了10％，产品细度也由69％提高到74～75％，该系列的选别指标也是全厂三个系列中最高的。
权利要求
1.一种两段磨矿的精确化装补球方法，两段磨矿中的一段磨矿是将新给矿粒度磨细至最大粒度为2～3mm，其中小于0.074mm的占20～30wt％，其按下列步骤实现①针对待磨矿石测定矿石的单轴抗压强度σ及不规则矿块的抗压强度σ0，及测定矿石的弹性模量和泊松比，为确定精确的球径及球比提供力学依据，②对一段磨机的新给矿及分级返砂这两种物料分别进行筛析，然后按返砂比数值折算新给矿及返砂，并合并得全给矿粒度组成，确定一段磨的产品粒度，扣除一段磨产品粒度级别后折算出待磨全给矿粒度组成，最后将待磨全给矿按粒度大小分成3～4组，③根据矿石的σ或σ0及各组待磨矿粒的上限粒度，以及一段磨机的实际工作条件和已知参数，用球径半理论公式计算各组待磨矿粒需要的精确球径值，④按待磨全给矿各组矿粒的产率及它所需要的球径确定一段磨机的初装球比例，⑤计算出的初装球比例，在实验室的大磨机中验证其合理性及精确性，对不合理及不精确的初装球返回第④步再调整不合理的比例，验证后合格的初装球直接进入工业应用，⑥绘制一段磨机初装球的球荷正累积特性曲线，以该特性曲线为基准，用作图法确定补加后的球荷正累积特性曲线，依据此曲线得出各种补加球的比例，其特征在于将一段磨矿的产品再进行二段磨矿，其按下列步骤实现①二段磨矿给矿中最大粒度为2～3mm，其中小于0.074mm的占20～30wt％，用球径半理论公式计算球径为不超过40mm，采用Φ40及Φ30mm两种球，②用D×L为35×40及30×35mm铸铁段代替Φ40及Φ30mm小钢球，③为了生产管理方便又不影响细磨效果，用D×L为35×40及30×35mm各占50％的比例初装及补加。
2.根据权利要求1所述的两段磨矿的精确化装补球方法，其特征在于当二段磨矿给矿中2～3mm粒度含量为5-10wt％时，用D×L为40×45及35×40mm各占50％的初装及补加方案，当二段磨产品粒度要求小于0.074mm达85％以上时，用D×L为30×35及25×30各占50％的初装及补加方案。
3.根据权利要求1所述的两段磨矿的精确化装补球方法，其特征在于将铸铁段尺寸在二段磨矿基础上再下降一个级别，即可用于三段磨矿流程。
全文摘要
本发明涉及一种两段磨矿的精确化装补球方法，属于选矿方法中的矿石粉碎、磨细技术领域。将最大粒度25～15毫米的新给矿分两段磨碎至粒度小于0.15mm，其中小于0.074mm的达70wt％或更细的产品细度。根据这一要求，本发明提出的两段磨矿的精确化装补球方法，在一段磨矿中将新给矿粒度磨细至最大粒度为2～3mm，其中小于0.074mm的占20～30wt％，二段磨矿中再将其磨至小于0.15mm，其中小于0.074mm的达70％以上。以取代现行生产中粗放而效果差的经验装补球方法。本发明不仅适用于两段磨矿流程，而且也适用于三段磨矿流程；产品粒度特性好，选别指标高；可适应不同矿石硬度、不同磨机规格、不同转速率磨机及不同矿石特性的磨矿工艺。
文档编号B02C25/00GK101036902SQ200710065760
公开日2007年9月19日 申请日期2007年3月30日 优先权日2007年3月30日
发明者段希祥, 曹亦俊, 肖庆飞, 罗春梅, 石贵明 申请人:昆明理工大学