基于JK落重试验建立锡石多金属硫化矿磨矿总体平衡动力学模型

摘要

磨矿广泛应用于矿山、冶金、建材、化工等行业。就矿山行业选矿生产而言,磨矿是物料粒度准备作业,其产物粒度组成显著影响后续选别作业的效率和选矿厂的经济技术指标,调节和优化磨矿产物粒度组成一直是选矿工作者关注的重点和研究的难点。建立磨矿过程数学模型,模拟磨矿过程和预测磨矿作业产物粒度组成,已经成为磨矿作业调节和优化的重要途径。其中,总体平衡模型是模拟磨矿过程的重要模型之一,在国外得到了广泛应用,但国内对此研究甚少。
　　锡石多金属硫化矿是我国锡矿资源的主要类型。在锡石多金属硫化矿选矿生产中,锡石因性脆易过磨而流失,显著影响了锡的选矿回收率和选矿厂的经济技术指标。优化锡石多金属硫化矿选矿的磨矿作业,减少磨矿产物中锡石过磨,一直是锡石多金属硫化矿选矿的难点问题。
　　为调节和优化锡石多金属硫化矿选矿的磨矿作业,本文以广西大厂锡石多金属硫化矿为研究对象,采用澳大利亚昆士兰大学Julius Kruttschnitt矿物研究中心(JKMRC)研发的落重试验设备和方法,借助Matlab编程和三次样条插值函数拟合数学方法,通过冲击试验和研磨试验,获取该类矿石的有关破磨特性参数,构建矿石破裂分布函数的计算方法;通过批次磨矿试验,按照粒度离散磨矿总体平衡结构模型反算不同条件下的矿石破裂概率或选择函数,建立矿石破裂选择函数与磨矿时间的关系方程;在此基础上,按照粒度离散磨矿总体平衡结构模型预测磨矿产物粒度分布,并用实际磨矿数据进行验证。研究获得以下结论:
　　(1)JK落重试验是一种近似理想条件下的冲击破碎试验方法,试验方法简便易行,试验中冲击能量易于调节和计算,试验数据易于处理,试验结果不仅可作为判定矿石抗破碎能力和级别的依据,而且可作为构建矿石破裂函数的重要数据来源。
　　(2)JK落重冲击试验和研磨试验结果表明,所研究的锡石多金属硫化矿的冲击粉碎参数A和b分别为:A=58.0830、b=0.9120,A×b=52.97,矿石的抗冲击破碎能力属于JK数据库“中”等级范畴;矿石的研磨粉碎参数ta=0.397,矿石的抗研磨能力属于JK数据库“中硬”等级范畴。
　　(3)JK落重冲击试验数据表明,锡石多金属硫化矿冲击破碎时,破碎程度与给料粒度和冲击能量密切相关,可用[)]1-exp(10 CSbEt A-=方程较好地拟合三者的关系,拟合相关系数值达0.9275。
　　(4)以JK落重试验方法为主,结合批次磨矿试验、三次样条插值函数拟合、多项式拟合、Matlab语言编程等方法,构建了锡石多金属硫化矿实验室单一尺寸介质磨矿条件下粒度离散总体平衡动力学模型的建模路线和参数求解方法。
　　(5)针对所建立的总体平衡动力学模型,将3 min和8 min的磨矿试验结果与模型预测结果比较时,相同粒级产物的产率试验值与预测值的最大绝对误差为1.45％,相对误差普遍较小,证明了本文所研究的建模路线和参数求解方法基本可行,可作为进一步深化研究的基础。
　　(6)在实验室批次单尺寸介质磨矿实验中,利用介质平均冲击动能理论计算结果代替单摆冲击试验结果计算比粉碎能ECS可满足建模要求,且过程简单易行。
　　(7)磨矿过程中,矿石破裂选择函数与物料粒度、磨矿时间有关,在相同的磨矿时间条件下,矿石破裂选择函数随物料粒度先增加后减小,在中间物料粒度时达到最大值。
　　综上,本论文是国内首次以JK落重试验方法和数据为基础,系统研究锡石多金属硫化矿磨矿总体平衡动力学模型的参数求解及应用,具有较大创新性,对我国磨矿建模和过程模拟具有重要的学术价值和现实意义。

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第一章 绪论

1.1 锡石选矿综述

1.2 磨矿概述

1.3 磨矿动力学及其研究进展

1.4 研究的意义及内容

第二章 基于JK落重试验的矿石破磨特性研究

2.1试验材料与方法

2.2 试验结果

2.3 破磨特性分析

2.4 本章小结

第三章 批次总体平衡模型参数的计算和预测

3.1 试验材料与方法

3.2 磨矿试验结果与数据分析

3.3 球磨机比粉碎能ECS的计算

3.4 破裂分布函数的计算

3.5 选择函数的计算

3.6 磨矿产物粒度分布的预测

3.7 本章小结

第四章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

附录

致谢

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