一种基于碎磨设备性能确定选矿厂矿石入磨粒度的方法

摘要

本发明是一种基于碎磨设备性能确定选矿厂矿石入磨粒度的方法。针对已经建成的选矿厂无法确定最佳入磨粒度的问题，通过改变细碎机排矿口宽度，获得不同排矿粒度对应的单位矿石破碎能耗，确定碎矿能耗系数，通过改变球磨机给矿量，获得不同磨矿粒度对应的单位矿石磨矿能耗，确定磨矿能耗系数，再根据最佳入磨粒度计算公式，获得选矿厂碎磨能耗最低时的入磨粒度。采用该入磨粒度进行碎矿和磨矿，选矿厂可实现低能耗磨矿，节约碎磨矿成本，提高经济效益。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种基于碎磨设备性能确定选矿厂矿石入磨粒度的方法，属于选矿技术领域。

背景技术

在选矿、冶金、建材等行业中，矿石磨细是一个重要的生产环节。特别是在选矿行业，矿石磨细，实现有用矿物与脉石矿物之间的单体解离，消耗的能量占到选矿总能耗的40%至60%。矿石磨细过程中的节能，一直是选矿领域研究的热点问题之一。

矿石磨细一般要经历两个阶段，一是矿石破碎，一是磨矿。矿石破碎一般采用运动受控制的破碎体对矿石施加压力、冲击、剪切等，使矿石发生变形至强度极限而发生破裂。磨矿一般采用运动难以受控制的磨矿介质对矿石进行冲击、磨剥而使矿石变细。两种方式虽然都起到了使矿石粒度变细的作用，但需要的能量是不同的，一般而言，破碎矿石需要的能量要低于磨细矿石需要的能量，因此多碎少磨成为矿石碎磨过程节能的原则。

破碎过程中，随着矿石粒度的变细，进一步的破碎所需要的能量会随之升高，当超过一定的粒度界限时，碎矿能耗反而高于磨矿能耗，所以，多碎少磨也是有限度的，对于这一限度，至今还没有一个适用的计算方法。

马正先在“缩小入磨粒度以提高粉磨效率降低粉碎系统能耗”一文中分析了入磨粒度与磨机产量和功耗之间的关系，表明缩小入磨粒度可有效地增产节能，同时提出了使粉碎系统总能耗最小时最佳入磨粒度的简单计算式。作为佐证，给出了缩小入粒度后磨机增产节能的实例，并对缩小入磨粒度存在的问题及主要对策作了简要阐述。但该计算公式属于经验性的，没有普适性。邦德提出了适合于易磨性物料的人磨粒度：

（μm）

但实际上这也是一个经验公式，其中的功指数W_i的在不同的磨矿粒度下，即使是同一种矿石，也不是常数，这给计算带来困难。对于该公式，李文发表了“计算合理入磨粒度不宜直接使用简单的榜德公式”的论文，论文中指出，有人提出直接用榜德的破碎功指数和磨矿功指数来计算磨机的合理给矿粒度。如果考虑了破碎机的破碎粒度下限,磨矿机的给矿粒度上限,并考虑了超过这种限度时,功耗会增大的各种修正后分别计算出了破碎及磨矿的功耗后选取其总功耗最低的磨矿粒度自然是可取的,但是,如果直接使用简单的榜德公式，则无论对磨矿和破碎是否采用同一功指数，在数学上均不能成立。

Magdalinovic, N.M. 在“磨矿过程中球磨机所需功耗计算”一文中指出，邦德功耗指数W_i作为衡量矿石可磨性的一个指标，它不是恒定不变的，而是随着磨矿产品细度的变化而变化的。因此，在实践中当给定的磨矿产品细度、功指数未知时，运用能耗公式计算磨矿过程能耗就会出现错误。

因此，迄今为止，能够计算磨矿能耗，通过磨矿能耗计算入磨粒度的公式仍然是邦德功指数公式，但该公式为经验公式，功指数的测定受磨矿粒度的影响，不是一个常数，计算结果与实际有很大的误差，所以，还没有一个能够确定合适入磨粒度的方法。

发明内容

    本发明的目的是针对已经建成的选矿厂，提供一种基于碎磨设备性能确定选矿厂矿石入磨粒度的方法，通过试验确定能耗系数，采用计算公司计算矿石磨矿的低能耗的入磨粒度，为碎磨节能提供一种可行的方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

（1）破碎和磨矿能耗系数的测定：

碎矿能耗公式中的碎矿能耗系数K₁通过试验确定，在选矿厂破碎机给矿粒度d_f确定的情况下，调节碎矿机排矿口宽度，通过改变给矿量使破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，通过对破碎产品筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得破碎矿石的单位能耗kWh/t；重新调节破碎机排矿口宽度，改变给矿量至破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，对破碎机排矿筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得另一个排矿粒度对应的破碎矿石的单位能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为碎矿能耗系数K₁。

磨矿能耗公式中的磨矿能耗系数K₂通过试验确定，在选矿厂的磨矿机给矿粒度d_f一定的情况下，改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的磨矿产品粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得单位矿石磨矿能耗kWh/t；重新改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得另一个排矿粒度对应的单位矿石磨矿能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位矿石磨矿能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为磨矿能耗系数K₂。

（2）矿石入磨粒度的确定

将测定的碎矿能耗系数K₁，磨矿能耗系数K₂，破碎给矿粒度d_f代入选矿厂入磨粒度计算公式，计算获得碎磨能耗最低时的入磨粒度d₀。

本发明的技术原理：

在矿石破碎阶段，根据大量生产实践，选矿厂设计中，破碎机的生产能力计算的经验公式为：

   

式中：K₄—矿石硬度系数；

  K₅—矿石密度系数；

  K₆—矿石给料粒度系数；

  K₇—矿石水分系数；

q_s—标准状态下，破碎机的生产能力，t/h；

  q₀—单位排矿口的生产能力，t/h；

  K_e—排矿口宽度与排矿粒度的关系系数；

  d_p—排矿粒度，负累积80%对应的排矿粒度，微米。

    为了获得碎矿能耗公式，以选矿厂设计的破碎机生产能力计算经验公式为依据，进行以下数学推导。

令，则

Q=K₀d_p

破碎机输出的能量是一定的，排矿粒度越小，破碎机处理能力就越小，单位矿石破碎能耗就越高。如果破碎机的输入能量为W_z，则单位矿石破碎能耗为：

令，则

上述公式在d_f=d_p时，W=0的边界条件不成立，为了使边界条件成立，在公式加入一个系数C，使公式变为：

当d_f=d_p时，W=0，由此边界条件可得出C=-k₁，则

                    （1）

式中：。

（1）式就是破碎机破碎矿石的能耗公式，碎矿能耗系数K₁是与矿石性质和破碎机性能有关的系数。

矿石磨矿时，邦德通过大量的生产实践数据获得能耗的经验公式为：

  

式中：W_i为矿石磨碎的功指数，

在给矿粒度一定的情况下，邦德磨矿能耗经验公式可转化为

    

令，则

                   （2）

（2）式为磨矿能耗公式，磨矿能耗系数K₂是与矿石性质和磨机性能有关的系数。

能耗最低的入磨粒度计算公式：

当碎矿设备的给矿粒度一定，磨机的排矿粒度一定时，碎矿机的排矿为磨机的给矿，碎矿和磨矿的能耗为碎矿能耗与磨矿能耗的和。但是，磨机给矿粒度变化时，（2）式中的K₂不是常数，因为其中包含了变化的入磨粒度，所以，（2）式应改变为

                 （3）

根据式（1）和（3），令碎矿的排矿粒度等于磨矿的给矿粒度，并用d₀表示，可得碎矿和磨矿的总能耗为

    （4）

式中：W_bg为碎矿和磨矿总能耗，kW.h/t；d₀为入磨粒度（80%矿石通过的筛孔尺寸），μm；d_f为碎矿机给矿粒度（80%矿石通过的筛孔尺寸）；d_p为磨机排矿粒度（80%矿石通过的筛孔尺寸）。

对（4）式求偏导数得：

        （5）

令，可得

                       （6）

将转换成K₂得：

                           （7）

（7）式为碎磨能耗最低时的入磨粒度公式。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、邦德入磨粒度经验公式，但磨机排矿粒度变化时，公式不适用，而且该公式没有涉及破碎机、磨矿机的性能等因素，所以在应用时出现很大的偏差甚至错误，本发明的入磨粒度计算公式来源于经过大量实践检验的碎矿能耗和磨矿能耗公式，并通过实际试验确定能耗系数，计算结果与实际吻合，具有很强的适应性。

2、由于能够被大家接受的入磨粒度计算公式仅为邦德公式，而邦德公式又存在缺陷和不足，至今没有很好的办法确定最佳的入磨粒度，本发明以大量实践证明了的经验公式为依据，经过数学推导获得入磨粒度计算公式，通过实际检测碎矿与磨矿能耗系数，计算入磨粒度，为多碎少磨定量确定入磨粒度提供了一种可靠的方法。

3、该发明对矿石没有特定的要求，入磨粒度的确定方法具有普适性，对于已经建成的选矿厂，经过试验检测能耗系数后，确定最佳的入磨粒度，可以达到碎磨节能的目的。

附图说明

图1为本发明的基于碎磨设备性能确定选矿厂矿石入磨粒度的方法流程图。

具体实施方式

实施例1：

处理矿石为混合铜矿，破碎机为山特维克H6800圆锥碎矿机，磨矿机为MQG3600×6000球磨机。

（1）破碎和磨矿能耗系数的测定

碎矿能耗公式中的碎矿能耗系数K₁通过试验确定，在选矿厂破碎机给矿粒度d_f确定的情况下，调节碎矿机排矿口宽度，通过改变给矿量使破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，通过对破碎产品筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得破碎矿石的单位能耗kWh/t；重新调节破碎机排矿口宽度，改变给矿量至破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，对破碎机排矿筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得另一个排矿粒度对应的破碎矿石的单位能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为碎矿能耗系数K₁，数值为0.394。

磨矿能耗公式中的磨矿能耗系数K₂通过试验确定，在选矿厂的磨矿机给矿粒度d_f一定的情况下，改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的磨矿产品粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得单位矿石磨矿能耗kWh/t；重新改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得另一个排矿粒度对应的单位矿石磨矿能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位矿石磨矿能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为磨矿能耗系数K₂，数值为3.194。

（2）矿石入磨粒度的确定

将测定的碎矿能耗系数K₁为0.394，磨矿能耗系数K₂为3.194，碎矿机给矿粒度d_f为40mm代入，计算确定碎磨能耗最低的入磨粒度d₀为9.87mm。

实施例2：

处理矿石为硫化铜矿，破碎机为PYY2200×130圆锥碎矿机，磨矿机为MQG3600×6000球磨机。

（1）破碎和磨矿能耗系数的测定

碎矿能耗公式中的碎矿能耗系数K₁通过试验确定，在选矿厂破碎机给矿粒度d_f确定的情况下，调节碎矿机排矿口宽度，通过改变给矿量使破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，通过对破碎产品筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得破碎矿石的单位能耗kWh/t；重新调节破碎机排矿口宽度，改变给矿量至破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，对破碎机排矿筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得另一个排矿粒度对应的破碎矿石的单位能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为碎矿能耗系数K₁，数值为0.411。

磨矿能耗公式中的磨矿能耗系数K₂通过试验确定，在选矿厂的磨矿机给矿粒度d_f一定的情况下，改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的磨矿产品粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得单位矿石磨矿能耗kWh/t；重新改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得另一个排矿粒度对应的单位矿石磨矿能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位矿石磨矿能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为磨矿能耗系数K₂，数值为3.086。

（2）矿石入磨粒度的确定

将测定的碎矿能耗系数K₁为0.411，磨矿能耗系数K₂为3.086，碎矿机给矿粒度d_f为48mm代入，计算确定碎磨能耗最低的入磨粒度d₀为12.78mm。

实施例3：

处理矿石为铁矿，破碎机为诺德伯格HP400圆锥碎矿机，磨矿机为MQG3600×4500球磨机。

（1）破碎和磨矿能耗系数的测定

碎矿能耗公式中的碎矿能耗系数K₁通过试验确定，在选矿厂破碎机给矿粒度d_f确定的情况下，调节碎矿机排矿口宽度，通过改变给矿量使破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，通过对破碎产品筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得破碎矿石的单位能耗kWh/t；重新调节破碎机排矿口宽度，改变给矿量至破碎机满负荷工作，测量破碎机的电耗，对破碎机排矿筛分分析，获得负累积产率为80%时对应的排矿粒度d_p，用破碎机电耗除以破碎机给矿量，获得另一个排矿粒度对应的破碎矿石的单位能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为碎矿能耗系数K₁，数值为0.401。

磨矿能耗公式中的磨矿能耗系数K₂通过试验确定，在选矿厂的磨矿机给矿粒度d_f一定的情况下，改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的磨矿产品粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得单位矿石磨矿能耗kWh/t；重新改变磨机的给矿量，使磨机满负荷工作，测量磨机的电耗，筛分分析磨矿产品粒度组成，获得负累积产率80%对应的粒度d_p，用磨机电耗除以给矿量，获得另一个排矿粒度对应的单位矿石磨矿能耗kWh/t；依次进行5次试验，获得5组排矿粒度d_p对应的单位矿石磨矿能耗W，以为横坐标，W为纵坐标作图，得一直线，直线的斜率为磨矿能耗系数K₂，数值为3.186。

（2）矿石入磨粒度的确定

将测定的碎矿能耗系数K₁为0.401，磨矿能耗系数K₂为3.186，碎矿机给矿粒度d_f为42mm代入，计算确定碎磨能耗最低的入磨粒度d₀为10.57mm。