一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法，属于选矿中的磨矿领域。本发明专利技术根据入磨矿石最大粒度确定取代表性矿样m吨，测定入磨矿石的粒度组成d

【技术实现步骤摘要】
一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法，属于选矿中的磨矿领域。

技术介绍

[0002]磨矿作业是实现矿物高效选择性分离的核心单元。要想实现有用矿物与脉石矿物充分解离，必须对其进行高效的磨矿处理。一方面，矿物的磨碎过程能耗与钢耗巨大，据统计我国的磨矿能耗约占全国总能源消费的1.15％，钢耗约占选矿厂钢耗的50％以上。另一方面，磨矿产品粒度特性在很大程度上决定了后续选别指标。因此，如何降低磨机运行中的能耗、钢耗与优化磨矿产品粒度特性成为磨矿领域研究的热点。
[0003]磨矿介质是影响磨机能耗、钢耗与磨矿产品粒度特性最重要的因素。磨矿介质是磨矿过程中能量传递体，也是矿石破碎的作用体。磨机的磨矿效率受磨机内介质的形状、尺寸、配比、运动形式与介质之间空间排列的影响。如果介质携带的能量不足以产生破碎作用时，输入的能量只能使矿物发生弹性变形，破碎力撤销后矿物又恢复原形，在此过程能量呈热能的形式耗散在矿浆中；反之，如果介质传递的能量过大，矿物极易出现贯穿性破碎及过粉碎，使矿物解离失去了选择性，同时又增加能耗。所以，研究介质的尺寸对磨碎的影响及准确选择介质尺寸是磨矿过程中重要的问题。
[0004]目前有很多关于计算磨矿过程中的钢球直径公式。其中包括只考虑一、二个因素的拉苏莫夫公式(D
b
＝id
n
)、奥列夫斯基公式戴维斯公式邦德简便经验公式与刀氏公式因此上述经验公式与实际生产存在较大误差。为了提高钢球尺寸的计算精度，欧美国家广泛采用的是阿里斯
·
查尔默斯公式：诺克斯诺德公式：这两个公式在我国选厂中很难推广应用，主要原因有：(1)两个公式中都含有功指数W
i
，而我国选厂只有普氏硬度系数f；(2)两个公式中的给矿粒度F采用的是80％过筛粒度，单位为μm，而我国长期使用的95％的过筛粒度，单位cm；(3)它的经验系数是国外大型磨机的情况下总结出来的，由于磨机直径大，钢球的位能也就越大，故可以弥补小球的不足，而我国磨机的直径普遍偏小，需要的直径偏大，因此国外总结的经验系数不一定适合我国的选厂。
[0005]为了适应中国选厂的实际情况，段希祥教授在“球磨机钢球尺寸的理论计算研究”中，基于经典的戴维斯钢球理论和破碎统计力学原理推导出球径半理论公式：该公式采用抗压强度σ
压
、95％的过筛粒度取代了欧美国家常用的邦德功指数W
i
、80％的过筛粒度，且公式考虑的因素有十多个，因此计算结果与实践结果比较吻合，是目前计算钢球尺寸的最精确公式。但该公式有三个问题：
①
为了计算上方便，把矿石假设成球形颗粒，忽略了矿石形状对矿石断裂能的影响；
②
认为矿石力学性质均匀，
可根据矿石的抗压强度与受力面积去计算矿石断裂所需的能量，由于实际的矿石内部存在裂纹、缺陷与孔洞，该计算结果与实际存在很大的差异；
③
矿岩受力时呈单轴应力状态，即形成的破裂面与压力方向平行且过圆心，实际的矿石断裂复杂多样，破裂面很少通过圆心。以上存在的问题导致计算的矿石断裂所需的能量不精确，导致钢球直径与最佳钢球尺寸存在差异。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对矿石的断裂能，提供一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法，通过试验检测矿石的密度、矿石的形状系数、矿石粒度与断裂能，为钢球直径的确定提供一种可行的方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法，所述方法的具体步骤如下：
[0008]Step1入磨粒度组成的测定
[0009]从入磨皮带上横流截取具有代表性的矿样m吨，利用套筛进行缩分筛析，获得矿样中粒度分布的信息，并测定每个粒级下矿石的几何平均直径d
i
；
[0010]Step2矿石密度与形状系数的测定
[0011]采用氦孔隙度仪测量矿石的密度ρ，并在电子天平上测量每个粒级下矿石的质量m
i
，根据m
i
＝βρd
i3
，确定矿石的形状系数β；
[0012]Step3矿石断裂能的测定
[0013]在材料试验机上测定各粒级下不规则矿石断裂比能E
mi
，根据断裂能E
i
＝m
i
E
mi
确定矿石断裂所需要的能量；
[0014]Step4钢球直径的确定
[0015]特定磨矿条件下给矿粒度所需的钢球直径D
b
计算公式：
[0016][0017]其中，ψ为转速率、D0为中间缩聚层直径、ρ
e
为钢球在矿浆中的有效密度。
[0018]进一步的，所述代表性的矿样m吨根据入磨的最大粒度确定，m＝Kd2，K是与矿石性质有关的系数，取值为0.02～0.8。
[0019]进一步的，所述磨矿机为半自磨机或球磨机。
[0020]进一步的，测量所述矿石的密度ρ，需要重复试验不低于30次，取平均值。
[0021]进一步的，测量所述矿石的形状系数β，需要重复试验不低于50次，取平均值。
[0022]进一步的，测量所述矿石断裂比能，每个粒级需要重复试验不低于50次，将断裂比能E
mi
从小到大排列，用Logistic模型进行拟合，通过插值的方法确定断裂概率为95％对应的断裂比能。
[0023]本专利技术的工作原理是：
[0024]磨矿过程是一个影响因素错综复杂的过程，影响磨矿钢球尺寸是多方面的：矿岩的断裂能、粒度、密度、形状系数，磨机的直径、转速，钢球的材质、密度与加工工艺，矿浆的浓度及粘度等等。只有将以上因素综合考虑才能精准确定钢球的尺寸。
[0025]从矿岩的破碎原理分析，破碎过程的力学实质是对矿岩施加的能量大于其自身断
裂所需的能量，矿岩就会发生破碎。因此，影响破碎过程的因素包括：破碎对象的因素与破碎动力因素。
[0026]破碎对象的因素包括矿岩的机械强度与几何尺寸，矿岩的机械强度一般用抗压强度与邦德功指数来表示，但其测量程序复杂以及通过它们计算矿岩断裂所需的能量存在很大误差，因此本专利技术直接通过测量不规则矿石的断裂能来表征矿岩的机械强度。
[0027]破碎动力主要由钢球来实施，破碎力的大小由钢球D
b
在发生破碎前具有的法向动能来决定，而这个法向动能与钢球的质量与速度有关，而法向速度由磨机的直径D0与转速率ψ共同决定。当钢球的材质确定时，钢球的密度是恒定的，但由于磨机的内部的矿浆浓度是变化的，导致钢球在矿浆中的有效密度ρ
e
在变化。因此，钢球在磨机的携带的动能E＝f(D
b
，D0，ψ，ρ
e
)。当钢球具有的能量E大于矿岩断裂所需的能量时，矿岩即被破碎。因此，从矿岩断裂所需能量来确定钢球的尺寸是合理科学的。
[0028]破碎特定粒级d本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矿石断裂能确定钢球直径的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：Step1入磨粒度组成的测定从入磨皮带上横流截取具有代表性的矿样m吨，利用套筛进行缩分筛析，获得矿样中粒度分布的信息，并测定每个粒级下矿石的几何平均直径d
i
；Step2矿石密度与形状系数的测定采用氦孔隙度仪测量矿石的密度ρ，并在电子天平上测量每个粒级下矿石的质量m
i
，根据m
i
＝βρd
i3
，确定矿石的形状系数β；Step3矿石断裂能的测定在材料试验机上测定各粒级下不规则矿石断裂比能E
mi
，根据断裂能E
i
＝m
i
E
mi
确定矿石断裂所需要的能量；Step4钢球直径的确定特定磨矿条件下给矿粒度所需的钢球直径D
b
计算公式：其中，ψ为转速率、D0为中间缩聚层直径、ρ

【专利技术属性】
技术研发人员：周强，肖庆飞，汪轶凡，骆忠，汪勇，王肖江，牛桂强，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：