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铁矿石破碎适宜粒度的确定

 碎矿与磨矿是选矿厂中必不可少的环节,为了更有效地实现矿石中各矿物的分离与富集,就必须使用矿筛与磨粉机,使矿物首先单体解离,且过粉碎轻。碎矿与磨矿又是两个密切关联的作业,大多数情况下,碎矿作业的产品,即为磨矿作业的给矿。虽然它们共同完成了使矿物单体解离的任务,但这两个作业对处理单位矿石的能量需求却相差很大。实际生产中要尽量多碎少磨。但是,并不是碎矿产品的粒度越细越好,因为每一种设备都有自己的主要施力方式,只有这种施力方式与矿石的力学性能相对应时,才能发挥破碎机设备最佳的粉碎效果。
确定适宜碎矿产品粒度的基本思路
在攀枝花选矿厂的碎矿磨矿流程中,破碎机械采用的是巍立的新型圆锥破碎机,它以弯曲和折断力为主要施力方式;磨机则是以磨剥和冲击为主要施力方式的球磨机。2种不同的破碎设备2种完全不同的施力方式,只有相对应矿石力学性能的不同阶段,才能获得满意的碎磨效果。
矿石力学性能的不同阶段,可以用矿石的粒度来划分,即“尺寸效应”,其大小取决于矿石结构和矿物组成。攀枝花钒钛磁铁矿是一种非均质矿石,主要矿物为钛磁铁矿、钛普通辉石和斜长石等,钛磁铁矿的结构极不均匀,包含微裂纹较多,显微硬度小,仅770kg/mm22而钛普通辉石和斜长石的结构均匀,致密,硬度大,显微硬度达876kg/mm2。在破碎粗粒矿石时,钛磁铁矿的结构不均匀性发挥作用,矿石的整体强度小,矿石较容易破碎,一般使用破碎设备。但在破碎细粒矿石时,由于钛磁铁矿单位体积的微裂纹减少,钛普通辉石和斜长石对矿石的整体硬度发挥作用,矿石强度增大,此时,一般就应使用磨矿设备。当然矿石强度的这种变化,是一个随碎矿粒度减小由量变到质变的过程,即在强度曲线上至少有一突变点。该强度突变点对应的矿石尺寸(粒度),就是适宜的碎矿产品粒度。
实验及结果
工程上一般采用标准试件来测定岩石的力学强度等数据,即将岩矿经过整理以后,去除其中大量的弱面和不稳定部分,将其大小尺寸都制成标准件,进行测定。当然,这种制作好的岩样应该是岩体或岩块本身最坚固的部分,因而所得到的岩矿强度一般偏大,用这个指标来描述所有的带有许多裂纹等缺陷的自然岩体和岩矿的性质,误差增大。碎矿与磨矿所处理的矿石是天然不规则矿块,粒度大小不规则,形状千姿百态,矿块中含有许多微裂纹和结构缺陷,它们的强度应该比标准试件的强度要低得多,更能反映破碎磨矿的实际。这种不规则岩矿的抗压强度在矿山选厂破碎与磨矿工程中称为矿块的自然碎断力。
一般而言,矿块的抗压强度是单位面积上所承受的最大压力。标准试件的抗压强度可通过计算得到,但不规则自然矿块的端面积是难以通过测量来得到的,为了使试验更接近实际,采用复写纸压痕测定受压面积的方法来计算抗压强度。
前苏联学者也在大量试验的基础上推出了岩石等不规则矿块的抗压强度:
式中a为不规则试件的抗压强度,kg/cm2;为试件被破坏时的压力,kg;y为试件的容重,g/cm3;口为岩石试件的质量,kg。
该公式也称为巴隆公式。但它仅从面积的角度出发,考虑其破坏力的大小。如果从体积的角度出发,单位体积中所包括的缺陷更明显,也许更能直接影响到强度的大小。故而本研究中使用能量密度的概念,它表示单位体积矿石抗破坏的能力,来探讨矿块在承受破坏时强度的变化。
图1是攀矿铁矿自然矿快的抗压强度与矿石粒度的关系曲线。从图1可以看出,矿石的抗压强度随着粒度的减小而增大。首先,随着粒度的减小,其抗压强度急剧上升,当粒度由314.92 mm下降到15.075 mm时,抗压强度上升了146%。但当粒度下降至15mm以后,曲线趋于平缓,抗压强度的变化幅度逐渐减小;特别是当粒度由15.075 mm下降到7.5 mm时,其强度由660.0245 kg/cm2变为669.8852 kg/cm2,几乎没有变化。因此,矿石强度变化趋势的突变点,就是在粒度为15 mm时。这是由于矿块在粗级别的粒度范围内,大块的钛磁铁矿中存在的裂纹数目多,从而导致矿石的非均匀性增强,这些极为显著的宏观微裂纹在矿石受破坏时,充分发挥作用,降低矿石强度。因而,矿石所含裂纹越多,抗压强度就下降得越多。但当矿块粒度破碎到15 mm以下时,钛铁矿的宏观裂纹消耗完,均质的钛普通辉石和斜长石发挥作用,其单位体积包含的微裂纹随粒度变化较小,因而岩矿的抗压强度才会稳定于某一值,也就是曲线上出现的拐点。

矿筛机械的施力方式不同,矿石雕质应和机械的施力方式相适应,攀矿铁矿石的碎磨流程中,应使碎矿的最终产品粒度在12—15 mm左右,充分利用矿石的物理缺陷,降低总能耗。
结 语
攀枝花铁矿矿石为非均质矿石,该矿石所含裂纹较多,具有明显的不均匀性,故而矿石的尺寸效应较为明显。通过对自然矿块的抗压强度的测定分析,并用矿石的巴隆强度和矿石抗破坏能量密度相印证,当矿石的粒度在15mm左右时,矿石的抗压强度值变化趋势出现了明显的突变(即曲线中的拐点)。根据破碎机械强度应与破碎机械的施力方式相对应的原则,结合多碎少磨的原则,认为该铁矿破碎流程的最终产品粒度应为12—15 mIil,有利于充分利用破碎机械力学特性,提高破、磨过程的总效率。

 

 
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