[发明专利]一种基于破碎速率的介质形状优化方法

说明书

本发明涉及一种基于破碎速率的介质形状优化方法，属于矿物加工中的磨矿技术领域。标定矿石的损伤系数，通过引入矿石的损伤系数，判断矿石的累积损伤能力，对选取介质形状提供依据：通过标定矿石的损伤系数，选择几种磨矿介质形状，将这几种磨矿介质形状进行磨矿特性试验，通过不同介质形状对各单一粒级矿石的破碎速率，比较不同介质形状在最佳破碎区域的破碎速率大小；结合不同介质形状下的细粒级零阶产出特征辅助优化得到优化后的介质形状。本发明可有效根据矿石性质差异及磨矿介质形状的接触机制来选取适宜的介质形状。为解决现场问题，提高磨矿效率、降低能耗提供基础理论与技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种基于破碎速率的介质形状优化方法，属于矿物加工中的磨矿技术领域。

背景技术

磨矿介质作为矿石破碎过程中的能量载体，其通过在磨机内的比表面积、单个能量和总能量等方面的变化对磨矿产品粒度、磨矿效率和磨机生产能力产生显著影响。介质形状和尺寸、磨机直径、介质充填率、磨机转速等影响着磨矿介质能量和比表面积。其中，最易于和最直接调节的因素是介质充填率、级配及自身尺寸和形状等。

不同介质形状的接触机制和磨矿机理不同，目前常用的介质形状主要有球形介质和圆柱形介质。球形介质作为传统细磨介质形状，工业应用广泛，因其转动性能好、且通过点接触机制进行破碎，其破碎粗颗粒的能力较强，但选择性破碎能力较差，易发生过粉碎现象；而圆柱形介质具有较大表面积，且接触机制为线性接触，主要通过挤压与剪切破碎，选择性磨矿作用强，磨矿产品粒度分布均匀，但针对难磨物料仍存在破碎力不足的缺陷。显然，选取合理的磨矿介质形状及级配对改善细磨效果具有重要意义。

由于磨矿介质形状(球形、圆柱形、椭球形、立方体形)不同，其表面积和接触机制也不同(点、线和面)。Lameck发现多边形球和扁平碎片相较于球形介质拥有更大的接触面积。于球形介质来讲，由于破碎和磨损，球形介质在研磨过程中发生断裂形成不规则碎片，磨损后的介质为面-线接触机制，而球形介质只有点接触机制，其运动状态及接触机制发生改变。因此，可通过使用不同介质形状，改变其介质的接触机制使矿石发生破碎，以降低研磨成本并提高研磨效率。

国内外学者对磨矿介质形状与磨矿动力学的关系做了大量工作，我们得出一个共识是，在短时间磨矿时，无论采用何种介质形状其磨矿产品均符合一阶磨矿动力学方程，而非球形介质由于表面积大的优势，磨矿产品更为均匀，有效减轻过粉碎，但球形介质的破碎速率要高。国内外学者对于矿石硬度大，较难磨时，采用非球形介质是否还能达到预期效果并未进行深入研究。因此通过选取适宜的介质形状解决现场问题具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种基于破碎速率的介质形状优化方法。本发明引入损伤系数，对选取介质形状提供理论依据，引入总体平衡模型(PBM)，从矿石的破碎速率及细粒级零阶产出特征进行介质形状优化，此技术可有效根据矿石性质差异及磨矿介质形状的接触机制来选取适宜的介质形状。为解决现场问题，提高磨矿效率、降低能耗提供基础理论与技术支撑。

目前矿石破碎理论的发展，Cleary等针对磨机颗粒破碎的5种机理，发现一次冲击破碎在整体粒度减少中贡献很小，大多数冲击破碎是由多次碰撞造成的疲劳磨损，如果颗粒在碰撞后没有断裂，那么它将受到损伤，从而颗粒产生新的断裂能，低于未碰撞前的断裂能。因此本发明引入损伤系数判断矿石的累积损伤能力。

一种基于破碎速率的介质形状优化方法，其具体包括以下步骤：

(1)标定矿石的损伤系数，通过引入矿石的损伤系数，判断矿石的累积损伤能力，对选取介质形状提供依据：

当矿石的损伤系数为10以下，矿石越容易破碎，磨矿介质形状选择为磨剥型介质，包括圆锥柱、短棒或短圆锥柱形状；

当矿石的损伤系数超过10，矿石越难破碎，磨矿介质形状选择为强冲击介质，包括球或棒形状；