摘要
以钢球为磨矿介质的传统磨矿（简称钢球磨矿）有100多年应用历史，磨矿产品粒度控制难和磨矿过程能耗高一直是难于解决的课题。因此，采用以陶瓷球为磨矿介质的新型磨矿（简称瓷球磨矿）、从源头上改善磨矿产品粒度特征、提高磨矿过程能量利用效率，是一种尝试。本文以磁铁矿石为研究对象，对比了瓷球磨矿和钢球磨矿的产品粒度特征差异，深入研究了不同磨矿参数对瓷球磨矿过程的影响，建立了包括磨矿参数的磁铁矿石瓷球磨矿总体平衡动力学模型，并依据理论研究成果进行了磁铁矿石瓷球磨矿工业应用，主要研究结果如下： 与钢球磨矿相比，当充填率相同时，瓷球磨矿比破碎速率（0.054 min-1），远低于钢球磨矿（0.198 min-1）；当装球总重相同时，瓷球磨矿比破碎速率为 0.197 min-1，接近钢球磨矿值。当给料粒度小于 0.212 mm 时，瓷球磨矿比破碎速率为 0.187 min-1，比钢球磨矿高出 17.14%，此时瓷球磨矿能力超越钢球磨矿。 与钢球磨矿相比，瓷球磨矿中磁铁矿石的主要破碎形式由冲击变为磨剥，充分发挥了瓷球磨矿低比重、高硬度优势，对矿物晶体产生的损伤显著降低，晶体尺寸的变化速率（0.609 nm/min）要远低于钢球磨矿（1.759 nm/min）；相同介质总重前提下，瓷球磨矿过程平均功率为 0.144 kW，低于钢球磨矿的 0.153 kW，瓷球磨矿更为节能。 球磨机中磁铁矿石瓷球磨矿时，充填率升高会极大增加瓷球磨矿碰撞次数，抛落区和研磨区的截面面积也会相应增大，粗粒级(-2.360+1.180 mm)比破碎速率随着充填率的升高而升高，细粒级(-0.600+0.300 mm)的比破碎速率先升高后降低，故最佳充填率区间为 35%-40%；转速率升高会提高瓷球抛落运动的速度与高度，增加碰撞动能，提升破碎概率，比破碎速率也会随之提高。当转速率超过 95%时，瓷球冲击应力被衬板吸收，比破碎速率降低，故最佳转速率区间为 85%-95%；磨矿浓度升高，矿浆粘度逐渐升高，当质量浓度由 40%提升至 60%时，矿浆由牛顿流体转变为假塑性流体，当质量浓度提升至 80%时，矿浆由假塑性流体转变为宾汉流体，导致比破碎速率随着浓度升高先上升后降低，故最佳磨矿浓度区间为70%-80%。 当磁铁矿石给料粒度大于 0.600 mm 时，瓷球磨矿产品均符合一阶磨矿动力学特征，通过回归计算可得到包含充填率、转速率和浓度的总体平衡模型，可有效预测瓷球磨矿产品粒度分布特征。而当给料粒度小于 0.600 mm 时，瓷球磨矿不符合一阶磨矿动力学特征，比破碎速率随磨矿时间增加而增大，受磨矿参数影响较大，难于建立准确的包含磨矿参数的预测模型。 磁铁矿石瓷球磨矿在罗河铁矿和龙桥铁矿的工业应用表明，在考虑不同设备处理能力的局限性后，最佳充填率范围为 35%-42%，最佳磨矿浓度范围为 68%-72%。与钢球磨矿相比，磨矿产品中-75μm的含量从 42.91%提高至 45.19%，增幅为 5.31%；溢流产品中-19 μm 含量从 29.35%降低至 20.10%，降幅为 31.52%，产品粒度特性得到极大改善；瓷球磨矿单位电耗分别下降 58.93%和 30.00%，单位球耗分别下降 65.00%和53.25%，节能效果非常显著。此外，瓷球磨矿还具有降低矿浆温度、球磨机主电机定子温度、延长磨机衬板使用寿命等优点，是未来细磨工艺的发展主流方向。
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