CN101282790B - 提高矿石、矿物和精矿的研磨效率的方法 - Google Patents

Abstract

减小颗粒状物的粒度的方法，该方法包括：将原料加入到具有至少500kW功率的研磨机中，该研磨机具有至少50kW/每立方米的研磨机研磨容积的比耗用功率，和研磨机包括研磨介质，该研磨介质包含具有不少于2.4吨/m³的比重和在约0.8到8mm范围内的粒度的颗粒状原料，在研磨机中研磨原料并从研磨机中排出产品，该产品所具有的粒度范围使得产品的D₈₀是至少约20微米。

Description

提高矿石、矿物和精矿的研磨效率的方法 

发明领域

本发明涉及颗粒状原料或颗粒状原料流的破碎的改进研磨方法。本发明特别可用于在采矿工业或采掘工业中颗粒状材料的粉碎和尤其用于矿石、精矿或含碳材料如煤炭的粉碎。 

背景技术

在采矿工业和采掘工业中常常实施颗粒状材料的粉碎或破碎。例如，从矿山得到的矿石的选矿常常需要将矿石进行破碎以便减小矿石的粒度和为选矿过程暴露所需矿物表面。这特别与从矿石生产精矿，从矿石或精矿浸析矿物的浮选法，以及物理分离方法如重力分离、静电分离和磁力分离法相关。类似地，许多其它矿物处理方法需要矿石或精矿的尺寸减缩以便提高矿物处理过程的动力学到经济比值。 

研磨是颗粒状材料的粉碎或破碎的一种常用方法。研磨机典型地包括添加颗粒状材料的研磨室。研磨室的外壳可以旋转，或在研磨室中的内部机构可以旋转(或两者)。这引起在研磨室中颗粒状材料的搅拌或搅动。研磨介质也可添加到研磨室中。如果研磨介质不同于被破碎的颗粒状材料，则该研磨方法称作外体研磨(exogenous grinding)。如果在颗粒状材料本身之间的冲撞引起研磨作用和没有添加其它研磨介质，则称作自体研磨。各种各样的研磨机是已知的，其中包括珠粒研磨机，栓钉研磨机，球研磨机，棒研磨机，胶体磨，气流粉碎机，级联式研磨机，搅拌式研磨机，搅动式研磨机，SAG研磨机，AG研磨机，塔式粉碎机和振动研磨机。 

美国专利5,797,550和5,984,213号(它们的全部内容被引入这里供参考)描述了研磨机或磨碎机，其包括在研磨室中的内部分级区域。在这些美国专利中描述的研磨机可以是立轴研磨机或水平轴研磨机。在这些美国专利中描述的研磨机的商品实例是由Xstrata Technology公司以商品名称“IsaMill”销售的，本申请的申请人的商业分公司。 

被加入到研磨机中的原料和从研磨机中排出的产物都具有粒度分布。有许多表征颗粒状材料的粒度分布的方法。例如，可以使用关于通过标称尺寸的累积质量百分数与粒度关系曲线的图解表示法。术语Dx则用于表示(按累计基础)所通过该尺寸的wt％。例如，D₈₀指有80％(按累计基础)通过该指定尺寸的粒度分布。因此，等于75微米的D₈₀是指一种粒度分布，其中80％的质量小于75微米。 

已经采用IsaMill技术来实现较细原料颗粒状材料的超细研磨。Isamill采用圆形研磨盘，它在浆状物中搅拌介质和/或颗粒状物。分级和产品分离器保持研磨介质在研磨机内，仅仅让产物排出。迄今IsaMill的装置已使用天然研磨介质并且旨在获得具有低于19微米的D₈₀值和最常常低于12微米的D₈₀值的超细产物。 

在研磨应用中，颗粒状原料典型地被称为F和颗粒状产物被称为P。因此，F₅₀指有50％通过该指定尺寸的原料样品。同样，等于100微米的P₉₈指有98％的质量小于100微米的产物粒度分布。 

在研磨应用中的粒度分布曲线，描述为粒度与在log对垂直轴(log versusnormal axis)上通过的累计百分数的关系曲线，典型地通过在曲线上的单个点来表征，即D₈₀(或通过粒度的80％累积质量)。P₈₀是传统的研磨和分级粒度分布曲线的合理表述，因为随着颗粒用传统的技术被研磨到更细小的粒度，原料粒度分布逐渐地移到在log-线性标度上的左侧。 

发明简述 

在第一方面，本发明提供减小含有颗粒状物的原料的粒度的方法，包括： 

a)提供含有颗粒状物的原料； 

b)将原料加入到具有至少500kW功率的研磨机中，该研磨机具有至少50kW/立方米的研磨机研磨容积(是扣除轴和搅拌器的体积之后研磨机的内容积)的比耗用功率(specific power draw)，该研磨机包括研磨介质，该研磨介质包含具有不少于2.4吨/立方米的比重和粒度在约0.8到8mm范围内的颗粒状材料； 

c)在研磨机中研磨原料；和 

d)从研磨机中排出产物，该产物所具有的粒度范围使得产物的D₈₀是至少约20微米。 

优选，从研磨机中排出的产物所具有的粒度使得产物的D₈₀是约20-1000微米。 

优选，研磨介质是人造研磨介质。可以用于本发明中的人造研磨介质的例子包括陶瓷研磨介质，钢或铁研磨介质或以冶金炉渣为基础的研磨介质。“人造研磨介质”指通过将一种或多种材料化学转变成另一种材料的方法制造的研磨介质。术语“人造研磨介质”不包括仅仅通过物理方法如天然砂石的滚磨或筛选进行处理的材料。 

研磨介质具有在2.2到8.5吨/立方米范围内的比重。 

在一些实施方案中，本发明的方法采用陶瓷研磨介质。陶瓷研磨介质的比重优选是在2.4到6.0吨/立方米范围内。更优选，该研磨介质的比重是大于3.0吨/立方米，甚至更优选约3.2到4.0吨/立方米，再更优选约3.5到3.7吨/立方米。 

陶瓷研磨介质可以包括氧化物材料。该氧化物材料可以包括下列的一种或多种：氧化铝、二氧化硅、氧化铁、二氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化镁稳定的二氧化锆、氧化钇、氮化硅、锆石、氧化钇稳定的二氧化锆、铈稳定的二氧化锆或其它相似的耐磨材料。 

陶瓷研磨介质优选是一般球形的，但其它形状也可使用。甚至不规则的形状都可以使用。 

在其它实施方案中，本发明采用铁或钢研磨介质。在这些实施方案中，研磨介质适宜是球形，虽然其它形状也可以使用。钢或铁研磨介质的比重常常是大于6.0吨/立方米，更优选约6.5-8.5吨/立方米。 

本发明的其它实施方案使用冶金炉渣作为研磨介质。冶金炉渣能够以炉渣的不规则形状的颗粒形式使用，或更优选，以炉渣的规则形状颗粒使用。如果使用炉渣的规则形状颗粒，则炉渣的这些颗粒适宜具有一般球形。然而，可以理解，本发明也延伸到使用其它形状。 

研磨介质可以被加到研磨室中，其占据在研磨室内的空间的60％到90％(按体积)，或甚至占据在研磨室内的空间的70％到80％(按体积)。然而可以认识到，本发明还包括研磨方法，其中研磨机具有低于60％的容积填充量的研磨介质。 

在一个实施方案中，本发明的方法采用水平轴研磨机。合适的水平轴研磨机的例子是描述在美国专利5,797,550的一些实施方案中的水平轴研磨机， 或例如由Xstrata Technology公司以商品名称IsaMill制造和销售的水平轴研磨机。其它水平轴研磨机或改进的IsaMills也可以使用。 

被添加到研磨机中的原料可具有粒度范围，使得原料的D₈₀值是30到3000微米，更适宜地从40到900微米。 

从本发明的方法获得的产物具有20到700微米的D₈₀值。更优选，该产物具有从20到500微米的D₈₀值。 

本发明的研磨方法典型地采用高功率强度和因此该方法可以表征为高强度的研磨法。例如，相对于研磨机的容积(是扣除轴和搅拌器的体积之后研磨机的内容积)的耗用功率(power draw)是在50-600kW/立方米，更优选80-500kW/立方米，甚至更优选100-500kW/立方米范围内。 

该研磨机具有至少500kW的功率。更适宜地，该研磨机具有至少750kW的功率。甚至更适宜地，该研磨机具有1MW或更大的功率。优选，该研磨机具有1MW到20MW的功率。在这方面，研磨机的功率是由为研磨机提供动力的马达的耗用功率(power draw)所决定的。 

在本发明的优选实施方案中，研磨机包括IsaMill(如上所述)。在IsaMill中，许多搅拌器安装在研磨室内并且这些搅拌器由适当的驱动轴来旋转。高功率强度是通过高的搅拌器速度和从研磨机中施加的回压产生的介质的压缩力的结合来实现的。适宜地，旋转搅拌器的梢速度是5-35米/秒，更优选10-30米/秒，甚至更优选15-25米/秒。 

用于IsaMill中的搅拌器典型地是圆盘。然而，可以认识到，IsaMill可以加以改进来使用不同的搅拌器并且本发明包括此类改进研磨机的使用。还会认识到，本发明还可以使用其它搅拌式研磨机，其中这些其它搅拌式研磨机包括合适的旋转结构，例如，栓钉研磨机，由旋转的螺旋叶片搅拌的研磨机，等等。这些旋转装置的梢速度是在以上给出的范围内。 

已经发现，本发明的至少优选的实施方案的研磨方法与通常在采矿和采掘工业中为这一负荷所使用的旋转或搅拌式研磨机相比提高了研磨至非超细的粒度的能量效率。 

原料适宜以浆状物形式添加到研磨机中。因此，在优选的实施方案中，本发明的研磨方法是湿式研磨方法。 

本发明的实施方案提供用于采矿或采掘工业中的高强度的研磨方法。该方法使用具有高的耗用功率、高的比输入功率的大型研磨机，并使用人造的 研磨介质。该方法实现比超细研磨多少更粗糙一些的研磨，因此使得该方法适用于大量的矿石、精矿或其它材料。先前，高强度的研磨没有获得在由本发明所获得的粒度范围内的产物，特别当使用大型的研磨机时。 

附图简述 

图1表示适合用于本发明的方法中的研磨机的示意横截面视图； 

图2表示用于本发明的优选实施方案中的开路式磨矿回路的流程图； 

图3表示采用原料的密实化的磨矿回路的流程图； 

图4表示使用产物的外部分级的磨矿回路的流程图； 

图5表示根据本发明的实施方案的研磨法的例子的通过粒度的累计百分数和粒度的关系曲线图； 

图6表示根据本发明的实施方案的研磨法的例子的通过粒度的累计百分数和粒度的关系曲线图； 

图7表示本发明的一个实例的流程图；和 

图8表示根据本发明的实施方案的研磨法的例子的通过粒度的累计百分数和粒度的关系曲线图。 

附图的详细说明 

将会认识到，下面的说明涉及到本发明的优选实施方案。因此可以理解，本发明不应该被认为限于在下面描述的优选实施方案。 

本发明的方法适宜在水平研磨机，如水平轴搅拌式研磨机中进行。在这方面水平轴IsaMill特别地合适，但是可以理解本发明的其它优选实施方案可以在其它水平或立轴式研磨机中进行。使用具有水平结构的研磨机提供下面的优点： 

-它避免原料固体的短回路流动，有助于得到窄粒度分布； 

-它使得该方法强烈克服在原料浆状物密度中的变化；和 

-它降低设备安装的高度和便于维修，主要因为在不去掉齿轮箱和/或轴的情况下能够维修搅拌器。 

美国专利5,797,550号，特别是图6，20，21和22，描述适合在本发明中使用的合适的水平轴研磨机的实例。 

本申请的图1显示适合用于本发明中的研磨机的示意图。图1的研磨机 10包括外壳12。驱动轴14延伸穿过密封机构16进入研磨室18中。驱动轴14携带多个的间隔的研磨盘20。研磨盘20的排列，要使它们随着驱动轴14旋转。驱动轴14是由马达和齿轮箱设备(未显示)驱动的，这可以由所属技术领域的专业人员很好理解。 

原料浆状物和补充的介质经由入口22被加入到研磨机10中。原料颗粒状材料和研磨介质与转盘20相互作用。圆盘被隔开以便按照高剪切模式搅拌该介质，从而引起颗粒状材料的研磨。每一研磨盘20有多个开口，当颗粒状材料沿着研磨机10的轴向方向运行时颗粒状材料通过这些开口。 

该研磨机还装备有分级圆盘24和分离转子26。这些被设计成能根据在US专利5,797,550中的分级圆盘和分离转子来操作。尤其，分级圆盘24设置在分离转子26的附近，以使得在搅动过程中介质不再循环而是离心走向研磨室壳12。分离转子26在研磨机中将大的再循环流沿浆状物流的反方向泵送。这一作用保持离心的介质远离研磨机的排出区。大的颗粒(研磨介质和粗原料)受到这些力的作用并且保持在研磨机内。微细颗粒(是产品大小的颗粒和经历其有效研磨介质使用年限的腐蚀或磨耗介质)没有受到在分级圆盘24和分离转子26之间的向心力作用的影响并且经由圆柱形分配器排出研磨机。 

由分离转子26泵送或再循环的浆状物的量会影响研磨机给料泵压力和研磨介质上的压缩力，提高转子的容积流率是通过改变研磨机转速和/或转子设计来实现的。分离转子的泵送速度的增加将提高研磨机的耗用功率(powerdraw)，全部其它因素相同。在本发明的方法中需要高的分离转子泵送速率以抑制新鲜原料浆状物的高容积通量。 

图2显示本发明使用的优选的研磨(grinding)流程图。尤其是，图2显示了开路式磨矿回路，其中原料1被送到研磨机10和产品2从研磨机10中排出。没有产品的再循环。当研磨机是IsaMill时这一流程图是优选的，因为IsaMill便于产品的内部分级。 

图3显示另一个磨矿回路结构，其中原料1在旋风分离器3中进行密实化和/或颗粒分级，然而其它技术能够使用，包括但不限于，增稠剂或澄清剂。粗的材料4被送到研磨机10，与此同时微细颗粒5穿过(pass)研磨机10并与来自研磨机10的产品2混合。 

图4显示本发明的再一个实施方案的另一个磨矿流程图。图4中所示的 流程图具有被送到研磨机31的原料30。研磨机31可不需要内部分级，以使得离开研磨机31的颗粒状材料32没有分级。颗粒状材料32被通入到分级器33，其中它被分级成产品物流34和再循环物流35，后者返回到研磨机31中进一步研磨。分级器33可以包括旋风分离器，旋液分离器，一个或多个筛或本领域中技术人员已知的任何其它合适分级设备。 

当使用在US专利5,797,550和5,984,213号中所述的IsaMill时，如图2中所示的开路操作是优选的，因为该研磨机包括内部分级机构，该机构能够得到非常窄并且对于进一步加工而言有理想的研磨产品粒度分布。用分选器(即旋风分离器或旋液分离器)闭合该开路会得到更宽的产品粒度分布。当希望使通过研磨机的材料量减小至最小时图3的流程图是合适的。当研磨机没有内部分级或有不产生窄产品粒度分布的内部分级时，图4的流程图是更合适的。 

为了说明本发明的方法，原料粒度分布进行本发明的研磨。实验是在下面条件下进行的： 

·开路结构； 

·水平轴研磨机(IsaMill)； 

·研磨介质是比重＝3.6t/立方米的3.5mm陶瓷；和 

·500kW/立方米 功率强度。 

图5显示了用于这一实施例中的原料和从该实施例获得的产品的粒度分布曲线。 

观察图5可以看出，研磨能量优先集中于粗的颗粒(它需要研磨)和避免了过量超细颗粒的产生。此外，随着研磨继续进行，发生了产品粒度分布的变窄或锐化(sharpening)，通过的累积百分数与粒度的关系曲线变得“更陡”。 

在图6中能够看到工业装置处理粗粒产物的例子。在这种情况下马达的耗用功率是1.8MW，而研磨室是10立方米，其中掺混了33％的2.5mm陶瓷介质，剩余部分是3mm到3.5mm陶瓷介质的混合物。尽管在没有采用2.6MW的最大耗用功率的情况下该研磨机以未优化的方式和以开路模式操作，但仍然表明该研磨机能够处理粗的原料。被加入到研磨机中的原料具有135μm的F₈₀和60μm的F₅₀，以及所产生的出料P₈₀是60μm，和P₅₀是17μm。从图6中看出，对于微细粒度的分布比原料更陡，而粗的粒度范围具有比原料分布更小的梯度。 

在本发明的一些实施方案中，所述方法可以提供对于相同的能量消耗有增加的生产量。另外，对于新的研磨设备，能够导致降低的投资费用，因为生产量的要求可用比其它情况所需要的较小的研磨机达到。当与其它研磨方法相比时，本发明的方法还提供提高的研磨效率，因此提供降低的操作费用。本发明的方法采用大型研磨机以获得增强的研磨效率，其可以对于给定的研磨装置提供更大的生产量或对于新的研磨设备有减小的投资费用。该方法用于在采矿或采掘工业领域中的研磨。该方法可用于制备用于浸析、浮选、重力分离、磁力分离、静电分选的原料流，适合于煤-水燃料浆的洗涤、生产或煤炭气化的煤炭流，用于烧结或熔炼、矾土及铝土矿加工、铁矿石加工(包括磁铁矿，铁燧岩和赤铁矿)、粒料生产等的原料流，以及与高压磨辊回路相结合使用。该方法还提供具有一种粒度分布(该粒度分布以前认为不适合于由大规模的、高强度的研磨机进行研磨)的原料的处理并获得非超细的产品粒度分布。 

图7显示了流程图，它包括以开路模式操作的IsaMill来研磨SAG研磨机旋风分离器底流，以产生适合于浮选的产品。在图7的流程图中，来自储矿堆100的矿石被输送到SAG研磨机102。来自SAG研磨机102的产品在筛104上过筛。由筛104截获的筛上物返回到SAG研磨机102中。 

通过筛104的颗粒状物被送至一级旋风分离器106。旋风分离器底流被送至IsaMill 108。来自IsaMill 108的产品被送至浮选装置。在常用的装置中，旋风分离器底流被送到塔式粉碎机110和其后返回到一级旋风分离器进料。 

为了实验工作的目的，IsaMill 108是M20 IsaMill。M20 IsaMill是用于实验目的的小规模研磨机，从该研磨机得到的结果能够用于大规模的IsaMills如M10000的实际尺寸设计。 

来自旋风分离器底流的放出流109通过磁力分离器和然后在进入到M20IsaMill中之前在1.04mm筛上过筛，以确保SAG研磨机介质的残余物(steelscats)不堵塞研磨机。M20 IsaMill具有20L研磨室且大约15L的介质被添加到研磨室中。介质是Magotteaux MT1(Keramax)，并且由50％2.5mm和50％3.5mm介质组成。浆状物的SG是在1.23到1.39之间。加入研磨机中的原料是0.9立方米/hr。 

平均起来，来自过筛后的旋风分离器底流的粗原料具有在250到300μm之间的F₈₀，而来自IsaMill的产品具有在20到30μm之间的P₈₀。一天的产 品的结果示于图8中。 

本领域中的那些技术人员将会认识到，本发明除了具体描述的那些之外可进行各种变化和改进。当然，本发明包括在本发明的精神和范围之内的所有此类变化和改进。 

Claims (27)

1.减小含有颗粒状物的原料粒度的方法，该方法包括：

a)提供含有颗粒状物的原料；

b)将原料加入到具有至少500kW功率的研磨机中，该研磨机具有至少50kW/立方米研磨机的研磨容积的比耗用功率，所述研磨容积是扣除轴和搅拌器的体积之后研磨机的内容积，该研磨机包括研磨介质，该研磨介质包含具有不小于2.4吨/立方米的比重和粒度在0.8到8mm范围内的颗粒状材料；

c)在研磨机中研磨原料；和

d)从研磨机中排出产物，该产物所具有的粒度范围使得产物的D₈₀是至少20微米，

其中所述研磨机为水平或立轴式研磨机。

2.根据权利要求1所要求保护的方法，其中从研磨机中排出的产物所具有的粒度使得产物的D₈₀是20-1000微米。

3.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨介质是通过一种方法制造的人造研磨介质，该方法包括一种或多种材料至另一种材料的化学转变。

4.根据权利要求3所要求保护的方法，其中人造研磨介质包括陶瓷研磨介质、钢或铁研磨介质或以冶金炉渣为基础的研磨介质。

5.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨介质具有在2.4到8.5吨/立方米范围内的比重。

6.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨介质包括陶瓷研磨介质。

7.根据权利要求6所要求保护的方法，其中陶瓷研磨介质的比重在2.4到6.0吨/立方米范围内。

8.根据权利要求7所要求保护的方法，其中研磨介质的比重大于3.0到6.0吨/立方米。

9.根据权利要求8所要求保护的方法，其中研磨介质的比重是3.2到4.0吨/立方米。

10.根据权利要求9所要求保护的方法，其中研磨介质的比重是3.5到3.7吨/立方米。

11.根据权利要求6所要求保护的方法，其中陶瓷研磨介质包括氧化物材料。

12.根据权利要求11所要求保护的方法，其中氧化物材料选自：氧化铝、二氧化硅、氧化铁、二氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化镁稳定的二氧化锆、氧化钇、氮化硅、锆石、氧化钇稳定的二氧化锆、铈稳定的二氧化锆或它们的混合物。

13.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨介质是铁或钢研磨介质。

14.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨介质是冶金炉渣研磨介质。

15.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨介质被添加到研磨室中，使所述研磨介质占据研磨室内空间的60％-90％体积。

16.根据权利要求1所要求保护的方法，其中被加入到研磨机中的原料所具有的粒度范围使得原料的D₈₀是30到3000微米。

17.根据权利要求16所要求保护的方法，其中原料的D₈₀是40到900微米。

18.根据权利要求1所要求保护的方法，其中从该方法回收的产品具有20-700微米的D₈₀值。

19.根据权利要求18所要求保护的方法，其中所述产品具有从20-500微米的D₈₀值。

20.根据权利要求1所要求保护的方法，其中相对于研磨机的容积，所述耗用功率在50-600kW/立方米的范围内。

21.根据权利要求20所要求保护的方法，其中耗用功率在80-500kW/立方米的范围内。

22.根据权利要求20所要求保护的方法，其中耗用功率在100-500kW/立方米的范围内。

23.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨机具有至少750kW的功率。

24.根据权利要求23所要求保护的方法，其中研磨机具有1MW或更大的功率。

25.根据权利要求23所要求保护的方法，其中研磨机具有从1MW到20MW的功率。

26.根据权利要求1所要求保护的方法，其中研磨机包括水平轴研磨机，该水平轴研磨机具有许多位于研磨室内的搅拌器，该搅拌器通过驱动轴来旋转，该搅拌器在旋转时搅拌器的梢速度在5-35米/秒范围内。

27.根据权利要求1所要求保护的方法，其中原料以浆状物的形式被添加到研磨机中。

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