5.2 磨矿与分级

磨矿使有价矿物从脉石中解离；分级（旋流器）控制送往分选工序的产品粒度。本节涵盖磨机操作、磨矿粒度目标及旋流器调参。

5.2.1 磨矿设备

学习目标

• 设定球磨机钢球充填率与球径配比
• 正确控制 SAG 磨机料位（钢球 + 矿石）以平衡处理量与能耗
• 通过旋流器操作控制磨矿循环负荷
• 维持球磨机与旋流器给矿的矿浆浓度目标

核心概念

参数与指标

公式

• 循环负荷：$CL = (C / F) \times 100\%$ — C 为旋流器沉砂量，F 为流程新给矿
• 磨机功率（邦德）：$W = 10 \times BWi \times (1/\sqrt{P_{80}} - 1/\sqrt{F_{80}})$ — kWh/t，粒度单位 μm
• 充填率（球磨）：$J = (mass_{balls} / \rho_{\mathrm{steel}}) / V_{mill} \times 100\%$
• 流程新给矿：$F = mill_{throughput} / (1 + CL/100)$

工具与标准

• 常用软件/仪器：MillSoft 磨机模拟；在线功率计；浓度计（γ 射线或 Coriolis）
• 相关标准：GB/T 25708（球磨机）；JK 磨矿试验规程

操作步骤

1. 设定钢球充填：初始 J = 35%；按功率与 P80 调整。
2. 控制 SAG 料位：用磨机声音、功率与轴承压力；目标总料位约 18%。
3. 监测循环负荷：每小时取样旋流器各流；调整给矿量或旋流器参数。
4. 调节矿浆浓度：在磨机给矿与旋流器给矿处加水；优先用浓度计自动控制。
5. 保护磨机：轴承温度高、润滑压力低、过载功率时报警。
6. 平衡处理量与 P80：先调旋流器再增给矿，避免 P80 失控。

SAG-球磨-旋流器闭路

知识延伸

磨矿原理：SAG 以冲击破碎为主、球磨以研磨为主。SAG 处理粗粒（12–25 mm），将物料磨至 1–3 mm 后送球磨；球磨在较高浓度下通过钢球级配产生冲击与研磨，将物料磨至浮选/磁选所需 P80（通常 75–150 μm）。循环负荷是磨矿-分级闭环的核心：沉砂返回磨机再磨，溢流作为产品；CL 过低（< 150%）意味着粗粒在磨机内停留不足，产品偏粗；CL 过高（> 450%）则磨机过载、能耗上升而粒度改善有限。

参数交互：给矿浓度影响磨机有效容积与钢球抛落高度：球磨浓度过高（> 82%）矿浆池化、冲击减弱；过低（< 60%）则冲击强但细磨不足。SAG 料位与功率、处理量呈非线性关系：料位 15–20% 为最佳区间，超过 28% 出现池化、冲击减弱、衬板磨损加剧。循环负荷与旋流器切割粒度耦合——调旋流器改变 P80 的同时改变 CL，需同步观察磨机功率是否仍在 80–95% 额定区间。

故障诊断逻辑：SAG 功率降 15% 而给矿不变 → 查（1）料位是否过高池化、（2）给矿粒度是否变粗、（3）矿石硬度是否下降；球磨产品 P80 变粗而 CL 正常 → 查钢球充填率与磨损补球；CL 突升 → 查旋流器沉砂嘴是否偏小或给矿压力过高。

常见误区

• SAG 料位过高（> 28%）：池化、冲击减弱、衬板损伤；处理量降 10–20% → 控制总料位
• 循环负荷过低（< 150%）：磨机能量利用不足、产品偏粗 → 缩小沉砂嘴或增给矿压力
• 球磨浓度过高（> 82%）：矿浆池化、磨矿效率下降 → 加水降浓度
• 忽视钢球磨损：充填率下降导致产品变粗 → 按消耗率定期补球

关联章节

• 5.1.1 破碎流程设计 — 破碎机产品粒度
• 5.2.2 磨矿粒度控制 — P80 目标
• 5.3.1 浮选药剂 — 浮选给矿粒度

自测要点

1. 新给矿 180 t/h，旋流器沉砂 540 t/h，求 CL 及磨机总给矿量。
2. SAG 功率降 15% 而给矿不变，列出三种可能原因。

5.2.2 磨矿粒度控制

学习目标

• 用光学显微镜或 MLA 测定矿物解离度
• 为浮选、磁选设定 -200 目（-74 μm）目标
• 由邦德球磨功指数（BWi）预测磨矿能耗
• 避免过磨导致细泥损失

核心概念

参数与指标

公式

• 邦德磨矿能耗：$W = 10 \times BWi \times (1/\sqrt{P_{80}} - 1/\sqrt{F_{80}})$ — kWh/t
• 解离度与粒度：$L = 1 - \exp(-k \times d_{grain} / d_{particle})$ — 经验式，k 由 MLA 确定
• 比表面积（近似）：SS ∝ 1/P80 — 磨矿越细比表面积越大

工具与标准

• 常用软件/仪器： MLA、QEMSCAN；激光粒度仪；Bond 球磨试验机
• 相关标准：GB/T 19522（矿物解离测定）；ASTM E279（筛分粒度）

操作步骤

1. MLA 或光学研究：建立主要矿种解离度与磨矿粒度关系。
2. 设定 P80 目标：达到 85% 解离的最小粒度；加 10% 波动裕量。
3. 监测 -200 目：每小时对旋流器溢流筛分或激光测粒。
4. 计算能耗：用现场 BWi 代入邦德式；与实际 kWh/t 对比。
5. 检测过磨：跟踪 -325 目；> 25% 时降磨机功率或粗化旋流器切割。
6. 配矿调整：硬矿带需更长停留时间或更高 CL。

P80 设定决策

知识延伸

解离原理：磨矿的根本目的是使有价矿物与脉石界面暴露，而非单纯追求最细粒度。嵌布粒度决定最小经济磨矿粒度——若黄铜矿呈 50 μm 包裹于石英中，P80 必须磨至约 100–150 μm 才能使 85% 黄铜矿解离；继续磨至 P80 50 μm 解离度可能仅增 2–3%，但能耗近似翻倍。MLA 给出的解离-粒度曲线是设定 P80 的唯一可靠依据，手册推荐值仅为起点。

参数交互：P80 与 -200 目含量非简单线性关系，取决于矿石硬度与磨矿产品粒度分布形态（RR 或 Rosin-Rammler 斜率）。BWi 随矿带变化时，同一旋流器设定下 P80 可波动 20–30 μm——这是浮选回收率波动的常见隐性原因。过磨（-325 目 > 25%）产生大量 < 10 μm 细泥，在浮选中因质量效应差、药剂吸附量大而流失至尾矿，表现为"磨得越细回收越低"的反常现象。

故障诊断逻辑：回收率降而 P80 正常 → 查解离度（可能 P80 合格但分布中有粗连生体）；回收率降且 P80 变粗 → 先查旋流器再查 CL；能耗升而 P80 不变 → 查 BWi 是否升高（配矿变化）或钢球充填率是否下降。

常见误区

• 无解离数据按手册 P80 磨矿：过磨浪费 2–4 kWh/t → 必须做 MLA
• 仅用 P80 而忽视粒度分布：P80 合格但粗连生体携带金属至尾矿 → 需看完整分布
• 忽视矿带硬度变化：配矿改变使 P80 偏移 20–30 μm 而无操作响应 → 在线监测 -200 目
• MLA 样品不具代表性：单一合样遗漏高品位硬 fraction → 按矿带分别取样

关联章节

• 5.2.3 旋流器操作 — P80 控制设备
• 5.3.1 浮选药剂 — 浮选给矿粒度
• 5.5.1 弱磁选 — 磁铁矿磨矿目标
• 1.5.1 资源量估算 — 矿石类型域

自测要点

1. BWi = 15 kWh/t，F80 = 2000 μm，P80 = 120 μm，求邦德磨矿能耗。
2. P80 = 180 μm 时解离 82%，130 μm 时 88%，应选哪个 P80 及理由？

5.2.3 旋流器操作

学习目标

• 调节旋流器给矿压力与沉砂嘴直径以控制切割粒度
• 由沉砂外观（绳索状、鱼尾状）诊断运行问题
• 配置旋流器组与备用台以便维护不停磨

核心概念

参数与指标

公式

• 切割粒度（经验）：$d_{50}c \propto D_{cyclone} / \sqrt{P \times \rho_{\mathrm{slurry}}}$ — P 为给矿压力
• 沉砂浓度：$\rho_{\mathrm{UF}} = mass_{sand} / (mass_{sand} + mass_{water})$ — 目标 75–80%
• 压力-切割关系：压力低 → 溢流偏细（短路）；压力高 → 溢流偏粗

工具与标准

• 常用软件/仪器：压力变送器；沉砂浓度计；激光粒度仪（溢流 P80）
• 相关标准：GB/T 25709（水力旋流器）；厂家选型手册（Warman、Krebs）

操作步骤

1. 设定给矿压力：从厂家推荐中值起步；按溢流 P80 目标调整。
2. 选择沉砂嘴：沉砂浓度 75–80%；超出范围则换嘴。
3. 观察沉砂：稳定锥形喷射 = 正常；绳索或鱼尾 = 调嘴或压力。
4. 监测溢流 P80：每小时测粒；与浮选回收率关联。
5. 组维护：隔离一台换沉砂嘴，其余分担负荷。
6. 记录变更：压力、嘴径与对应 P80 记入操作日志。

旋流器调参流程

知识延伸

分级原理：旋流器利用离心力使粗粒向外、向底流运动，细粒向内、向溢流运动。切割粒度 d50c 是溢流与沉砂中各 50% 该粒级颗粒的等效粒度——它不是筛子的"硬切割"，而是概率分离，因此 P80 控制需结合压力、沉砂嘴、溢流管三者协同。沉砂浓度是最直接的沉砂嘴诊断指标：浓度过低说明嘴过大（粗粒短路至溢流），过高则绳索状（细粒被夹带至沉砂）。

参数交互：给矿压力与沉砂嘴直径对切割粒度作用方向相反——增压使 d50c 增大（溢流变粗），缩沉砂嘴使沉砂变浓、切割变粗。仅调压力而不匹配沉砂嘴，高压力下易出现绳索状沉砂且 P80 反而偏细（短路加剧）。旋流器组内各台沉砂嘴必须一致，否则负荷不均：一台绳索状、其他鱼尾状，整体 P80 不可控。

故障诊断逻辑：P80 偏粗 → 先查沉砂浓度（< 75% 换小嘴），再增压；绳索状 + P80 偏细 → 沉砂嘴过小或浓度过高，换大嘴或降压力；一台隔离维护后 CL 上升 → 其余旋流器分担流量，沉砂嘴可能需临时缩小以维持 P80。

常见误区

• 仅调压力不调沉砂嘴：嘴径不匹配时高压下绳索状 → 压力与嘴径联动调整
• 组内沉砂嘴不一致：负荷分配不匀 → 统一嘴径
• 无备用旋流器：换嘴需停磨，损失 2–4 h → 配置 4–6 用 1 备
• 只测溢流浓度：沉砂浓度才是沉砂嘴首要诊断 → 优先监测沉砂

关联章节

• 5.2.1 磨矿设备 — 循环负荷
• 5.2.2 磨矿粒度控制 — P80 目标
• 5.1.3 筛分效率 — 粒度分离原理

自测要点

1. 沉砂呈绳索状、浓度 78%、P80 140 μm（目标 155 μm），应做哪两项调整？
2. 4 台旋流器组处理 600 t/h，隔离 1 台维护且给矿不变，CL 将如何变化？