磨矿介质的形状与工作特性

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磨矿介质，从材质上可粗略地分为两类：一是金属介质，包括钢介质、合金钢介质、铸铁介质等；另一是岩矿类介质，包括矿石自身作介质及使用单独的砾石作介质。在金属介质中，按形状又可分为球形、棒形、短圆柱形、短截头圆锥形及其他形状。由于介质的形状不同，故其工作特性也不尽相同。C.杰涅夫等人研究认为，有用矿物解离特性的重要差别取决于磨矿介质的类型。

金属介质与岩矿介质最根本的区别是前者的单位体积质最大 (密度大)，后者单位体积质量小（密度小)。由于介质传递能量的能力与介质的质量成正比，因此，金属介质传递能量的能力大，而岩矿介质传递能量的能力小。如果介质的尺寸选择恰当， 金属介质打击矿石时矿石的能设密度大；而岩矿介质本身（单独采用另外卵石作介质的情况甲期有过，目前基本上用矿石作介质）既是破碎介质，也是破碎对象，因此，矿石介质自身的能量密度小。也就是说，从介质对矿石输入的能量密度看，金属介质火，矿石介质小，故金属介质的破碎效率高，能量损失小；反之，矿石介质破碎效率低，能量损失大，这正是矿石自磨生产能力小及能耗高的根本原因。但是，金属介质由于具有的能量密度大，破碎力也往往过大，导致矿物沿结合面解离的情况差，故破碎的选择性差。反之，矿石介质形成的能量密度小，破碎力较精确且往往过小，导致破碎行为往往容易沿着不同矿物结合而发生，因此矿物解离的选择性较髙，许多选矿厂在自磨后能拋弃大量单体解离脉石正是由于这个原因。

磨矿过程中所用的金属介质形状主要是球形及棒形。之所以这样，一是这两种介质形状简单，制造及加工容易，二是它们有良好的转动性能，特别是球形介质能在三度空间自由转动，棒形介质也能绕轴向很好地转动。

球形介质应用最为广泛，尺寸可大可小，粗磨细磨皆可选用，各种矿石的磨矿皆可使用。球形介质在破碎时呈点接触，在接触点上的作用力大、容易形成接触点上高度的应力集中，故破碎行为容易发生。但是由于在接触点上破碎力往往过大，破碎力作用精确性差，故选择性解离差，贯穿破碎作用可能较多，过粉碎现象较严重，待别是当球的尺寸选择过大时这种现象就更为严重。因此，使用球介质时精确选择尺寸有重要意义。

棒形介质应用的广泛程度仅次于球形介质，因为棒形单位体积的介质表面积比球小，而细磨时需要大的岍磨面积，故棒形介质不适宜用于细磨。使用棒形介质时为了顺利工作要求棒要有足够长度，否則容易引起乱棒（乱棒后失去破碎作用）。由于棒较长，于是限制了它的直径不能太小，一般不低子40mm，D.K.克留柯夫的调查研究表明，低于40mm的棒工作时容易发生断棒现象，而存在断棒现象时则往往容易引起乱棒。此外，如果钢棒材质的韧性大，磨细以后虽然不断裂但会发生卷曲，当磨机内存在有卷曲的细棒时也容易引起乱棒。棒在破碎过程中呈线接触，因此，棒荷中间夹持的粗粒使棒与棒之间存在平行缝隙，细矿粒不易被破碎，故棒有专门破碎粗粒而保护细粒的选择破碎作用，使磨碎产品粒度均匀过粉碎轻。为了保证棒能顺利工作，要求磨机筒体的转速较低，不致形成拋落运动，因为拋落运动也容易乱棒。据此，棒磨机的转速率一般比球磨机低10～15%，这正是棒磨机生产率比球磨机低的主要原因。另外，由于棒荷中空隙容积较小，能容纳的矿石亦少，棒磨机的矿量通过能力不如球磨机大，故棒磨机的返砂量一般限制在100～150%，最多也不超 200%，而球磨机的返砂量一般为150～350%，多时则为500%或更多一些。

从上述介质的工作特性分析可以看出：

（1）棒形介质选择性破碎作用强，产品粒度均勻及过粉碎轻，所以当要求保护脆性矿物及减轻过粉碎时，应当采用棒磨机。但是，如果要求磨矿产品中不同矿物粒度差大时，用棒磨机就难以实现（因棒磨产品粒度均匀，不同矿物粒子之间粒度差值小）。

（2）球形介质的选择性解离差，产品粒度粗细不均匀情况突出及过粉碎现象严重。为了降低过粉碎现象，根据球形介质的工作特性，应该注意介质尺寸选择得精确些，特別不能选择过大，否则容易造成过火的打击力，使矿物遭受过度的打击作用。如果要求造成不同矿物粒子之间的粒度差大，采用球比捧好一些。

（3）棒形介质只适宜用于粗磨，而球形介质，选择不同尺寸即可适于粗磨及细磨要求。

短圆柱或短圆锥形介质是棒形及球形介质的变种，具有球形介质转动性能好及表面积大的优点，又具有棒形介质线接触可减轻过粉碎的优点。但与球形介质相比，同样重量介质体的破碎力不如球大，磨碎同样粒度的给矿磨不细的较多；同样怍积的介质，虽然短圆柱或短圆锥形介质的表面积比球大（按物体的几何形体计算，同样体积的物体数球形的表面积最小），但有效的研磨而积并不比球大，因为处于两端面的表面枳研磨性能差;与球形相比它们虽然也能各个方句转动，但只有绕轴向的转动性能好，而其他方向的转动性能差；与棒形相比它们虽然也为线接触，但属于短线接触，故减轻过粉碎的效能又不如棒形介质好。可见，它们的优点及缺点介于球和棒之间，实际是二者的综合，企图吸取棒形和球形的优点，并克服它们的缺点。使用这种介质欲产生好的磨矿效果，在工作条件选择上应发挥它们表面积大的优势，避免它们破碎力较小的短处，故用于细磨条件比较合适；在装填率及转速的适当配合上，可使它们处于研磨状态下工作而避免在抛落式状态下工作。这样便可发挥表面积大的优势。当条件选择合适时，磨矿效果可以赶上或超过球形介质。短的截头圆锥与短圆柱体相比，前者具有更大的表面积。

短线型介质早已在水泥磨机中应用，长期的实践证明它是一种可行的磨矿介质。在水泥多仓管磨机中，往往在最后一仓装放短截头圆锥形介质，并称为"钢段"或者"铁段"。硅酸盐方面的有关著作认为，细磨时"钢段"或"铁段"的磨剝效果比球好。几十年前，加拿大将这类型介质引入金属选矿厂，并认为它们的磨矿效果与球相当，但制造成本比球低，因此在加拿大应用较广。波兰的几个大铜矿，由于含易泥化的辉铜矿较多，在细磨中也使用了这类介质，以减少辉铜矿的过粉碎。西德梅根选厂为了减少细磨的过粉碎，也在细磨介质中加入了部分短圆锥介质。

出做成"椭形球体"介质等。笔者在云锡公司期北山采选厂做了用铸铁圆锥体（截头圆锥）取代钢球的工业试验，结果表明在磨 矿效果迕上及微超过钢球的怙况下，介质成本下降50%,金属过粉碎率下降1.5%，回收率提髙约1%,噪音下降7～8dB。可见， 这是一种很有应用前途的细磨介质。

进入80年代以来，磨矿机大型化的趋势事实上已经停止，由于矿业不景气及能源和材料价袼的持续上涨，迫使选矿工作者深 入开展降低磨机能耗和钢耗的研究•其中有关介质形状的研究，成为重要内容之一。加拿大某公司用棒球磨细了巴西的440万t铁矿石，与钢球相比，钢制棒球处理能力提高8.3%，单位能耗降低7.5%;铸铁棒球与铸铁球相比，处理能力提高15%,单位能耗降低12%铸铁棒球成本还比铸铁球低。我国首钢矿山公司用棒球与钢球相比,处理能力提髙6.5～8%，球耗降低9%左右，电耗降 低lkW·h/t原矿，分级溢流中-200目含量增加0.6～14.3%。 从目前的发展趋势看，短圆柱形或短截头圆锥形介质将作为一种重要的细磨介质在金属矿石的细度中得到较为广泛的应用。