0 引言

硫化矿选厂通常采用球磨机-水力旋流器(或螺旋分级机)串联的方式进行磨矿-分级，磨矿产品中往往存在粗粒欠磨和细粒过磨的现象^[1]，即粗粒(大于0.20 mm)和细粒(小于0.043 mm)的产率都偏大，原因主要是：钢球磨矿的针对性不强，对粗粒和细粒的磨矿概率是一致的^[2]，要想磨细粗粒必然同时将细粒过磨；分级效率不高是细粒过磨的重要原因，本应从分级机中分离出去的细粒而没有分离，又重新返回再磨，势必会造成过磨^[3].从上分析，要想减少粗粒欠磨和细粒过磨现象主要的措施就是提高磨矿针对性和提高分级效率^[4].谢兆宗^[5]发明的多面棱柱体、刘兴明^[6]发明的棱柱体或棱台体、张书芳等^[7]发明的圆柱体钢段、王鹏^[8]发明的圆弧柱体等磨矿介质取得了较好的磨矿效果.对于介质形状的研究，东北大学采用柱球、柱、球等3种不同类型的磨矿介质进行磨矿试验后发现：不论在粗磨或是细磨过程中，柱球磨矿效果均优于球，而在粗磨中甚至柱介质的磨矿效果也比球好^[9].苏惠明等^[10]将椭球体和棒球与圆球的磨矿效果进行了对比，根据试验考查和生产数据统计，证明所选介质磨矿效果均优于圆球介质.曾鹏等^[11]对比了胶囊球与钢球的磨矿结果，研究发现胶囊球组比钢球组的磨矿结果为：大于0.3 mm的颗粒减少0.02 %，0.2~0.3 mm颗粒减少0.08 %，0.15~0.2 mm颗粒增加0.80 %，0.10~0.15 mm颗粒增加2.30 %，0.074~0.10 mm颗粒增加1.98 %，0.05~0.074 mm颗粒增加0.70 %，0~0.05 mm颗粒减少5.68 %.本文从提高磨矿针对性入手，设计了一种新型磨矿介质，从钢球磨矿与新型磨矿介质磨矿对比试验发现，新型磨矿介质的磨矿效果能有效减少粗粒与细粒的产率，提高中间粒级的产率.事实证明，新型磨矿介质的磨矿效果对减少粗粒欠磨和细粒过磨等现象具有明显的效果.

1 试验部分 1.1 磨矿介质设计

1)新型磨矿介质的形状.王鹏等^[12]指出短柱形磨矿介质是棒形及球形介质的变种，兼顾了球形和棒形介质两者的优点，优缺点介于球和棒之间，是两者的综合，其规格习惯用柱体圆直径D与柱体长度L乘积表示.根据这一思路本文设计了一种新型磨矿介质，中间为圆柱形，两端为半球形(如图 1).图 1中的度量数字是相对数字，无单位.如“1.000”表示球磨介质的相对长度是1.000，“0.618”表示球磨介质的相对纵向直径是0.618.新型磨矿介质的长径比为1:0.618=1.62，比例为黄金分割比，故取名为“黄金分割锻球”.

2)磨矿介质的数量配比.统计原有三辊四筒球磨机2L筒内的球磨介质直径、数量、比例等.统计结果是Φ30 mm钢球10个，Φ20 mm钢球35个，Φ10 mm钢球82个，Φ5 mm钢球96个，重量比是G_Φ30:G_Φ20:G_Φ10:G_Φ5=(10×15³):(35×10³):(82×5³):(96×2.5³)=33.75:35.00:10.25:1.50.制作锻球介质可将纵向直径确定为Φ30 mm、Φ20 mm、Φ10 mm、Φ5 mm，横向长度分别为48.54 mm、32.36 mm、16.18 mm、8.09 mm.各直径锻球介质重量配比与钢球配比一致.2种介质装球充填率一致(约35 %)，锻磨介质和钢球介质总重量一致.锻球与钢球的材质一致.

1.2 原矿分析

试验矿样来自山东省黄金选厂某硫化矿，该选厂主要采用浮选工艺选金，载金矿物主要是硫化物，如黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿和方铅矿；载金脉石矿物主要是石英和长石.硫化物矿物中含金量占70 %，其中黄铁矿含金65 %；脉石矿物中含金量占30 %，其中石英含金20 %.

1)原矿组成.查明矿物种类主要是金属硫化物和脉石矿物，其中金属硫化物矿物约占4 %(金属硫化物的种类及相对含量见表 1)，脉石矿物约占96 %(脉石矿物的种类及相对含量见表 2).金属硫化物矿物主要是黄铁矿(68.54 %)、黄铜矿(17.38 %)及少量方铅矿、闪锌矿、辉铋矿、辉钼矿等.脉石矿物主要是石英(48.25 %)、长石(15.22 %)，包括斜长石和微斜长石、方解石(18.58 %)、绢云母(8.28 %)及少量的绿泥石、石膏、沸石等.

2)原矿粒度分析.取原矿一定数量，经筛析得到原矿粒度分布(表 3).绘制粒度曲线，见图 2.将大于或等于0.200 mm粒级颗粒定为粗粒颗粒，0.043~0.200 mm粒级颗粒定为中等粒级，小于或等于0.043 mm粒级颗粒定为细粒级颗粒.由表 2可知，γ_{≥0.2 mm}=59.05 %，γ_{0.043~0.2 mm}=26.26 %，γ_{≤0.043 mm}=14.69 %.

2 试验结果与讨论

磨矿的试验条件为采用XMB-70型三辊四筒棒磨机，转速309 r/min，装球筒容积2 L，磨矿浓度70 %.

2.1 磨矿细度试验

将2种磨矿介质分别进行磨矿细度试验，细度采用小于0.074 mm筛下比衡量(%).磨矿时间定于4 min、6 min、8 min、10 min和14 min.2种磨矿介质的磨矿细度曲线见图 3.从图 3可知，在同等磨矿时间下，锻球磨矿的细度要小，如在8 min时，球磨细度为57.58 %，锻磨细度为52.26 %.

2.2 磨矿粒级产率分布

为了对比2种磨矿介质的磨矿效果，取相同的细度(55 %)来统计磨矿产品的产率.采用内插值法计算图 3中2条曲线细度为55 %时的磨矿时间，计算结果分别为：球磨时间7.28 min，锻磨时间9.08 min.

在7.28 min时间下进行钢球磨矿，在9.08 min时间下进行锻球磨矿试验.磨矿试验结果如表 4、图 4、图 5.从表 4可知，锻磨比钢球磨矿的粒级产率变化较大，粗粒减少0.80 %，中等粒级增加3.26 %，细粒减少2.46 %.其中粒级产率变化较大的有：0.150~0.200 mm减少1.47 %，0.074~0.106 mm增加1.67 %，0.063~0.074 mm增加1.97 %，≤0.037 mm减少1.99 %.

从图 4、图 5中可知，减少粒级产率的范围在≥0.150 mm和≤0.043 mm内，增加粒级产率的范围为0.043~0.150 mm.试验结果证明锻球磨矿能较为显著的减少粗粒和细粒的产率，而增加中等粒级的产率，同时表明锻球磨矿的针对性比钢球要好.

2.3 两种介质的磨矿原理

试验表明磨矿介质的形状能明显改变产品的粒度组成.锻磨介质在磨矿中，与物料接触有相当一部分为线接触，当锻球与矿物接触施力时，首先会与粗粒接触，细粒因粗粒的“架桥”作用而没有被锻球直接冲击，因此锻球选择性的粉磨了粗颗粒，自然过磨现象会减少(图 6(a)).锻球是棒形及球形介质的变种，具有球形介质传动性能好及表面积大的优点，又有棒形介质线接触可减轻过粉碎的优点^[13-14].优缺点介于球和棒之间，是两者的综合^[15].球形介质在磨矿中碰撞为点接触^[16]，粗粒的架桥作用不明显，故过粉碎现象严重^[17-18](图 6(b)).在各种形状的介质中，球形虽有最好的转动性能，但为点接触破碎，由于在接触点上的破碎力往往过大，破碎力作用精确性差，故选择性解理差，贯穿破碎作用可能较多，过粉碎现象严重，特别是当球的尺寸选择过大时，这种现象更为严重，因而球形并不是最好的选择^[18].

3 结语

通过2种介质的磨矿试验对比，发现锻球磨矿具有针对性强，磨矿效果好，能明显地减少粗粒与细粒的产率，提高中间粒级的产率.比钢球磨矿而言，锻球磨矿对减少粗粒欠磨和细粒过磨现象具有明显效果，对磨矿领域具有重要意义.试验表明：

1)在同等磨矿时间下，锻球比钢球的磨矿细度比要小，如在8 min时，球磨细度为小于0.074 mm占57.58 %，锻磨细度为小于0.074 min占52.26 %.同等磨矿细度下，锻球比钢球磨矿时间要长，如在55 %的细度下，球磨时间7.28 min，锻磨时间9.08 min.

2)锻磨比钢球磨矿的产品粒级产率变化较大，主要表现在粗粒减少0.80 %，中等粒级增加3.26 %，细粒减少2.46 %.试验结果表明锻球磨矿能较为显著的减少粗粒和细粒的产率，而增加中等粒级的产率，针对性比钢球要好.

3)磨矿介质形状能明显改变产品的粒度组成.锻磨介质与物料接触有相当一部分为线接触，细粒因粗粒的“架桥”作用而没有被锻球直接冲击，过粉碎少.钢球介质在磨矿中碰撞为点接触，由于在接触点上的破碎力往往过大，过粉碎现象严重，磨矿针对性没有锻球好.