高压辊磨机晶界粉碎机理与产品解离特性研究

High pressure grinding rollers (HPGRs) have been widely researched and applied because of the significant advantages in "more crushing and less grinding" and "power saving and cost reducing". However, less information is available in the literature that relates to the grain-boundary breakage of minerals in HPGR and the effect of grain-boundary breakage on progeny liberation, no providing strong theoretical guidance for the optimization of downstream separation process. Breakage patterns of a single particle and particles bed are discussed by characteristics of crushed hematite ore using a HPGR, and the grain-boundary breakage mechanism is elucidated further. Major properties investigated include particles micro-cracks, mineral liberation, surface properties and elements distribution. The crushed products and downstream grinding products between HPGR and cone crusher are compared to find out the difference of liberation degree, locked-particles liberation and grindability, revealing the effect of grain-boundary breakage on minerals liberation and building evaluation systems of liberation probability by detachment. On this basis, process optimization in downstream "grinding-separation" is carried out to realize the high-efficiency separation of grain-boundary breakage products, revealing migration and distribution of locked-particles in the separation process. At last, it is presented that high efficiency and low consumption process of "comminution-separation" in hematite ore relying on HPGR technology. The research implementation has a theoretical and practical significance for optimization of separation process and increase of concentrate performance in HPGR products.

高压辊磨机由于在"多碎少磨"和节能降耗等方面的显著优势而被广泛研究与应用，但在粉碎过程中物料所发生的晶界碎裂以及对矿物解离特性影响的基础研究报道较少，无法对后续分选工艺指标的优化提供强有力的理论指导。 本项目通过研究赤铁矿石高压辊磨机粉碎产品的微观裂纹特性、矿物解离特性、表面特性、元素分布规律，探讨粉碎过程中单颗粒碎裂行为和颗粒群碎裂行为，阐明矿石晶界粉碎机理；查明高压辊磨机和圆锥破碎机破碎产品及磨矿再粉碎产品单体解离度、连生体特性、可磨性等差异，揭示晶界粉碎对矿物解离特性的影响规律并建立矿物脱离解离概率评价体系。在此基础上，开展磨矿-分选过程优化研究，揭示连生体颗粒在分选过程中的走向和分布规律，实现晶界粉碎产品的高效分选，最终形成以高压辊磨机为主的赤铁矿石低耗高效粉磨-分选工艺。 项目的实施对高压辊磨机粉碎产品分选工艺的优化和精矿指标的提高都具有重要的理论和实际意义。

本项目对鞍山式赤铁矿石进行了高压辊磨机晶界粉碎机理及其产品特性的研究。探明了层压粉碎过程中矿石内部裂纹扩展规律，总结为微裂纹萌发、微裂纹联结延伸、共轭主裂纹形成、共轭破裂带形成4个假想阶段。晶内微裂纹和晶界微裂纹反映了高压辊磨机微观单颗粒粉碎过程中的两种非随机性粉碎方式—优先粉碎和晶界粉碎。晶界碎裂分为完全晶界碎裂和部分晶界碎裂两种。赤铁矿石宏观颗粒群的粉碎过程是脉石矿物大颗粒和有用矿物小颗粒之间相互作用所产生的选择性粉碎的动态过程。 .对高压辊磨机产品（辊压产品）和圆锥破碎机产品（圆锥产品）磨矿特性进行对比研究。功指数方面，辊压产品较低，降低幅度随筛孔尺寸的减小逐渐减小。磨矿技术效率方面，对于-2.0mm给矿，辊压产品较低，降低幅度随细度的增加而减小直至相当；对于-2.0+0.5mm给矿，辊压产品与圆锥产品相当甚至略高。在磨矿动力学方面，辊压产品在磨矿各个阶段的转折时间显著缩短，更快的被磨碎，同时也更早的出现细粒级过粉碎。.对辊压+球磨产品、圆锥+球磨产品和高压辊磨机终粉磨产品的解离特性对比研究表明，不论球磨前的破碎方式如何，球磨磨矿仍是影响矿物解离的主要因素，矿物在“层压粉碎”中发生的部分晶界碎裂在后续球磨磨矿中并未表现出更好的解离特性。高压辊磨机终粉磨更有利于石英矿物解离。而在-0.074mm占70%的细度下，球磨磨矿有利于氧化铁矿物的解离，但细度提高到-0.074mm占90%时，不同粉碎方式下氧化铁矿物的解离度相当。高压辊磨机终粉磨更有利于细粒嵌部矿物在较粗细度下发现脱离解离，有利于鞍山式赤铁矿石一段磁选抛尾，提高精矿回收率。.基于上述研究，提出了鞍山式赤铁矿高压辊磨机超细碎-分级磨矿分选技术和高压辊磨机终粉磨分选-球磨再选技术，在保证铁精矿品位的前提下，较传统粉磨工艺，两种新工艺的回收率均可提高5～6个百分点。.项目研究成果为高压辊磨机的推广应用及铁矿石的高效利用开辟了新的技术途径，具有重要的理论指导意义，并为其实际应用奠定了基础。