D5 · 出版卷 21

碎矿与磨矿

破碎、磨矿、能量与粒度分布

学习目标

完成本章后，学习者应能区分碎矿、磨矿和分级；解释粒度分布与特征通过粒径；把破碎连接到解离和下游响应；在一致基准上定义比能耗和处理量；只在适用假设内使用功指数关系；概念性诊断循环负荷和过磨；并设计保留给料变异与测量不确定性的碎磨试验记录。

明确粒度减小的目的

碎磨改变颗粒总体，使下一操作得到合适的粒度、暴露程度和处理状态。目的可以是释放矿物、暴露反应表面、达到产品粒度、形成可输送物料或让分级设备分开粗细部分。“磨得更细”不是合格目标。应定义目标分布、有价矿物解离或暴露、最大顶粒度、细粒约束、处理量范围和下游敏感性。

碎矿通常在较粗粒度通过压缩、冲击等方式破碎；磨矿在较小粒度通过滚动、搅拌等能量传递继续减小粒度；分级按粒度或沉降响应分流，并把选定物料返回或送往下游。在闭路中，磨机和分级器相互耦合，不能只看磨机解释产品。

粒度分布也是测量模型

粒度分布把质量按声明的方法分入粒级，并用累计或微分形式表达。P_{80} 是产品中 80% 质量通过的粒径，F_{80} 为给料对应指标。二者都不描述分布尾部、多峰性、颗粒形状或分矿物粒度。两个产品可以有相同 P_{80}，却有完全不同的细粒和粗粒比例。

筛分、沉降、成像和散射方法采用不同的物理“粒径”定义。不规则颗粒没有唯一直径，制备、分散、团聚、含水和密度都会影响结果。记录方法、筛孔或光学模型、样品质量、干湿基准、分散剂、重复结果和完整粒级表。没有方法与分布的特征粒径是不完整证据。

破碎、结构与解离

破裂可穿过晶粒、沿晶界或沿既有裂隙发生。矿物硬度差、颗粒形态、蚀变、片理、孔隙和微裂隙影响产品。随机破裂是假设，不一定再现选择性破裂。若决定取决于哪些相进入细粒，应测量分粒级矿物组成和解离。

更细磨矿并不保证更好分选。它可能释放目标颗粒，也可能产生易夹带的细脉石、覆盖表面、增加药耗或降低脱水速度。粗复合颗粒若暴露足够有价表面，也可能被回收。磨矿目标应来自同时考虑解离、回收、产品质量、能耗和下游处理的响应曲线，而不是照搬他处惯用粒度。

能量、功率与处理量

比能耗是单位干给料所用能量，应使用内部一致的能量/质量单位。平均净功率为 P、稳定干处理量为 Q_m 时，经单位换算有 e=P/Q_m，并要说明辅机是否在边界内。区分装机功率、实耗功率、净磨矿功率和全流程能耗。负荷、转速、介质、水、分级和给料状态都必须记录，因为相同比能耗可得到不同产品。

一种经验功指数关系写为

$e = 10W_i\left(\frac{1}{\sqrt{P_{80}}}-\frac{1}{\sqrt{F_{80}}}\right),$

粒度和单位必须服从试验约定。它是内插和比较工具，不是普适定律；被测物料、闭路粒度、设备和程序共同定义 W_i。没有验证时，不可把一种方法的结果与另一种方法的粒度或放大假设拼接。

碎磨流程逻辑

分阶段碎矿控制顶粒度并保护下游设备；筛分提前移除已达粒度物料，减少不必要破碎；储仓与配料可以解耦流量，也可能造成离析和库存。磨矿流程结合停留时间、破碎、水、介质与分级。分级器把细粒送往下游、粗粒返回，但两侧都会存在错配颗粒。

循环负荷是内部循环流相对新给料的比值，必须说明基准。数值高不一定低效：它可能反映分级尖锐和磨机负荷合适，也可能暴露分级不良和过度内部搬运。应通过平衡物流质量、固体浓度、粒度分布与分矿物响应诊断，不能从一个未经验证的密度读数推断。

取样与试验策略

碎磨样品应保留与试验相关的强度、粒度和含水状态。有些试验需要大于最小尺寸的完整块，细化验余样不能替代。覆盖岩性、蚀变、风化、构造、矿化、品位范围和空间域，并记录缺失的软弱物料及钻探运输中的破损。强度分布常比平均值更重要。

采用分阶段计划：表征给料，实施重复性和参照检查，筛查变异性，测试候选粒度，必要时再进行集成或中试。区分矿石性质与设备响应。放大应识别能量基准、停留时间分布、输运、分级和控制差异。没有校准范围和残差的拟合参数不能直接进入生产模型。

控制、诊断与响应曲线

跟踪新给料粒度、硬度代理、含水、处理量、功率、水、介质状态、磨机负荷、分级压力或等效状态、物流密度和产品分布。按时间和物料身份绘图。稳定平均值可能掩盖软硬给料交替、控制饱和或库存延迟。地质与响应关联前，要按估计停留时间对齐给料与产品时间。

有用诊断包括分粒级质量平衡、分配曲线、比能耗—处理量、解离—粒度和下游回收—磨矿粒度关系，并应按域检查残差。控制改变会使历史关系失稳，所以模型版本和运行制度必须成为数据字段，不能只存在于口头记忆。

不确定性与常见失效

常见失效包括用一个硬度试验代表异质总体，用化验粉末做粗粒试验，只报告 P_{80}，混淆湿处理量和干处理量，遗漏空载功率，把经验关系外推到粒度范围之外，或假定实验室破碎等于全尺度表现。给料离析、介质磨损、筛网破坏、旁路、传感漂移和未测水量也会改变表观响应。

分别量化重复性、样间变异和预测误差。窄的实验室重复区间不能证明空间代表性。决策应测试硬料、较细目标和较差分级效率等不利组合，并说明不确定性影响能量、处理量、解离、设备上限、产品质量中的哪些部分。

接口与可传递数据

地质接口需要样品位置、支撑、岩类、蚀变、构造、密度、矿物学和完整块可用性。碎磨接口返回特定方法指数、完整分布、条件、不确定性、分粒级矿物数据和适用域。生产计划需要处理量分布与约束，而不是单一确定性硬度标量。

块体可以保存预测硬度代理，但从观察到试验响应的转换必须版本化。非加性响应不能像品位一样平均；配料应通过试验或经验证的非线性规则建模。把模型块体与观测流程表现匹配时，必须处理时间对齐、堆场混合和停留延迟。

集成检查点

检查从源结构、给料粒度分布、能量边界、分级产品到下游响应的完整链。确认候选目标不会通过制造未经验证的细粒、能力或脱水后果来改善单一指标，并记录碎磨关系得到校准的适用范围。

合成算例

两个合成变异样品头部品位相同但结构不同。样品 N 的 F_{80}=6{,}000\ \mathrm{\mu m}，达到 P_{80}=150\ \mathrm{\mu m} 时比能耗为每干质量单位 11 个合成能量单位；样品 C 需要 16 个单位，并产生两倍的亚 20\ \mathrm{\mu m} 比例。分粒级矿物数据表明 C 从 200 微米磨至 120 微米时目标解离增加，之后改善很小。

决定不是把两者都简单磨到 150 微米。下游矩阵比较 200、150 和 120 微米下的回收、选择性与脱水。在不利细粒响应解决前，模型分别保存硬度和细粒生成属性，不合成一个“可磨性”数值。所有数据均为合成教学值。

概念图

闭路碎磨流程把给料结构、分阶段破碎、分级、循环负荷、粒度分布、解离和下游响应连接起来。
闭路碎磨流程把给料结构、分阶段破碎、分级、循环负荷、粒度分布、解离和下游响应连接起来。

练习与决策记录

构造两个 P_{80} 相同但细粒比例不同的合成粒度分布，说明它们如何改变浮选、浸出或脱水。根据声明的净功率和干处理量计算比能耗，再列出解释该值所需的其他测量。记录应包含目的、样品支撑、方法、完整分布、响应曲线、不确定性、尺度边界和下一质量门。

若记录把通过粒径当作完整分布，不说明试验约定便使用功指数，把平均值应用到无支撑域，或由未校准实验室结果推荐全尺度能力，则不合格。

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