粉碎试验技术/吴建明

本书系统介绍了粉碎及其试验技术的理论基础、粉碎试验操作技术、粉碎试验有关工艺和设备参数的测定技术；全面介绍了试验室、半工业和工业粉碎试验方法；重点介绍了目前靠前外主要的粉碎试验方法。90年代，特别是2000年以来，随着粉碎试验技术的不断发展和成熟，试验方法向小型化和简化方向发展，已基本摒弃了消耗大量人力、物力、财力和时间的半工业试验方法，而代之以各种与大型数据库和计算机模拟相结合的现代小型试验室试验方法，大大减少了试验工作量，降低了试验成本，强调试验方法的科学性，使粉碎流程设计和设备选型更加准确，并且随着生产时间的推移始终保持其准确性。本书反映了这方面粉碎试验技术的发展特点。随着科学技术的发展，粉碎流程和设备都在不断进步和演变，一些新型粉碎设备和技术逐渐成熟并获得应用。辊压机（高压辊磨机）、VertiMill立式磨机（塔磨机）和IsaMill搅拌磨机等新型粉碎设备正在进入粉碎领域。为适应这一技术发展的需要，出现了相应的粉碎试验技术及其设备选型方法。本书反映了这方面粉碎试验技术的近期新发展。

吴建明，研究员，北京矿冶研究总院。1982年1月毕业于北京钢铁学院（北京科技大学）。参加实验室碎磨功指数试验工艺和设备研究及推广应用项目，1983年获中国有色金属工业总公司科学技术进步四等奖；1985年该项目推广应用获中国有色金属工业总公司科学技术进步四等奖。参加司家营铁矿磨矿试验项目并担任现场负责人，1986年获得国家计委、国家经委、国家科委和国家财政部“六五”科技攻关奖。主持高能冲击可碎性试验机研制项目，1996年获中国有色金属工业总公司科学技术进步四等奖。主持《多碎少磨设备与工艺研究》项目，1996年获中国有色金属工业总公司科技进步二等奖。主持《GJ5×2大型双槽高强度搅拌球磨机/剥片机的研制》项目，2008年获中国有色金属工业协会科技进步二等奖。

第1章 粉碎试验基础…………………………………………………………………………………1
1.1 概述
1.1.1 粉碎
1.1.2 粉碎试验
1.2 粉碎方式、粉碎阶段和破碎比
1.2.1 粉碎方式
1.2.2 粉碎阶段和破碎比
1.3 粉碎理论、原理和原则…………………………………………………………………………4
1.3.1 粉碎能耗理论
1.3.2 离散数学和分形理论………………………………………………………………………6
1.3.3 多碎少磨原则
1.3.4 料层粉碎原理………………………………………………………………………………8
1.4 粉碎机械概述
1.5 粉碎试验室……………………………………………………………………………………10
1.5.1 粉碎试验设备 ……………………………………………………………………………11
1.5.2 样品制备设备
1.5.3 检测仪器 …………………………………………………………………………………12
1.5.4 试验辅助设施
1.5.5 办公设施 …………………………………………………………………………………13
参考文献
第2章 粉碎试验方案的制定 ………………………………………………………………………14
2.1 粉碎试验方法的选择确定
2.1.1 粉碎试验的分类
2.1.2 试验方法的选择确定………………………………………………………………………16
2.2 粉碎试验设计
2.2.1 试验设计的基本概念
2.2.2 试验设计方法
2.2.3 粉碎试验的试验设计
参考文献 ……………………………………………………………………………………………20
第3章 物料主要特性参数的测定……………………………………………………………………21
3.1 物料的颗粒粒度及其测定方法
3.1.1 颗粒粒度的表示方法
3.1.2 颗粒粒度的试验室测定方法………………………………………………………………24
3.1.3 连续湿式粉磨过程中矿浆颗粒粒度的在线测定方法……………………………………36
3.2 物料的物理性质及其测定方法
3.2.1 密度
3.2.2 容积密度…………………………………………………………………………………38
3.2.3 矿浆密度
3.2.4 矿浆浓度
3.2.5 含水率
3.2.6 自然堆角、摩擦角和排放角
3.2.7 矿浆粘度…………………………………………………………………………………42
3.3 物料的粉碎特性及其测定方法
3.3.1 物料的机械特性和普氏系数
3.3.2 物料的硬度………………………………………………………………………………43
3.3.3 金属材料的硬度
3.3.4 相对可碎性（可磨性）系数
3.3.5 Bond功指数 ……………………………………………………………………………44
3.3.6 颗粒粒度对粉碎难易程度的影响
3.4 物料的磨蚀性
3.5 物料的颗粒形状
3.5.1 粉碎产生的颗粒形状
3.5.2 颗粒形状对物料性质的作用和影响
3.5.3 颗粒形状的表示方法……………………………………………………………………45
参考文献
第4章 粉碎试验操作技术…………………………………………………………………………47
4.1 取样
4.1.1 物料样品
4.1.2 采样………………………………………………………………………………………48
4.1.3 制样
4.2 粉碎试验流程考察 …………………………………………………………………………52
4.2.1 粉碎试验流程考察的方法和内容
4.2.2 粉碎流程和设备参数的测定和计算
4.2.3 粉碎工艺流程的计算和粉碎工艺流程图
4.3 粉碎试验数据处理
4.3.1 粉碎试验数据和结果的表达
4.3.2 粉碎试验数据误差分析
4.4 粉碎试验报告的编写 ………………………………………………………………………67
参考文献…………………………………………………………………………………………68
第5章 粉碎试验室试验技术 ……………………………………………………………………69
5.1 Bond（低能）冲击破碎功指数试验
5.1.1 试验设备
5.1.2 试验方法
5.1.3 数据处理和试验结果……………………………………………………………………70
5.1.4 试验实例
5.1.5 试验结果的应用…………………………………………………………………………71
5.2 高能冲击功指数试验
5.2.1 试验设备…………………………………………………………………………………72
5.2.2 试验方法
5.2.3 数据处理和试验结果
5.2.4 试验实例…………………………………………………………………………………73
5.2.5 试验结果的应用
5.3 Bond 棒磨功指数试验………………………………………………………………………75
5.3.1 试验设备
5.3.2 试验方法
5.3.3 数据处理和试验结果 …………………………………………………………………76
5.3.4 试验实例
5.3.5 试验结果的应用 ………………………………………………………………………78
5.4 Bond 球磨功指数试验………………………………………………………………………79
5.4.1 试验设备 ………………………………………………………………………………80
5.4.2 试验方法
5.4.3 数据处理和试验结果 …………………………………………………………………81
5.4.4 试验实例
5.4.5 试验结果的应用 ………………………………………………………………………83
5.5 Bond粉磨功指数的简化试验、模拟计算和特殊确定方法………………………………84
5.5.1 部分测定和模拟计算法
5.5.2 模拟计算方法
5.5.3 特殊试验方法
5.5.4 Bond粉磨功指数与其他物理参数的关系
5.5.5 推测法 …………………………………………………………………………………92
5.5.6 简化试验、模拟计算和特殊确定方法的讨论
5.6 操作功指数的测定 …………………………………………………………………………95
5.6.1 操作功指数的概念
5.6.2 测定步骤
5.6.3 测定实例…………………………………………………………………………………96
5.7 金属磨损指数试验
5.7.1 试验设备
5.7.2 试验方法…………………………………………………………………………………97
5.7.3 数据处理和试验结果……………………………………………………………………98
5.7.4 试验实例
5.7.5 试验结果的应用
5.8 容积法可磨度试验 …………………………………………………………………………99
5.8.1 试验设备
5.8.2 试验方法
5.8.3 数据处理和试验结果
5.8.4 试验实例…………………………………………………………………………………99
5.8.5 试验结果的应用
参考文献…………………………………………………………………………………………101
第6章 自磨（半自磨）试验技术 ………………………………………………………………103
6.1 实验室湿式分批自磨（半自磨）试验
6.1.1 试验设备
6.1.2 试验方法
6.1.3 数据处理和试验结果
6.1.4 试验结果的应用
6.1.5 试验实例
6.2 JKMRC自磨（半自磨）实验室试验………………………………………………………104
6.2.1 冲击（高能）粉碎试验（JKTech落重试验）………………………………………105
6.2.2 磨剥（低能）粉碎试验 ………………………………………………………………106
6.2.3 测定物料密度
6.2.4 试验结果的应用
6.2.5 试验和应用实例………………………………………………………………………108
6.3 JKMAC旋转破碎试验
6.3.1 试验设备………………………………………………………………………………109
6.3.2 试验方法………………………………………………………………………………110
6.3.3 试验结果的应用
6.4 半自磨机粉碎（SMC）试验 ……………………………………………………………111
6.4.1 试验设备
6.4.2 试验方法
6.4.3 数据处理和试验结果…………………………………………………………………112
6.4.4 试验结果的应用
6.5 半自磨功率指数（SPI）试验……………………………………………………………114
6.5.1 试验样品
6.5.2 试验工作
6.5.3粉碎经济性评价工具（CEET）
6.5.4 用CEET进行SPI试验数据处理和半自磨？球磨流程设计 ………………………117
6.5.5 试验实例一……………………………………………………………………………119
6.5.6 试验实例二
6.6 MacPherson半自磨可磨性试验……………………………………………………………124
6.6.1 试验流程和设备
6.6.2 试验方法………………………………………………………………………………125
6.6.3 数据处理和试验结果
6.7 标准自磨设计（SAGDesign）试验………………………………………………………126
6.7.1 试验设备
6.7.2 试验方法
6.7.3 数据处理和试验结果
6.7.4 试验结果的应用………………………………………………………………………127
6.7.5 试验实例
6.8 芬兰Outokumpu公司自磨流程试验
6.8.1 坠落试验………………………………………………………………………………128
6.8.2 介质能力试验
6.8.3 自磨可磨性试验
6.8.4 功指数试验
6.9 南非Mintek公司自磨（半自磨）实验室和半工业试验
6.9.1 试验室分批试验
6.9.2 半工业试验
6.9.3 数学模型和计算机模拟
6.10 自磨介质适应性试验……………………………………………………………………130
6.10.1 试验设备
6.10.2 试验方法
6.10.3 数据处理和试验结果
6.10.4 试验结果的应用 ……………………………………………………………………132
6.10.5 试验实例
6.11 自磨（半自磨）半工业试验 ……………………………………………………………133
6.11.1 试验样品 ……………………………………………………………………………134
6.11.2 基本试验工艺流程和主要试验设备
6.11.3 试验内容、操作和考察
6.11.4 数据处理和试验结果 ………………………………………………………………137
6.11.5 试验结果的应用
参考文献
第7章 其他粉碎试验技术………………………………………………………………………140
7.1 德国ThyssenKrupp Polysius 公司的辊压机（高压辊磨机）试验技术。
7.1.1 POLYCOM粉磨指数（PGI）试验
7.1.2 初步探索试验
7.1.3 辊面磨损试验
7.1.4 半工业试验
7.1.5 球磨试验………………………………………………………………………………142
7.1.6 试验数据处理
7.1.7试验结果的应用
7.2 德国KHD Humboldt Wedag公司的辊压机（高压辊磨机）试验技术
7.2.1 试验设备
7.2.2 试验程序和试验方法…………………………………………………………………145
7.2.3 数据处理、试验结果及其应用
7.2.4 试验实例……………………………………………………………………………152
7.3 IsaMill搅拌磨机试验技术………………………………………………………………154
7.3.1 试验设备……………………………………………………………………………155
7.3.2 试验方法
7.3.3 数据处理和试验结果
7.3.4 IsaMill搅拌磨机的按比例放大
7.3.5 试验实例……………………………………………………………………………157
参考文献 ……………………………………………………………………………………158

据考证，我国夏代就出现了青铜器。考古中，在长江流域发现了多处商代中期的铜采场遗迹，商代晚期的铜绿山古铜矿遗址已经存有粉碎的遗迹。那时，当还不知道矿石怎样才容易粉碎，应该粉碎到什么程度时，想起来总是要先试一试的吧，那么这“试一试”是否就是最初的粉碎试验呢？
时光荏苒，粉碎试验逐渐成为一种人类有意识、有目的的活动。在不知不觉中，粉碎试验发展起来了。随着人类生产规模的日益扩大，生产行为的日益复杂化，粉碎试验的种类日益繁多，技术水平日益提高。
我国的粉碎试验技术是怎样发展起来的，已难寻根溯源。20世纪70年代后期开始实行的改革之前，国内一般采用苏联的试验方法。改革开放使我们引进了西方的试验技术，其中最引人注目的当属美国的Bond试验体系和半工业试验方法。80年代后期到90年代，我国选矿工业进入一个低潮时期。就在我们谈论选矿是不是夕阳工业时，国外的粉碎试验技术仍在持续发展。当我们迈入21世纪，举目远眺，发现国外的粉碎试验技术呈现出与以往完全不同的面貌，大型数据库、数学模型、地质矿物学使我们耳目一新。
粉碎试验之所以必要，原因在于粉碎是矿物加工过程中的重要作业阶段，其重要性不仅在于选别作业依赖粉碎作业提供单体解离的物料颗粒，从而实现矿物加工过程的产品目标，而且在于粉碎作业电能消耗量和金属材料磨损消耗量极其巨大，对矿物加工作业的经济性有至关重要的影响。采用适当的粉碎试验技术进行试验，获得必要的试验数据和结果，用于选矿厂设计中粉碎流程设计和设备选型计算，能够合理地确定粉碎流程，正确地进行设备选型，从而在未来选矿厂建设中投入较低的基本投资，在未来生产中以较低的生产操作成本达到预期的设计技术指标，获得尽可能高的经济效益和产品质量。
本书尝试将粉碎试验技术进行系统的归纳和总结，使之形成一个专门的技术体系，同时对国内外粉碎试验技术，特别是对最新、最先进的粉碎试验方法进行全面的总结和介绍，为选矿厂设计中粉碎流程设计和设备选型试验方法的开发和选用提供借鉴，为这一领域技术的研究、开发、设计、教学提供资料和信息，促进矿物加工技术的发展。
本书内容包括粉碎及其试验技术的理论基础、粉碎试验操作技术、粉碎试验有关工艺和设备参数的测定技术。本书全面介绍了试验室、半工业和工业粉碎试验方法，重点介绍了主要的试验室试验方法，其中包括目前国内外最新、最先进的试验方法。在介绍试验方法之余，还尽可能介绍了后续的试验结果应用，以及试验及应用实例。
90年代，特别是2000年以来，随着粉碎试验技术的不断发展和成熟，试验方法向小型化和简化方向发展。例如自磨（半自磨）试验，已基本摒弃了消耗大量人力、物力、财力和时间的半工业试验方法，而代之以各种与大型数据库和计算机模拟相结合的现代小型试验室试验方法，大大减少了试验工作量，降低了试验成本，强调试验方法的科学性，使粉碎流程设计和设备选型更加准确，并且随着生产时间的推移始终保持其准确性。本书反映了这方面粉碎试验技术的发展特点。
随着技术的发展，粉碎流程和设备都在不断进步和演变，新型粉碎设备和技术不断成熟并获得应用。辊压机（高压辊磨机）、VertiMill立式磨机（塔磨机）和IsaMill搅拌磨机等新型粉碎设备正在进入粉碎领域。为适应这些技术发展的需要，出现了相应的粉碎试验技术及其设备选型方法。本书反映了这方面粉碎试验技术的最新发展。
本书面向矿业领域科研单位、设计单位、矿业企业技术部门、粉碎机械制造企业技术部门的科研、设计、技术人员，以及大专院校矿物加工专业师生。本书内容适用于矿物加工粉碎专业科研、设计方面的试验研究和教学工作，矿物加工粉碎作业生产流程考察和检测技术工作。
近些年来，我国矿业经济和技术有了很大发展，已成为矿业大国，但在粉碎试验技术方面发展相对缓慢，与国外的持续快速发展相比，差距较大，与我国粉碎工业的发展不相适应。希望本书对我国粉碎试验技术以及粉碎技术的发展有所助益。
未来的粉碎试验技术将是怎样的面貌，现在很难预料。可以想象的是会有更多先进技术融入，其中还有现在尚未出现的新技术。无论如何，本书介绍的粉碎试验技术是从以往通向未来的桥梁。本书相信，未来的粉碎试验技术一定更完美。
由于本人水平所限，书中错误和不足之处在所难免，欢迎广大粉碎界同仁和读者批评指正。