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CN114397315B - 一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法 - Google Patents

一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，属于研究煤炭破碎行为的方法。分别选用总体积与直径相同的钢球和钢锻为介质对窄粒级煤炭开展多时间批次研磨，在筛取各破碎条件粗粒级产物后进行相同体素的微米CT测试。利用三维重构软件分析微米CT测试数据，并借助分水岭算法完成破碎产物中各个颗粒的分割与提取，计算其体积、表面积、球形度、长径比等，进而对比探究研磨介质种类对破碎产物三维形貌特征的影响。本方法从分析破碎产物的三维形貌特征角度出发，是对不同研磨介质作用下煤炭破碎速率和能耗差异比对的重要补充，可更加全面系统的揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响。

Description

一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法
技术领域
本发明涉及一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，是在传统的研磨介质破碎作用对比内容(即煤炭破碎速率和能耗)基础上，借助现代仪器分析手段添加破碎产物三维形貌分析，对全面系统揭示研磨介质对煤炭破碎过程影响具有重要的支撑作用。
背景技术
自然矿产中目标矿物的嵌布粒度一般都较低，因此研磨破碎是矿物分选工艺中不可或缺的重要环节。通常来讲，研磨的主要作用是促进矿物解离，并同步起到的降低颗粒粒度的作用。研磨过程所使用的球磨机(细磨)、搅拌磨(超细磨)等的能量利用效率均较低，即大部分能量用于设备运转、介质运动以及热量损失，仅少部分能量能作用到颗粒上实现上述目标。现场统计数据显示选矿厂中约70％能耗源自矿物研磨；而选煤厂为提高精煤回收率而增加中煤研磨浮选工艺，该研磨环节所使用的多为球磨机，其能耗在中煤研磨浮选工艺中的占比也相对较高。
为提高研磨产物的解离度和细粒级产率，通常采用优化研磨介质球径配比和更换介质种类的方法。在后者中使用较多的研磨介质为钢球和钢锻，两者几何结构的差异导致其在研磨过程中与矿物的接触面和作用力方面有所不同，进而在矿物研磨后产生不同的解离度、细粒级产率及能量消耗。已有文献表明采用钢锻作为研磨介质可在保持较高的矿物解离度时避免过度粉碎，降低后续浮选回收的压力。然而不同研磨介质对矿物破碎效果差异的体现不仅局限于解离度、细粒级产率及能量消耗三个方面，研磨介质间几何结构的差异还会对其与矿物颗粒的接触和施力方式产生作用，进而影响研磨产物的三维形貌特征，并最终改变浮选阶段气泡矿化效率以及矿化气泡与产物间作用力的强弱。
由于金属矿产中目标矿物的嵌布粒度相对较低，需采用研磨的方法降低颗粒粒度、促进矿物解离。目前球磨机在各类金属矿产的选冶体系中应用较多，并多采用钢球、钢锻或钢棒等作为研磨介质，通过优化球径配比等方式改善矿物解离效果。虽然已有相关文献对比分析了钢球和钢锻在球磨机处理金属矿物后产物细度、解离程度和研磨能耗的差异，但对颗粒三维形貌的研究鲜有报道。
发明内容
技术问题：本发明的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，在常规比较不同研磨介质作用下物料破碎速率和能耗差异基础上，增加物料三维形貌表征和对比，为系统全面研究研究介质对煤炭破碎过程影响提供数据支撑。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，包括采用球磨机、振筛机、套筛、相同直径的钢球和钢锻；利用排水法精确测定每个钢球和钢锻的体积，再在总体积相同的前提下计算所需钢球和钢锻的数量；进行多时间批次的破碎后，将球磨机中破碎的煤炭产物取出后放入振筛机套筛筛分，筛取各窄粒级煤炭产物用于微米CT测试；分别对各个窄粒级煤炭产物进行相同体素的微米CT测试，利用三维重构软件中的分水岭算法分割并提取粒群中各颗粒，进而分析其体积、表面积、球形度、长径比等三维形貌特征参数，探究研磨介质种类对破碎产物三维形貌特征参数的影响；具体步骤为：
步骤一：破碎实验前，利用排水法准确测量直径相同的钢球和钢锻体积，计算所用球磨机在填充率35％时所需的研磨介质总体积，计算出所需钢球和钢锻的数量；
步骤二：将总体积相同的钢球和钢锻以及窄粒级煤炭原始物料置于球磨机内，进行多时间批次的破碎；
步骤三：破碎实验完成后，筛取研磨后各批次破碎产物中的窄粒级煤炭产物，采用微米CT对各批次的不同窄粒级煤炭产物进行相同体素的无损检测；
步骤四：利用三维重构软件中的分水岭算法分析各CT数据，完成各批次粒级煤炭粒群中各颗粒的分割和提取，并计算三维形貌特征参数；
步骤五：对比各批次破碎时间条件下，不同研磨介质破碎产物中窄粒级煤炭三维形貌特征参数，并结合各窄粒级煤炭产率分析不同三维形貌特征参数颗粒含量随破碎时间和研磨介质的变化情况，揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响。
所述的筛取研磨后各批次破碎产物通过振动筛和套筛获得，套筛的筛比为根号2。
所述的窄粒级煤炭原始物料粒度的最大与最小值之比为根号2。
所述的多时间批次的破碎中各个破碎时间以1min为间隔逐渐累加，最长破碎时间为10min。
所述筛取研磨后各批次破碎产物中的窄粒级煤炭产物进行微米CT无损检测的粒度下限为0.125mm。
所述的不同窄粒级煤炭产物的测试是将各窄粒级煤炭置于内径15mm的塑料管中，在相同的测试条件下进行体素为15微米的CT测试。
有益效果：本发明提出了的无损检测与三维体数据分析相结合的方法，分割提取研磨产物中的各个颗粒并计算其体积、表面积、球形度和长径比等信息，对比分析研磨介质对产物三维形貌特征的影响。所涉及的内容源于金属矿产复杂的研磨体系，采用微米CT无损检测与三维重构软件数据分析相结合的方法，研究在不同研磨时间和介质作用下颗粒三维形貌特征差异，弥补现有研究在该方面的不足，为全面系统的揭示研究介质对矿物研磨过程的影响提供技术支撑。选择利用微米CT和三维重构软件完成破碎产物中粗粒级的无损检测和三维形貌特征参数计算，进而结合不同研磨时间和介质条件下破碎产物的粒度组成，对比分析各窄粒级破碎产物的三维形貌特征参数随破碎条件改变的演变规律。所涉及的方法纳入了现代分析检测技术，可实现对颗粒群的准确分割提取和三维形貌特征参数的分析计算，是对现有关于研磨介质对煤炭破碎过程影响研究的重要补充，也是对不同研磨介质作用下煤炭破碎速率和能耗差异比对的重要补充，可更加全面系统的揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响。该方法基于两种不同的研磨介质(钢球和钢锻)在球磨破碎过程中与煤炭施力与作用方式差异所引发的破碎产物三维形貌特征差异，利用微米CT和三维重构软件开展不同破碎条件下粗粒级产物的无损检测、三维重构和颗粒分割提取，并统计体积、比表面积、球形度、长径比等三维形貌特征参数。本研究方法在传统的研磨介质破碎作用对比内容(即煤炭破碎速率和能耗)基础上，借助现代仪器分析手段添加破碎产物三维形貌分析，对全面系统揭示研磨介质对煤炭破碎过程影响具有重要的支撑作用。本方法从分析破碎产物的三维形貌特征角度出发，是对不同研磨介质作用下煤炭破碎速率和能耗差异比对的重要补充，可更加全面系统的揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响。本发明所涉及的相关方法同样适用于研究介质对金属矿产研磨产物三维形貌特征的研究。
附图说明
图1为本发明的研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图中对本发明的实施例作进一步的描述：
本发明的研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，包括采用球磨机、振筛机、套筛、相同直径的钢球和钢锻；利用排水法精确测定每个钢球和钢锻的体积，再在总体积相同的前提下计算所需钢球和钢锻的数量；进行多时间批次的破碎后，将球磨机中破碎的煤炭产物取出后放入振筛机套筛筛分，筛取各窄粒级煤炭产物用于微米CT测试；分别对各个窄粒级煤炭产物进行相同体素的微米CT测试，利用三维重构软件中的分水岭算法分割并提取粒群中各颗粒，进而分析其体积、表面积、球形度、长径比等三维形貌特征参数，探究研磨介质种类对破碎产物三维形貌特征参数的影响；具体步骤为：
步骤一：破碎实验前，利用排水法准确测量直径相同的钢球和钢锻体积，计算所用球磨机在填充率35％时所需的研磨介质总体积，计算出所需钢球和钢锻的数量；
步骤二：将总体积相同的钢球和钢锻以及窄粒级煤炭原始物料置于球磨机内，进行多时间批次的破碎；所述的多时间批次的破碎中各个破碎时间以1min为间隔逐渐累加，最长破碎时间为10min。
步骤三：破碎实验完成后，筛取研磨后各批次破碎产物中的窄粒级煤炭产物，各批次破碎产物中用于进行微米CT无损检测的窄粒级煤炭产物粒度下限为0.125mm，采用微米CT对各批次的不同窄粒级煤炭产物进行相同体素的无损检测，所述的不同窄粒级煤炭产物的测试是将各窄粒级煤炭置于内径15mm的塑料管中，在相同的测试条件下进行体素为15微米的CT测试；所述的筛取研磨后各批次破碎产物通过振动筛和套筛获得，套筛的筛比为根号2；所述的窄粒级煤炭原始物料粒度的最大与最小值之比为根号2。
步骤四：利用三维重构软件中的分水岭算法分析各CT数据，完成各批次粒级煤炭粒群中各颗粒的分割和提取，并计算三维形貌特征参数；
步骤五：对比各批次破碎时间条件下，不同研磨介质破碎产物中窄粒级煤炭三维形貌特征参数，并结合各窄粒级煤炭产率分析不同三维形貌特征参数颗粒含量随破碎时间和研磨介质的变化情况，揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响。
实施例一、
如图1所示，本发明的研究煤炭混合辊磨破碎中各组分破碎行为的方法，包括三个步骤：
步骤一：选用总体积和直径相同的钢球和钢锻作为研磨介质，开展多时间批次的窄粒级煤炭球磨实验；以根号2为筛序筛分研磨产物，获得其粒度组成；收集+0.125mm的各窄粒级物料，并置于内径15mm的塑料管中；
步骤二：利用微米CT对各破碎条件下大于0.125mm的窄粒级煤炭产物开展15微米体素的无损检测；之后通过三维重构软件分析各体数据，在借助分水岭算法分割提取窄粒级产物中的各颗粒后，统计其体积、表面积、球形度和长径比三维形貌特征参数；
步骤三：利用步骤一所得的各破碎条件下产物粒度组成，以及步骤二所得各条件下颗粒群的三维形貌特征参数，对比分析各窄粒级破碎产物的三维形貌特征参数随破碎条件改变的演变规律，为全面揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响提供数据支撑。

Claims (2)

1.一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，包括采用球磨机、振筛机、套筛、相同直径的钢球和钢锻；其特征在于：利用排水法精确测定每个钢球和钢锻的体积，再在总体积相同的前提下计算所需钢球和钢锻的数量；进行多时间批次的破碎后，将球磨机中破碎的煤炭产物取出后放入振筛机套筛筛分，筛取各窄粒级煤炭产物用于微米CT测试；分别对各个窄粒级煤炭产物进行相同体素的微米CT测试，利用三维重构软件中的分水岭算法分割并提取粒群中各颗粒，进而分析其体积、表面积、球形度、长径比等三维形貌特征参数，探究研磨介质种类对破碎产物三维形貌特征参数的影响；具体步骤为：
步骤一：破碎实验前，利用排水法准确测量直径相同的钢球和钢锻体积，计算所用球磨机在填充率35%时所需的研磨介质总体积，计算出所需钢球和钢锻的数量；
步骤二：将总体积相同的钢球和钢锻以及窄粒级煤炭原始物料置于球磨机内，进行多时间批次的破碎；
步骤三：破碎实验完成后，筛取研磨后各批次破碎产物中的窄粒级煤炭产物，采用微米CT对各批次的不同窄粒级煤炭产物进行相同体素的无损检测；
步骤四：利用三维重构软件中的分水岭算法分析各CT数据，完成各批次粒级煤炭粒群中各颗粒的分割和提取，并计算三维形貌特征参数；
步骤五：对比各批次破碎时间条件下，不同研磨介质破碎产物中窄粒级煤炭三维形貌特征参数，并结合各窄粒级煤炭产率分析不同三维形貌特征参数颗粒含量随破碎时间和研磨介质的变化情况，揭示研磨介质对煤炭破碎过程的影响；
所述筛取研磨后各批次破碎产物中的窄粒级煤炭产物进行微米CT无损检测的粒度下限为0.125mm；
所述的不同窄粒级煤炭产物的测试是将各窄粒级煤炭置于内径15mm的塑料管中，在相同的测试条件下进行体素为15微米的CT测试；
所述的筛取研磨后各批次破碎产物通过振动筛和套筛获得，套筛的筛比为根号2；
所述的窄粒级煤炭原始物料粒度的最大与最小值之比为根号2。
2.根据权利要求1所述的一种研磨介质对煤炭破碎产物三维形貌特征影响的方法，其特征是：所述的多时间批次的破碎中各个破碎时间以1min为间隔逐渐累加，最长破碎时间为10min。
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