磨矿介质作为矿石破碎过程中的能量载体,其通过在磨机内的比表面积、单个能量和总能量等方面的变化对磨矿产品粒度、磨矿效率和磨机生产能力产生显著影响。介质形状和尺寸、磨机直径、介质充填率、磨机转速等影响着磨矿介质能量和比表面积。其中,最易于和最直接调节的因素是介质充填率、级配及自身尺寸和形状等。细磨阶段因其能量利用率低,矿石颗粒小,强度大,破碎比小,选择性磨矿作用弱等特点,通过改变磨矿介质形状及级配优化细磨效果是重要的研究方向之一。目前常用的细磨介质形状有钢段和钢球,钢段具有表面积大、兼具线-面接触机制的特点,在细磨阶段对减轻过粉碎有显著效果,但针对难磨物料仍存在破碎力不足的缺陷;而钢球作为传统细磨介质形状,在细磨阶段应用广泛,因其转动性能好、强冲击型点接触机制的特点,磨碎粗颗粒的能力强,但易产生过粉碎。显然,选取合理的磨矿介质形状及级配对改善细磨效果具有重要意义。本论文基于“玉溪大红山矿业有限公司球磨机磨矿介质制度优化”科研项目,系统总结了国内外文献资料中介质形状对磨矿效果的影响,为下一步研究提供了理论依据。为解决大红山铁矿球磨段存在磨矿细度不够,钢耗电耗偏高等问题,以钢球与钢段对不同单一粒级矿石的破碎速率为切入点,确定不同介质形状和尺寸对矿石的最佳破碎区域,结合磨机的给矿粒度分布确定钢球和钢段级配方案;从破碎速率及细粒级零阶产出速率确定钢球级配方案为最佳方案;在此基础上,应用破碎统计力学,理论计算验证钢球级配方案的可靠性。采用混合球径磨矿对比试验、离散元素法建模(EDEM)模拟仿真试验和工业应用试验相结合的方法验证了钢球级配方案的可靠性,其中,在EDEM离散元模拟仿真试验中引入损伤系数和Tavares破碎模型,揭示了矿石的破碎机制,为解决现场问题,降低磨矿能耗、提高磨矿效率、提供了基础理论与技术支撑。EDEM模拟仿真试验结果表明:(1)钢球方案的介质运动状态较钢段方案活跃;(2)钢球方案的碰撞总能量较钢段方案提高了2076.58 J,钢球方案用于破碎矿石的有效能量利用率较钢段方案提高了4.12%。(3)钢球方案5 mm的矿石颗粒的破碎量较钢段方案提高了548个。(4)钢球方案的磨机功率较钢段方案降低了179.22 W,验证了钢球方案的可靠性。混合球径磨矿对比试验结果表明:钢球方案较钢段方案+0.15 mm粗级别含量降低了0.98%,磨矿细度-0.074 mm含量提高了6.93%,-0.074 mm利用系数提高了14.30%,验证了钢球方案的可靠性。工业试验结果表明:三选厂铜系列Φ660 mm旋流器溢流细度-0.074 mm含量达到了81.71%,较试验前指标74.00%提升了7.71%,改善了磨矿效果及后续选别指标;三选厂铜系列球磨机工业试验期间单位钢耗为0.57 kg/t,较之前的指标0.63 kg/t降低了9.52%,未来一年可节省钢球费用96.29万元;三选厂铜系列工业试验期间单位电耗为10.13 k W·h/t,较试验前指标11.46 k W·h/t下降了个11.61%,未来一年可节省电费213.44万元。工业试验结果与理论计算、混合球径磨矿对比试验及模拟仿真试验确立的最佳介质形状级配方案的结果基本相符,验证了钢球方案(Φ50:Φ40:Φ30:Φ20=15:25:45:15)的可靠性。