關(guān)于半自磨機(jī)磨礦產(chǎn)品傳遞粒度 (T80)的討論

王新昌，祖大磊，劉建壽，韓春陽，郭守乾

1中信重工機(jī)械股份有限公司 河南洛陽 471039

2洛陽理工學(xué)院 河南洛陽 471023

3洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

4礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 471039

在 礦石處理領(lǐng)域，碎礦和磨礦是選礦廠的重要組成部分，投資占全廠投資的 60% 左右，生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用也占 40% 以上。同時(shí)磨礦產(chǎn)品質(zhì)量直接影響選礦指標(biāo)[1-2]。因此，破碎磨礦流程的技術(shù)水平直接關(guān)系著整個(gè)選礦廠的生產(chǎn)情況和經(jīng)濟(jì)效益。

目前選礦廠碎磨階段應(yīng)用的工藝流程主要分為3 類：傳統(tǒng)的三段破碎流程、高壓輥磨—球磨流程和半自磨—球磨流程。工藝流程的選擇受到很多因素影響，主要包括：現(xiàn)場地形、氣候、水源、項(xiàng)目規(guī)模、投資水平、技術(shù)水平、人工成本以及環(huán)保要求等。簡單而論，傳統(tǒng)的三段破碎流程較適合小規(guī)模礦山，可能會面臨破碎系統(tǒng)主機(jī)和輔機(jī)可靠性方面的限制；高壓輥磨—球磨流程與傳統(tǒng)的三段破碎流程有些類似，只是用高壓輥磨機(jī)作為細(xì)碎設(shè)備，單機(jī)設(shè)備產(chǎn)能更大，破碎效率更高，在處理硬且脆礦石時(shí)，具有突出的節(jié)能優(yōu)勢；半自磨—球磨流程較其他兩種流程更容易設(shè)備大型化，單系列產(chǎn)能高，易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，管理成本較低，但一般來說能耗和設(shè)備投資較高。上述僅針對一般條件進(jìn)行論述，對于具體項(xiàng)目，需要根據(jù)項(xiàng)目具體要求、礦石性質(zhì)和項(xiàng)目所在地的技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)行綜合定量評估，不能簡單進(jìn)行判定[3-4]。

在礦山領(lǐng)域，半自磨—球磨流程得到越來越廣泛的應(yīng)用，半自磨回路和球磨回路之間的負(fù)荷分配對于系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和系統(tǒng)可調(diào)整富裕度有著重要的影響，其中半自磨產(chǎn)品傳遞粒度對負(fù)荷分配有著直接且重要的影響。

筆者討論了半自磨長徑比、襯板以及礦石性質(zhì)等因素對T80的影響，并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，為后續(xù)新項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)和舊項(xiàng)目改造方案的制定和優(yōu)化提供技術(shù)支撐。

1 產(chǎn)品傳遞粒度

在半自磨—球磨流程中，產(chǎn)品傳遞粒度T80是指半自磨回路最終產(chǎn)品粒度，即球磨回路新給料的粒度分布，如圖 1 所示。

在礦山碎磨流程方案設(shè)計(jì)和設(shè)備選型過程中，針對T80存在兩種不同的技術(shù)觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，由于T80受到眾多因素影響，且存在一定的隨機(jī)性，因此在方案設(shè)計(jì)和計(jì)算模擬過程中，不應(yīng)該將T80納入計(jì)算范圍；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，在方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)追求T80設(shè)計(jì)值的絕對精確。其實(shí)這兩種觀點(diǎn)都存在一定的片面性，沒有深刻理解把握T80，對方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行不利。雖然T80受眾多因素影響，而且存在一定程度的隨機(jī)性，但是T80是一個(gè)客觀存在的技術(shù)參數(shù)，且對碎磨流程負(fù)荷分配有重要影響，不應(yīng)該被漠視。T80體現(xiàn)了礦石在半自磨回路中受多種因素綜合影響后的最終結(jié)果，影響因素雖然眾多且存在波動(dòng)，但是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行后，這些因素對磨礦過程的影響還是有一定規(guī)律的，即使存在波動(dòng)也是在較小范圍內(nèi)。同時(shí)，正是由于這些因素的綜合影響，且存在變化，因此追求絕對穩(wěn)定的T80固定值是不科學(xué)的。簡而言之，在方案設(shè)計(jì)和設(shè)備選型過程中，要充分考慮T80對系統(tǒng)的影響，但不能將其固化，而是隨著磨礦系統(tǒng)狀態(tài)的變化，T80值在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。

如圖 2 所示，半自磨機(jī)T80主要分布在 0.5～3.0 mm 范圍內(nèi)，具體會根據(jù)不同礦石的性質(zhì)、設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)等因素發(fā)生變化。

2 礦石性質(zhì)對 T80的影響

在其他條件不變的情況下，礦石性質(zhì)變化對T80有明顯的影響。當(dāng)?shù)V石性質(zhì)可碎性變差時(shí)，在半自磨機(jī)內(nèi)，礦石更不易碎成小的顆粒，這時(shí)研磨機(jī)制發(fā)揮更大的作用，這會使得T80變小，產(chǎn)品粒度變細(xì)；當(dāng)?shù)V石更易破碎時(shí)，很容易破碎為小顆粒，這時(shí)沖擊破碎機(jī)制發(fā)揮更大的作用，這會使得T80變大，產(chǎn)品粒度變粗；當(dāng)?shù)V石的可磨性較差時(shí)，T80會偏大，產(chǎn)品粒度較粗；當(dāng)?shù)V石的可磨性較好時(shí)，更易磨成細(xì)粉，T80會偏小，產(chǎn)品粒度較細(xì)。

圖1 半自磨—球磨流程模擬Fig.1 Simulation of grinding process involving SAG mill and ball mill in sequence

圖2 T80的分布范圍Fig.2 Distribution range of T80

在半自磨—球磨流程設(shè)計(jì)中，一般以 JK 落重試驗(yàn)結(jié)果A×b或者 SMC 試驗(yàn)結(jié)果DWi表征礦石的抗沖擊破碎能力，以邦德 (Bond)球磨功指數(shù)表征礦石的可磨性。

3 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)對 T80的影響

半自磨機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)也會對T80產(chǎn)生明顯的影響，當(dāng)磨機(jī)的長徑比較大時(shí)，T80就會偏小。一般來說，半自磨機(jī)的長徑比接近 0.5，有一些特殊工藝要求的項(xiàng)目，半自磨機(jī)長徑比可以接近 1.0。格子板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品粒度分布也有重要影響，主要包括格子板開孔比例、開孔尺寸、開孔位置以及頑石孔所占比例。一些現(xiàn)場實(shí)例顯示，通過格子板的設(shè)計(jì)、盲板的應(yīng)用和高料位排礦，可以使磨機(jī)的產(chǎn)品粒度達(dá)到200～300 μm。磨機(jī)內(nèi)部襯板的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和生命周期也會對磨礦產(chǎn)品粒度有一定影響：當(dāng)襯板對鋼球和礦石的提升能力較高時(shí)，對礦石的沖擊破碎效果較好，這時(shí)磨機(jī)的產(chǎn)能較高，但是產(chǎn)品粒度較粗；當(dāng)襯板的提升效果較差或者磨損較為嚴(yán)重時(shí)，提升能力較弱，沖擊破碎效果不好，研磨機(jī)制所占比例擴(kuò)大，這時(shí)磨機(jī)產(chǎn)能較低，產(chǎn)品粒度較細(xì)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通過調(diào)整半自磨機(jī)產(chǎn)品粒度，對半自磨機(jī)和球磨機(jī)工作負(fù)荷進(jìn)行調(diào)整，直接有效的方法之一就是調(diào)整控制篩的篩孔尺寸，一般篩孔尺寸在 6～15 mm，當(dāng)有特殊工藝需要時(shí)，現(xiàn)場也有應(yīng)用 3 mm 篩孔的例子。

4 運(yùn)行參數(shù)對 T80的影響

半自磨機(jī)的轉(zhuǎn)速對磨機(jī)產(chǎn)品粒度分布有較為明顯的影響：當(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，磨機(jī)破碎能力強(qiáng)，產(chǎn)能較大，產(chǎn)品粒度較粗；當(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，磨機(jī)破碎能力降低，研磨能力提升，產(chǎn)能下降，產(chǎn)品粒度變細(xì)；當(dāng)磨機(jī)內(nèi)部添加鋼球尺寸變大，充填量提升時(shí)，磨機(jī)處理能力提升，產(chǎn)品粒度變粗；當(dāng)磨機(jī)內(nèi)部鋼球充填量和鋼球尺寸不足時(shí)，磨機(jī)產(chǎn)能會降低，產(chǎn)品粒度會變細(xì)。

5 負(fù)荷分配的優(yōu)化

通過上述分析可以看出，半自磨機(jī)內(nèi)部主要存在兩種機(jī)制對礦石產(chǎn)生作用：第一種是沖擊破碎，這種機(jī)制在半自磨機(jī)內(nèi)部占主要地位，當(dāng)磨機(jī)沖擊破碎能力提升時(shí)，產(chǎn)能提升，產(chǎn)品粒度變粗；第二種是研磨機(jī)制，這種機(jī)制影響了磨機(jī)產(chǎn)品中細(xì)粉的含量。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可能會由于產(chǎn)能要求或者礦石性質(zhì)發(fā)生了變化，導(dǎo)致磨機(jī)運(yùn)行狀況發(fā)生變化或者需要調(diào)整，這時(shí)就要根據(jù)上述分析得出的規(guī)律，制定相應(yīng)措施進(jìn)行調(diào)整。

當(dāng)?shù)V石的可碎性變差時(shí)，半自磨機(jī)會出現(xiàn)產(chǎn)能降低甚至“漲肚”現(xiàn)象，此時(shí)可以采取的措施包括：增加大尺寸鋼球及填充量，提高磨機(jī)轉(zhuǎn)速，降低新來料粒度，增大控制篩的篩孔尺寸，甚至增加頑石破碎機(jī)等。這些措施都可以增加半自磨機(jī)產(chǎn)能，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，采取其中一種或幾種，磨機(jī)產(chǎn)能會得到改善，產(chǎn)品粒度會變粗。

當(dāng)?shù)V石性質(zhì)變軟，半自磨機(jī)內(nèi)部料位較低時(shí)，或者礦石可磨性變差，球磨機(jī)負(fù)荷過高時(shí)，需要對半自磨機(jī)的產(chǎn)品粒度進(jìn)行調(diào)整，采取的措施主要包括：減少鋼球添加量，降低轉(zhuǎn)速，減小控制篩篩孔尺寸，關(guān)閉頑石破碎機(jī)和更改格子板設(shè)計(jì)等，使半自磨機(jī)產(chǎn)品粒度變細(xì)，負(fù)荷上升。這時(shí)會改善半自磨機(jī)內(nèi)部料位問題，降低球磨機(jī)負(fù)荷。

在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過程中，也有根據(jù)半自磨機(jī)和球磨機(jī)負(fù)荷分配狀況，在小范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整的趨勢，如圖 3 所示。

圖3 礦石性質(zhì)與 T80Fig.3 Mineral properties and T80

從圖 3 可以看出，雖然數(shù)據(jù)較為離散，但是仍然具有一定規(guī)律。橫坐標(biāo)是A×b和BWi的乘積，此值越大說明礦石易碎難磨，此值越小說明礦石難碎易磨。從圖 3 中的趨勢可以看出，當(dāng)?shù)V石易碎難磨時(shí)，半自磨負(fù)荷較輕，球磨機(jī)負(fù)荷較重，在方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)適當(dāng)降低傳遞粒度，增加半自磨機(jī)負(fù)荷，降低球磨機(jī)負(fù)荷；當(dāng)?shù)V石難碎易磨時(shí)，半自磨負(fù)荷較重，球磨機(jī)負(fù)荷較輕，在方案設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)適當(dāng)增大傳遞粒度，降低半自磨機(jī)負(fù)荷，增加球磨機(jī)負(fù)荷。通過上述調(diào)整，系統(tǒng)更為平衡和穩(wěn)定，未來可調(diào)整空間更大。

6 結(jié)論

(1)半自磨機(jī)傳遞粒度T80受眾多因素影響，探討了礦石性質(zhì)、設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)等方面因素對傳遞粒度的影響規(guī)律。T80的變化直接影響了半自磨機(jī)和球磨機(jī)之間的負(fù)荷分配。

(2)在新項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過程中，充分考論各種因素，優(yōu)化半自磨機(jī)和球磨機(jī)之間負(fù)荷分配；對于在運(yùn)行項(xiàng)目，針對不同情況，提出了優(yōu)化措施，以使負(fù)荷分配更加合理，系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。