鋼球尺寸對半自磨- 球磨系統(tǒng)產(chǎn)能的影響研究

尤騰勝，馮建偉，陳名潔

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

云南某鋅錫銅多金屬選礦廠于2013年建成投產(chǎn)，并于當(dāng)年底全面達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，針對鋅錫銅共伴生復(fù)雜礦石嵌布粒度粗細(xì)不均、共生關(guān)系復(fù)雜的特點，選礦廠在國內(nèi)創(chuàng)新采用半自磨- 球磨(SAB)碎磨工藝，并用立式攪拌磨對銅、鋅粗精礦再磨，通過階段磨礦、階段選別的磨選工藝，降低了過粉碎現(xiàn)象，提高了磨礦效率。

選礦廠設(shè)計規(guī)模8 000 t/d，目前按照8 400 t/d組織生產(chǎn)，基于企業(yè)資源可持續(xù)、高產(chǎn)能及高效益的發(fā)展需要，選礦廠提出了整體擴(kuò)能要求。通過對選礦廠全系統(tǒng)流程考查分析，發(fā)現(xiàn)磨礦系統(tǒng)是影響選礦廠擴(kuò)能的瓶頸；半自磨機(jī)的實際運(yùn)行功率達(dá)到2 400 kW(安裝功率2 600 kW)，球磨機(jī)實際運(yùn)行功率2 650 kW左右(安裝功率3 500 kW)，半自磨機(jī)實耗功率較高，負(fù)荷較重，球磨機(jī)實耗功率相對較低，有較大提升空間，說明半自磨機(jī)與球磨機(jī)的生產(chǎn)負(fù)荷不匹配，半自磨機(jī)是影響產(chǎn)能提升的關(guān)鍵。

影響半自磨機(jī)運(yùn)行的因素較多，如給礦粒度分布、給礦量、鋼球充填率、磨礦介質(zhì)及轉(zhuǎn)速率等，最大鋼球尺寸作為一項重要的影響因素，在生產(chǎn)中可實施性較強(qiáng)，同時能夠最大限度的減小對現(xiàn)有生產(chǎn)的影響；因此選用適宜的鋼球尺寸，一方面提高半自磨機(jī)處理能力，另一方面能夠降低鋼球和襯板的消耗。

JKSimMet是目前世界上應(yīng)用最廣泛的磨礦分級回路模擬軟件，通過模擬和分析實際工業(yè)生產(chǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行物料平衡、模型建議及數(shù)據(jù)模擬，對優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場的磨礦流程非常有優(yōu)勢；本文將選礦廠原礦石的JK落重試驗獲得的碎磨特性參數(shù)與磨礦回路流程考查數(shù)據(jù)相結(jié)合，采用JKSimMet軟件模擬還原至近似于實際生產(chǎn)情況，在此基礎(chǔ)上通過調(diào)節(jié)半自磨機(jī)磨礦介質(zhì)研究不同鋼球尺寸條件下對磨礦系統(tǒng)產(chǎn)能的影響，為選礦廠產(chǎn)能提升的措施提供了科學(xué)依據(jù)。

1 磨礦工藝流程與設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)

采礦場采出的礦石經(jīng)顎式破碎機(jī)破碎后采用長距離膠帶輸送機(jī)運(yùn)往選礦廠的粗礦堆，粗礦堆排料采用帶式輸送機(jī)向半自磨機(jī)供礦。磨礦回路采用半自磨- 球磨- 頑石返回工藝流程，按單系列進(jìn)行配置，半自磨機(jī)排礦端帶有圓筒篩，篩上頑石經(jīng)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)返回到半自磨機(jī)，篩下產(chǎn)物為球磨分級回路的給礦，溢流型球磨機(jī)與水力旋流器組構(gòu)成球磨回路閉路磨礦，水力旋流器溢流為最終磨礦產(chǎn)品。磨礦回路主要設(shè)備參數(shù)如表1所示，模擬輸入的相關(guān)流程單元參數(shù)如表2所示，在JKSimMet軟件中建立的半自磨- 球磨回路模型如圖1所示。

表1 磨礦回路主要設(shè)備參數(shù)

表2 模擬輸入的流程單元參數(shù)

圖2 磨礦回路生產(chǎn)現(xiàn)狀模擬結(jié)果

圖1 半自磨- 球磨回路模型

2 磨礦回路生產(chǎn)現(xiàn)狀模擬

根據(jù)選礦廠磨礦回路的生產(chǎn)現(xiàn)狀，將生產(chǎn)流程考查數(shù)據(jù)進(jìn)行了球磨回路JKSimMet物料平衡計算，在物料平衡的基礎(chǔ)上，結(jié)合JK落重試驗獲得的礦石碎磨特性參數(shù)對半自磨- 球磨系統(tǒng)進(jìn)行建模、模擬，模擬出實際生產(chǎn)情況，在軟件模擬時輸入主要設(shè)備參數(shù)(見表1)，相關(guān)流程單元參數(shù)(見表2)，通過調(diào)整軟件中半自磨機(jī)格子孔尺寸、頑石窗開孔率，水力旋流器作業(yè)條件及效率曲線等參數(shù)，將模擬的流程還原至近似于真實的生產(chǎn)現(xiàn)狀，磨礦回路生產(chǎn)現(xiàn)狀模擬結(jié)果如圖2所示。模擬結(jié)果中頑石產(chǎn)量、半自磨機(jī)運(yùn)行功率、球磨回路循環(huán)負(fù)荷與流程考查結(jié)果基本一致。

3 鋼球尺寸對磨礦系統(tǒng)產(chǎn)能的影響

在磨礦回路生產(chǎn)現(xiàn)狀模擬的基礎(chǔ)上，利用JKSimMet過程模擬功能，研究分析半自磨機(jī)不同鋼球尺寸條件下對磨礦系統(tǒng)產(chǎn)能的影響。

本次研究在模擬過程中，采用三個重要的指標(biāo)來衡量磨礦流程是否模擬完成：(1)最終產(chǎn)品細(xì)度達(dá)到工藝要求-0.074 mm占68%～72%；(2)半自磨機(jī)綜合充填率在25%±0.3%；(3)球磨分級回路循環(huán)負(fù)荷約為250%。

在模擬過程中，磨礦回路設(shè)置的作業(yè)參數(shù)除了新給礦量及最大鋼球尺寸外，其它參數(shù)均與表2一致，在設(shè)定的最大鋼球尺寸條件下，通過調(diào)整半自磨機(jī)新給礦量來保證磨礦回路達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行要求，即衡量磨礦流程模擬完成的三個重要指標(biāo)滿足要求。

本次研究考察半自磨機(jī)最大鋼球尺寸分別為Φ120 mm、Φ130 mm、Φ140 mm及Φ150 mm共計四種鋼球尺寸條件下，磨礦系統(tǒng)處理能力情況。不同鋼球尺寸條件下，磨礦回路模擬結(jié)果如表3所示，Φ140 mm鋼球尺寸條件下模擬結(jié)果如圖3所示。

表3 鋼球尺寸條件下模擬結(jié)果

圖3 Φ140 mm鋼球尺寸條件下模擬結(jié)果

由表3模擬結(jié)果可知，在選礦廠磨礦系統(tǒng)現(xiàn)有配置條件下，通過適當(dāng)加大鋼球尺寸，可以顯著提高半自磨機(jī)的處理能力，頑石產(chǎn)率逐步降低，半自磨機(jī)磨礦產(chǎn)品粒度變化不大，半自磨機(jī)運(yùn)行所需要的總功率略有增加。主要原因是在鋼球直徑較小時，每個鋼球單次沖擊能量較低，導(dǎo)致頑石無法有效破碎，頑石返回量大，當(dāng)鋼球直徑較大時，單次沖擊能量提高，可以有效破碎礦石及頑石。但是在確定的鋼球充填率及轉(zhuǎn)速率條件下，鋼球規(guī)格太大，則充填的鋼球數(shù)量會減少，從而影響鋼球與礦石之間的沖擊次數(shù)，會使磨礦產(chǎn)品粒度變粗。

4 結(jié)論

云南某鋅錫銅多金屬選礦廠半自磨機(jī)是整個系統(tǒng)產(chǎn)能提升的瓶頸，本次研究過程中充分考慮到生產(chǎn)現(xiàn)場的可實施性、最大限度減小對現(xiàn)有生產(chǎn)的影響等，在磨礦回路生產(chǎn)現(xiàn)狀模擬的基礎(chǔ)上，利用JKSimMet過程模擬功能，研究分析半自磨機(jī)不同鋼球尺寸條件下對磨礦系統(tǒng)產(chǎn)能的影響。

流程模擬研究結(jié)果表明，最大鋼球尺寸是影響半自磨機(jī)運(yùn)行性能的關(guān)鍵因素之一，通過適當(dāng)加大鋼球尺寸，能夠顯著提高半自磨機(jī)處理能力，頑石產(chǎn)量下降，如采用Φ140 mm鋼球時，半自磨機(jī)處理能力提高到了430 t/h，半自磨機(jī)運(yùn)行所需的總功率略有增加，可能由于采用大鋼球時，鋼球數(shù)量減少，鋼球與礦石之間的沖擊次數(shù)降低，半自磨機(jī)產(chǎn)品粒度有變粗的趨勢。

需要指出的是，本研究中半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速率按照75%進(jìn)行模擬，轉(zhuǎn)速率較高，鋼球介質(zhì)與礦石在較高轉(zhuǎn)速率情況下，存在鋼球及大塊礦石被提升到一定高度后拋落沖擊襯板及提升條的風(fēng)險。因此，采用大鋼球時，建議降低磨機(jī)轉(zhuǎn)速率，不僅能夠提高半自磨機(jī)處理能力，也能夠加強(qiáng)鋼球與礦石之間的沖擊研磨作用達(dá)到降低產(chǎn)品細(xì)度的目的，同時降低鋼球的提升高度可降低磨機(jī)運(yùn)行總功率。