半自磨流程的發(fā)展及應(yīng)用

馬帥, 肖慶飛,*, 趙福剛, 張謙

1.省部共建國(guó)家復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，云南 昆明 650093；

2.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；

3.中鋼集團(tuán)馬鞍山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000

前言

20世紀(jì)30年代，由于工業(yè)需求美國(guó)制造了世界上第一臺(tái)濕式自磨機(jī)，發(fā)展到20世紀(jì) 50年代選礦廠開始使用自磨機(jī)來(lái)進(jìn)行磨礦作業(yè)，20世紀(jì)60年代開始國(guó)外的選礦廠發(fā)現(xiàn)使用自磨機(jī)處理量無(wú)法達(dá)標(biāo)，選礦廠就在自磨機(jī)中添加一定量的鋼球形成了半自磨[1]。自磨機(jī)是將礦塊達(dá)150～250 mm的礦石直接放入自磨機(jī)中，當(dāng)磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)物料相互碰撞、研磨達(dá)到礦石粉碎。半自磨機(jī)的工作原理在自磨機(jī)工作原理中加入少量鋼球介質(zhì)在簡(jiǎn)體內(nèi)增加相互連續(xù)的沖擊、滾落磨削作用從而使物料加速粉碎，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的效果[2-4]。半自磨流程相對(duì)于傳統(tǒng)磨礦流程較短，筒體比傳統(tǒng)的磨機(jī)要短，磨到合格粒級(jí)的礦石不會(huì)在磨機(jī)里長(zhǎng)時(shí)間的滯留，及時(shí)排出防止了過(guò)磨和能源的浪費(fèi)。

半自磨工藝與傳統(tǒng)的磨礦工藝相比優(yōu)點(diǎn)有：(1)半自磨機(jī)處理能力大；(2)半自磨機(jī)單位礦石生產(chǎn)成本低；(3)半自磨流程比較短，便于管理所以需要的人力成本低；(4)半自磨操作簡(jiǎn)單；(5)半自磨工藝可以有效減少磨礦介質(zhì)對(duì)礦物表面電化學(xué)性質(zhì)的影響。為了解決實(shí)際生產(chǎn)帶來(lái)的問(wèn)題半自磨流程的發(fā)展呈多樣化，目前，最常見的有單段半自磨流程、半自磨+球磨(SAB)、半自磨+球磨+頑石破碎(SABC)[5]。本文通過(guò)總結(jié)近年來(lái)傳統(tǒng)半自磨流程在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用，對(duì)今后的半自磨工藝發(fā)展方向提出了幾點(diǎn)建議。

1 單段半自磨流程

單段半自磨流程是半自磨機(jī)與分級(jí)設(shè)備(振動(dòng)篩或者水力旋流器)直接構(gòu)成閉合回路[6]。單段半自磨流程中給礦的力學(xué)性質(zhì)變化會(huì)使得半自磨機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，當(dāng)?shù)V石力學(xué)性質(zhì)中的韌性和硬度變大，對(duì)于高韌性礦石可磨度越小越需要強(qiáng)化破碎磨剝和足夠的沖擊力。當(dāng)沖擊破碎效果越差使得磨機(jī)的處理能力下降，半自磨機(jī)頑石破碎的速率降低最終導(dǎo)致半自磨機(jī)脹肚，所以單段半自磨流程在運(yùn)行一段時(shí)間就要停止給料。使用單段半自磨流程時(shí)一定要考慮礦石性質(zhì)的變化，及時(shí)掌握原礦礦石力學(xué)性質(zhì)做到合理配礦才能使流程更加穩(wěn)定。單段半自磨流程不能高效的處理頑石(頑石不能被鋼球介質(zhì)和礦石自身磨碎，直徑通常在2～100 mm之間)，通常認(rèn)為單段半自磨流程僅適用于易磨較軟礦石的礦山[7]。單段半自磨除去礦石力學(xué)性質(zhì)的客觀缺點(diǎn)，最主要的缺點(diǎn)為頑石破碎速率和磨礦產(chǎn)品質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面，是單段半自磨流程改進(jìn)的方向。

亨德森鉬礦是北美最大的鉬選廠，選礦廠破碎工藝采用一段開路破碎使用1 370 mm×2 130 mm旋回破碎機(jī)一臺(tái)，排礦粒度為230 mm進(jìn)入四臺(tái)Φ8.5 mm×4.3 m半自磨機(jī)，每臺(tái)磨機(jī)配倆部功率為2 625 kW的電機(jī)，與八臺(tái)Φ660 mm的旋流器組成閉路,分級(jí)溢流濃度為50～55%，-0.15 mm細(xì)度為65%[8]。

Yanacocha金礦2008年開始生產(chǎn)，采用的是單段半自磨流程，磨機(jī)的給礦粒度小于150 mm，該流程為水力旋器分級(jí)直接返單段閉路磨礦。半自磨機(jī)型號(hào)為Φ9.75 m×9.75 m的方形磨機(jī)，功率為16.5 MW。磨機(jī)排礦圓筒篩篩孔為12.7 mm×31.8 mm和十臺(tái)為Φ650 mm旋流器。投產(chǎn)幾個(gè)月后，由于選廠過(guò)于追求半自磨機(jī)的處理量，就只能增大磨礦產(chǎn)品粒度，最終磨礦產(chǎn)品粒度[9]?，F(xiàn)廠半自磨流程見圖1所示。

圖1 Yanacocha金礦磨礦流程

20世紀(jì)八九十年代，國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)行業(yè)不發(fā)達(dá)。先進(jìn)的半自磨工藝在國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有應(yīng)用，國(guó)內(nèi)的半自磨技術(shù)和設(shè)備嚴(yán)重落后于國(guó)外[10-11]，所以國(guó)內(nèi)應(yīng)用成果的案例特別少且沒(méi)有代表性，主要列舉了國(guó)外應(yīng)用實(shí)例，國(guó)內(nèi)外詳細(xì)實(shí)例見表1。半自磨機(jī)給礦不穩(wěn)定影響半自磨機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和粒度的波動(dòng)，會(huì)對(duì)浮選工序承受產(chǎn)品粒度造成影響。當(dāng)半自磨機(jī)中發(fā)生脹肚，可以提高半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)加快礦石的碎磨速度，就要減少處理量。解決脹肚問(wèn)題，可以把單段半自磨流程設(shè)計(jì)為開路流程，增加頑石破碎環(huán)節(jié)穩(wěn)定半自磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。單段半自磨流程非常簡(jiǎn)單方便管理，但在單一設(shè)備中完成碎磨流程被認(rèn)為時(shí)浪費(fèi)能耗，且該流程細(xì)磨能力較弱，需要準(zhǔn)確掌握礦石性質(zhì)，選擇合適的工藝參數(shù)才能有效發(fā)揮單段半自磨流程的優(yōu)勢(shì)。

表1 單段半自磨國(guó)外應(yīng)用

2 半自磨+球磨流程(SAB)

隨著原礦的開采很多選礦廠的礦石性質(zhì)發(fā)生很大的變化，原礦品位變低雜質(zhì)變多，所以就需要磨礦產(chǎn)品細(xì)度更細(xì)。因?yàn)閱味伟胱阅チ鞒碳?xì)磨效果不好的局限性，所以不能適合所有的選礦廠使用?？蒲腥藛T就提出了半自磨+球磨流程(SAB)流程，SAB流程和單段半自磨流程的區(qū)別在于半自磨機(jī)產(chǎn)品進(jìn)入分級(jí)設(shè)備(一般為振動(dòng)篩)篩上頑石返回半自磨機(jī)進(jìn)行再磨；篩下進(jìn)入水力旋流器進(jìn)行高效分級(jí)，溢流進(jìn)入浮選作業(yè)，沉砂進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行再磨處理，這樣就解決單段半自磨流程不能細(xì)磨的問(wèn)題。SAB半自磨流程可以有效地解決了細(xì)磨的問(wèn)題，優(yōu)化了半自磨產(chǎn)品質(zhì)量，使更多的可選粒級(jí)進(jìn)入浮選作業(yè)。同時(shí)提高了半自磨機(jī)的處理量，相對(duì)于單段半自磨流程更加的節(jié)能。除去礦石力學(xué)性質(zhì)變化的客觀因素，SAB流程最大的缺點(diǎn)是頑石破碎速率的影響，也是SAB流程優(yōu)化的方向。

美國(guó)猶他州科帕頓(Copperton)銅選礦廠使用SAB半自磨流程，使用了一臺(tái)Φ10.97 m×5.18 m和三臺(tái)Φ10.36 m×4.57 m共四臺(tái)半自磨機(jī)，半自磨機(jī)排礦端設(shè)有16 mm的振動(dòng)篩，篩下產(chǎn)物進(jìn)入Φ508 mm 旋流器分級(jí)，旋流器返砂進(jìn)入三臺(tái)Φ5.48 m×8.53 m球磨機(jī)和一臺(tái)Φ6.09 m×9.14 m球磨機(jī)進(jìn)行再磨處理[12]。

2004年安徽銅陵冬瓜山銅礦采用SAB半自磨流程，使用了一臺(tái)Φ8.53 m×3.96 m半自磨機(jī)，電機(jī)功率4 850 kW。半自磨機(jī)排礦進(jìn)入圓筒篩，篩下進(jìn)入Φ660 mm 旋流器分級(jí),旋流器沉砂進(jìn)入兩臺(tái)Φ5.03 m×8.23 m溢流型球磨機(jī)進(jìn)行再磨，電機(jī)功率為3 300 kW[13-14]?，F(xiàn)廠半自磨流程見圖2所示。

圖2 銅陵冬瓜山銅礦SAB磨礦流程圖

國(guó)內(nèi)外半自磨+球磨(SAB)流程使用實(shí)例見表2，半自磨SAB流程是在單段半自磨流程的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，使其適用性更加廣泛，也同時(shí)具有單段半自磨流程的優(yōu)點(diǎn)比如流程簡(jiǎn)單、易于操作并且解決了單段半自磨流程細(xì)磨不足的問(wèn)題，但是同時(shí)也受到原礦礦石性質(zhì)的影響和半自磨機(jī)內(nèi)頑石破碎問(wèn)題。頑石沒(méi)法破碎在半自磨機(jī)中越來(lái)越多或者頑石破碎的速度降低，就會(huì)使得半自磨機(jī)處理量下降影響選礦廠的生產(chǎn)。所以使用半自磨SAB流程的選礦廠礦石性質(zhì)應(yīng)該為中等或較軟礦石，才會(huì)使得頑石無(wú)法破碎的影響降低。

表2 半自磨+球磨(SAB)流程國(guó)內(nèi)外應(yīng)用

3 半自磨+球磨+頑石破碎流程(SABC)

半自磨SABC流程是在半自磨SAB流程的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的，比半自磨SAB流程多了頑石破碎環(huán)節(jié)，半自磨機(jī)中難以破碎的頑石排出進(jìn)入頑石破碎環(huán)節(jié)，一般使用圓錐破碎機(jī)破碎產(chǎn)品再返回半自磨進(jìn)性再磨[15-16]。由于使用破碎機(jī)單獨(dú)破碎頑石使半自磨機(jī)中的頑石破碎速率提高，減少了頑石在半自磨機(jī)中的積累速度，使流程適應(yīng)性大大提高，系統(tǒng)可調(diào)節(jié)空間更大，自動(dòng)化智能化發(fā)展更好，SABC流程比SAB流程處理量增加。

特恩尼特(Teniente)銅礦處理量為130 000 t/d，采用半自磨+球磨+頑石破碎(SABC)流程：1#系列用了一臺(tái)Φ10.97 m×4.57 m半自磨機(jī)，電機(jī)功率為11 200kW，介質(zhì)充填率為10%，磨礦介質(zhì)尺寸127 mm。2臺(tái)Φ5.49 m×8.53 m球磨機(jī)，電機(jī)功率4 400 kW，介質(zhì)充填率為37%。頑石破碎機(jī)為7英尺短頭型圓錐，電機(jī)功率為260 kW[17]。2#系列了一臺(tái)Φ11.58 m×6.1 m半自磨機(jī)，電機(jī)功率為19 388 kW，介質(zhì)充填率為10%～12%，磨礦介質(zhì)尺寸127 mm。2臺(tái)Φ7.32 m×10.97 m球磨機(jī)，電機(jī)功率11 931 kW，介質(zhì)充填率為37%。頑石破碎機(jī)為MP800，電機(jī)功率為597 kW。

江銅德興銅礦大山選礦廠使用SABC半自磨流程非常成功，使用了一臺(tái)Φ10.37 m×5.19 m半自磨機(jī),采用雙同步電機(jī)功率為2×5 586 kW。使用了一臺(tái)Φ7.32 m×10.68 m溢流型球磨機(jī)，同樣采用雙同步電機(jī)功率為2×5 586 kW。半自磨機(jī)排礦進(jìn)入兩臺(tái)3 600 mm×7 500 mm直線振動(dòng)篩(一臺(tái)備用)進(jìn)行篩分，篩下產(chǎn)物進(jìn)入兩組Φ838-6旋流器；篩上頑石進(jìn)入一臺(tái)MP800型圓錐破碎機(jī)，頑石經(jīng)破碎后返回半自磨機(jī)[18-19]?，F(xiàn)廠半自磨流程見圖3。

圖3 江銅德興銅礦SABC磨礦流程圖

國(guó)內(nèi)外半自磨+球磨+頑石破碎(SABC)流程使用實(shí)例見表3，SABC流程的優(yōu)點(diǎn)就在于單獨(dú)處理頑石，減少了在半自磨機(jī)中頑石的積累確保不會(huì)發(fā)生磨機(jī)脹肚現(xiàn)象。頑石的產(chǎn)生與原礦性質(zhì)、排礦格子板上開孔尺寸、開孔率等有關(guān)，而在實(shí)際生產(chǎn)中頑石產(chǎn)率波動(dòng)較大[20-21]。所以運(yùn)用SABC半自磨流程時(shí)要考慮好現(xiàn)廠實(shí)際頑石產(chǎn)生的因素，確定合理的方案、配套的設(shè)備和設(shè)備的參數(shù)可以有效地解決頑石難破碎的問(wèn)題。SABC半自磨流程有單段半自磨和SAB半自磨流程的優(yōu)點(diǎn)并有效解決了頑石破碎的問(wèn)題，是目前半自磨流程中最常用的，所以在選擇半自磨流程時(shí)優(yōu)先考慮SABC半自磨流程。

表3 半自磨+球磨+破碎流程(SABC)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用

4 結(jié)論

半自磨不僅優(yōu)點(diǎn)多而且工藝越來(lái)越成熟，但是在如何穩(wěn)定半自磨給礦、半自磨流程的智能化控制、半自磨工藝的理論基礎(chǔ)這三個(gè)方面還非常欠缺是未來(lái)半自磨工藝研究和發(fā)展方向。所以從這三方面給出發(fā)展建議:

(1)半自磨流程中最大的影響因素就是礦石本身的性質(zhì)，礦石因不同的礦段、礦坑、開采深度會(huì)有很大的力學(xué)性質(zhì)差異，礦石力學(xué)性質(zhì)的不同使得半自磨機(jī)的給礦不穩(wěn)定以至于半自磨機(jī)效率很不穩(wěn)定。即使用半自磨流程就要及時(shí)檢測(cè)不同采礦場(chǎng)原礦的性質(zhì)變化，然后進(jìn)行合理配礦使半自磨機(jī)的給礦穩(wěn)定。

(2)隨著科技的發(fā)展，在實(shí)際生產(chǎn)中半自磨機(jī)的規(guī)格越來(lái)越大，使用人工管理控制已經(jīng)無(wú)法完全控制。所以要逐步向自動(dòng)化智能化發(fā)展，完善現(xiàn)有的半自磨自動(dòng)控制系統(tǒng)，研發(fā)更高智能的系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)廠磨礦系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)統(tǒng)計(jì)和檢測(cè)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讓選礦廠的工作人員更好的了解生產(chǎn)情況、制定計(jì)劃、實(shí)施和做正確決策，提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和整個(gè)碎磨流程的效率。對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析半自磨機(jī)運(yùn)行是否正常，并設(shè)立合理的報(bào)警機(jī)制。

(3)現(xiàn)如今半自磨應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是半自磨的基礎(chǔ)理論非常欠缺，無(wú)法準(zhǔn)確選擇半自磨機(jī)設(shè)備型號(hào)和半自磨機(jī)介質(zhì)裝補(bǔ)制度。在選擇這上述問(wèn)題單純靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，就難免會(huì)造成很多誤差。所以需要對(duì)半自磨機(jī)的選型和半自磨機(jī)裝補(bǔ)球制度等問(wèn)題確定一套完整的系統(tǒng)的基礎(chǔ)的理論來(lái)支持實(shí)際生產(chǎn)，幫助選礦廠確定半自磨機(jī)尺寸、半自磨流程、半自磨機(jī)介質(zhì)裝補(bǔ)制度。

隨著科技和經(jīng)濟(jì)高速的發(fā)展，能源日益短缺問(wèn)題是當(dāng)今人們首先考慮，所以節(jié)能降耗、提高資源的利用能力是目前工業(yè)發(fā)展的頭等大事。半自磨大型磨機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于能夠減少選礦廠的建筑面積和磨機(jī)操作維修費(fèi)用，可以簡(jiǎn)化磨礦流程和提高磨礦流程自動(dòng)化，較傳統(tǒng)碎磨流程達(dá)到節(jié)能降耗。目前半自磨工藝在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的運(yùn)用，半自磨設(shè)備工藝技術(shù)也有極大的進(jìn)步和發(fā)展，尤其是在設(shè)備大型化、驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)方式改進(jìn)、磨礦流程改進(jìn)、磨礦自動(dòng)控制等方面進(jìn)步明顯，是大型新建金屬礦山和礦山改建碎磨流程的優(yōu)先考慮的碎磨流程。