半自磨工藝在某鉬礦的應(yīng)用分析與臺(tái)效優(yōu)化

陳 沖，張 旺，譚文才

1洛陽(yáng)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(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

眾 所周知，碎磨工藝在選礦廠中占據(jù)十分重要的地位，但它卻是一個(gè)高投資、高能耗、高備件消耗的工藝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，碎磨過(guò)程消耗的能量占整個(gè)選礦廠總能耗的 50% 以上[1]。隨著礦產(chǎn)資源的不斷消耗，礦石品位不斷降低，大規(guī)模選廠不斷涌現(xiàn)，新的大型設(shè)備和工藝也在不斷發(fā)展完善。SABC 碎磨工藝 (半自磨+球磨+頑石破碎) 已經(jīng)在國(guó)外應(yīng)用 30 多年，在國(guó)內(nèi)許多大型礦山也都有應(yīng)用，它具有流程簡(jiǎn)單、先進(jìn)可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大及破碎比高等優(yōu)點(diǎn)，但其能耗高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，SABC 流程較常規(guī)三段一閉路破碎+球磨流程的能耗高 12%～20%[2]。下面就半自磨工藝在某鉬礦的應(yīng)用及半自磨機(jī)臺(tái)效提升進(jìn)行分析探討。

1 碎磨工藝介紹

某鉬礦選礦廠于 2015 年 6 月開(kāi)始帶料試車生產(chǎn)，設(shè)計(jì)原礦處理量 2 萬(wàn)年處理能力 660 萬(wàn) t。碎磨工藝采用典型的 SABC 工藝，如圖 1 所示。

圖1 某鉬礦 SABC 碎磨工藝Fig.1 SABC comminution process in a molybdenum mine

采用 SABC 碎磨工藝粗碎后產(chǎn)品 (≤250 mm) 通過(guò)板式給礦機(jī)給到長(zhǎng)距離帶式輸送機(jī)上，然后運(yùn)至選礦廠的 2 個(gè)粗礦倉(cāng)進(jìn)行貯存。粗礦倉(cāng)有效容量為 2 萬(wàn)t，用于調(diào)節(jié)選礦廠與采礦生產(chǎn)的不均衡性。

粗礦倉(cāng)下設(shè) 8 臺(tái) 1 500 mm×4 500 mm 重板給礦機(jī)向 1 號(hào)帶式輸送機(jī)給礦，然后由 2 號(hào)帶式輸送機(jī)向 1 臺(tái)半自磨機(jī)供礦，半自磨機(jī)裝機(jī)功率 2×5 586 kW。半自磨機(jī)排礦經(jīng)直線振動(dòng)篩分級(jí)，篩下產(chǎn)物進(jìn)入礦漿池，篩上產(chǎn)物通過(guò) 3 號(hào)和 4 號(hào)帶式輸送機(jī)輸送至頑石破碎廠房頑石倉(cāng)。頑石破碎采用 2 臺(tái) HP400 圓錐破碎機(jī)，破碎產(chǎn)品通過(guò) 5 號(hào)帶式輸送機(jī)輸送至 2 號(hào)帶式輸送機(jī)返回半自磨機(jī)。直線振動(dòng)篩篩下產(chǎn)品進(jìn)入礦漿池，通過(guò) 2 臺(tái) 550NZJA-MR 渣漿泵揚(yáng)送至 2 組水力旋流器組，旋流器沉砂給入 1 臺(tái)溢流型球磨機(jī)，旋流器溢流自流到選別系統(tǒng)攪拌槽，最終磨礦細(xì)度 -0.074 mm含量約為 60%。

2 碎磨工藝問(wèn)題分析

從試車開(kāi)始半自磨機(jī)運(yùn)行一直不穩(wěn)定，由于對(duì)半自磨機(jī)操作缺乏經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)給料粒度波動(dòng)大，半自磨機(jī)漲肚、襯板斷裂情況時(shí)有發(fā)生，運(yùn)轉(zhuǎn)率較低，臺(tái)效不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響了選礦廠的生產(chǎn)。

2.1 半自磨機(jī)漲肚過(guò)程判斷分析

關(guān)于半自磨機(jī)漲肚的判斷，傳統(tǒng)方法主要以聽(tīng)聲音為主，聲音沉悶，表明物料在磨機(jī)中堆積，預(yù)示著即將漲肚或者已經(jīng)漲肚。隨著大型設(shè)備檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，許多運(yùn)行參數(shù)得以在線測(cè)量，用于實(shí)時(shí)判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，例如磨音裝置。由于此現(xiàn)場(chǎng)未安裝磨音系統(tǒng)，主要依靠半自磨機(jī)運(yùn)行壓力 (軸承油壓) 和運(yùn)行功率對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷分析。

典型的半自磨機(jī)漲肚過(guò)程如圖 2 所示。在漲肚剛開(kāi)始時(shí)，半自磨功率和壓力同步上升，直到功率增大到某個(gè)值 (11 000 kW) 后突然出現(xiàn)下降，此時(shí)壓力繼續(xù)上升。功率下降的速度越快，壓力上升的速度越快，半自磨機(jī)內(nèi)部物料不斷累積，綜合充填率過(guò)高，無(wú)法正常磨礦，直至出現(xiàn)下料口堵塞，此時(shí)半自磨功率值最小，壓力值最大。立即停止給料，半自磨機(jī)功率上升，壓力下降，說(shuō)明半自磨機(jī)恢復(fù)磨礦作業(yè)。

圖2 漲肚過(guò)程中功率和壓力變化趨勢(shì)Fig.2 Variation trend of power and pressure during swelling process

同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，磨機(jī)在較高的功率下運(yùn)行，雖然可以實(shí)現(xiàn)較高的處理能力，但是這種情況極易出現(xiàn)漲肚。漲肚對(duì)磨礦效率造成很大影響，從漲肚停礦到恢復(fù)正常給礦大約需要 1～2 h，影響班臺(tái)效以上，所以對(duì)漲肚過(guò)程進(jìn)行提前判斷十分必要。

2.2 頑石返回對(duì)半自磨機(jī)運(yùn)行的影響分析

半自磨機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些頑石，也叫難磨粒子或臨界粒子，其粒徑一般在 25～70 mm，隨著礦漿一起從排料端排出，經(jīng)過(guò)振動(dòng)篩分級(jí)，篩上產(chǎn)品即頑石。這種粒徑的礦石不具備介質(zhì)的作用，同時(shí)又需要更大的礦石或鋼球撞擊才能使其破碎，因而在半自磨機(jī)中的可磨度較差，不斷積累而占用半自磨機(jī)的有效體積，造成半自磨機(jī)生產(chǎn)效率降低、能耗上升，對(duì)于硬度較大的礦石更為明顯?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)圓錐破碎機(jī)對(duì)頑石進(jìn)行破碎，然后返回半自磨機(jī)，由于除鐵效果不好，造成圓錐破碎機(jī)頻繁過(guò)鐵，對(duì)破碎機(jī)造成很大傷害。為了解決這一問(wèn)題，不得不放大排礦口尺寸，頑石破碎機(jī)失去破碎效果，頑石返回半自磨機(jī)，給半自磨機(jī)造成更大的負(fù)擔(dān)。

半自磨機(jī)功率和壓力、頑石返回量和排出量對(duì)比如圖 3 所示，在半自磨機(jī)新給礦量保持不變的情況下，分析頑石返回對(duì)半自磨機(jī)運(yùn)行的影響。

圖3 頑石返回對(duì)半自磨機(jī)運(yùn)行的影響Fig.3 Inf luence of pebble return on operation of semi-autogenous grinding mill

由圖 3 可以看出：在新給礦量和頑石返回量基本不變的情況下，半自磨機(jī)功率和壓力逐漸上升，頑石排出量先維持在隨著物料的積累，頑石排出量突然增大至左右，隨后進(jìn)入漲肚形成階段，頑石排出量大幅下降；頑石的排出量比頑石返回量少左右，說(shuō)明頑石在半自磨中累積，同時(shí)新給礦中也在不斷產(chǎn)生新的頑石，兩者共同作用造成半自磨機(jī)綜合充填率不斷增大，壓力持續(xù)上升，功率出現(xiàn)下降。頑石的積累不斷惡化磨礦效果，只有通過(guò)減礦甚至停礦，才能使半自磨機(jī)恢復(fù)正常狀態(tài)，這對(duì)半自磨機(jī)臺(tái)效造成很大的影響。

2.3 半自磨機(jī)襯板斷裂問(wèn)題分析

半自磨機(jī)襯板斷裂情況在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性，其運(yùn)轉(zhuǎn)率一直維持在 70% 左右。圖 4 反映了半自磨筒體襯板和排料格子板的斷裂情況。筒體襯板斷裂導(dǎo)致襯板掉塊，筒體漏漿，塊狀襯板隨筒體一起運(yùn)動(dòng)，對(duì)筒體襯板造成更大的磨損，導(dǎo)致格子板肋條斷裂，造成大量鋼球排出。

分析其原因，主要有 3 個(gè)方面：

(1) 襯板質(zhì)量原因 由于現(xiàn)場(chǎng)采用第三方襯板，且先后更換過(guò)數(shù)家襯板，其質(zhì)量無(wú)法保證，襯板斷裂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。為了提高襯板使用壽命，現(xiàn)場(chǎng)主要采用增加提升條高度、提高格子板肋條強(qiáng)度等措施。

圖4 半自磨機(jī)襯板斷裂情況Fig.4 Fracture of liner of semi-autogenous grinding mill

(2) 礦石性質(zhì)原因 由于礦石性質(zhì)多變，硬度變化大，在礦石粒度偏大的情況下，采用直徑更大的鋼球會(huì)對(duì)襯板造成更大的沖擊，使襯板磨損嚴(yán)重。現(xiàn)場(chǎng)主要采用穩(wěn)定給礦性質(zhì)、減少給礦大塊含量的方法來(lái)解決。

(3) 人工操作原因 由于操作人員水平有限，半自磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性較差，現(xiàn)場(chǎng)未安裝磨音系統(tǒng)，靠人工判斷磨機(jī)內(nèi)部充填情況；供料系統(tǒng)故障較多，造成供料中斷，更加大了鋼球?qū)σr板的沖擊，特別是在半自磨機(jī)內(nèi)部混合填充率低的情況下。針對(duì)這種情況，主要通過(guò)加強(qiáng)操作人員培訓(xùn)，解決供料系統(tǒng)的問(wèn)題，以保證半自磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

3 半自磨機(jī)臺(tái)效優(yōu)化措施及效果

為了實(shí)現(xiàn)最終達(dá)產(chǎn)目標(biāo)，選廠針對(duì)半自磨工藝中存在的問(wèn)題，以提高半自磨機(jī)臺(tái)效為目標(biāo)，采取了多種措施，最終取得了較好的效果，同時(shí)積累了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3.1 半自磨機(jī)臺(tái)效優(yōu)化措施

(1) 控制半自磨機(jī)給料粒度 露天采礦汽車運(yùn)輸?shù)V石至旋回破碎機(jī)，由于給料粒度偏大，旋回破碎機(jī)排料直接進(jìn)入半自磨機(jī)，導(dǎo)致半自磨機(jī)的給礦粒度偏粗，甚至有大塊礦石堵塞下礦口的情況。主要控制措施為優(yōu)化爆破效果，通過(guò)調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)、降低充填高度、增加單孔裝藥量、提高藥柱高度、改善爆孔藥量分布等措施，使原礦中粉礦含量增多，大塊減少，以滿足半自磨機(jī)給料粒度≤250 mm 的要求。

(2) 提高半自磨機(jī)排礦效果 半自磨機(jī)通過(guò)格子板進(jìn)行排礦，排礦格子板 (俗稱頑石窗) 分為兩種：一種格間距為 25～30 mm，另外一種格間距為 70～75 mm。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著格子板受沖擊變形，窄間距格子板間距逐漸縮小，可至 10 mm 以下，嚴(yán)重影響合格粒度產(chǎn)品的排出。對(duì)此，將頑石窗占比從 25%提高至 50%，通過(guò)提高頑石窗比例來(lái)增加排礦口的面積，從而提高其排礦效果和半自磨機(jī)臺(tái)效。

(3) 提高半自磨機(jī)排礦粒度 頑石窗數(shù)目增加后，頑石排量明顯增加，而頑石破碎效果差，造成大量頑石返回，進(jìn)而影響半自磨機(jī)臺(tái)效，同時(shí)發(fā)現(xiàn)球磨機(jī)能力有富余，所以采取擴(kuò)大振動(dòng)篩篩孔尺寸的措施，提高半自磨機(jī)排礦粒度。將直線振動(dòng)篩的篩孔由10 mm×30 mm 調(diào)整為 15 mm×30 mm，將一部分的頑石分給球磨機(jī)處理，減少頑石的循環(huán)量，對(duì)半自磨機(jī)臺(tái)效的提高效果顯著。

(4) 優(yōu)化鋼球充填率與添加方式 設(shè)計(jì)書(shū)上標(biāo)明半自磨機(jī)的鋼球充填率在 8%～12%。試生產(chǎn)期間，半自磨機(jī)鋼球充填率一直保持在 9%～12%，但臺(tái)效一直較低。鋼球按照 1 天 2 次定時(shí)定量添加，后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷摸索實(shí)踐，最終確定鋼球充填率 13%，綜合充填率在 25%～30%，并采用區(qū)間加球法，根據(jù)半自磨運(yùn)行功率、軸承壓力等不定時(shí)加球，鋼耗、電耗出現(xiàn)下降，半自磨機(jī)臺(tái)效明顯提升。

3.2 優(yōu)化效果

經(jīng)過(guò)不斷調(diào)試和優(yōu)化，半自磨機(jī)臺(tái)效逐步提升，運(yùn)行逐步穩(wěn)定，筆者認(rèn)為主要原因是給料粒度降低，粉礦率提高，這也是“多碎少磨”思想的體現(xiàn)。半自磨機(jī)臺(tái)效和運(yùn)轉(zhuǎn)率逐年提升，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求并超產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

半自磨工藝處理量大，工藝流程簡(jiǎn)單，在國(guó)內(nèi)大型礦山應(yīng)用廣泛，但是同時(shí)又有許多缺點(diǎn)。其運(yùn)行受多種因素影響，如給料粒度、硬度、頑石返回率以及其他操作因素，半自磨機(jī)漲肚現(xiàn)象、襯板碎裂情況時(shí)有發(fā)生。該鉬礦目前雖然已經(jīng)達(dá)產(chǎn)甚至超產(chǎn)，但仍然存在諸多問(wèn)題，筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

(1) 提高半自磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，保證半自磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率 雖然半自磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率已經(jīng)有了很大提高，但仍然不穩(wěn)定，與國(guó)外半自磨工藝以及傳統(tǒng)的破碎磨礦工藝相比，運(yùn)轉(zhuǎn)率仍然偏低?？赏ㄟ^(guò)提高襯板使用壽命，加強(qiáng)設(shè)備管理、設(shè)備故障診斷和預(yù)測(cè)性維修等措施，保證半自磨機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。

(2) 恢復(fù)頑石破碎功能 頑石返回對(duì)半自磨機(jī)臺(tái)效造成很大影響，同時(shí)也給其運(yùn)行帶來(lái)了不穩(wěn)定性。文獻(xiàn) [3]指出用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行頑石破碎，可以大大降低其破碎粒度，甚至可以直接進(jìn)入球磨機(jī)再磨，但是實(shí)現(xiàn)這些功能的前提是升級(jí)除鐵系統(tǒng)，解決進(jìn)料過(guò)鐵的問(wèn)題。

(3) 完善半自磨機(jī)智能化控制 現(xiàn)場(chǎng)磨機(jī)雖然配備了先進(jìn)的專家系統(tǒng)，但前期一直未投入使用，目前仍在調(diào)試中，還存在諸多問(wèn)題。國(guó)外很多大型半自磨機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化、無(wú)人化控制，在鋼耗、電耗最低的情況下，實(shí)現(xiàn)了處理量最大化。半自磨機(jī)智能控制以保證其負(fù)荷穩(wěn)定為前提，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及給礦量、給水量，使磨機(jī)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品粒度穩(wěn)定、處理量最大和能耗最低。