半自磨流程頑石返回和處理方式的設(shè)計(jì)探討

石旭，劉誼兵

蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅蘭州 730000

在有色行業(yè)，礦石碎磨流程有“三段一閉路”和半自磨兩種方案。“三段一閉路”使用早，成熟穩(wěn)定；半自磨流程則可以省去破碎工段的中、細(xì)碎環(huán)節(jié)，在縮短流程、縮小占地面積、促進(jìn)環(huán)境友好、提高選礦自動(dòng)化等方面優(yōu)勢(shì)顯著，成為了中大型選廠(chǎng)的首選方案[1-2]。

近年來(lái)，半自磨流程在越來(lái)越多大型選礦廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定應(yīng)用，基于綠色礦山的建設(shè)要求，越來(lái)越多的中小型選廠(chǎng)也開(kāi)始選擇半自磨流程。據(jù)了解，2007年，規(guī)模僅為 450 t/d 的甘肅某金礦采用半自磨流程，實(shí)現(xiàn)了成功投產(chǎn)，且各項(xiàng)指標(biāo)良好。由于礦料最大塊度為 350 mm，磨礦細(xì)度 -200 目為 55%，該選廠(chǎng)同時(shí)省去了粗碎和球磨環(huán)節(jié)，即采用單段半自磨流程[2]。

盡管半自磨流程在生產(chǎn)中具有較多優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)，其中頑石量的確定以及頑石處理方式的選擇一直是難題。

頑石是指在半自磨作業(yè)過(guò)程中形成的難以磨細(xì)的塊狀礦石，這些塊狀礦石中往往含有大量有用礦物，如不加處理就隨意丟棄不但會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)造成環(huán)境污染[3]。文獻(xiàn) [4] 表明，半自磨破碎頑石所占的能耗約為整個(gè)磨礦能耗的 20%。由于半自磨流程中頑石量無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)準(zhǔn)確獲得，所以究竟要不要配置頑石破碎環(huán)節(jié)，頑石是自返還是用帶式輸送機(jī)返回，是在磨礦車(chē)間內(nèi)還是車(chē)間外返回，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，都應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。

1 幾種常見(jiàn)的頑石返回方式

1.1 利用自返式圓筒篩直接返回半自磨機(jī)

自返式圓筒篩是一種兩層篩[5](見(jiàn)圖 1)，半自磨物料通過(guò)格子板孔 (或排礫孔) 流入篩體后隨著正向螺旋逐漸向前運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，小于篩孔的顆粒會(huì)通過(guò)篩孔由漏斗給入旋流器泵池；大于篩孔的顆粒則繼續(xù)向前螺旋運(yùn)動(dòng)，到篩子底部后再隨著內(nèi)層篩的反向螺旋向后運(yùn)動(dòng)，并最終通過(guò)半自磨機(jī)排料端中心孔返回半自磨機(jī)內(nèi)。

圖1 自返式圓筒篩示意Fig.1 Sketch of self-returning trommel

自返式圓筒篩是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的一種頑石返回方式，且不需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置管理人員，適用于一些小規(guī)?；蝾B石量少的半自磨選廠(chǎng)。但對(duì)于規(guī)模稍大或頑石量較多的選廠(chǎng)，弊端就會(huì)顯露：當(dāng)頑石或碎鋼球通過(guò)反向螺旋返回半自磨機(jī)后，它們往往尚未得到充分的沖擊或研磨，就又通過(guò)格子板孔 (或排礫孔) 進(jìn)入自返式圓筒篩，如此往復(fù)循環(huán)，對(duì)半自磨機(jī)的處理量和穩(wěn)定性造成影響。因此，當(dāng)決定用此方式進(jìn)行頑石返回時(shí)，半自磨機(jī)選型要考慮一定的富余量[6]。

1.2 利用單螺旋分級(jí)機(jī)在磨礦車(chē)間內(nèi)返回

螺旋分級(jí)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠、操作方便。水槽傾角一般為 12.0°～ 18.5°，分級(jí)粒度越細(xì)，傾角越小。其與磨機(jī)配置時(shí)，需同時(shí)考慮螺旋分級(jí)機(jī)的給料坡度 (一般 >15°) 和反砂槽的坡度 (一般 >30°)。甘肅某 500 t/d 金銻礦選廠(chǎng)采用φ4.0 m×1.4 m 半自磨機(jī)，利用 FLG2000 螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行頑石返回，水槽在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上加長(zhǎng) 2.7 m，安裝傾角為 18.5°[7-8]。

當(dāng)半自磨機(jī)直徑大于 4 m 且配置螺旋分級(jí)機(jī)時(shí)，為滿(mǎn)足反砂槽的坡度要求，除需要增加水槽長(zhǎng)度外還需要增大水槽角度。增加水槽長(zhǎng)度需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定制，增大水槽角度則容易因沉降面積減小而造成“跑粗”。因此，利用單螺旋分級(jí)機(jī)返回頑石的方式目前只成功應(yīng)用在φ4.0 m×1.4 m 半自磨機(jī)的選廠(chǎng)，其他更大型號(hào)的半自磨機(jī)應(yīng)用實(shí)例未見(jiàn)報(bào)道。此外，利用螺旋分級(jí)機(jī)進(jìn)行頑石返回，除對(duì)高差有要求外，對(duì)場(chǎng)地面積也有一定要求。

1.3 利用大傾角帶式輸送機(jī)在磨礦車(chē)間內(nèi)返回

利用大傾角帶式輸送機(jī)在磨礦車(chē)間內(nèi)進(jìn)行頑石返回具有節(jié)約場(chǎng)地、利于統(tǒng)一管理的優(yōu)點(diǎn)，適用于不需要頑石破碎的半自磨流程。圖 2 所示是一種常見(jiàn)的配置方式，半自磨出料先通過(guò)一臺(tái)直線(xiàn)篩，篩下物料直接進(jìn)入砂泵泵池，篩上頑石通過(guò)一條 TD75 帶式輸送機(jī)給入大傾角帶式輸送機(jī)，大傾角帶式輸送機(jī)卸料漏斗直接插入半自磨給料輸送帶的卸料漏斗中。

圖2 利用大傾角帶式輸送機(jī)進(jìn)行頑石返回配置方案Fig.2 Configuration scheme for pebble return with largeobliquity belt conveyor

1.4 利用帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站在磨礦車(chē)間外返回

利用帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站 (頑石破碎間) 在磨礦車(chē)間外返回是適應(yīng)性最廣的一種配置方式，無(wú)論是否需要對(duì)頑石進(jìn)行破碎都可采用該配置。如圖 3 所示，直線(xiàn)篩或圓筒篩篩上頑石通過(guò) 1 號(hào)頑石輸送帶廊道給入 2 號(hào)頑石帶式輸送機(jī)或頑石破碎間內(nèi)的圓錐破碎機(jī)緩沖倉(cāng)，再匯入半自磨給料帶式輸送機(jī)。由于《有色金屬選礦廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“半自磨頑石角度不應(yīng)大于 12°”，在選用該配置方案時(shí)，一定要設(shè)計(jì)好轉(zhuǎn)運(yùn)站距磨礦車(chē)間的距離及地坪標(biāo)高。

圖3 利用帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站 (頑石破碎間) 進(jìn)行頑石返回配置方案Fig.3 Configuration scheme for pebble return with belt conveyor and transfer station (pebble crushing workshop)

一直以來(lái)，由于無(wú)法確定半自磨的頑石量，是否配置“頑石破碎”也較難判斷。根據(jù)筆者近年來(lái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般情況下，對(duì)于礦石硬度為中等及以上、規(guī)模 3 000 t/d 以上的選廠(chǎng)都宜設(shè)頑石破碎。同時(shí)，還需考慮給料礦石性質(zhì)的變化，頑石處理宜設(shè)計(jì)成活流程，在同一選廠(chǎng)內(nèi)既可進(jìn)入圓錐破碎機(jī)，又可直接給入帶式輸送機(jī)，推薦的頑石破碎配置方案 (含頑石旁路系統(tǒng)) 如圖 4 所示。

圖4 推薦的頑石破碎配置方案Fig.4 Recommended configuration scheme for pebble crushing

2 頑石處理方式的發(fā)展

2.1 破碎后的頑石返回半自磨排料直線(xiàn)篩

云南某鉛鋅礦目前處理規(guī)模為 3 000 t/d，半自磨機(jī)型號(hào)為φ6.0 m×3.0 m，裝機(jī)功率為 1 300 kW，負(fù)荷率在 90% 以上；球磨機(jī)型號(hào)為φ4.5 m×7.6 m，裝機(jī)功率為 2 500 kW，負(fù)荷率為 82%。由于處理流程出現(xiàn)半自磨和球磨負(fù)荷不均衡的情況，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了頑石返回改造，將未破碎頑石全部用大傾角帶式輸送機(jī)返回至二段球磨中，但頑石在球磨中難以破碎，不斷累積，使球磨出現(xiàn)脹肚現(xiàn)象，該方案只運(yùn)行三天就被迫中止。究其原因，球磨適宜的給料粒度為 12 mm 以下，而有的頑石粒度高達(dá) 70 mm，頑石外形圓滑，與鋼球接觸面積小 (點(diǎn)對(duì)點(diǎn))，且球磨機(jī)所加鋼球直徑較小 (φ80 mm)，無(wú)法使頑石得到充分研磨。

因此，對(duì)于半自磨機(jī)負(fù)荷大于球磨機(jī)的流程，可嘗試將頑石破碎后再返回球磨機(jī)，亦可嘗試將頑石破碎后返回半自磨機(jī)的排料直線(xiàn)篩。這樣既可控制球磨機(jī)的進(jìn)料粒度，保證球磨機(jī)的磨礦效率；也可降低半自磨負(fù)荷，提高整個(gè)流程的處理量。選用此流程需注意的是，直線(xiàn)篩增加新的來(lái)料會(huì)對(duì)篩子選型及篩孔選擇造成影響[9]。

2.2 利用 X 射線(xiàn)分選機(jī)處理頑石

甘肅某鉛鋅礦選廠(chǎng)處理能力為 5 000 t/d，設(shè)計(jì)考慮富裕系數(shù)為 1.2，實(shí)際處理能力為 6 000 t/d，采用單系列 SABC 流程，選用φ7.0 m×3.5 m 半自磨機(jī)、φ5.03 m×8.0 m 溢流型球磨機(jī)和 CH420 圓錐破碎機(jī)。起初頑石占有量約為 23.5%，頑石破碎機(jī)一直開(kāi)啟；后期礦石性質(zhì)改變，頑石量減少，若現(xiàn)場(chǎng)破碎機(jī)開(kāi)啟，則會(huì)造成能耗的浪費(fèi)，但直接棄用又會(huì)對(duì)半自磨的穩(wěn)定性和處理量造成影響。鑒于此，現(xiàn)場(chǎng)決定嘗試?yán)?X 射線(xiàn)分選機(jī)處理頑石。

使用 X 射線(xiàn)分選機(jī)時(shí)，粉塵會(huì)對(duì)分選造成不利影響，因此需先對(duì)頑石進(jìn)行濕式作業(yè)，再通過(guò)調(diào)整篩孔和格子板孔 (或排礫孔)，將合適粒度 (10～ 60 mm)的頑石直接給入 X 射線(xiàn)分選機(jī)。此方案在該鉛鋅礦選廠(chǎng)應(yīng)用時(shí)效果良好，平均拋廢率達(dá) 50%，Pb、Zn 回收率在 94 %左右，拋出的廢石累積后還可當(dāng)作粗骨料進(jìn)行售賣(mài)。

2.3 利用跳汰機(jī)進(jìn)行頑石和介質(zhì)的分離

有學(xué)者研究提出，對(duì)于 +50 mm 的礦石與介質(zhì)宜在半自磨機(jī)中循環(huán)；對(duì)于 -10 mm 的物料，可以直接給入二段球磨機(jī)中進(jìn)行細(xì)磨；但對(duì)于 +10 -50 mm 的物料，不能直接拋棄，若直接給入二段球磨當(dāng)中，則會(huì)極大降低二段球磨的效率，大大增加磨礦工藝能耗。現(xiàn)試驗(yàn)將這部分物料通過(guò)怕細(xì)不怕粗的跳汰機(jī)進(jìn)行頑石與介質(zhì)的高效分離。試驗(yàn)結(jié)果表明，跳汰機(jī)排出的重產(chǎn)品只有介質(zhì)，輕產(chǎn)品只有頑石，如此，再將頑石破碎后給入二段球磨機(jī)。該方案利用重選的方法，為解決 SABC 流程中磁力弧和除鐵器除鐵效果差的問(wèn)題提供了一種新思路，同時(shí)也可解決有些半自磨選廠(chǎng)中存在的半自磨機(jī)與球磨機(jī)負(fù)荷分配不均的問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 頑石問(wèn)題是半自磨流程中不得不面對(duì)的一大難題，頑石量的多少既影響半自磨機(jī)的選型，又影響整個(gè)選廠(chǎng)的配置方案，對(duì)頑石的處理方式還關(guān)系到整個(gè)流程的處理量、能耗和穩(wěn)定性等。因此，在設(shè)計(jì)前應(yīng)充分研究分析礦石性質(zhì)，類(lèi)比同類(lèi)型礦山磨礦功指數(shù)等都是半自磨設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

(2) 在實(shí)際生產(chǎn)中推薦頑石在車(chē)間外返回，頑石破碎設(shè)計(jì)成帶有旁路系統(tǒng)的活流程；對(duì)于鉛鋅礦 (或鎢礦) 而言，對(duì)頑石進(jìn)行 X 射線(xiàn)分選是一種較為經(jīng)濟(jì)的方案。

(3) 半自磨流程已成為有色領(lǐng)域大中型選廠(chǎng)的首選碎磨流程。但由于半自磨存在能耗高、操作水平及自動(dòng)化要求高的問(wèn)題，在金礦領(lǐng)域只有中小型選廠(chǎng)才選用半自磨流程。相信隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，鋼球襯板等耗材材質(zhì)的發(fā)展，半自磨能耗、成本等問(wèn)題可得到有效解決，半自磨流程會(huì)在各種類(lèi)型的礦山中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。