半自磨機(jī)排礦速度及粒度優(yōu)化研究

江斌

摘要：以被粉碎物料本身作為磨礦介質(zhì)，此外還需要少量的鋼球作為磨礦介質(zhì)的破磨設(shè)備稱為半自磨機(jī)。半自磨機(jī)的設(shè)計(jì)與排礦速度以及粒度關(guān)系密切，包括排料粒度的組成不符合要求，以及半自磨機(jī)排料端的排料能力不足，都會造成半自磨機(jī)的運(yùn)行功率高、磨礦效率低。通過研究發(fā)現(xiàn)改變格子板及礦漿提升器結(jié)構(gòu)，提升半自磨機(jī)的排礦速度及粒度組成，合理分配各磨機(jī)的負(fù)荷比例，來提高系統(tǒng)效率。

關(guān)鍵詞：半自磨;排料端;速度;粒度;弧形;磨礦效率

引言

在傳統(tǒng)自磨技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出了半自磨技術(shù)，技術(shù)發(fā)展迎合生產(chǎn)需求，普及范圍逐步在國內(nèi)外鋪展開來。半自磨技術(shù)主要用來替代常規(guī)碎磨系統(tǒng)中的細(xì)碎及磨礦作業(yè)。半自磨機(jī)為強(qiáng)制性排礦碎磨設(shè)備，筒體相較于傳統(tǒng)球磨機(jī)而言長度較短。半自磨磨機(jī)的優(yōu)勢在于磨礦效率高，物料可以磨到所需的粒度再及時排出。其劣勢在于磨機(jī)內(nèi)只添加少量（3%-12%）鋼球，礦石本身也作為磨礦介質(zhì)，因此半自磨機(jī)的排礦速度及粒級的組成，受物料粒度以及硬度的影響，也影響著磨礦效率及電力、鋼球等的消耗。

半自磨機(jī)的設(shè)計(jì)與排礦速度以及粒度關(guān)系密切，包括排料粒度的組成不符合要求，以及半自磨機(jī)排料端的排料能力不足，都會造成半自磨機(jī)的運(yùn)行功率高、磨礦效率低。通過研究發(fā)現(xiàn)改變格子板及礦漿提升器結(jié)構(gòu)，提升半自磨機(jī)的排礦速度及粒度組成，合理分配各磨機(jī)的負(fù)荷比例，來提高系統(tǒng)效率。

一、現(xiàn)狀分析

（一）排料端使用情況分析

半自磨機(jī)屬于強(qiáng)制排礦碎磨設(shè)備，排料端的設(shè)計(jì)會直接關(guān)系排礦速度。目前原排料端采用礦將提升器，格子板樣式一般選用直形格子板。

磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，提升器內(nèi)礦漿和頑石會受到兩力（重力和離心力）的相互作用，流動緩慢且容易聚集，流動性差就易出現(xiàn)回流現(xiàn)象，一個排料周期內(nèi)不能全部排空頑石和礦漿，新物料無法進(jìn)入。細(xì)礦漿很可能聚集在筒體內(nèi)中，降低磨礦效率的同時返流還會造成排料端磨損。

（二）排礦速度分析

半自磨機(jī)的生產(chǎn)效率受諸多因素影響，包括磨機(jī)轉(zhuǎn)速、充填率等。

1. 半自磨機(jī)功率

其中半自磨機(jī)的功率屬于直接影響因素，它反映的是生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的表征變量。利用實(shí)時數(shù)據(jù)儲存以及查詢分析技術(shù)，得到半自磨機(jī)的功率區(qū)間分布，見圖1。

圖1可以看出，半自磨機(jī)的功率在6500-8000kw之間波動范圍小，無顯著差別，屬于平均分布。在8000kw以上的功率區(qū)間累計(jì)頻率36%，該區(qū)間半自磨機(jī)系統(tǒng)低效，運(yùn)行高能耗，效率是大幅降低的，所以在該區(qū)間占比較大說明對系統(tǒng)整體影響較大。

2. 鋼球的充填率

為確保磨礦的效率，半自磨機(jī)內(nèi)必須保證下落的大塊的礦石與鋼球砸在礦石上，因此就有一個基礎(chǔ)條件：合適的充填率。半自磨機(jī)相對于傳統(tǒng)的球磨流程，利用了部分原磨料作為研磨介質(zhì)，因此實(shí)際生產(chǎn)中磨機(jī)內(nèi)鋼球的添加量比較少，也就是鋼球和磨料各占比例的比值比較低。在結(jié)構(gòu)上劃分，半自磨機(jī)為格子型磨機(jī)，其綜合充填率相對溢流型磨機(jī)要低，因此實(shí)際生產(chǎn)中會出現(xiàn)鋼球直接砸向襯板的情況，導(dǎo)致襯板損壞嚴(yán)重，甚至脫落，出現(xiàn)生產(chǎn)事故。半自磨機(jī)內(nèi)鋼球的充填率也是影響磨礦效率和排礦速度的影響因素之一[1]。

半自磨機(jī)內(nèi)鋼球的混合充填率與功率的關(guān)系如圖2。

圖2 可以看出，半自磨機(jī)功率為 8000～9000 kW時，鋼球的充填率為 9%～11%，通過計(jì)算可以得到半自磨機(jī)混合充填率在35% 時，礦石的最佳滯留時間為 14.08 min，比小型磨礦磨礦時間 6～10 min 及常規(guī)磨礦系統(tǒng)磨礦時間 8 min左右都要長，說明半自磨系統(tǒng)村子磨礦時間長、排礦速度慢的問題。

（三）排礦粒度方面分析

半自磨機(jī)排料口的自返篩可以控制磨機(jī)的排礦速度。物料由左側(cè)進(jìn)入自返篩進(jìn)行運(yùn)作。運(yùn)作過程中小于篩縫的物料被篩走，大于篩縫的物料在到達(dá)篩體最右側(cè)后，被排入中空軸中，以被重新推送回磨機(jī)內(nèi)。

實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)查發(fā)現(xiàn)，出料端物料中 -25 ∽ +5 mm所占比例過高，超過了 -3 mm物料的比例。此外，磨機(jī)4.5∽5.5mm距離內(nèi)-25 ∽ +3 mm的物料比例急速升高?？梢娮苑岛Y的循環(huán)作用十分明顯。結(jié)構(gòu)上自返篩屬于封閉型，磨機(jī)內(nèi)磨礦介質(zhì)鋼球失圓、失效后無法清理。直徑 +3 mm以上的廢球無法排出，磨損極低，最終形成難磨粒子。難磨粒子積攢會増加磨機(jī)負(fù)重，耗電量加大，浪費(fèi)能源。 自滾筒篩排除的-3 mm廢球，直接進(jìn)入后續(xù)的渣漿泵與旋流器。廢球磨損渣漿泵，進(jìn)而導(dǎo)致堵塞旋流器沉嘴。溢流跑出又影響后續(xù)的提金工序指標(biāo)。

二、排礦速度以及粒度優(yōu)化研究

（一）排礦速度優(yōu)化

1. 排料端優(yōu)化

針對目前半自磨機(jī)排礦速度普遍偏慢問題，以及磨礦產(chǎn)品存在過磨的問題，為了提高半自磨機(jī)排礦速度，為了提高應(yīng)對難磨礦的能力，參照半自磨機(jī)弧形格子板以及提升器的應(yīng)用案例，可對 Φ10.37×5.19m 半自磨機(jī)排料端進(jìn)行再次設(shè)計(jì)并使用離散元進(jìn)行模擬分析。格子板開孔設(shè)計(jì)參照直形格子板，開孔分為兩種 ：70mm/25mm，因?yàn)樘嵘畹脑?，總開孔面積由原來的 7.05m2 降為6.05m2 ，開孔率也由原來的 8.9% 降為 7.6%[2]。利用 DEM 離散元模擬分析弧形與直形排料端排礦速度及返流量對比之后，直觀發(fā)現(xiàn)弧形比直形排礦速度增加直至 1 倍，礦漿返流量減少也達(dá) 63%，見圖 3。

2. 鋼球充填率的優(yōu)化

半自磨機(jī)在礦石不同的情況下保持原設(shè)計(jì)處理能力的標(biāo)準(zhǔn)，主要依靠添加鋼球量以及規(guī)格的調(diào)整。半自磨機(jī)在充填率20%時，物料呈拋落狀態(tài)，但在底角區(qū)存在物料不足的現(xiàn)象，易出現(xiàn)鋼球砸鋼板問題，充填率在30%時，物料運(yùn)行狀態(tài)最佳。不同填充率下磨機(jī)內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況見圖4。

充填率進(jìn)一步增大，磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時拋落的物料增多，運(yùn)動集中于物料表層，磨礦作用降低。但是半自磨機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，最佳充填率不同。在選擇合適的充填率時，要考慮到最佳轉(zhuǎn)速，以及耗能和對磨機(jī)的損耗。物料增多會導(dǎo)致磨機(jī)重量增大，運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷增多，因此要綜合計(jì)算和考量選擇充填率。

（二）粒度優(yōu)化研究

為防止磨機(jī)出料端物料循環(huán)，需設(shè)法將 -25 ∽ +3 mm物料輸送至磨機(jī)入料端，隨著物料軸向流動，再次參與磨礦，降低粒度。進(jìn)入磨機(jī)前剔除廢鋼球，避免廢球進(jìn)入磨機(jī)后增加能耗。最終選擇的處理方式為：拆除自返篩。在磨機(jī)出料口安裝1臺直線振動篩，可以選用篩縫3mm的DZS1837型直線振動篩。篩選過程中篩下物料隨礦漿進(jìn)入渣漿泵泵池，篩上物料利用皮帶機(jī)以及提升器返回至半自磨機(jī)入料端，相關(guān)機(jī)械可選用普通TD75型皮帶機(jī)與裙邊格擋大傾角提升皮帶機(jī)，需要注意的是，在TD75型皮帶機(jī)上安裝1臺自卸式環(huán)形永磁除鐵器自動清理了廢球。拆除自返篩后，需要封堵半自磨機(jī)出料端的孔洞，防止+25mm物料排出，同時將排料給至直線振動篩篩頭的中間部位。對比鑄鋼件以及橡膠材質(zhì)，考慮到磨機(jī)自重以及運(yùn)轉(zhuǎn)的電耗，封堵裝置與圓筒形排料裝置選用密度較低的橡膠材質(zhì)。

三、結(jié)語

優(yōu)化排料端設(shè)計(jì)，直形格子板改為弧形結(jié)構(gòu)，同時優(yōu)化半自磨機(jī)排礦速度的影響因素及粒度組成，以實(shí)現(xiàn)提高半自磨系統(tǒng)磨礦效率的目的。

（1）處理難磨礦時礦石在半自磨機(jī)內(nèi)的滯留時間下降，由原來的14.08 min 下降至 8.8 min ，+10mm 含量由 10.10% 提高到 20.69%，由此可見，排礦速度及粒度得到有效改善。

（2）半自磨系統(tǒng)低臺效、高能耗的問題得到解決。經(jīng)濟(jì)效益顯著。

參考文獻(xiàn)

[1] 何智文. 黃金選礦廠濕式半自磨機(jī)磨礦效率提升方法分析與實(shí)施[D].山東大學(xué)，2018.

[2] 唐友華. 基于EDEM的半自磨機(jī)顆粒的碰撞分析[D].昆明理工大學(xué)，2016.