半自磨介質(zhì)消耗與產(chǎn)品粒度特性優(yōu)化研究

黃金華 丘世澄 阮華東

（江西銅業(yè)股份有限公司武山銅礦）

自磨指借助所磨礦石間的相互沖擊和研磨，達(dá)到磨碎物料的目的［1］。半自磨是在自磨基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，通過往磨機(jī)中加入少量鋼球介質(zhì)（充填率6%～14%），在筒體內(nèi)增加相互連續(xù)沖擊、磨削作用，達(dá)到節(jié)能效果［2-3］。與傳統(tǒng)球磨相比，半自磨工藝具有流程簡單、易于操作、投資和經(jīng)營費(fèi)用低、改善礦漿電化學(xué)性質(zhì)、自動(dòng)控制水平高等優(yōu)點(diǎn)，但磨礦效率受礦石性質(zhì)影響很大，存在臨界粒子問題［4-5］。

武山銅礦石經(jīng)顎式破碎機(jī)粗碎至-250 mm 后進(jìn)入2臺并列的φ5.8 m×1.8 m半自磨機(jī)，介質(zhì)充填率約15%，單耗約1.0 kg/t，遠(yuǎn)超預(yù)定的0.3 kg/t；半自磨機(jī)排礦+0.5 mm 產(chǎn)率大于32%、-0.074 mm 產(chǎn)率約35%，粗粒級含量偏高；此外，半自磨機(jī)存在頻繁漲肚情況。

為改善半自磨機(jī)介質(zhì)單耗高、磨礦產(chǎn)品粒度不合理狀況，開展了半自磨工作優(yōu)化研究。

1 礦石性質(zhì)

對礦山南北礦帶的礦石分別進(jìn)行容重測定，結(jié)果見表1；所選礦塊的單軸抗壓強(qiáng)度及脆性測定結(jié)果見表2。

礦石最大容重4.14 g/cm3、最小3.29 g/cm3、平均3.71 g/cm3，容重較大，在磨礦分級循環(huán)中需注意離析現(xiàn)象。礦石普氏硬度系數(shù)f最小4.8、最大10.2，分布極不均勻：南礦帶礦石較硬，平均9.8；北礦帶礦石硬度中等偏軟，平均5.7；全礦體平均7.8，說明礦石屬于中等偏硬礦石。礦石泊松比最大0.330，韌性較大；泊松比最小0.135，脆性大；平均0.242，說明礦石總體表現(xiàn)為韌性。

2 半自磨鋼球尺寸優(yōu)化研究

2.1 半自磨機(jī)給、排礦粒度分析

2.1.1 給礦粒度

半自磨機(jī)皮帶給礦粒度組成見表3。

由表3 并通過分析可以看出，半自磨機(jī)給礦P95=117.4 mm，粒度偏細(xì)；+100 mm10.52%，適合做自磨介質(zhì)的粒子偏少；50～35 mm 頑石界限粒度占6.07%，說明半自磨機(jī)的給礦粒度控制較好；-35 mm、-200目含量分別為47.46%和8.90%，證實(shí)礦石脆性大且易過粉碎。

2.1.2 排礦粒度

半自磨機(jī)排礦粒度組成見表4。

由表4 并通過分析可以看出，半自磨機(jī)排礦P95=11.58 mm、P80=1.77 mm，-2.5 mm 及-0.074 mm 粒級含量分別為81.88%和45.53%，說明半自磨機(jī)排礦粒度較細(xì)；-0.010 mm 含量高達(dá)12.80%，表明礦石脆性大且易過粉碎。

2.2 鋼球尺寸試驗(yàn)

2.2.1 單次磨礦試驗(yàn)

現(xiàn)場1#半自磨機(jī)裝φ180 mm 棒球，2#半自磨機(jī)裝φ150 mm鋼球，磨礦介質(zhì)充填率15%，介質(zhì)+物料總充填率約35%。為判斷半自磨機(jī)的合適鋼球大小進(jìn)行了對比試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)備為φ450 mm×450 mm 實(shí)驗(yàn)室球磨機(jī)，按鋼球充填率15%計(jì)裝球40.69 kg。磨礦試樣取半自磨給礦，質(zhì)量41.94 kg，探索試驗(yàn)確定的磨礦時(shí)間為85 min，磨礦產(chǎn)品-200 目35%左右（與現(xiàn)場相當(dāng)）。

方案1：現(xiàn)場φ180 mm 棒球單個(gè)質(zhì)量25 kg，添加2 個(gè)總質(zhì)量為50 kg，為消除介質(zhì)質(zhì)量影響，每份礦樣質(zhì)量增至50.76 kg。

方案2：現(xiàn)場φ150 mm 鋼球單個(gè)質(zhì)量13.77 kg，添加3 個(gè)總質(zhì)量為41.33 kg，因而維持礦樣質(zhì)量41.94 kg。

方案3：φ150 mm 新型材質(zhì)棒球單個(gè)質(zhì)量11.95 kg，添加3 個(gè)總質(zhì)量為35.85 kg，也維持礦樣質(zhì)量41.94 kg。

方案4：φ120 mm 鋼球單個(gè)質(zhì)量7 kg，添加6 個(gè)總質(zhì)量為42 kg，也維持礦樣質(zhì)量41.94 kg。

在相同磨礦條件下進(jìn)行磨礦試驗(yàn)，排礦產(chǎn)品篩析結(jié)果見表5，表5加工結(jié)果見表6。

從表6 可以看出，方案1 磨礦產(chǎn)品-2.5 mm、-0.074 mm 含量均最低，說明方案1 的合格粒子生成少，磨細(xì)能力弱；方案2 磨礦產(chǎn)品中充當(dāng)自磨介質(zhì)（+100 mm）的礦石少，不利于磨礦，且-0.010 mm 過粉碎粒級含量高；方案4 磨礦產(chǎn)品中頑石（50～35 mm）含量最高，這也會(huì)影響半自磨機(jī)臺時(shí)效率及鋼球單耗；方案3由于新型材質(zhì)的單個(gè)棒球質(zhì)量比同種規(guī)格的鋼球小，在所有方案中生產(chǎn)的合格粒子含量高，過粉碎低，適宜作自磨介質(zhì)的粒子多，頑石粒子少。因此，現(xiàn)場半自磨機(jī)應(yīng)按方案3加球。

2.2.2 磨礦循環(huán)試驗(yàn)

2.2.1節(jié)試驗(yàn)是一次性將半自磨機(jī)給礦磨至一定粒度，不連續(xù)試驗(yàn)可以大致判斷磨礦產(chǎn)品的粒度組成。為更好地模擬生產(chǎn)，判斷半自磨機(jī)中頑石的負(fù)面影響，進(jìn)行了磨礦循環(huán)對比試驗(yàn)。第一次磨礦85 min 后分離出-2.5 mm 粒子，然后用原礦補(bǔ)齊后再磨85 min，如此連續(xù)循環(huán)3次，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

從表7 可以看出，方案1 磨礦產(chǎn)品-2.5 mm及-0.074 mm 粒級含量均最低，說明方案1 的合格粒子生成少，磨細(xì)能力弱，且50～35 mm頑石量高；方案2 經(jīng)過二次循環(huán)后+100 mm 充當(dāng)自磨介質(zhì)的礦石消失了，50～35 mm 頑石含量增多，在第三次循環(huán)后超過了方案3，過粉碎含量也較高；方案4由于鋼球尺寸偏小，50～35 mm 頑石含量最高，會(huì)影響半自磨機(jī)臺時(shí)效率及鋼球單耗；方案3磨礦產(chǎn)品中充當(dāng)自磨介質(zhì)的礦石（+100 mm 粒級）逐漸增多，50～35 mm 頑石含量逐漸減小，過粉碎也較低。因此，現(xiàn)場半自磨機(jī)應(yīng)按方案3加球。

2.3 半自磨機(jī)鋼球材質(zhì)優(yōu)化研究

碳對于耐磨鑄鋼力學(xué)性質(zhì)及耐磨性具有重大影響；硅可以增加碳的活度，促進(jìn)石墨形成，阻止白口產(chǎn)生；錳使物料淬透性明顯提高，具有抑制珠光體形成的作用；鉻在鑄鋼中能形成碳化物、穩(wěn)定高溫下的組織，提高淬透性；磷、硫在鑄鐵中是雜質(zhì)元素，會(huì)大幅度降低鑄鐵材料的韌性等?；谏鲜龇治觯O(shè)定了改進(jìn)鋼球與現(xiàn)場鋼球化學(xué)成分對比，見表8。

對鋼球化學(xué)成分優(yōu)化后分別進(jìn)行表面硬度、芯部硬度、金相組織、落球沖擊疲勞壽命的測定，結(jié)果見表9。

金相組織檢驗(yàn)表明，優(yōu)化前鋼球的金相組織為硬度低珠光體和強(qiáng)度與硬度都很低的鐵素體，在半自磨機(jī)所要求的工作條件和自身沖擊力較大的情況下，會(huì)導(dǎo)致較高的碎球率；成分優(yōu)化后，鋼球的金相組織由高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性的馬氏體為主。優(yōu)化后鋼球的表面硬度、芯部硬度、落球沖擊疲勞壽命分別比優(yōu)化前提高了22.2%、13.6%、25%。同時(shí)，由于鑄球主要以使鋼球變硬的馬氏體組織為主，經(jīng)加工后，表面硬度＞62。因此，優(yōu)化后的棒球具有很好的抗沖擊疲勞破壞和抗磨料磨損能力。

3 工業(yè)試驗(yàn)研究

根據(jù)工業(yè)試驗(yàn)前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，1#和2#半自磨機(jī)的損耗情況見表10，生產(chǎn)指標(biāo)見表11。

從表10 可以看出，優(yōu)化后1#和2#半自磨機(jī)臺時(shí)效率分別提高9.25 t/h、4.66 t/h；單位球耗分別下降0.272 kg/t、0.200 kg/t；單位成本分別下降27.68%、20.57%。

從表11 可以看出，優(yōu)化后1#和2#半自磨機(jī)排礦+0.15 mm 含量分別下降4.31、3.27 個(gè)百分點(diǎn)，-0.074 mm 含量分別增加5.05、3.25個(gè)百分點(diǎn)，磨礦效果得到改善。

4 結(jié)論

（1）武山銅礦石容重較大，硬度分布極不均勻，礦石中等偏硬，韌性極大。半自磨產(chǎn)品存在一定的泥化、過粉碎現(xiàn)象。

（2）新型材質(zhì)的φ150 mm 鋼球磨礦效果較好，產(chǎn)品頑石含量小，過粉碎現(xiàn)象較輕。

（3）通過鋼球化學(xué)成分優(yōu)化，其表面硬度、芯部硬度、落球沖擊疲勞壽命分別比優(yōu)化前提高22.2%、13.6%、25%，具有很好的抗沖擊疲勞破壞和抗磨損能力。

（4）優(yōu)化后1#和2#半自磨機(jī)臺時(shí)效率分別提高9.25 t/h、4.66 t/h；單位球耗分別下降0.272 kg/t、0.200 kg/t；單位成本分別下降27.68%、20.57%；排礦+0.15 mm 含量分別下降4.31、3.27 個(gè)百分點(diǎn)，-0.074 mm 含量分別增加5.05、3.25個(gè)百分點(diǎn)，磨礦效果得到改善。