半自磨工藝在礦山選礦中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

曾 明

江西銅業(yè)集團有限公司德興銅礦 江西德興 334224

破 碎磨礦作業(yè)是礦物選別前的重要一環(huán)，其投資約占選礦廠總投資的 50%～ 60%，裝機功率占選礦廠總裝機功率的 60%～ 70%。因此，在綜合考慮項目的投資成本、效益及運營費用時，碎磨工藝的選擇就變得尤為重要[1]。傳統(tǒng)的碎磨工藝存在設(shè)備多、流程較長、作業(yè)環(huán)境較差等缺點，而流程相對簡單、占地面積小、粉塵少、投資少的半自磨工藝逐漸進入選礦工作者的視野。20 世紀 50 年代以前，國外基本上還是采用以常規(guī)的兩段破碎或三段破碎+球磨為主的碎磨工藝。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，半自磨工藝成為一些新建或改建的鐵礦、銅礦、金礦等金屬礦山廣泛應(yīng)用的碎磨工藝[2]。20 世紀 60 年代末，我國在鐵礦中開始應(yīng)用自磨工藝，2000 年第一次將半自磨工藝應(yīng)用在銅陵冬瓜山礦山。2004 年之前，半自磨工藝主要應(yīng)用在小型選廠，2004 年之后，在一些新建選廠，尤其是在一些大型選礦廠得到了大規(guī)模應(yīng)用。

1 半自磨機工作原理

自磨機是一種兼有破碎和磨礦功能的破碎設(shè)備，主要是利用礦石自身作為磨礦介質(zhì)，通過沖擊和磨剝作用達到粉碎物料的目的。半自磨機是利用自磨機在對礦石物料進行磨礦作業(yè)時產(chǎn)生一部分磨礦能力差，而在筒體中加入少量 (一般為 8%～ 12%) 的鋼球，以處理自磨時產(chǎn)生的難磨顆粒 (粒徑在 20～ 80 mm)，從而提高磨礦效果[3]。半自磨機同球磨機一樣，筒體內(nèi)的鋼球介質(zhì)和礦石物料在離心力和摩擦力的作用下，隨著筒體轉(zhuǎn)動被提升到一定的高度后，按一定的線速度形成拋落運動，礦石物料受下落鋼球的撞擊，以及鋼球與鋼球之間、鋼球與磨機和礦石物料之間的附加壓碎和磨剝作用，而達到粉碎物料的目的，被磨碎的合格物料借助水的沖擊力送出筒體。隨著半自磨機直徑的增大，其容積也逐漸增大，鋼球拋落得越高，破碎效率也越高，處理量也越大，但同時也會導(dǎo)致礦石物料在半自磨機中停留時間縮短，單位容積處理量下降，增加了半自磨單位能耗[4]。

2 半自磨工藝特點

(1) 流程短、易操作、成本低 半自磨工藝流程一般是原礦直接進入半自磨機，或經(jīng)粗碎后進入半自磨機+球磨機，減少了常規(guī)的二、三段破碎和篩分作業(yè)，使半自磨流程縮短，簡化了工藝流程，同時也減少了常規(guī)碎磨流程在處理礦性復(fù)雜的礦石時導(dǎo)致的流程不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于工藝流程的簡化，且無需設(shè)置破碎系統(tǒng)的中細碎、篩分、除塵、帶式輸送機以及中間緩沖倉等設(shè)備及相應(yīng)廠房，減少了占地面積和基建投資費用，以及材料消耗和人工成本，有效降低了選廠的應(yīng)用成本。

(2) 利于礦物選別 半自磨機主要是以礦石和鋼球作為磨礦介質(zhì)，特別是在處理多金屬硫化礦時，礦漿中會產(chǎn)生一定量的 Fe2+離子，影響礦物表面的電化學(xué)性質(zhì)，從而改變了礦物的可浮性。

(3) 自動化程度高 半自磨機主要以礦石自身和少量的鋼球作為磨礦介質(zhì)，因此易受礦石性質(zhì)的影響。在實際生產(chǎn)中，為達到一定的磨礦效果，需通過自動控制來調(diào)節(jié)，特別是在一些大型選廠，單靠人工調(diào)節(jié)已不能滿足生產(chǎn)要求，需要通過在線監(jiān)測磨機各項工藝參數(shù)并及時做出調(diào)整，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3 半自磨工藝的應(yīng)用

目前半自磨工藝主要有：單段半自磨流程 (SS SAG)、半自磨+球磨流程 (SAB)、半自磨+球磨+破碎流程 (SABC)[5]。

3.1 SS SAG 流程

由于 SS SAG 流程受給礦粒度、磨機長徑比、磨機轉(zhuǎn)速、分級回路等因素的影響，選用該流程替代碎磨流程存在一定的風(fēng)險，目前在國內(nèi)礦山應(yīng)用較少。

某銅礦[6]在對碎磨流程進行改造時，要求設(shè)計處理量為 3 330 t/d，產(chǎn)品粒度 -74 μm 占 90%。根據(jù)邦德功指數(shù)試驗和 JK 落重試驗結(jié)果可知，該礦礦石具有較好的破碎性和研磨性，屬易碎易磨銅礦。由于處理量較小，且礦石經(jīng)一段粗碎后含泥量較大，決定采用 SS SAG 流程替代原有的三段破碎—磨礦流程。經(jīng)JK 軟件模擬和設(shè)備選型計算，最終選用φ5.5 m×3.5 m 半自磨機，裝機功率為 1 600 kW，取得了較好的應(yīng)用效果。

SS SAG 流程不僅僅適用于金屬礦，在一些非金屬礦山也能達到碎磨的目的。某光鹵石礦 (KCl·MgCl2·6H2O)[7]礦石硬度低易破碎，采用 SS SAG 工藝來簡化破碎磨礦流程，采用半自磨—冷結(jié)晶—正浮選工藝連續(xù)化生產(chǎn)。經(jīng)采取多項改進措施后，半自磨機處理能力從原來的 120 t/d 增加至 150 t/d，磨礦產(chǎn)品粒度得到一定優(yōu)化，不僅提高了磨礦效率，增加了處理量，同時也大大降低了生產(chǎn)成本。

SS SAG 工藝在國外應(yīng)用比較普遍，尤其是在南非的金礦礦山，在美國、加拿大、澳大利亞等地區(qū)的銅礦、鎳礦、鉬礦和鉛鋅礦等有色金屬礦山經(jīng)常使用。董節(jié)功等人[8]在對剛果某多金屬礦項目設(shè)計中，要求設(shè)計處理量為 83.71 t/d，產(chǎn)品粒度P80=106μm。通過 SMC 試驗數(shù)據(jù)可知，該礦屬于易磨易碎礦石，結(jié)合國內(nèi)某銅礦已成功應(yīng)用 SS SAG 的實例，擬采用 SS SAG 工藝流程，結(jié)合功耗法和數(shù)學(xué)模型，對半自磨機進行設(shè)備選型，根據(jù)軟件計算結(jié)果，最后確定選用φ5.03 m×3.5 m 半自磨機，裝機功率為 1 200 kW。

Yanacocha 金礦[9]于 2008 年 12 月投產(chǎn)，該礦采用由 1 臺安裝功率為 16 500 kW 的φ9.75 m×9.75 m半自磨與一組φ650 mm-10 型旋流器組成的 SS SAG閉路流程，設(shè)計處理量為 620 t/h，產(chǎn)品粒度P80=75μm。投產(chǎn)初期，由于受礦石性質(zhì)變化、磨礦介質(zhì)、格子板以及分級效率等方面的影響，除產(chǎn)品粒度未達標(biāo)外，其余指標(biāo)均已達到設(shè)計指標(biāo)。為提高選廠的處理能力，需增大對產(chǎn)品的粒度要求，經(jīng)多年的優(yōu)化改造，該廠處理能力已經(jīng)超出設(shè)計值的 30%?？傮w來說，SS SAG 流程在 Yanacocha 金礦的應(yīng)用取得了成功。

Tarkwa 金礦[10]設(shè)計規(guī)模為 525 t/h，磨礦產(chǎn)品粒度P80=75～ 125 μm。該礦礦石主要以石英礫巖為主，金賦存在硅化礫巖中，與赤鐵礦關(guān)系密切，礦石性質(zhì)較硬。在考慮碎磨工藝時，對 SS SAG 工藝與 SABC工藝進行了綜合對比，比較結(jié)果是，雖然 SABC 流程生產(chǎn)成本低于 SS SAG，但在基建投資上高于 SS SAG流程。綜合各方面考慮，最終選擇 SS SAG 流程。選用裝機功率為 14 000 kW 的φ8.2 m×12.8 m 半自磨機，鋼球填充率為 18%，循環(huán)負荷 350%。投產(chǎn)后，處理能力超出設(shè)計值，磨礦產(chǎn)品粒度P80=75～ 150μm，與設(shè)計值相差不大，對金礦回收率無影響，取得了較好的應(yīng)用效果。

SS SAG 流程具有流程短、投資少、操作靈活等特點，在一定條件下是一個較好的選擇，但同時也受礦石性質(zhì)、設(shè)計和操作參數(shù)影響。隨著在國外成功案例的增多，國內(nèi)也有一部分選廠按照 SS SAG 流程設(shè)計，應(yīng)用前景廣闊。

3.2 SAB 流程

SAB 碎磨工藝流程是在 SS SAG 流程的基礎(chǔ)上添加 1 臺或幾臺球磨機構(gòu)成的閉路碎磨流程，是目前各大礦山比較主流的碎磨工藝之一。

冬瓜山銅礦[11]是我國首次引進半自磨設(shè)備，采用 SAB 碎磨工藝。SAB 流程由 1 臺裝機功率為 4 850 kW 的φ8.53 m×3.96 m 半自磨機和 2 臺功率為 3 300 kW 的φ5.03 m×8.3 m 溢流型球磨機組成，2 組φ660 mm 旋流器分別與 2 臺球磨機構(gòu)成閉路循環(huán)，半自磨機的給礦粒度為 -250 mm，產(chǎn)品粒度P80=2.5 mm。

大寶山 7 000 t 銅硫選廠 SAB 流程由 1 臺φ8.5 m×3.8 m 半自磨機和 1 臺φ6.2 m×9.5 m 溢流型球磨機構(gòu)成。由于該廠礦石采礦點較多，礦石性質(zhì)較復(fù)雜，為保證半自磨流程高效穩(wěn)定生產(chǎn)，對半自磨機筒體襯板、鋼球、格子板進行優(yōu)化后，處理量由原來的7 000 t 提高到 9 000 t[12]。

通過對國內(nèi)某大型銅礦礦石屬性進行分析，以及通過 JK 落重試驗對礦石的抗沖擊破碎性能測試和Bond 功指數(shù)試驗，可知該礦礦石主要為花崗巖型銅礦石，破碎、研磨難易程度均屬于中等水平。碎磨工藝最終采用一段粗碎+半自磨機+球磨機的 SAB 流程，半自磨機采用中信重工自主研發(fā)的φ11.0 m×5.4 m 雙驅(qū)變頻磨機，功率為 2×6 500 kW。礦石經(jīng)粗碎后進入半自磨機，出料經(jīng)振動篩分級后，篩上頑石直接進入堆浸廠，不返回半自磨機，頑石與半自磨機不構(gòu)成閉路循環(huán)，篩下產(chǎn)品經(jīng)旋流器分級后與球磨機構(gòu)成閉路循環(huán)系統(tǒng)。該半自磨機于 2016 年 10 月投入試運行，經(jīng)過后期各方面的優(yōu)化，目前取得了較好的效果[13]。

內(nèi)蒙古某低品位銅鉬礦山，經(jīng)過對礦石性質(zhì)的碎磨特性試驗，礦石的抗沖擊破碎能力和磨蝕能力都屬中軟范圍，頑石的抗沖擊破碎能力和磨蝕能力屬偏硬范圍。該選廠一期處理量為 42 000 t/d，SAB 流程采用 2 臺安裝功率為 6 000 kW 的國產(chǎn)φ8.8 m×4.8 m 半自磨機和 2 臺功率為 6 000 kW 的φ6.2 m×9.5 m 球磨機。2012 年二期處理量為 42 500 t/d，采用 1 臺安裝功率為 12 686 kW 的φ11.0 m×5.4 m 半自磨機和 1 臺功率為 17 000 kW 的φ7.9 m×13.6 m[14]球磨機。

楊應(yīng)林等人[16]在對西部礦業(yè)錫鐵山鉛鋅礦進行選礦技術(shù)升級改造時，經(jīng) JK 落重試驗和球磨功指數(shù)以及 JK-SimMet 軟件模擬流程，確定新選廠碎磨流程采用 SAB 工藝，經(jīng)多次試驗論證，最終選用安裝功率為 1 000 kW 的φ5.0 m×2.5 m 半自磨機和功率為 1 300 kW 的φ3.8 m×5.2 m 格子型球磨機。

SAB 流程不僅適于礦石選礦中，在爐渣選礦中也得到了廣泛應(yīng)用。貴溪冶煉廠[17]爐渣碎磨系統(tǒng)采用 SAB 流程，經(jīng)顎式破碎機粗碎后的爐渣給入半自磨機，半自磨機產(chǎn)品進入球磨機進行二段磨礦，分級后最終產(chǎn)品粒度在 -45 μm 占 80%，經(jīng)一定處理后進入浮選作業(yè)。貴冶采用奧托昆普公司生產(chǎn)的安裝功率為 2 000 kW 的φ5.2 m×5.2 m 半自磨機，以及中信重工生產(chǎn)的φ5.03 m×8.3 m 球磨機。西北某銅爐渣選礦廠[18]在對銅爐渣處理時，碎磨流程同樣采用 SAB 工藝，該渣選廠年處理能力在 100 萬 t 以上，經(jīng)粗碎后的爐渣給入 1 臺φ5.8 m×5.8 m 半自磨機，產(chǎn)品經(jīng)直線振動篩分級后，篩下產(chǎn)品經(jīng)一組旋流器分級后，沉砂返回 1 臺φ5.5 m×9.5 m 球磨機，篩上產(chǎn)品返回半自磨機。該渣選廠 2012 年 6 月試生產(chǎn)，11 月已實現(xiàn)達產(chǎn)達標(biāo)。

隨著 SAB 碎磨工藝在渣選廠的成功應(yīng)用，目前在金川集團渣選廠、紫金礦業(yè)渣選廠、湖南水口山渣選廠、山東祥光渣選廠都相繼采用 SAB 碎磨工藝，均取得了較好的效果。

3.3 SABC 流程

SABC 流程是在 SAB 流程的基礎(chǔ)上增加一套頑石破碎系統(tǒng)，頑石經(jīng)破碎系統(tǒng)破碎后再返回半自磨機。增加了破碎系統(tǒng)后，減少了半自磨機內(nèi)難磨粒子的積累，降低了半自磨機的負荷，增強了流程連續(xù)性，目前已應(yīng)用在國內(nèi)外各大礦山。

德興銅礦[19]大山選礦廠 2.25 萬 t/d 半自磨系統(tǒng)采用 SABC 流程，流程采用 1 臺電動機功率為 2×5 586 kW 的φ10.37 m×5.19 m 國產(chǎn)半自磨機與 1 臺電動機功率為 2×5 586 kW 的φ7.32 m×10.68 m 型溢流型球磨機。半自磨機產(chǎn)品經(jīng) 2 臺直線振動篩分級，篩上產(chǎn)品經(jīng) 1 臺 MP800 型圓錐破碎機破碎后返回半自磨機，篩下產(chǎn)品進入 2 組φ836-6 旋流器分級，旋流器溢流進入浮選作業(yè)，沉砂返回球磨機，球磨機與兩組旋流器構(gòu)成閉路循環(huán)。

位于秘魯?shù)奶亓_莫克銅礦碎磨工藝同樣采用SABC 流程，原礦經(jīng) NT 1 500 mm×φ2 800 mm 旋回破碎機破碎后進入 1 臺功率為 28 000 kW 的φ12.2 m×7.9 m 半自磨機，半自磨機排料經(jīng)滾筒篩和雙層振動篩分級后，篩上產(chǎn)品由 2 臺 XL1100 型頑石破碎機破碎后返回半自磨機，篩下產(chǎn)品進入 4 組 762×660 mm 旋流器分級處理，旋流器溢流進入浮選作業(yè)，旋流器沉砂返回 2 臺φ8.5 m×13.4 m 球磨機進行進一步磨礦，球磨機與 4 組旋流器構(gòu)成閉路磨礦流程[20]。普朗銅礦[21]一期設(shè)計規(guī)模 40 000 t/d，選廠分 2 個系列，碎磨工藝采用 SABC 流程，半自磨機型號為φ9.75 m×4.72 m，φ6.7 m×11.76 m 球磨機與φ660 m旋流器組構(gòu)成閉路磨礦，破碎系統(tǒng)每個系列采用 2 臺HP300 圓錐破碎機，分別與半自磨機構(gòu)成閉路。

SABC 流程也常應(yīng)用在硫化鉛鋅礦選礦中。楊征和[22]在研究半自磨機在硫化鉛鋅礦中應(yīng)用的合理性時，通過實驗室 JK 落重試驗、JKSimMet 軟件模擬試驗，最終選擇 SABC 碎磨流程，并對硫化鉛鋅礦選礦中半自磨機規(guī)格進行了設(shè)備選型，確定選用 1 臺電動機功率為 1 250 kW 的φ6.0 m×2.6 m 半自磨機，2 臺單機裝機功率為 1 250 kW 的φ3.6 m×6.0 m 球磨機，以及 1 臺圓錐破碎機構(gòu)成 SABC 流程。并對 SABC 碎磨流程與常規(guī)三段破碎流程方案進行了對比，結(jié)果表明，要達到礦石粒度要求，常規(guī)三段破碎流程磨礦作業(yè)需要進行兩段磨礦，而 SABC 流程僅需采用一段球磨就能達到磨礦要求，因此在硫化鉛鋅礦中采用SABC 流程是合理的。

SABC 工藝流程在國外[23-24]應(yīng)用較為廣泛，已成為比較主流的碎磨工藝之一。澳大利 Cadia Hill 銅金礦選廠碎磨工藝采用 SABC 工藝，破碎工藝由 1 臺φ12.2 m×6.71 m 半自磨機、2 臺φ6.71 m×11.1 m 球磨機和 2 臺 MP1000 圓錐破碎機構(gòu)成。在坦桑尼亞Geita 金礦、加拿大 Inmet Troilus 金銅礦、Asarco 銅礦等選礦廠同樣也采用 SABC 工藝，均取得了較好的效果。

4 結(jié)語

國內(nèi)半自磨工藝是從國外引進，半自磨設(shè)備主要都是以進口為主，但隨著國內(nèi)對半自磨工藝的不斷探索和創(chuàng)新，對半自磨設(shè)備的不斷研發(fā)，半自磨機已逐漸朝著國產(chǎn)大型化、智能化方向發(fā)展。半自磨工藝較常規(guī)碎磨流程具有流程短、設(shè)備少、投資少、自動化程度高等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各大礦山。隨著半自磨工藝技術(shù)的發(fā)展，半磨工藝流程在未來國內(nèi)外礦山具有廣闊的應(yīng)用前景。