某鉬礦快捷提高半自磨處理量的有效途徑

王 越 蘇祥玉 鄧海軒 張旭普 苗 雨

(1.中國黃金集團內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里021400；2.北京環(huán)磨科技有限公司，北京100071)

自磨/半自磨機是一種具有粉碎和磨礦雙重功能、一機兩用的設備，具有給礦粒度大、磨礦比大、破碎解離度高等優(yōu)點[1-4]。歪頭山鐵礦選礦廠是我國第一個使用濕式自磨機的大型選礦廠，由于半自磨較自磨處理能力大，近年來國內(nèi)新建大型金屬礦山均采用濕式半自磨機。

國內(nèi)某鉬礦屬大型斑巖型礦床，礦石真比重2.72 t/m3、松散系數(shù)1.62。礦石普氏硬度系數(shù)f為9～14，JK落重試驗A×b值為26，邦德球磨功指數(shù)為16 kWh/t，屬難磨礦石。磨礦采用SABC碎磨工藝流程，設計單系列日處理量20 000 t/d，半自磨機、球磨機、頑石破碎機規(guī)格分別為Φ10.37 m×5.19 m、Φ7.32 m×12.0 m、HP400。2020年8月以來，選礦廠入選礦石性質突變，入磨礦石難磨，易磨礦石幾乎很少，采場出礦困難，合理配礦已無可能，致使半自磨臺時處理量急劇下降，日處理礦量降低到18 000 t/d，磨礦臺時處理量降幅高達10%，噸礦球耗大幅上升，選礦生產(chǎn)面臨巨大壓力，而教科書式提高半自磨處理能力已無法從根本上解決臺時處理量下降難題。面對上述各種復雜因素，快捷提高半自磨臺時處理量成為重中之重。本文擬就大幅度提高半自磨生產(chǎn)能力提出粗淺看法，在不改變磨礦主工藝流程的原則下，可迅速改變目前生產(chǎn)被動局勢，采用多種手段提高磨礦臺時處理量。

1 礦物組成及礦石磨礦參數(shù)測定

1.1 礦物組成

鉬礦石中的主要金屬礦物為輝鉬礦、黃鐵礦、磁鐵礦，另有少量的赤鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦；脈石礦物主要是長石、角閃石、石英、綠泥石、高嶺石，另有少量的黑云母、絹云母、方解石、滑石、螢石、黏土和碳質。礦石的礦物組成見表1。

表1 礦物組成分析

1.2 SGS公司半自磨試驗

表2 SGS公司半自磨試驗結果

從表2可以看出，礦石的可破碎性參數(shù)A×b=26，屬于較難磨礦石指數(shù)范圍；ta=0.23，屬于難磨礦石范圍；RWi/BWi=1.28，表明半自磨在負荷工作時有較高的難磨頑石量產(chǎn)生。綜上所述，此鉬礦石屬于較難磨礦石，容易產(chǎn)生頑石，磨礦適合采用半自磨+球磨+頑石破碎工藝，即SABC工藝流程。

2 半自磨頑石排礦量的研究

半自磨磨礦過程中，將原礦石由張力狀態(tài)變?yōu)閴毫顟B(tài)時，會產(chǎn)生更加難磨的頑石(難磨粒子、礫石、臨界粒子)，頑石的難磨程度是新給礦的2～3.5倍，為消除或減少頑石對半自磨臺時處理量的影響，一是采用半自磨機內(nèi)加適量大直徑鋼球(內(nèi)消除)；二是采用ABC磨礦流程，將頑石外排，通過頑石破碎機進行全粒級擠壓破碎，經(jīng)過破碎后的頑石又由壓力狀態(tài)變回張力狀態(tài)，礦石又重新產(chǎn)生新的節(jié)理界面、棱角、微細裂紋，形成較易磨的新礦石，加之磨碎比變小，可大大提高半自磨處理能力(外消除)。

一般而言，半自磨頑石產(chǎn)率是新給礦的15%～20%，而此鉬業(yè)公司半自磨頑石產(chǎn)率是新給礦的7%左右，產(chǎn)量為50～60 t/h。其主要原因是礦石特性及頑石窗(孔)尺寸選擇不合理、排礦格子板孔排列方式及尺寸選擇設計缺陷所致。由于半自磨排出頑石量很低，頑石破碎機又需要有一定的礦柱壓力實現(xiàn)擠滿給礦，很難保證頑石破碎機發(fā)揮正常工作效率，形成了時開(少)時停(多)不能連續(xù)工作的狀態(tài)。頑石破碎機排礦無緩沖的中間礦倉，基本處于直排狀態(tài)，使頑石破碎的物料直接返回半自磨機內(nèi)，頑石量忽高忽低，甚至出現(xiàn)半自磨被迫停止新給礦，以專門處理頑石，造成了磨礦臺時處理量非常低且不穩(wěn)定的嚴重后果，無法實現(xiàn)新給礦與頑石給礦均衡、穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)及提高磨礦臺時處理量。該鉬礦的磨礦工藝流程見圖1。

圖1 SABC磨礦工藝流程Fig.1 Flowsheet of SABC grinding

2.1 頑石窗孔徑的調節(jié)

將目前半自磨機頑石窗孔徑由70 mm提高到80 mm，提高磨機頑石排出量，增大頑石破碎機處理時間，提高頑石破碎機生產(chǎn)效率及設備利用率。

2.2 格子孔與頑石窗的更換

半自磨排出頑石的全粒級分布呈現(xiàn)較大粒級與較小粒級產(chǎn)率較高、中間粒級產(chǎn)率低的啞鈴式狀態(tài)分布，之所以形成兩頭大、中間低粒級分布，是與頑石窗尺寸布局不均勻有關?，F(xiàn)場使用的頑石窗和格子板由兩家生產(chǎn)廠供貨，頑石窗與格子板塊數(shù)比均為19∶13，頑石窗開孔為70 mm，而靠近筒體有3排35 mm格子孔，根據(jù)磨礦動力學和磨礦運動軌跡分析，頑石中間粒級恰好處于此研磨區(qū)間而不能及時排出。這種排列設計對于提高自磨產(chǎn)品細度極為有利，但半自磨+球磨兩段磨礦工藝流程中，半自磨處理量處于飽和狀態(tài)，球磨機又有富余能力，形成了“一段飽，二段餓，二段飽不飽，一段在主導”兩面配套不協(xié)作的態(tài)勢。為充分釋放半自磨潛能，提高處理量，增加頑石全粒級產(chǎn)品，將3排35 mm格子孔全部改為孔徑70 mm的頑石窗，以利于頑石中間粒級快速排出，襯板結構見圖2、3。

圖2 廠家一襯板 Fig.2 Lining board of manufacturer 1

圖3 廠家二襯板Fig.3 Lining board of manufacturer 2

2.3 格子孔排列方式的改進

半自磨格子孔是同心圓式排列，礦漿通過格子孔滑動摩擦排出，無疑增加了排礦阻力，影響排礦速度，難排礦粒易在中后期造成格子孔堵塞，而將格子孔改為同向45°角排列，增強礦粒與格子孔強制切割機率，有效增加了排礦速度和處理能力。改進后格子板45°斜孔排列方式見圖4。

圖4 半自磨35 mm格子孔45°排列結構Fig.4 45° arrangement of 35 mm lattice hole in semi-autogenous grinding

2.4 頑石窗襯板塊數(shù)的增加

根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)，可將目前的19∶13的頑石窗和格子孔襯板進行合理調整，適當增加頑石窗，減少格子孔襯板，以期提高半自磨頑石排礦量。

2.5 頑石破碎機排礦口的調節(jié)

將目前HP400頑石破碎機排礦口由20 mm調至15 mm，有利于半自磨處理能力的提高，為防止頑石破碎出現(xiàn)“噎鐵”現(xiàn)象，增加一道除鐵器，嚴防碎球等誤入頑石破碎機。

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有較偏僻、溫差大、潮濕重、不穩(wěn)定性多等惡劣因素，給有線信號傳輸造成很大的使用瓶頸。而無線通訊技術的主要優(yōu)點有：①對于移動測量或距離很遠的野外測量，采用無線方式可以很好地實現(xiàn)并節(jié)省大量的費用；②無線傳輸技術不易受到地域和人為因素的影響；③無線通信的接入方式靈活；④較高的傳輸帶寬，抗干擾能力強，而且功率譜密度低[6]。

3 連續(xù)穩(wěn)定給礦的研究

通過對2.1～2.5節(jié)的改進，雖然能提高一些頑石返回量，延長了頑石破碎機(圖5、6中簡稱“頑石破”)運轉時間，但遠遠不能實現(xiàn)新給礦+頑石返回全天候連續(xù)式均勻合理給礦的終極目標。因此，對目前頑石返回工藝進行小幅度調整，新增皮帶給礦機、斗式帶式提升機、頑石儲礦倉、變頻皮帶給礦機，可實現(xiàn)均勻給礦，提高和釋放半自磨處理能力。圖5為現(xiàn)有頑石返回流程示意圖，圖6為改造后頑石返回示意流程圖。

圖5 現(xiàn)有頑石返回示意流程Fig.5 Existing return process of pebble

圖6 改造后頑石返回示意流程Fig.6 Modified return process of pebble

根據(jù)現(xiàn)場勘察，無論平面和空間均有充裕改造場地，改造工程量小，投資少，見效快，徹底解決間歇式頑石給礦的弊端，永久實現(xiàn)頑石均衡給礦。

4 鋼球充填率和鋼球直徑的研究

為快捷有效地提高半自磨機臺時處理量，國內(nèi)外均采用增加鋼球充填率和增大鋼球直徑的方法。添加鋼球可以補充半自磨中礦石磨礦介質之不足，并且由于鋼球表面強度大，能沖擊破壞累積在磨機中的臨界粒子礦塊[5]，快速消除難磨粒子，提高半自磨處理能力。根據(jù)段其福教授多年的研究成果，并結合了國內(nèi)外大型礦山的生產(chǎn)實踐，針對不同鋼球充填率或不同鋼球直徑對半自磨臺時處理量的影響，提出了最新的半自磨提高磨礦臺時處理量理論公式。

4.1 鋼球充填率對半自磨臺時處理量的影響

(1)

式中，Q新、Q原—新、原充填率對應的磨礦臺時處理量，t/h；φ新、φ原—新、原鋼球充填率，%；δ球、δ礦—鋼球、礦石的堆比重，t/m3。

根據(jù)公式(1)，適當提高鋼球充填率，可有效提高半自磨臺時處理量，但鋼球充填率提高至16%以上時，磨礦臺時處理量增加不明顯，因為磨機內(nèi)鋼球+礦的混合充填率在35%左右時磨礦效果最佳，如果鋼球充填率繼續(xù)增加，鋼球占據(jù)了更多的有效磨礦空間，導致礦石無法正常給入，處理量則會大幅下降。

對某鉬業(yè)公司的Φ10.37 m×5.19 m大型半自磨機進行了不同鋼球充填率對磨礦臺時處理量的生產(chǎn)試驗，驗證了理論公式(1)的準確性，實際生產(chǎn)對比數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同鋼球充填率下半自磨臺時處理量對比

從表3可以看出，根據(jù)公式(1)，以12%鋼球充填率為基準，提高半自磨鋼球充填率，半自磨臺時處理能力提高幅度在5.57%～15.83%，理論公式計算數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，最大偏差率僅為2%左右。

4.2 鋼球直徑對半自磨臺時處理量的影響

(2)

式中，Q新、Q原—鋼球直徑增大后、原鋼球直徑對應的磨礦臺時處理量，t/h；r新、r原—增大后、原鋼球的直徑，mm；δ球、δ礦—鋼球、礦石堆比重，t/m3；K—不同礦石性質修正系數(shù)，數(shù)值在0.05～0.06。

由于2020年8月以來礦石性質發(fā)生突變，入磨礦石難磨，易磨礦石幾乎很少，磨礦臺時處理量很低，每噸原礦球耗>1 kg，生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表4。

表4 2020.08～2021.05生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)

以2020年8月至2021年5月累計平均磨礦臺時處理量750 t/h為基準，100 mm直徑以上鋼球堆比重δ球一般取4.4 t/m3；按照礦石真比重2.72 t/m3，松散系數(shù)1.62計算，礦石堆比重δ礦取值為1.679 t/m3，根據(jù)公式(2)計算不同直徑鋼球磨礦臺時處理量及提高幅度見表5。

表5 預測不同直徑鋼球磨礦臺時處理量及提高幅度

目前此鉬礦生產(chǎn)使用Φ130 mm鋼球，半自磨臺時處理量為750 t/h，通過公式(2)理論計算，預計使用Φ140 mm、Φ150 mm鋼球后，磨礦臺時處理量為779 t/h、786 t/h，提高幅度為3.87%和4.80%。

一般情況下，半自磨選用鋼球最大直徑≤150 mm，鋼球充填率≤16%，V礦+V球充填率控制在34%～36%較為合適，但這會造成球耗、電耗增加，更影響襯板使用壽命。從提高處理量角度考慮，這些問題是在所難免的。鋼球充填率與磨礦臺時處理量、襯板使用壽命、球耗趨勢如圖7所示。

圖7 鋼球充填率與磨礦臺時處理量、襯板使用壽命、球耗趨勢Fig.7 Effects of ball filling rate on mill processing capacity,lining board service life and ball consumption

5 半自磨機磨礦濃度的研究

濕式自磨特點是礦石自磨、水力輸送，半自磨也兼具這一特點。磨礦濃度大小，對磨礦產(chǎn)品細度和磨機處理能力均有很大影響，同時也會影響磨機功率、油壓和返礦量三項指標。細顆粒在水介質的作用下被輸送出磨機，濃度變化會在較短的時間內(nèi)，迅速影響磨機內(nèi)細顆粒的排礦速度，造成功率、油壓和返礦量較大波動。

半自磨磨礦濃度是生產(chǎn)操作中一項重要指標，當磨礦濃度過大時，礦漿流動性差，黏滯系數(shù)較高，此時礦石表面黏附一層礦漿薄膜，水對礦石表面的沖洗作用減弱，礦漿膜黏附比較牢固，在礦石相互沖擊和磨剝時，必須克服這層表面礦漿膜；礦石之間相互沖砸作用減弱，也容易使黏附在大塊表面的細顆粒再次磨碎而產(chǎn)生過磨泥化現(xiàn)象，同時濃度過大，礦漿在磨機內(nèi)滯留時間過長，影響磨機排礦速度，礦漿充填率升高，磨機負荷變大，功率和油壓上升，處理能力相對降低。

磨礦濃度過小，水介質沖洗作用強，礦物表面干凈，排礦速度加快，不易產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象，排礦粒度變粗。但磨機內(nèi)礦漿量大，礦粒在水介質下迅速沉降，使磨機內(nèi)拋落下來的礦石和鋼球必須通過水介質才能接觸到礦粒，由于水介質緩沖作用，沖擊能力減弱，也同樣使磨礦能力降低，頑石返礦量會因此而逐漸變大。

礦漿濃度的大小，與礦石性質等有密切關系，對于不同的礦石類型，應采用適宜的磨礦濃度，才能達到最佳的操作條件。目前該鉬礦半自磨磨礦濃度僅為70%，應適當調整至(76±2)%較為適宜，既有利于提高半自磨排礦速度，又能充分利用磨機有效磨礦空間。

6 結論

1)在礦山生產(chǎn)中，提高或穩(wěn)定磨礦處理量，關鍵在于磨礦流程結構匹配合理并能保持穩(wěn)定。某鉬礦在襯板和設備工藝技術改進的基礎上，將頑石破碎機連續(xù)運行作為關鍵突破點，增加頑石破碎后的儲礦倉和斗式提升機，頑石+新給礦即可全天連續(xù)穩(wěn)定均勻給入半自磨磨機，極利于磨礦過程穩(wěn)定運行，提高磨礦臺時處理量。

2)在SABC磨礦流程中，適當增加半自磨鋼球充填率和增大鋼球直徑是提產(chǎn)的快捷方法。通過增加鋼球充填率，某鉬礦實際處理量提高幅度在5.57%～15.83%；通過增大鋼球直徑，處理量提高幅度在3.87%～4.80%。兩種方法能大幅提高磨礦臺時處理量，但會增加襯板和鋼球消耗，實際生產(chǎn)中要找到最優(yōu)平衡點。

3)提出了最新的半自磨提高磨礦臺時處理量理論公式，生產(chǎn)實踐與理論公式計算的磨礦小時處理量吻合度較高，對于應用SABC、SAB等磨礦流程的大型及以上礦山具有借鑒意義。