單段半自磨流程在銅渣碎磨工藝中的應(yīng)用

瞿 鐵，董節(jié)功

1中信重工機(jī)械股份有限公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

3洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

我 國(guó)是世界銅生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，每年產(chǎn)出大量富含稀、貴金屬的銅冶煉渣。這些銅冶煉渣的堆存不僅占用土地，污染環(huán)境，還會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，實(shí)現(xiàn)銅渣的資源化利用，不但可以為社會(huì)創(chuàng)造財(cái)富，而且有利于資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)[1-3]。銅渣選別技術(shù)是充分利用銅渣中寶貴銅鐵資源的重要手段，而碎磨工藝是銅渣選別的準(zhǔn)備作業(yè)，常見的碎磨工藝有 2 種：三段或兩段一閉路破碎+兩段球磨的常規(guī)碎磨流程 (如大冶有色、方泰銅業(yè))；粗碎+半自磨+一段或兩段球磨的半自磨流程 (如貴溪冶煉廠、祥光銅業(yè)、紫金銅業(yè)、銅陵金冠、金川銅業(yè)、白銀有色、廣西金川、云南錫業(yè)、中原黃金)。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，半自磨流程已經(jīng)取代常規(guī)碎磨流程，成為銅渣選礦工藝的主要碎磨流程。單段半自磨流程具有流程簡(jiǎn)單、投資成本低等優(yōu)點(diǎn)，如果能在銅渣選礦工藝中得以利用，將會(huì)進(jìn)一步簡(jiǎn)化碎磨工藝流程，降低選廠投資成本，但至今并無(wú)單段半自磨流程在銅渣碎磨工藝應(yīng)用的實(shí)例。

在銅渣碎磨工藝中應(yīng)用單段半自磨流程是否合理，需要對(duì)哪些流程及磨礦設(shè)備參數(shù)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，都是應(yīng)用中面臨的主要問題。筆者結(jié)合某銅渣項(xiàng)目的選礦工藝特點(diǎn)，首次將單段半自磨流程應(yīng)用于該項(xiàng)目碎磨工藝設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)分析單段半自磨流程選擇的合理性、流程配置、磨機(jī)選型及關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)、磨機(jī)運(yùn)行工藝參數(shù)的合理選取等內(nèi)容。同時(shí)，針對(duì)銅渣要求磨礦產(chǎn)品粒度 -43 mm (-325 目) 占 80%～90% 的特點(diǎn)，進(jìn)一步分析單段半自磨+立式攪拌磨流程相比其他流程的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景。

1 銅渣選礦工藝

銅渣實(shí)際上是一種人造礦石，其主要礦物組成有鐵橄欖石和鐵尖晶石，其次為磁鐵礦、硫化銅和金屬銅，另外還有少量脈石組成的玻璃體。銅渣中的銅主要來(lái)自于銅精礦冶煉過程中殘留或再生的銅礦物，以金屬銅形式存在，占總銅量的 95%，具有很好的可浮性，因此可采用浮選法回收爐渣中的銅，此方法也是目前渣選廠最主流的選礦工藝[4-5]。典型的浮選工藝主要有 2 種，流程如圖 1、2 所示。

圖1 所示為階段磨礦階段選別工藝流程，主要用于處理品位較高的轉(zhuǎn)爐渣。在粗磨產(chǎn)品粒度 -74 μm(-200 目) 占 60% 條件下，快速浮選已單體解離的金屬銅或銅硫化物產(chǎn)品，直接得到高品位的銅精礦 (含銅40% 以上)，實(shí)現(xiàn)早收多收；尾礦再磨 (-43 μm 占 80%)再選，可保證銅的總回收率，如貴溪冶煉廠早期的轉(zhuǎn)爐渣選礦廠。

圖1 階段磨礦階段選別工藝流程Fig.1 Flowchart of stage grinding and stage beneficiation process

圖2 所示為目前廣泛采用的浮選工藝流程。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)爐渣品位的變化隨時(shí)調(diào)整流程結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在高品位銅精礦條件下，達(dá)到高回收率的目的。

圖2 一次磨礦集中選別工藝流程Fig.2 Flowchart of one-time grinding and centralized beneficiation process

2 單段半自磨流程合理性分析

結(jié)合銅爐渣結(jié)構(gòu)致密、硬而脆、密度大、磨礦功指數(shù)高 (球磨功指數(shù)一般為 22.0～26.0 kW·h/t) 的碎磨特性，目前主要的碎磨工藝為半自磨+一段或兩段球磨。相比之前的三段或兩段一閉路破碎+兩段球磨工藝，該工藝已經(jīng)簡(jiǎn)化了工藝流程。對(duì)應(yīng)圖1 的階段磨礦階段選別流程，碎磨工藝通常為半自磨+一段球磨，實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品粒度 -74 μm 占 60%，再磨通過二段球磨細(xì)磨，實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品粒度 -43 μm 占80%。對(duì)應(yīng)圖 2 的一次磨礦集中選別工藝，碎磨工藝為半自磨+一段或兩段球磨，尤其是對(duì)于可磨性差的銅渣，要通過半自磨+兩段球磨才能實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品粒度 -43 μm 占 80%。

單段半自磨流程中，半自磨機(jī)和振動(dòng)篩、水力旋流器構(gòu)成閉路磨礦系統(tǒng)，通過振動(dòng)篩和旋流器兩次閉路，旋流器溢流產(chǎn)品即為磨礦合格產(chǎn)品。與傳統(tǒng)半自磨流程相比，具有流程更簡(jiǎn)單、投資更省、生產(chǎn)成本更低等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外單段半自磨流程的應(yīng)用實(shí)踐表明，采用單段半自磨工藝的磨礦產(chǎn)品粒度 (P80值) 最小可達(dá)到 -74 μm 占 80%[3-5]。如果將單段半自磨工藝引入銅渣磨礦中，將簡(jiǎn)化碎磨工藝流程。對(duì)于圖 1 的階段磨礦階段選別工藝，采用單段半自磨工藝替代原有的半自磨+一段球磨工藝，可實(shí)現(xiàn)粗磨產(chǎn)品粒度 -74 μm 占 60%；對(duì)于圖 2 的一次磨礦集中選別工藝，采用單段半自磨工藝達(dá)到 -74 μm 占 60%，再通過二段磨礦達(dá)到 -43 μm 占 80%，更容易保證磨礦指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，將單段半自磨工藝引入銅渣磨礦中，將極大地簡(jiǎn)化碎磨工藝流程，降低碎磨工藝的投資和運(yùn)行成本。

某銅渣選礦項(xiàng)目處理自然冷卻的冶煉爐渣，包含鼓風(fēng)爐熔煉渣、反射爐熔煉渣、閃速爐渣及轉(zhuǎn)爐渣。該項(xiàng)目銅渣選礦工藝采用階段磨礦階段選別流程，一段磨礦產(chǎn)品粒度P80=106 μm (-74 μm 約占67%)，對(duì)該粒級(jí)物料進(jìn)行快速浮選；浮選尾礦再磨，磨礦粒度P80=37 μm (-43 μm 約占 90%)，再次浮選。該項(xiàng)目銅渣球磨功指數(shù)為 24.69 (74 μm) 和 33.93 (43μm) kW·h/t?？梢钥闯?，該項(xiàng)目銅渣球磨功指數(shù)非常大，可磨性差，現(xiàn)有磨礦流程方案為半自磨+一段球磨機(jī)+再磨球磨機(jī)的三段磨礦流程。筆者對(duì)該銅渣項(xiàng)目首次創(chuàng)新性地采用了單段半自磨+再磨球磨機(jī)流程，如圖 3 所示，代替現(xiàn)有的半自磨+一段球磨流程，以縮短工藝流程。該項(xiàng)目要求一段磨礦產(chǎn)品粒度-74 μm 約占 67%，在單段半自磨磨礦產(chǎn)品粒度的合理區(qū)間 (-74 μm 含量≤80%) 內(nèi)，因此，選擇單段半自磨工藝是可行的。

圖3 某銅渣項(xiàng)目選礦工藝流程Fig.3 Mineral beneficiation flowchart of a copper smelting slag project

3 單段半自磨流程設(shè)計(jì)

3.1 流程配置

選擇合適的流程配置是發(fā)揮單段半自磨碎磨工藝優(yōu)越性的重要保證。不同礦石性質(zhì)對(duì)應(yīng)的單段半自磨流程配置[6-8]如表 1 所列。

表1 單段半自磨流程配置Tab.1 Configuration of single-stage SAG circuit

結(jié)合銅渣硬而脆、可磨性差、銅渣球磨功指數(shù)大的特點(diǎn)，該銅渣項(xiàng)目選擇不含有頑石破碎機(jī)的單段半自磨工藝，同時(shí)采用長(zhǎng)徑比大于 1 的長(zhǎng)筒型半自磨機(jī)，以延長(zhǎng)物料在筒體內(nèi)的磨礦停留時(shí)間，實(shí)現(xiàn)細(xì)磨[9]。

3.2 半自磨機(jī)選型

半自磨機(jī)規(guī)格和電動(dòng)機(jī)安裝功率決定了單段半自磨工藝磨礦產(chǎn)品的細(xì)度。因此，合理的半自磨機(jī)選型是項(xiàng)目達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)的關(guān)鍵?；?JK 落重試驗(yàn)或 SMC 試驗(yàn)參數(shù)的半自磨機(jī)選型技術(shù)已成熟應(yīng)用于各類礦山的半自磨機(jī)選型中。由于該項(xiàng)目銅渣來(lái)源的多樣性，未進(jìn)行銅渣的落重試驗(yàn)或 SMC 試驗(yàn)，因此，主要基于銅渣試樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)和銅渣碎磨工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合功耗法選型理論進(jìn)行半自磨機(jī)的選型計(jì)算。

該銅渣選礦項(xiàng)目中，單臺(tái)半自磨機(jī)新給礦量為115 t/h，新給礦為顎式破碎機(jī)粗碎產(chǎn)品，半自磨系統(tǒng)采用不含有頑石破碎機(jī)的單段半自磨工藝流程，磨礦產(chǎn)品粒度P80=106 μm。查詢銅渣試樣試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)可知，現(xiàn)有銅渣落重試驗(yàn)A×b值范圍為 50.49～74.40，礦石硬度屬于“中等偏軟-軟”的范圍，結(jié)合該項(xiàng)目提供礦樣球磨功指數(shù)試驗(yàn)值進(jìn)行半自磨機(jī)選型計(jì)算。同時(shí)，參考銅渣碎磨工藝數(shù)據(jù)庫(kù)可知，現(xiàn)有半自磨—球磨流程中半自磨機(jī)磨礦單位能耗為 11.6～16.7 kW·h/t，對(duì)比兩種流程中半自磨機(jī)磨礦細(xì)度的不同，選取該銅渣項(xiàng)目單段半自磨流程中半自磨機(jī)磨礦單位能耗?？紤]到該項(xiàng)目銅渣來(lái)源具有不確定性，以最硬礦石試驗(yàn)參數(shù)及磨礦單位能耗最大值作為選型依據(jù)，并結(jié)合該項(xiàng)目銅渣球磨功指數(shù)試驗(yàn)值，計(jì)算得到半自磨機(jī)磨礦單位能耗為 32.0 kW·h/t。因此，選擇半自磨機(jī)的規(guī)格為φ6.1 m×7.5 m (F/F) (F/F表示磨機(jī)長(zhǎng)度值為筒體法蘭到法蘭長(zhǎng)度)，主電動(dòng)機(jī)安裝功率為 4 500 kW。滿足磨礦條件的半自磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)如表 2 所列。

表2 φ6.1 m×7.5 m (F/F) 半自磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)Tab.2 Operating parameters of φ6.1×7.5 m(F/F) SAG mill

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，半自磨機(jī)在鋼球充填率為 14%，總充填率為 28% 時(shí)，能夠滿足該項(xiàng)目要求的處理量和產(chǎn)品粒度指標(biāo)?？紤]到該項(xiàng)目首次采用單段半自磨流程，使用經(jīng)驗(yàn)少，流程可調(diào)整參數(shù)少，且該項(xiàng)目銅渣來(lái)源情況復(fù)雜，未進(jìn)行銅渣落重試驗(yàn)，選取磨機(jī)主電動(dòng)機(jī)安裝功率時(shí)，需考慮一定的富余能力。預(yù)選主電動(dòng)機(jī)安裝功率可以滿足半自磨機(jī) 75% 轉(zhuǎn)速率下，最大鋼球充填率 18% 和最大總充填率 30% 的拖動(dòng)需求，同時(shí)還可應(yīng)對(duì)銅渣來(lái)料粒度和硬度的波動(dòng)，確保項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

3.3 磨機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3.1 筒體襯板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)單段半自磨機(jī)磨礦產(chǎn)品粒度細(xì)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)有利于達(dá)到產(chǎn)品粒度的筒體襯板結(jié)構(gòu)。磨機(jī)前段筒體襯板和后段筒體襯板的提升條高度、面角及頂部結(jié)構(gòu)形狀采用不同的設(shè)計(jì)參數(shù)，從而使前段筒體襯板破碎效果更好，后段筒體襯板研磨效果更好。

同時(shí)，針對(duì)該項(xiàng)目半自磨機(jī)運(yùn)行時(shí)鋼球充填率高、總充填率高的特征，結(jié)合襯板結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行磨礦運(yùn)動(dòng)仿真分析，如圖 4 所示。分析目的是保證磨機(jī)運(yùn)行時(shí)物料及鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡合理，落點(diǎn)位置合理，實(shí)現(xiàn)襯板結(jié)構(gòu)、使用壽命及磨礦效率的最優(yōu)化。

圖4 特定襯板結(jié)構(gòu)參數(shù)下物料運(yùn)動(dòng)仿真Fig.4 Motion simulation of charge at specific parameters of mill liner

3.3.2 格子板開孔方案設(shè)計(jì)

針對(duì)該項(xiàng)目鋼球充填率高及需要更多小直徑鋼球研磨的需求，格子板小端開孔孔徑設(shè)計(jì)為 20 mm，避免小直徑鋼球排出；格子板大端開孔位置增加盲板設(shè)計(jì)，保證半自磨機(jī)內(nèi)物料和鋼球總充填率高的研磨狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)磨礦產(chǎn)品粒度細(xì)的目標(biāo)。同時(shí)，優(yōu)化開孔方案，保證總的開孔率達(dá)到 10%，以確保礦漿能夠順利通過格子孔進(jìn)入礦漿提升器，提高排礦效率；格子孔間設(shè)置加強(qiáng)肋，從而有效降低格子孔的沖擊延展變形，避免斷裂，保障排料粒度相對(duì)穩(wěn)定[10]。

3.3.3 礦漿提升器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用單段半自磨流程時(shí)，半自磨機(jī)的給礦包括新給礦、篩上返料、旋流器沉砂三部分。結(jié)合該銅渣項(xiàng)目信息，估算半自磨機(jī)篩上頑石返回率約為10%，旋流器循環(huán)負(fù)荷率約為 300%～400%，這種流程中，半自磨機(jī)礦漿流量遠(yuǎn)大于常規(guī)的 SAB(C) 流程中半自磨機(jī)的礦漿流量。如果礦漿提升器內(nèi)的礦漿不能及時(shí)排出磨機(jī)，則會(huì)通過格子孔回流到筒體內(nèi)，從而形成礦漿池現(xiàn)象，如圖 5 所示。礦漿池的存在會(huì)減弱物料和鋼球的沖擊破碎力度，降低半自磨機(jī)的磨礦效率。因此，設(shè)計(jì)單段半自磨流程中的半自磨機(jī)時(shí)，需要核算礦漿提升器的提升能力，避免產(chǎn)生礦漿池現(xiàn)象。

圖5 半自磨機(jī)內(nèi)有無(wú)礦漿池對(duì)比Fig.5 Comparison of SAG mill with and without slurry pool

對(duì)于φ6.1 m×7.5 m (F/F) 半自磨機(jī)，其礦漿提升器槽板高度基礎(chǔ)參數(shù)如下：礦石密度為 3.5 t/m3，半自磨機(jī)筒體內(nèi)部礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 75%，單臺(tái)磨機(jī)新給礦量為 115 t/h。按照 400% 的旋流器循環(huán)負(fù)荷率和 10% 的篩上返回率，計(jì)算得到半自磨機(jī)物料總通過量為 586.5 t/h，物料總流量為 363.5 m3/h。另?yè)?jù)設(shè)計(jì)與選型，格子板開孔率為 10%，磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速率為75%，總充填率為 30%。則計(jì)算可得礦漿提升器槽板高度平均值為 400 mm。

采用半自磨機(jī)礦漿流量計(jì)算模型，根據(jù)半自磨機(jī)規(guī)格，礦漿流速，礦漿黏性，物料和鋼球的總充填率，磨機(jī)轉(zhuǎn)速，半自磨機(jī)排料端格子孔的開孔位置、開孔面積和開孔率，礦漿提升器槽板高度等因素，計(jì)算半自磨機(jī)內(nèi)礦漿的動(dòng)態(tài)充填率，如果該比例大于 100%，說(shuō)明在物料和鋼球表面有礦漿存留，即會(huì)形成礦漿池，降低半自磨機(jī)的磨礦效率。對(duì)應(yīng)上述參數(shù)，計(jì)算半自磨機(jī)礦漿的動(dòng)態(tài)充填率為 65%，則半自磨機(jī)內(nèi)不會(huì)形成礦漿池。半自磨機(jī)排料端格子孔開孔率 10% 和礦漿提升器槽板高度 400 mm 是保證該項(xiàng)目半自磨機(jī)內(nèi)不形成礦漿池的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。

同時(shí)，內(nèi)圈礦漿提升器肋板采用長(zhǎng)短優(yōu)化配置，并優(yōu)化排料器開口尺寸，保障排礦通道暢通，減少返料發(fā)生。

3.4 磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)選取

3.4.1 磨機(jī)轉(zhuǎn)速

單段半自磨流程與半自磨—球磨流程相比，缺少了球磨磨礦，因此，磨礦產(chǎn)品粒度易出現(xiàn)波動(dòng)，調(diào)整能力受限。增加半自磨機(jī)變頻調(diào)速功能有助于磨礦產(chǎn)品粒度的調(diào)整。圖 6 是磨機(jī)在不同臨界轉(zhuǎn)速率 (分別為 65%、75% 和 85%) 下，礦石對(duì)應(yīng)不同粒度時(shí)的破碎率曲線[11]。磨機(jī)轉(zhuǎn)速越低，大塊物料沖擊破碎效果越差，破碎率越低，但磨礦時(shí)研磨效果更好，小粒級(jí)物料的破碎率更高。因此，單段半自磨流程中可以通過改變磨機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整磨礦產(chǎn)品粒度。推薦該銅渣項(xiàng)目半自磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速率為 75%，采用變頻調(diào)速，磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速率可以在 52.5%～82.5% 的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

圖6 磨機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)破碎率的影響曲線Fig.6 Curve of influence of rotary speed of SAG mill on breakage ratio

3.4.2 鋼球級(jí)配方案

磨礦時(shí)，研磨介質(zhì)尺寸的選取對(duì)磨礦效率影響較大。大直徑的鋼球，磨礦沖擊和研磨時(shí)產(chǎn)生能量大；小直徑的鋼球，在同樣的鋼球充填率下，鋼球數(shù)量越多，磨礦時(shí)對(duì)物料沖擊和研磨的頻次越多。因此，需要在鋼球的破碎能量和破碎頻次之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，即最佳的鋼球尺寸級(jí)配方案。結(jié)合國(guó)內(nèi)外其他單段半自磨應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，推薦該銅渣項(xiàng)目半自磨機(jī)中鋼球最大直徑為 120 mm，確定初始鋼球級(jí)配方案如表 3所列，生產(chǎn)中可結(jié)合碎磨工藝運(yùn)行參數(shù)進(jìn)一步調(diào)整優(yōu)化鋼球補(bǔ)加方案。

表3 半自磨機(jī)初始鋼球級(jí)配方案Tab.3 Initial proportion scheme of grinding balls in SAG mill

3.4.3 鋼球充填率和總充填率

結(jié)合銅渣礦硬度低、可磨性差的特點(diǎn)，磨機(jī)運(yùn)行時(shí)，需要在高鋼球充填率和總充填率下運(yùn)行，滿足磨礦時(shí)破碎率高和磨礦產(chǎn)品粒度細(xì)的要求。推薦磨機(jī)運(yùn)行時(shí)的鋼球充填率為 14%，總充填率為 28%。電動(dòng)機(jī)功率 4 500 kW 可以滿足磨機(jī)最大鋼球充填率 18% 和總充填率 30% 的拖動(dòng)需求[12-13]。

4 單段半自磨流程應(yīng)用實(shí)例

4.1 國(guó)內(nèi)某銅礦應(yīng)用情況

該銅礦礦樣試驗(yàn)參數(shù)：落重試驗(yàn)A×b=136.5，礦石硬度低；球磨功指數(shù)為 9.34 kW·h/t，礦石易磨。另外，設(shè)計(jì)處理量為 3 330 t/d。一段粗碎采用顎式破碎機(jī)破碎，破碎后產(chǎn)品進(jìn)入磨礦系統(tǒng)研磨，碎磨工藝采用單段半自磨流程，半自磨機(jī)磨礦產(chǎn)品通過圓筒篩和水力旋流器兩段分級(jí)，粗粒級(jí)物料返回半自磨再次磨礦，旋流器溢流產(chǎn)品為選別工藝要求的磨礦產(chǎn)品，產(chǎn)品粒度 -74 μm 通過 95%，對(duì)應(yīng)產(chǎn)品P80約為52 μm。筆者于 2012 年結(jié)合試驗(yàn)參數(shù)和碎磨工藝參數(shù)進(jìn)行了磨機(jī)選型計(jì)算，推薦 1 臺(tái)裝機(jī)功率為 1 600 kW的φ5.5 m×3.5 m 半自磨機(jī)作為該銅礦單段半自磨工藝的磨礦設(shè)備。針對(duì)此工藝設(shè)計(jì)磨機(jī)時(shí)，優(yōu)化了筒體襯板和礦漿提升器結(jié)構(gòu)參數(shù)。該銅礦 2014 年 1 月投產(chǎn)，2014 年 10 月原礦處理量達(dá)到 4 000 t/d，磨礦產(chǎn)品粒度P80=50 μm，系統(tǒng)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。半自磨機(jī)運(yùn)行功率為 1 200 kW，鋼球充填率為 15%，最大鋼球直徑為 100 mm，每噸原礦的鋼球消耗量約為 0.4 kg，總充填率約為 25%，礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 70%，格子板孔徑為 35 mm，圓筒篩返料率為 8%，旋流器返砂率為260%。

4.2 國(guó)外某金礦應(yīng)用情況[14]

該金礦位于加納西南部，試驗(yàn)礦樣破碎功指數(shù)為21.2 kW·h/t，棒磨功指數(shù)為 20.3 kW·h/t，球磨功指數(shù)為 12.6 kW·h/t，磨蝕指數(shù)為 0.6。礦石硬度高，可磨性中等。設(shè)計(jì)處理量為 420 萬(wàn) t/a (525 t/h)，要求磨礦產(chǎn)品粒度P80=75 μm。碎磨工藝采用單段半自磨流程，半自磨機(jī)規(guī)格為φ8.2 m×12.8 m，裝機(jī)功率為 14 000 kW，設(shè)計(jì)磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速率為 60%～75%，鋼球充填率為 18%，循環(huán)負(fù)荷為 350%，格子板孔徑為 35 mm。該金礦采用長(zhǎng)筒型半自磨機(jī)，為了防止磨機(jī)筒體內(nèi)出現(xiàn)礦漿池現(xiàn)象，該磨機(jī)安裝了容積更大的礦漿提升器。同時(shí)，變頻調(diào)速對(duì)于單段半自磨流程中的半自磨機(jī)是必要的。在處理軟礦石時(shí)，磨機(jī)可以采取低轉(zhuǎn)速、高鋼球充填率的操作參數(shù)，提高磨礦介質(zhì)的研磨能力，降低磨礦產(chǎn)品細(xì)度。由于設(shè)計(jì)階段考慮周全，有效降低了各種風(fēng)險(xiǎn)，該金礦于 2004 年 9 月投產(chǎn)，短時(shí)間內(nèi)即達(dá)到并超過設(shè)計(jì)處理能力，磨礦產(chǎn)品細(xì)度P80在 75～150 μm 范圍內(nèi)波動(dòng)，但對(duì)回收率影響較小?？傮w來(lái)說(shuō)，該金礦單段半自磨流程的應(yīng)用是成功的。

單段半自磨工藝流程短、投資低，但在生產(chǎn)操作中調(diào)整措施有限，因此需要在工藝和磨機(jī)設(shè)計(jì)階段全面考慮。隨著半自磨機(jī)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的成熟，單段半自磨流程在許多礦山得到成功的應(yīng)用，南非有超過 40 個(gè)金礦使用該流程；在澳大利亞、加拿大、美國(guó)等國(guó)家，單段半自磨流程也成功應(yīng)用于鉛鋅礦、鎳礦、銅礦、鉬礦等有色金屬礦山；國(guó)內(nèi)也有部分礦山成功應(yīng)用了單段半自磨流程。

5 銅渣碎磨工藝展望

對(duì)于階段磨礦階段選別的銅渣選礦工藝流程，滾筒式球磨機(jī)是目前選礦廠應(yīng)用最廣泛的磨機(jī)類型之一，具有磨礦效率高、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。但是，其介質(zhì)作用方式與磨機(jī)筒體轉(zhuǎn)速有關(guān)，選擇性磨礦效果較差，易過磨。同時(shí)，研磨作用易磨去物料的棱邊和尖角，磨礦產(chǎn)品顆粒圓形度較高，浮選時(shí)不利于其與氣泡碰撞黏附。筆者認(rèn)為，相比于滾筒式球磨機(jī)，中礦再磨可考慮使用立式攪拌磨細(xì)磨設(shè)備。立式攪拌磨主要通過擠壓剪切作用使物料碎裂，磨礦壓力首先集中于大塊物料，其次才是粒度較小的物料，因而選擇性磨礦效果較好，不易過磨，產(chǎn)品粒度分布范圍較小。攪拌磨主要用于超細(xì)粉碎，磨礦時(shí)，物料和介質(zhì)在磨筒內(nèi)不斷地上下左右相互交換位置，通過介質(zhì)重力以及介質(zhì)與物料之間的擠壓力將物料粉碎，其產(chǎn)品粒度均勻，磨礦效率高[15]。

對(duì)于該銅渣項(xiàng)目，二段磨礦處理量約為 130 t/h，新給礦粒度F80=106 μm，產(chǎn)品粒度P80=37 μm，采用立式攪拌磨可以滿足碎磨工藝參數(shù)和礦石性質(zhì)參數(shù)要求。結(jié)合與該銅渣項(xiàng)目給礦粒度和產(chǎn)品粒度范圍類似的其他項(xiàng)目應(yīng)用數(shù)據(jù)，相比較球磨機(jī)磨礦，采用立式攪拌磨細(xì)磨設(shè)備可節(jié)能約 35%[16-17]。對(duì)于該銅渣項(xiàng)目，采用球磨機(jī)，磨礦單位電耗約為 25.3 kW·h/t；如果采用立式攪拌磨，磨礦單位電耗約為16.5 kW·h/t，中礦再磨節(jié)約電耗為 8.8 kW·h/t，1 臺(tái)立式攪拌磨年節(jié)省電費(fèi)約為 400 萬(wàn)元。

多數(shù)銅渣磨礦產(chǎn)品粒度要求 -43 μm 占 80%～90%，一段磨礦采用單段半自磨流程，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品粒度P80約 106 μm，二段磨礦采用立式攪拌磨閉路流程，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品粒度P80約 37～45 μm。無(wú)論銅渣碎磨工藝采用連續(xù)磨礦還是階段磨礦，單段半自磨可簡(jiǎn)化流程，立式攪拌磨可降低能耗。因此，單段半自磨+立式攪拌磨流程是銅渣碎磨工藝最合理的、理想的流程。

同時(shí)，立式攪拌磨具有設(shè)備占地面積小、土建基礎(chǔ)成本低、磨礦能耗低、鋼耗低的優(yōu)勢(shì)，能夠降低項(xiàng)目的投資成本和運(yùn)行成本。因此，隨著單段半自磨流程在銅渣碎磨工藝的成功應(yīng)用，單段半自磨+立式攪拌磨的工藝流程將會(huì)得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

(1) 結(jié)合某銅渣項(xiàng)目選礦工藝流程和銅渣礦石性質(zhì)，分析了采用單段半自磨流程代替現(xiàn)有半自磨+一段球磨磨礦的合理性。

(2) 參考單段半自磨流程在國(guó)內(nèi)外其他礦山的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，基于該銅渣項(xiàng)目的礦石性質(zhì)，選擇了一段粗碎+不含有頑石破碎機(jī)的單段半自磨工藝流程作為該銅渣項(xiàng)目一段碎磨工藝流程，并結(jié)合工藝要求進(jìn)行了半自磨機(jī)設(shè)備選型，合理的流程配置和合適的磨機(jī)規(guī)格也是保證該項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵。

(3) 結(jié)合該銅渣項(xiàng)目的磨礦產(chǎn)品粒度和礦石性質(zhì)，針對(duì)單段半自磨流程特征，對(duì)半自磨機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，優(yōu)化了筒體襯板結(jié)構(gòu)、格子板開孔方案和礦漿提升器結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)磨機(jī)運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了合理選取，確保單段半自磨流程在銅渣碎磨工藝上的成功應(yīng)用。

(4) 展望了單段半自磨+立式攪拌磨流程在銅渣碎磨工藝上的應(yīng)用前景。該工藝具有流程短、設(shè)備數(shù)量少、土建成本低、運(yùn)行能耗低、鋼耗低等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)進(jìn)一步降低銅渣碎磨工藝的投資和運(yùn)行成本。