鋼球尺寸對半自磨- 球磨系統產能的影響研究

尤騰勝，馮建偉，陳名潔

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

云南某鋅錫銅多金屬選礦廠于2013年建成投產，并于當年底全面達產達標，針對鋅錫銅共伴生復雜礦石嵌布粒度粗細不均、共生關系復雜的特點，選礦廠在國內創新采用半自磨- 球磨(SAB)碎磨工藝，并用立式攪拌磨對銅、鋅粗精礦再磨，通過階段磨礦、階段選別的磨選工藝，降低了過粉碎現象，提高了磨礦效率。

選礦廠設計規模8 000 t/d，目前按照8 400 t/d組織生產，基于企業資源可持續、高產能及高效益的發展需要，選礦廠提出了整體擴能要求。通過對選礦廠全系統流程考查分析，發現磨礦系統是影響選礦廠擴能的瓶頸；半自磨機的實際運行功率達到2 400 kW(安裝功率2 600 kW)，球磨機實際運行功率2 650 kW左右(安裝功率3 500 kW)，半自磨機實耗功率較高，負荷較重，球磨機實耗功率相對較低，有較大提升空間，說明半自磨機與球磨機的生產負荷不匹配，半自磨機是影響產能提升的關鍵。

影響半自磨機運行的因素較多，如給礦粒度分布、給礦量、鋼球充填率、磨礦介質及轉速率等，最大鋼球尺寸作為一項重要的影響因素，在生產中可實施性較強，同時能夠最大限度的減小對現有生產的影響；因此選用適宜的鋼球尺寸，一方面提高半自磨機處理能力，另一方面能夠降低鋼球和襯板的消耗。

JKSimMet是目前世界上應用最廣泛的磨礦分級回路模擬軟件，通過模擬和分析實際工業生產的運行數據，進行物料平衡、模型建議及數據模擬，對優化生產現場的磨礦流程非常有優勢；本文將選礦廠原礦石的JK落重試驗獲得的碎磨特性參數與磨礦回路流程考查數據相結合，采用JKSimMet軟件模擬還原至近似于實際生產情況，在此基礎上通過調節半自磨機磨礦介質研究不同鋼球尺寸條件下對磨礦系統產能的影響，為選礦廠產能提升的措施提供了科學依據。

1 磨礦工藝流程與設計基礎參數

采礦場采出的礦石經顎式破碎機破碎后采用長距離膠帶輸送機運往選礦廠的粗礦堆，粗礦堆排料采用帶式輸送機向半自磨機供礦。磨礦回路采用半自磨- 球磨- 頑石返回工藝流程，按單系列進行配置，半自磨機排礦端帶有圓筒篩，篩上頑石經帶式輸送機轉運返回到半自磨機，篩下產物為球磨分級回路的給礦，溢流型球磨機與水力旋流器組構成球磨回路閉路磨礦，水力旋流器溢流為最終磨礦產品。磨礦回路主要設備參數如表1所示，模擬輸入的相關流程單元參數如表2所示，在JKSimMet軟件中建立的半自磨- 球磨回路模型如圖1所示。

表1 磨礦回路主要設備參數

表2 模擬輸入的流程單元參數

圖2 磨礦回路生產現狀模擬結果

圖1 半自磨- 球磨回路模型

2 磨礦回路生產現狀模擬

根據選礦廠磨礦回路的生產現狀，將生產流程考查數據進行了球磨回路JKSimMet物料平衡計算，在物料平衡的基礎上，結合JK落重試驗獲得的礦石碎磨特性參數對半自磨- 球磨系統進行建模、模擬，模擬出實際生產情況，在軟件模擬時輸入主要設備參數(見表1)，相關流程單元參數(見表2)，通過調整軟件中半自磨機格子孔尺寸、頑石窗開孔率，水力旋流器作業條件及效率曲線等參數，將模擬的流程還原至近似于真實的生產現狀，磨礦回路生產現狀模擬結果如圖2所示。模擬結果中頑石產量、半自磨機運行功率、球磨回路循環負荷與流程考查結果基本一致。

3 鋼球尺寸對磨礦系統產能的影響

在磨礦回路生產現狀模擬的基礎上，利用JKSimMet過程模擬功能，研究分析半自磨機不同鋼球尺寸條件下對磨礦系統產能的影響。

本次研究在模擬過程中，采用三個重要的指標來衡量磨礦流程是否模擬完成：(1)最終產品細度達到工藝要求-0.074 mm占68%～72%；(2)半自磨機綜合充填率在25%±0.3%；(3)球磨分級回路循環負荷約為250%。

在模擬過程中，磨礦回路設置的作業參數除了新給礦量及最大鋼球尺寸外，其它參數均與表2一致，在設定的最大鋼球尺寸條件下，通過調整半自磨機新給礦量來保證磨礦回路達到穩態運行要求，即衡量磨礦流程模擬完成的三個重要指標滿足要求。

本次研究考察半自磨機最大鋼球尺寸分別為Φ120 mm、Φ130 mm、Φ140 mm及Φ150 mm共計四種鋼球尺寸條件下，磨礦系統處理能力情況。不同鋼球尺寸條件下，磨礦回路模擬結果如表3所示，Φ140 mm鋼球尺寸條件下模擬結果如圖3所示。

表3 鋼球尺寸條件下模擬結果

圖3 Φ140 mm鋼球尺寸條件下模擬結果

由表3模擬結果可知，在選礦廠磨礦系統現有配置條件下，通過適當加大鋼球尺寸，可以顯著提高半自磨機的處理能力，頑石產率逐步降低，半自磨機磨礦產品粒度變化不大，半自磨機運行所需要的總功率略有增加。主要原因是在鋼球直徑較小時，每個鋼球單次沖擊能量較低，導致頑石無法有效破碎，頑石返回量大，當鋼球直徑較大時，單次沖擊能量提高，可以有效破碎礦石及頑石。但是在確定的鋼球充填率及轉速率條件下，鋼球規格太大，則充填的鋼球數量會減少，從而影響鋼球與礦石之間的沖擊次數，會使磨礦產品粒度變粗。

4 結論

云南某鋅錫銅多金屬選礦廠半自磨機是整個系統產能提升的瓶頸，本次研究過程中充分考慮到生產現場的可實施性、最大限度減小對現有生產的影響等，在磨礦回路生產現狀模擬的基礎上，利用JKSimMet過程模擬功能，研究分析半自磨機不同鋼球尺寸條件下對磨礦系統產能的影響。

流程模擬研究結果表明，最大鋼球尺寸是影響半自磨機運行性能的關鍵因素之一，通過適當加大鋼球尺寸，能夠顯著提高半自磨機處理能力，頑石產量下降，如采用Φ140 mm鋼球時，半自磨機處理能力提高到了430 t/h，半自磨機運行所需的總功率略有增加，可能由于采用大鋼球時，鋼球數量減少，鋼球與礦石之間的沖擊次數降低，半自磨機產品粒度有變粗的趨勢。

需要指出的是，本研究中半自磨機轉速率按照75%進行模擬，轉速率較高，鋼球介質與礦石在較高轉速率情況下，存在鋼球及大塊礦石被提升到一定高度后拋落沖擊襯板及提升條的風險。因此，采用大鋼球時，建議降低磨機轉速率，不僅能夠提高半自磨機處理能力，也能夠加強鋼球與礦石之間的沖擊研磨作用達到降低產品細度的目的，同時降低鋼球的提升高度可降低磨機運行總功率。