半自磨機排礦速度及粒度優化研究

陳建文，劉日新

（江西銅業集團有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

半自磨技術是在自磨技術的基礎上發展而來的，目前在國內外得到大范圍的應用，替代常規碎磨系統中、細碎及磨礦作業。半自磨機為強制性排礦碎磨設備，與傳統球磨機相比，筒體長度較短，可保證物料磨到所需的粒度而及時排出，所以磨礦效率較好［1］。但由于半自磨機內只添加少量（3%～12%）鋼球,礦石本身也作為磨礦介質，因此給料粒度、硬度的變化，嚴重影響半自磨機排礦速度及粒級的組成，從而影響磨礦效率及電力、鋼球等消耗［2］。

大山選礦廠特大型國產半自磨系統于2010 年底投產，由銅廠和富家塢兩個采區供礦，隨著采區深部開采，給礦塊度及硬度逐步增加，原設計半自磨機排料端排料能力不足，排料粒度組成不合理，造成半自磨機運行功率高、磨礦效率低。需通過改變格子板及礦漿提升器結構，優化半自磨機的排礦速度及粒度組成，合理匹配半自磨機、頑石破碎機、球磨機負荷，提高系統效率。

2 現狀分析

2.1 工藝流程簡介

大山選礦廠半自磨系統設計處理能力2.25 萬t/d，采用半自磨+球磨+頑石破碎的SABC 流程，其中：Φ10.37×5.19m 半自磨機1 臺，電機功率2×5586kW；Φ7.32×10.68m 溢流型球磨機1 臺，電機功率2×5586kW；半自磨機排礦采用2臺3.6×7.5m 直線振動篩篩分，篩上產物進入1 臺800 馬力頑石破碎機破碎，破碎后返回半自磨機，振動篩篩下產物進入2 組Φ838-6 旋流器組分級，旋流器沉砂進入球磨機磨礦，旋流器溢流產品要求-200 目含量達到65%進入浮選系統。

半自磨系統處理的礦石來自2 個采區，主要包括花崗閃長斑巖和千枚巖。其中金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦為主，黝銅礦、輝銅礦、斑銅礦、輝鉬礦次之，間有少量的方鉛礦和閃鋅礦。非金屬礦物以絹云母和石英為主，綠泥石、長石、方解石、云母、白云母次之。礦石平均體重2.7t/m3，抗壓強度蝕變千枚巖32～95MPa、蝕變花崗閃長斑巖45～210MPa，硬度變化較大。小型磨礦試驗-200 目含量65%磨礦時間為6～10min。

2.2 排料端使用情況分析

半自磨機屬于強制排礦碎磨設備，排料端設計直接影響排礦速度。大山廠半自磨機原排料端采用直形格子板及礦漿提升器［3］，見圖1。在磨機運轉過程中，礦漿和頑石在提升器內受重力和離心力相互作用，容易聚集及流動緩慢，造成攜帶及回流現象，在一個排料周期內不能把進入其中的頑石和礦漿全部排空，阻礙新物料進入，使得細礦漿聚集在筒體內中，降低磨礦效率，同時返流還造成排料端磨損，見圖2。

圖1 原排料端設計圖

2.3 半自磨機排礦速度分析

半自磨機排礦速度直接影響著半自磨機的生產狀況,而半自磨機功率是反映半自磨機生產狀況最關鍵的表征變量，利用在線秒級實時數據儲存及查詢分析技術，對半自磨機2015-2017 年功率分布區間進行統計，見圖3。

圖2 格子板和礦漿提升器底部磨損圖

圖3 2015-2017 年半自磨機功率區間分布統計圖

從圖3 可以看出，2015-2017 年半自磨機功率在5500～9000kW 之間呈平均分布，波動范圍較大，其中功率8000kW 以上占30.96%，半自磨機在該區間運行造成系統低臺效、高能耗，比例較大說明難磨礦對系統整體影響較大［4］。

通過對現場實測及在線實時數據分析，對Φ10.37×5.19m 半自磨機功率與介質、混合充填率關系進行建模，見圖4,并通過模擬數據對難磨礦區間的排礦速度進行分析。

圖4 半自磨機功率與充填率關系圖

難磨礦時半自磨機功率為8000～9000kW，按鋼球充填率9%～11%，通過圖4 查詢混合充填率為30%～40%。按半自磨機有效容積436m3、平均混合充填率35%，介質充填充率10%、堆比重5.0，磨礦濃度82%、系統臺效900t/h，計算礦石在半自磨機內平均滯留時間：

礦漿體積V =V混合-V介質=436×0.35-436×0.1×5/7.8=124.65m3

通過上述可計算出，半自磨機混合充填率在35%時，礦石的滯留時間為14.08 min，比小型磨礦磨礦時間6～10 min 及常規磨礦系統磨礦時間8 min左右都要長，說明半自磨系統在處理難磨礦時磨礦時間長、排礦速度慢。

2.4 排礦粒度分析

表1 2015-2017 年半自磨機排礦取樣結果 %

從2015-2017 年半自磨機排礦取樣數據來看，平均+10mm 含量平均10.10%，頑石量從該部分粒級產生，所以造成頑石量小，而-200 目含量平均超過36.05%，與常規磨礦20%左右相比排礦更細。另外從一段回收對比情況來看，大山常規磨礦系統產品粗選尾礦中120 目以上銅金屬流失最大，而半自磨系統產品粗選尾礦中200 目以下銅金屬流失最大，說明半自磨部分產品存在過磨現象。

3 排料端優化

3.1 優化設計及模擬分析

針對目前半自磨機排礦速度偏慢，磨礦產品存在過磨的問題，為優化半自磨機排礦速度，提高應對難磨礦的能力，參照同類型礦山半自磨機弧形格子板及提升器應用案例，對大山Φ10.37×5.19m半自磨機排料端重新設計并使用離散元進行模擬分析［5］。

圖5 直、弧形格子板對比圖

圖6 直、弧形礦漿提升器對比圖

圖7 弧形排料端總體結構

格子板開孔設計參照直形格子板，開孔為兩種70mm/25mm，因為提升筋的影響，總開孔面積由原來7.05m2降為6.05m2，開孔率由8.9%降為7.6%。利用DEM 離散元模擬分析弧形與直形排料端排礦速度及返流量對比，發現弧形比直形排礦速度增加1 倍，礦漿返流量減少63%，見圖8。

圖8 直弧形排提升器返礦量模擬對比圖

3.2 工業試驗及應用

根據弧形排料端設計及模擬分析結果，對排料端進行改造及應用，改造安裝見圖9。

弧形排料端前后進行了4 套局部優化試驗，試驗時間為2018-2019 年，試驗期間半自磨機排礦取樣平均結果見表2。

圖9 弧形排料端整體安裝圖

表2 2018-2019 年半自磨機排礦取樣結果 %

與表1 數據對比來看，改造后半自磨機排礦-200 目含量由36.05%下降到26.25%，+10mm含量由10.10%提高到20.69%。特別是在處理難磨礦時改善非常明顯，頑石量顯著增加，系統臺效較之前可提高50-100t/h，同時減少過磨現象。對改造后半自磨機功率分布進行統計，見圖10。

圖10 改造后半自磨機功率區間分布統計圖

改造前半自磨機功率超過8000kW 占30.96%，而改造后只有4.39%。處理難磨礦時半自磨機功率為7000～7500kW，按目前介質充填率8%，查圖4 可得混合充填率為25%左右，通過計算(過程略)可得，目前處理難磨礦石時平均滯留時間為8.81min，屬于比較合理的磨礦時間，給合排礦粒級可以判斷，應用新型排料端基本解決了半自磨機處理難磨礦問題［6］。

另外，通過同步對頑石破碎機襯板及球磨機球比進行優化，進一步解決下道作業負荷增加的問題，改造前后半自磨系統整體效率上升，生產指標對比見表3。

表3 改造前后半自磨系統指標對比

4 結語

通過改變排料端設計，將直形排料端改為弧形結構，優化半自磨機的排礦速度及粒度組成，達到提高半自磨系統磨礦效率目的。

（1）處理難磨礦時礦石在半自磨機內的滯留時間由14.08 min 下降至8.8 min 排礦-200 目含量由36.05%下降到26.25%，+10mm 含量由10.10%提高到20.69%，排礦速度及粒度得到改善。

（2）解決半自磨系統低臺效、高能耗問題。系統平均臺效由988.5t/h 提高到1001.9t/h，半自磨機平均運行功率下降1676kW，鍛球消耗下降0.027kg/t，經濟效益顯著。