多寶山銅礦大型選礦廠碎磨工藝探析

黑龍江多寶山銅業股份有限公司 黑龍江黑河 161416

碎 磨作業是礦物加工過程中的重要環節，為礦石中有用礦物的提取提供準備，碎磨工藝參數的確定必須要滿足選冶工藝對礦石處理的粒度要求，使礦物充分地單體解離，才能為有用礦物與脈石礦物的選礦分離創造條件。選礦廠碎磨系統投資高、能量消耗大，一般建設投資占選礦廠總投資的 50% 以上，能耗占選礦廠總能耗的 60%～70%，對選礦廠經濟效益產生直接影響[1-3]。

黑龍江多寶山銅礦大型選礦廠日處理能力達 8 萬t 以上，是我國第二大選礦廠，其中一期碎磨系統采用常規“三段閉路破碎+球磨”(3CB) 工藝，二期碎磨系統采用 3CB 和“粗碎+半自磨+球磨”(SAB) 的組合型碎磨工藝，整體構成了 8 萬 t/d 的碎磨大系統。選礦生產時 2 種碎磨工藝互通互聯，發揮各自碎磨優勢特點和協同效應，有效保障了選礦廠整個作業工序的穩定運行。筆者通過對多寶山銅礦選礦廠 2 種碎磨工藝進行分析對比，根據各自的優缺點提出改進措施，進一步優化碎磨流程，以提高碎磨設備的工作效率，在實現有用礦物高效解離的同時，降低能耗和鋼耗，實現選礦碎磨過程的節能降耗。

1 碎磨工藝及主要設備

SAB 工藝的優點是破碎段數少，無需獨立篩分作業，輸送帶轉接少，流程簡單，先進可靠，適應性強，減少了生產環節和粉塵污染，簡化了生產車間組成和占地面積；對于含水含泥較多的黏性礦石，可以避免常規流程中破碎和篩分等環節的堵塞問題；易于實現工藝過程的自動化控制，大幅減少人工，提高了勞動生產率和安全生產系數[4-5]。但相對常規 3CB 工藝而言，也暴露出生產電耗高、設備作業率低、處理能力受來料粒度和礦石可磨性影響較大、生產指標易波動、操作控制相對復雜以及磨礦介質和磨機襯板損耗高等問題[6-7]。例如，目前多寶山銅礦 3CB 碎磨流程設備運轉率為 93.86%，而 SAB 碎磨流程設備運轉率為 89.54%，相對低 4.32 個百分點。主要原因為半自磨格子板、筒體襯板使用壽命短，運轉中發生破損概率高，且襯板類型多，更換周期不一致。針對 2種碎磨工藝特點，多寶山銅礦設計了 SAB 和 3CB 相協同的組合型碎磨工藝，2 種碎磨工藝流程分別如圖1、2 所示，碎磨系統主要設備情況如表 1 所列。

由圖 1、2 及表 1 可知，多寶山銅礦選礦廠采用 2種碎磨工藝流程及配套的碎磨裝備，均能夠實現碎磨系統的達產達標，促成 8 萬 t/d 以上碎磨處理產能，同時為后續浮選工序提供了合格的入料粒度 (-74 μm占 68% 以上)，為有用礦物的浮選回收創造了條件。

2 落重試驗及球磨功指數測定結果

通過礦石沖擊破碎試驗，獲得 5 種粒級不同能量下的粒度分布曲線，進而得到各粒級不同比破碎能下的t10值 (落重試驗中將粉碎產品＜1/10 給料粒度的百分數作為表征待測樣品被粉碎程度的參數，計作t10)，并繪制出Ecs-t10關系曲線，如圖 3 所示。根據Ecs-t10理論公式：t10=A[1-exp(-bEcs)]，可以得到落重試驗參數A、b值，如表 2 所列。

圖1 “粗碎+半自磨+球磨”(SAB) 工藝流程Fig.1 Process flow of 'preliminary crushing+semiautogenous milling+ball milling'(SAB)

圖2 “三段閉路破碎+球磨”(3CB) 工藝流程Fig.2 Process flow of 'three-stage closed-circuit crushing+ball milling'(3CB)

表1 8.0 萬 t/d 碎磨系統主要設備Tab.1 Main equipments of 80 000 t/d comminution system

圖3 Ecs-t10 關系曲線Fig.3 Ecs-t10 relationship curve

表2 礦石落重試驗參數Tab.2 Parameters of drop weight test

由表 2 可知，多寶山銅礦原礦石的A×b=25.317< 30，屬于抗擊破碎能力硬的范圍，為極硬度礦石；ta=0.25，屬于抗磨蝕能力硬的范圍，屬于難磨礦石范疇。

由表 3 可知，100 目試驗篩孔球磨功指數測定值達到 17.50 kW·h/t，說明多寶山礦石硬度高，碎磨過程需要的功耗高，容易形成難磨顆粒。

表3 Bond 球磨功指數 100 目試驗篩測定結果Tab.3 Testing results of 100 mesh test sieve of Bond ball milling index

3 不同碎磨工藝生產電耗及噸礦成本對比分析

針對 3CB 和 SAB 2 種碎磨工藝進行了生產電耗及噸礦成本對比分析，分別如圖 4、5 所示。

圖4 2 種碎磨工藝各工段噸礦電耗對比Fig.4 Comparison of electricity consumption per ton of ore in each section of two kinds of comminution process

圖5 2 種碎磨工藝各工段噸礦生產成本對比Fig.5 Comparison of production cost per ton of ore in each section of two kinds of comminution process

由圖 4 可以看出，碎磨作業主要電耗用于磨礦過程，3CB 工藝的磨礦電耗為 18.4 kW·h/t，與多寶山礦石球磨功指數相近；而 SAB 工藝磨礦電耗達到了 28.94 kW·h/t，整個碎磨作業電耗升高了 7.46 kW·h/t。說明 SAB 工藝碎磨能量利用率遠低于常規破碎作業，主要是因為碎礦以選擇性破碎為主，磨礦以隨機性破碎為主，后者的破碎概率較低，其單位能耗要高于前者。由圖 5 可知，SAB 工藝的碎磨噸礦成本相對增加了 2.53 元，主要是磨礦過程能耗成本增加，其中：①物料成本方面，3CB 流程為 10.23 元/t，SAB 流程為 10.19 元/t，而主要物耗鋼球方面，3CB流程為 0.92 kg/t，SAB 流程為 1.08 kg/t，后者多于前者為 0.16 kg/t，折合噸礦 0.77 元，但剔除鋼球成本后，3CB 流程其他物料成本比 SAB 流程高0.81 元/t；② 能耗成本方面，3CB 流程為 10.66 元/t，SAB 流程為 14.36 元/t，增加了 3.7 元/t；③人工成本方面，3CB 流程為 0.95 元/t，SAB 流程為 0.30 元/t，減少了 0.65 元/t；④ 折舊及攤銷成本方面，2 種碎磨流程較為相近。

4 降本增效的工藝措施

4.1 發揮 2 種碎磨工藝的協同效應

在生產過程中應有效結合 2 種碎磨工藝的優勢特點和設備的運行能力，通過互通互聯的礦石輸送系統，精細化靈活調配 2 種碎磨工藝的礦石處理量及設備運行參數，提高設備利用效率，充分發揮組合工藝“1+1＞2”的協同效應，降低碎磨能耗。

4.2 降低磨礦給料粒度，實現“多碎少磨”和“能耗前移”

最佳的球磨給料粒度受原礦粒度及礦石性質等多種因素影響，有學者分別利用經驗公式及能耗模型對其進行論證，可以確定的是，將入磨粒度降低至與礦石性質相匹配的級別，有利于整個碎磨過程的節能降耗。

(1) 針對常規 3CB 工藝，生產實踐研究表明，合理降低球磨給料粒度有利于提高碎磨系統的處理能力。主要的技術措施包括：強化爆破作業，降低礦石大塊率，調整破碎流程及篩分分級粒度，實現多碎少磨；更換新型圓錐破碎機及沖擊式破碎機等高效破碎設備，提高破碎效率。另外從碎磨理論破碎概率學角度分析，球磨給料粒度存在一個最佳界限，如給料粒度較大時，物料粒度范圍寬，需要的鋼球級配范圍也較寬，難以保證各粒級均有較高的破碎概率；而給料粒度過小時，雖然破碎概率高，但相應鋼球介質較小，難以保證足夠的沖擊力和研磨力度[8-9]。因此，可以通過多碎少磨，獲得與礦石碎磨特性相適應的最佳給料粒度，降低磨礦能耗。

(2) 針對 SAB 工藝，大量生產實踐表明，入磨粒度對半自磨處理能力影響極大，入料粒度過大，半自磨機處理能力急劇下降，且磨礦電耗急速上升，僅通過調整粗碎旋回破碎機排礦口大小較難獲得理想的入磨礦石粒度，且礦石粒度波動較大。采用預破碎工藝可以有效提高半自磨機的處理能力，提高能量利用率，即在粗碎作業后引入破碎機 (圓錐破碎機)，對半自磨機給料進行預先破碎，是優化其粒度分布的措施之一。有研究表明，預破碎能改變磨機內礦石的粒度組成，既可以防止有用礦物的過磨，還可以改善臨界粒子在磨機內的聚集現象，有助于提高半自磨機的處理能力[10]。

4.3 難磨頑石的強化破碎處理，實現碎磨能量轉移

多寶山 SAB 流程中排出的頑石是極高硬度礦石，礦石硬度普氏系數f≥ 14，這部分 20～80 mm 粒級的頑石為礦石中極難磨碎礫石，而大型半自磨機在處理臨界尺寸礦石以及難磨礦石方面又存在一定的局限性。若碎磨過程中頑石直接循環返回半自磨機，則會導致難磨粒子在半自磨流程中的聚集和惡性循環，影響處理礦量，增加磨礦能耗。因此，將 SAB 流程中排出的頑石通過輸送帶轉運至三段閉路破碎系統中進行強化破碎，消除頑石在半自磨機中的積累，改變半自磨機中自然磨介的粒度性質，可減少難磨粒子含量，提高半自磨機磨礦效率。

4.4 優化半自磨機襯板材質和結構，以及格子板開孔尺寸

大型半自磨機襯板的使用壽命問題一直是制約其運轉率的關鍵共性問題，導致半自磨機物料消耗能耗高，設備運轉率低，加大了半自磨系統碎磨生產運行成本。因此，結合礦石可磨度及襯板損壞情況，優化襯板材質及提升條高度等襯板參數，是提高半自磨機運行效率的重要技術途徑。同時加大格子板開孔尺寸，優化開孔率，可以起到強制排礦的作用，減少了難磨礦石在磨機中的停留概率，使這部分頑石進入中細碎系統，從而降低磨礦能耗。

5 結語

多寶山銅礦是我國大型低品位斑巖型銅礦石，礦石的A×b值為 25.317，球磨功指數測定值達到 17.50 kW·h/t，說明礦石硬度極高，屬于難碎性礦石。依據礦石性質特征及碎磨工藝特點，設計了常規“三段閉路破碎+球磨”和“粗碎+半自磨+球磨”的組合型碎磨工藝。對比分析了 2 種工藝的生產成本，結果表明：SAB 系統磨礦電耗升高了 7.46 kW·h/t，整體碎磨成本增加了 2.53 元/t。為此，針對碎磨作業的降本增效，提出了碎磨工藝過程的精細化控制；降低磨礦給料粒度，實現“多碎少磨”和“能耗前移”；難磨頑石的強化破碎處理，實現碎磨能量轉移；優化半自磨機襯板材質和結構，以及格子板開孔尺寸等工藝舉措，提高了磨礦效率和選礦廠的經濟效益。