特大型磨機在烏山銅鉬礦的應用

石玉君

摘要：烏山銅鉬礦是國內最早應用國內自主研發的特大型半自磨機、球磨機的礦山企業之一。經過多年的生產實踐，持續對磨礦工藝流程和設備進行優化改進：將SABC碎磨工藝流程改為SAB磨礦工藝流程，增大了處理礦量，解決了磨礦系統給礦及磨礦粒級分布等工藝指標不穩定的問題;提高磨機鋼球充填率，縮減半自磨機格子板的頑石窗，采用區間優化加球法添加鋼球，采用自動化控制方式。生產實踐表明：近3年來設備運行平穩，設備運轉率始終保持在92 %以上。磨礦處理量已超過設計產能的15 %，取得了巨大的經濟效益。

關鍵詞：特大型磨機;磨礦工藝流程;格子板;磨機鋼球;自動控制

中圖分類號：TD453?文章編號：1001-1277（2020）06-0048-05

文獻標志碼：A?doi：10.11792/hj20200611

引?言

中國黃金集團內蒙古礦業有限公司（下稱“內蒙古礦業公司”）位于內蒙古自治區新巴爾虎右旗境內，重點開發建設烏努格吐山銅鉬礦項目（下稱“烏山銅鉬礦”）。烏山銅鉬礦床共探明銅金屬儲量302萬t，鉬金屬儲量65萬t，為中國第四大銅鉬伴生礦床。烏山銅鉬礦選礦廠分兩期工程建設，一期工程設計2個系列，處理量共3.0萬t/d，二期工程設計單系列處理量3.5萬t/d;兩期設計總處理量為6.5萬t/d，實際處理量達到7.5萬t/d，設計處理礦量為2 145萬t/a，經過多年的選礦工藝優化，實際處理量已達到2 475萬t/a。

半自磨工藝流程可分為半自磨（SAG）流程、半自磨+球磨（SAB）流程、半自磨+球磨+破碎（SABC）流程。自20世紀50年代，美國發明制造的工業自磨機問世以來，自磨技術日臻完善成熟。自磨工藝流程具有流程先進可靠，設備大型高效，投資省、見效快，無粉塵污染，粉磨流程短等優點，被廣泛應用于1 000萬t/a以上的大型選礦廠工業生產中，這使得自磨/半自磨技術得到迅猛發展[1]。

烏山銅鉬礦選礦廠一期工程為2個系列，每個系列磨礦系統采用1臺8.8 m×4.8 m半自磨機和1臺6.2 m×9.5 m球磨機;浮選系統采用32臺160 m3浮選機;尾礦制備系統采用2臺40 m深錐濃密機。二期工程為1個系列，磨礦系統采用1臺11.0 m×5.4 m半自磨機和1臺7.9 m×13.6 m球磨機（世界上最大規格的雙電動機驅動球磨機）;浮選系統采用16臺320 m3浮選機;尾礦制備系統采用2臺43 m深錐濃密機。這些大型、特大型磨礦設備的應用，實現了操作自動化，提高了勞動生產率及企業綜合經濟效益，達到了節能降耗的目的。

1?磨礦工藝流程

1.1?SABC碎磨工藝流程

烏山銅鉬礦原磨礦系統采用半自磨+球磨+頑石破碎的SABC碎磨工藝流程。原礦儲礦堆的礦石經重板給礦機及3#膠帶輸送機給入半自磨機;半自磨機排礦經雙層直線振動篩分級，大于7 mm×10 mm篩上頑石經4#膠帶輸送機給入頑石緩沖倉，經過HP800頑石破碎機破碎后由5#膠帶輸送機給入3#膠帶輸送機，返回半自磨機形成閉路循環;篩下產品進入由1臺球磨機和旋流器組成的一段閉路磨礦分級系統。旋流器溢流濃度32 %，細度-74 μm占65 %，旋流器溢流合格產品進入浮選作業。SABC碎磨工藝流程見圖1。

1.2?磨礦工藝流程優化

采用SABC碎磨工藝流程，由于頑石產量小，無法滿足破碎機連續擠滿給礦的運行條件，因此頑石破碎機只能間斷運行，運行1.5 h，停車4.0 h。當頑石破碎機運行時，半自磨機給礦量由625 t/h降到400 t/h，處理量波動較大;頑石集中給礦時，還會導致半自磨機給礦粒級分布波動大，影響工藝穩定性。為了增大頑石產量進行了以下2個方面的改進：

1）半自磨機鋼球充填率按3 %進行生產，以及不加鋼球進行自磨。

2）增加頑石窗開孔面積及將小孔格子板全部更換為大孔徑頑石窗。

通過自磨和增大頑石窗孔徑及開孔面積，頑石產量依然沒有明顯提高，仍未能解決頑石產量低，破碎機不能實現擠滿給礦而需要間斷運行，磨機給礦量不穩定，頑石破碎設備不能連續運行，故障率高及磨礦系統工藝技術參數波動大的問題。

由于烏山銅鉬礦礦石普氏硬度系數f=8～10，屬于中硬偏軟礦石，篩上頑石為有棱角的多面體，實踐證明，產生的頑石是破碎后不能過篩的礦石粉碎顆粒，而不是真正意義上的頑石（鵝卵石形狀）。由于對頑石的錯誤定義，圍繞增大頑石產量，使SABC碎磨工藝流程中的頑石破碎機能夠連續運行的改進思路，并不能明顯提高頑石產量。因此，需要改變固有思路，使處理礦量達到生產要求。

烏山銅鉬礦選礦廠一期、二期工程磨礦流程設計均采用SABC碎磨工藝流程，但在實際生產過程中，半自磨過程中產生的頑石量不能滿足HP800型頑石破碎機擠滿給礦的要求。2012年，根據現場實際情況，對SABC碎磨工藝流程進行了升級改造，針對頑石返回量達不到要求的問題，停用頑石破碎機（C），即頑石不經過破碎機破碎直接返回半自磨機，將磨礦流程簡化為SAB流程，穩定了給礦粒度分布，提高產能15 %左右，處理礦量超過了設計的625 t/h，同時磨礦系統其他工藝參數穩定，保證了旋流器溢流細度。頑石破碎停用后，年節約成本500多萬元。雖然提高了半自磨機產能，但磨機處理能力達到上限，且功率較高，需要對半自磨機和球磨機的負荷進行適當調整及匹配。

2?磨機優化調整及應用

2.1?鋼球充填率優化

烏山銅鉬礦選礦廠一期工程半自磨機投入生產時，鋼球充填率為0～3 %，主要是為了滿足頑石產量能夠達到設計的HP800型頑石破碎機擠滿給礦要求，但經過試驗磨礦處理量并不能達到設計產能，同時頑石產量也沒有明顯提高，因此經過幾年的生產實踐，將半自磨機鋼球充填率逐步提高到12 %～13 %。目前，實際處理量一期工程3.5萬t/d，二期工程4.0萬t/d，合計處理量7.5萬t/d，超過設計產能的15 %。球磨機鋼球充填率從試運行時的15 %提高到28 %～30 %，提高了磨礦產能。

2.2?半自磨機頑石窗改進

通過取消頑石破碎及增加鋼球充填率，雖然提高了半自磨機的產能，但是下道工序的球磨機已達到額定功率（6 000 kW）的95 %，達到了處理能力的上限。而半自磨機功率只達到了額定功率（6 000 kW）的60 %～70 %。因此，需要對半自磨機和球磨機的負荷進行適當調整及匹配。原設計半自磨機32塊格子板中有4塊55 mm頑石窗、28塊30 mm小格子板，2012年以前，為了增大格子板開孔面積，全部改為60 mm頑石窗。之后，為了達到增加半自磨機負荷、減少球磨機負荷的目的，將32塊60 mm頑石窗縮減至8塊。改造后，磨礦系統中球磨機和半自磨機負荷匹配較好，處理能力得到進一步提高。改造前后半自磨機格子板照片見圖2。

2.3?半自磨機加球方式優化

選礦作業在礦山企業生產過程中的能耗占比較大，而磨礦作業的能耗占選礦能耗的50 %，且磨礦作業的鋼球消耗也很大[2]。半自磨機原采用按照鋼球經驗單耗每天集中補加一次的加球方式，但存在初期破碎效果較好，末期能力不足的問題;后來采用自動加球機均勻加球的方式，即區間優化加球法，穩定了磨礦的連續性，降低了勞動強度，且避免了集中加球帶來的安全隱患，同時在均勻加球的基礎上，進行了優化改進，采用新材料降低了能耗。

2017年年初，一期工程一系列半自磨機采用區間優化加球法，主要以礦石軟、中、硬的易磨性、難磨性為判斷準則，充分發揮磨礦介質以大塊礦石為主的磨礦原則，對半自磨機鋼球充填率進行適時、適量、適中補加，實現按需加球[3]。試驗結果表明：半自磨機鋼球單耗降低了20 %左右，磨機電耗降低了3 %左右。而且，實現了國內首次將鑄造鋼球成功應用于直徑8.8 m的半自磨機，突破了半自磨機只能使用鍛造鋼球的技術瓶頸。

2.4?磨機自動控制

1）在磨機運行功率方面，以低于額定功率運行為標準進行控制。在三系列雙驅磨機功率控制上，以2臺同步電機平均功率誤差在100 kW以下為標準控制，磨機運行平穩。

2）二期設計雙驅磨機離合器抱閘時間為4～7 s，后由于在生產過程中磨機啟動時技術人員設定離合器抱閘時間為7 s。當離合器抱閘時間長時，磨機的2個電動機會因功率相差較大而出現跳停，且有時離合器摩擦片會由于溫度過高而燒壞，因此調整抱閘時間為4～5 s。

3）半自磨機給礦比例優化。通過在原礦輸送皮帶上安裝礦石粒度分析儀，以皮帶給礦最大粒度250 mm每分鐘6～8個為控制標準，優化半自磨機給礦礦石粒度分布，大于100 mm礦石占1/5，50～100 mm占1/5、小于50 mm占3/5。通過250 mm礦塊個數調整碎礦旋回破碎機排礦口尺寸，達到優化半自磨機給礦粒級的目的。

4）半自磨機磨礦濃度控制。半自磨機磨礦濃度通過給水給礦的精準檢測，實現按比例給水給礦，磨礦濃度能夠按照設定值及處理量的變化而隨時調整給水量。

5）其他方面控制優化。特大型磨機組成的磨礦系統在自動控制方面需要專業的人員來維護和優化，烏山銅鉬礦的磨機自動控制系統在設備啟停、預警、報警，設備運行的功率、電流、油流、油壓、油溫、油膜厚度、風壓、軸承及電動機溫度、振動監測、氣動離合器抱閘時間的調試、保護設備、穩定磨礦工藝技術參數等方面發揮了重要作用。半自磨機、球磨機控制、監控畫面見圖3、圖4。

2.5?磨機部件

1）小齒輪軸承基座調整。烏山銅鉬礦選礦廠6臺球磨機均存在小齒輪軸承基座振動大的問題，經現場踏勘及調研發現，這主要是因為小齒輪與大齒輪的嚙合精度及電動機與小齒輪軸的同心度不好。選礦廠一期、二期工程半自磨機和球磨機運行1 a后出現齒面點蝕、剝落，目前一期工程4臺球磨機的小齒輪軸都進行過更換，且正在使用的小齒輪表面也出現了輕度的齒面脫落。因此，需要每隔一段時間對齒輪的嚙合精度進行調整，從而能夠有效解決軸承座振動大的問題。小齒輪軸承損壞照片見圖5。

2）液壓慢驅離合器優化。液壓慢驅離合器（見圖6）慢驅自鎖性不好，多次造成誤動作停車;在球磨機長時間停車盤車過后需要將慢驅脫開，但常出現慢驅長時間脫不開的情況。解決辦法是加固慢驅自鎖裝置，球磨機停機時將筒體內料位置于水平時再開啟慢驅脫開開關，解決了慢驅齒與小齒輪脫開難的問題。

3）球磨機油站冷卻器。烏山銅鉬礦選礦廠一期、二期工程球磨機油站冷卻器都出現過腐蝕進水的情況，但二期工程出現次數較多。一期工程使用的管式冷卻器較二期工程使用的板式冷卻器效果好。管式冷卻器管壁厚，在缺水環境下采用的冷卻水水質較差時耐磨、耐腐蝕效果好。因此，目前二期工程冷卻器已更換為與一期工程同型號的管式冷卻器，使用效果較好。另外，也可以考慮耐腐蝕等高強度的新材料。

4）半自磨機、球磨機襯板使用情況。烏山銅鉬礦一期、二期工程球磨機除了橡膠鋼骨架的球磨機端襯板及提升條外，其余半自磨機、球磨機襯板均為鉻鉬合金材料。以國外（美國、加拿大、瑞典）大型、特大型半自磨機筒體襯板為例，筒體襯板周期可達8個月以上，但是國內在用的直徑8.8 m以上半自磨機筒體襯板只能使用2～4個月，使用時間較短。這與國內金屬耐磨材料的發展及金屬耐磨熱處理工藝水平還不夠高有很大關系，亟待提高。各種襯板具體使用周期見表1～4。

3?結?論

1）烏山銅鉬礦自一期工程建成投產以來，有針對性地進行了磨機鋼球充填率優化改進，取消SABC碎磨工藝流程中的頑石破碎環節，對半自磨機格子板（頑石窗）進行改進，優化了磨機鋼球的添加方式，并對設備運行管理持續進行改進。近3年來設備運行平穩，設備運轉率始終保持在92 %以上。磨礦處理量已超過設計產能的15 %，取得了巨大的經濟效益。

2）烏山銅鉬礦選礦廠一期、二期工程磨機雖然在實際應用中存在一些設備方面的問題，但是經過科學統計分析，現場實時跟蹤，及時優化設備運行工況，并未影響正常生產。

3）直徑8.8 m以上的特大型半自磨機及直徑6.2 m以上的球磨機的綜合使用效果達到了設計要求，為烏山銅鉬礦成為世界上先進SABC（SAB）碎磨流程的礦山提供了支撐。

[參 考 文 獻]

[1]?段其福.中國自磨技術50年回顧與展望[J].金屬礦山，2010（增刊1）：21-42.

[2]?盛放，段其福，曹國旗，等.選礦廠自磨一選別節約型新工藝與新設備研究[C]∥礦業快報雜志社.第五屆全國礦山采選技術進展報告會論文集.馬鞍山：礦業快報雜志社，2006：277-281.

[3]?王越，楊世亮，邵爽，等.大型球磨機鋼球配比試驗研究與工業應用[J].有色金屬（選礦部分），2016（3）：67-70.