半自磨流程的發展及應用

馬帥, 肖慶飛,*, 趙福剛, 張謙

1.省部共建國家復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗，云南 昆明 650093；

2.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；

3.中鋼集團馬鞍山研究院有限公司，安徽 馬鞍山 243000

前言

20世紀30年代，由于工業需求美國制造了世界上第一臺濕式自磨機，發展到20世紀 50年代選礦廠開始使用自磨機來進行磨礦作業，20世紀60年代開始國外的選礦廠發現使用自磨機處理量無法達標，選礦廠就在自磨機中添加一定量的鋼球形成了半自磨[1]。自磨機是將礦塊達150～250 mm的礦石直接放入自磨機中，當磨機運轉時物料相互碰撞、研磨達到礦石粉碎。半自磨機的工作原理在自磨機工作原理中加入少量鋼球介質在簡體內增加相互連續的沖擊、滾落磨削作用從而使物料加速粉碎，進而達到節能的效果[2-4]。半自磨流程相對于傳統磨礦流程較短，筒體比傳統的磨機要短，磨到合格粒級的礦石不會在磨機里長時間的滯留，及時排出防止了過磨和能源的浪費。

半自磨工藝與傳統的磨礦工藝相比優點有：(1)半自磨機處理能力大；(2)半自磨機單位礦石生產成本低；(3)半自磨流程比較短，便于管理所以需要的人力成本低；(4)半自磨操作簡單；(5)半自磨工藝可以有效減少磨礦介質對礦物表面電化學性質的影響。為了解決實際生產帶來的問題半自磨流程的發展呈多樣化，目前，最常見的有單段半自磨流程、半自磨+球磨(SAB)、半自磨+球磨+頑石破碎(SABC)[5]。本文通過總結近年來傳統半自磨流程在國內外的應用，對今后的半自磨工藝發展方向提出了幾點建議。

1 單段半自磨流程

單段半自磨流程是半自磨機與分級設備(振動篩或者水力旋流器)直接構成閉合回路[6]。單段半自磨流程中給礦的力學性質變化會使得半自磨機運行不穩定，當礦石力學性質中的韌性和硬度變大，對于高韌性礦石可磨度越小越需要強化破碎磨剝和足夠的沖擊力。當沖擊破碎效果越差使得磨機的處理能力下降，半自磨機頑石破碎的速率降低最終導致半自磨機脹肚，所以單段半自磨流程在運行一段時間就要停止給料。使用單段半自磨流程時一定要考慮礦石性質的變化，及時掌握原礦礦石力學性質做到合理配礦才能使流程更加穩定。單段半自磨流程不能高效的處理頑石(頑石不能被鋼球介質和礦石自身磨碎，直徑通常在2～100 mm之間)，通常認為單段半自磨流程僅適用于易磨較軟礦石的礦山[7]。單段半自磨除去礦石力學性質的客觀缺點，最主要的缺點為頑石破碎速率和磨礦產品質量兩個方面，是單段半自磨流程改進的方向。

亨德森鉬礦是北美最大的鉬選廠，選礦廠破碎工藝采用一段開路破碎使用1 370 mm×2 130 mm旋回破碎機一臺，排礦粒度為230 mm進入四臺Φ8.5 mm×4.3 m半自磨機，每臺磨機配倆部功率為2 625 kW的電機，與八臺Φ660 mm的旋流器組成閉路,分級溢流濃度為50～55%，-0.15 mm細度為65%[8]。

Yanacocha金礦2008年開始生產，采用的是單段半自磨流程，磨機的給礦粒度小于150 mm，該流程為水力旋器分級直接返單段閉路磨礦。半自磨機型號為Φ9.75 m×9.75 m的方形磨機，功率為16.5 MW。磨機排礦圓筒篩篩孔為12.7 mm×31.8 mm和十臺為Φ650 mm旋流器。投產幾個月后，由于選廠過于追求半自磨機的處理量，就只能增大磨礦產品粒度，最終磨礦產品粒度[9]。現廠半自磨流程見圖1所示。

圖1 Yanacocha金礦磨礦流程

20世紀八九十年代，國內礦產行業不發達。先進的半自磨工藝在國內基本沒有應用，國內的半自磨技術和設備嚴重落后于國外[10-11]，所以國內應用成果的案例特別少且沒有代表性，主要列舉了國外應用實例，國內外詳細實例見表1。半自磨機給礦不穩定影響半自磨機產品質量和粒度的波動，會對浮選工序承受產品粒度造成影響。當半自磨機中發生脹肚，可以提高半自磨機轉速來加快礦石的碎磨速度，就要減少處理量。解決脹肚問題，可以把單段半自磨流程設計為開路流程，增加頑石破碎環節穩定半自磨機的運轉。單段半自磨流程非常簡單方便管理，但在單一設備中完成碎磨流程被認為時浪費能耗，且該流程細磨能力較弱，需要準確掌握礦石性質，選擇合適的工藝參數才能有效發揮單段半自磨流程的優勢。

表1 單段半自磨國外應用

2 半自磨+球磨流程(SAB)

隨著原礦的開采很多選礦廠的礦石性質發生很大的變化，原礦品位變低雜質變多，所以就需要磨礦產品細度更細。因為單段半自磨流程細磨效果不好的局限性，所以不能適合所有的選礦廠使用。科研人員就提出了半自磨+球磨流程(SAB)流程，SAB流程和單段半自磨流程的區別在于半自磨機產品進入分級設備(一般為振動篩)篩上頑石返回半自磨機進行再磨；篩下進入水力旋流器進行高效分級，溢流進入浮選作業，沉砂進入球磨機進行再磨處理，這樣就解決單段半自磨流程不能細磨的問題。SAB半自磨流程可以有效地解決了細磨的問題，優化了半自磨產品質量，使更多的可選粒級進入浮選作業。同時提高了半自磨機的處理量，相對于單段半自磨流程更加的節能。除去礦石力學性質變化的客觀因素，SAB流程最大的缺點是頑石破碎速率的影響，也是SAB流程優化的方向。

美國猶他州科帕頓(Copperton)銅選礦廠使用SAB半自磨流程，使用了一臺Φ10.97 m×5.18 m和三臺Φ10.36 m×4.57 m共四臺半自磨機，半自磨機排礦端設有16 mm的振動篩，篩下產物進入Φ508 mm 旋流器分級，旋流器返砂進入三臺Φ5.48 m×8.53 m球磨機和一臺Φ6.09 m×9.14 m球磨機進行再磨處理[12]。

2004年安徽銅陵冬瓜山銅礦采用SAB半自磨流程，使用了一臺Φ8.53 m×3.96 m半自磨機，電機功率4 850 kW。半自磨機排礦進入圓筒篩，篩下進入Φ660 mm 旋流器分級,旋流器沉砂進入兩臺Φ5.03 m×8.23 m溢流型球磨機進行再磨，電機功率為3 300 kW[13-14]。現廠半自磨流程見圖2所示。

圖2 銅陵冬瓜山銅礦SAB磨礦流程圖

國內外半自磨+球磨(SAB)流程使用實例見表2，半自磨SAB流程是在單段半自磨流程的基礎上進行了改造，使其適用性更加廣泛，也同時具有單段半自磨流程的優點比如流程簡單、易于操作并且解決了單段半自磨流程細磨不足的問題，但是同時也受到原礦礦石性質的影響和半自磨機內頑石破碎問題。頑石沒法破碎在半自磨機中越來越多或者頑石破碎的速度降低，就會使得半自磨機處理量下降影響選礦廠的生產。所以使用半自磨SAB流程的選礦廠礦石性質應該為中等或較軟礦石，才會使得頑石無法破碎的影響降低。

表2 半自磨+球磨(SAB)流程國內外應用

3 半自磨+球磨+頑石破碎流程(SABC)

半自磨SABC流程是在半自磨SAB流程的基礎上發展來的，比半自磨SAB流程多了頑石破碎環節，半自磨機中難以破碎的頑石排出進入頑石破碎環節，一般使用圓錐破碎機破碎產品再返回半自磨進性再磨[15-16]。由于使用破碎機單獨破碎頑石使半自磨機中的頑石破碎速率提高，減少了頑石在半自磨機中的積累速度，使流程適應性大大提高，系統可調節空間更大，自動化智能化發展更好，SABC流程比SAB流程處理量增加。

特恩尼特(Teniente)銅礦處理量為130 000 t/d，采用半自磨+球磨+頑石破碎(SABC)流程：1#系列用了一臺Φ10.97 m×4.57 m半自磨機，電機功率為11 200kW，介質充填率為10%，磨礦介質尺寸127 mm。2臺Φ5.49 m×8.53 m球磨機，電機功率4 400 kW，介質充填率為37%。頑石破碎機為7英尺短頭型圓錐，電機功率為260 kW[17]。2#系列了一臺Φ11.58 m×6.1 m半自磨機，電機功率為19 388 kW，介質充填率為10%～12%，磨礦介質尺寸127 mm。2臺Φ7.32 m×10.97 m球磨機，電機功率11 931 kW，介質充填率為37%。頑石破碎機為MP800，電機功率為597 kW。

江銅德興銅礦大山選礦廠使用SABC半自磨流程非常成功，使用了一臺Φ10.37 m×5.19 m半自磨機,采用雙同步電機功率為2×5 586 kW。使用了一臺Φ7.32 m×10.68 m溢流型球磨機，同樣采用雙同步電機功率為2×5 586 kW。半自磨機排礦進入兩臺3 600 mm×7 500 mm直線振動篩(一臺備用)進行篩分，篩下產物進入兩組Φ838-6旋流器；篩上頑石進入一臺MP800型圓錐破碎機，頑石經破碎后返回半自磨機[18-19]。現廠半自磨流程見圖3。

圖3 江銅德興銅礦SABC磨礦流程圖

國內外半自磨+球磨+頑石破碎(SABC)流程使用實例見表3，SABC流程的優點就在于單獨處理頑石，減少了在半自磨機中頑石的積累確保不會發生磨機脹肚現象。頑石的產生與原礦性質、排礦格子板上開孔尺寸、開孔率等有關，而在實際生產中頑石產率波動較大[20-21]。所以運用SABC半自磨流程時要考慮好現廠實際頑石產生的因素，確定合理的方案、配套的設備和設備的參數可以有效地解決頑石難破碎的問題。SABC半自磨流程有單段半自磨和SAB半自磨流程的優點并有效解決了頑石破碎的問題，是目前半自磨流程中最常用的，所以在選擇半自磨流程時優先考慮SABC半自磨流程。

表3 半自磨+球磨+破碎流程(SABC)的國內外應用

4 結論

半自磨不僅優點多而且工藝越來越成熟，但是在如何穩定半自磨給礦、半自磨流程的智能化控制、半自磨工藝的理論基礎這三個方面還非常欠缺是未來半自磨工藝研究和發展方向。所以從這三方面給出發展建議:

(1)半自磨流程中最大的影響因素就是礦石本身的性質，礦石因不同的礦段、礦坑、開采深度會有很大的力學性質差異，礦石力學性質的不同使得半自磨機的給礦不穩定以至于半自磨機效率很不穩定。即使用半自磨流程就要及時檢測不同采礦場原礦的性質變化，然后進行合理配礦使半自磨機的給礦穩定。

(2)隨著科技的發展，在實際生產中半自磨機的規格越來越大，使用人工管理控制已經無法完全控制。所以要逐步向自動化智能化發展，完善現有的半自磨自動控制系統，研發更高智能的系統對現廠磨礦系統的運行參數進統計和檢測，提供實時數據讓選礦廠的工作人員更好的了解生產情況、制定計劃、實施和做正確決策，提高生產效率、產品質量和整個碎磨流程的效率。對實時數據進行統計計算分析半自磨機運行是否正常，并設立合理的報警機制。

(3)現如今半自磨應用越來越廣泛，但是半自磨的基礎理論非常欠缺，無法準確選擇半自磨機設備型號和半自磨機介質裝補制度。在選擇這上述問題單純靠經驗來確定，就難免會造成很多誤差。所以需要對半自磨機的選型和半自磨機裝補球制度等問題確定一套完整的系統的基礎的理論來支持實際生產，幫助選礦廠確定半自磨機尺寸、半自磨流程、半自磨機介質裝補制度。

隨著科技和經濟高速的發展，能源日益短缺問題是當今人們首先考慮，所以節能降耗、提高資源的利用能力是目前工業發展的頭等大事。半自磨大型磨機的優勢在于能夠減少選礦廠的建筑面積和磨機操作維修費用，可以簡化磨礦流程和提高磨礦流程自動化，較傳統碎磨流程達到節能降耗。目前半自磨工藝在國內外得到廣泛的運用，半自磨設備工藝技術也有極大的進步和發展，尤其是在設備大型化、驅動及傳動方式改進、磨礦流程改進、磨礦自動控制等方面進步明顯，是大型新建金屬礦山和礦山改建碎磨流程的優先考慮的碎磨流程。