半自磨機排礦速度及粒度優化研究

江斌

摘要：以被粉碎物料本身作為磨礦介質，此外還需要少量的鋼球作為磨礦介質的破磨設備稱為半自磨機。半自磨機的設計與排礦速度以及粒度關系密切，包括排料粒度的組成不符合要求，以及半自磨機排料端的排料能力不足，都會造成半自磨機的運行功率高、磨礦效率低。通過研究發現改變格子板及礦漿提升器結構，提升半自磨機的排礦速度及粒度組成，合理分配各磨機的負荷比例，來提高系統效率。

關鍵詞：半自磨;排料端;速度;粒度;弧形;磨礦效率

引言

在傳統自磨技術的基礎上發展出了半自磨技術，技術發展迎合生產需求，普及范圍逐步在國內外鋪展開來。半自磨技術主要用來替代常規碎磨系統中的細碎及磨礦作業。半自磨機為強制性排礦碎磨設備，筒體相較于傳統球磨機而言長度較短。半自磨磨機的優勢在于磨礦效率高，物料可以磨到所需的粒度再及時排出。其劣勢在于磨機內只添加少量（3%-12%）鋼球，礦石本身也作為磨礦介質，因此半自磨機的排礦速度及粒級的組成，受物料粒度以及硬度的影響，也影響著磨礦效率及電力、鋼球等的消耗。

半自磨機的設計與排礦速度以及粒度關系密切，包括排料粒度的組成不符合要求，以及半自磨機排料端的排料能力不足，都會造成半自磨機的運行功率高、磨礦效率低。通過研究發現改變格子板及礦漿提升器結構，提升半自磨機的排礦速度及粒度組成，合理分配各磨機的負荷比例，來提高系統效率。

一、現狀分析

（一）排料端使用情況分析

半自磨機屬于強制排礦碎磨設備，排料端的設計會直接關系排礦速度。目前原排料端采用礦將提升器，格子板樣式一般選用直形格子板。

磨機在運轉過程中，提升器內礦漿和頑石會受到兩力（重力和離心力）的相互作用，流動緩慢且容易聚集，流動性差就易出現回流現象，一個排料周期內不能全部排空頑石和礦漿，新物料無法進入。細礦漿很可能聚集在筒體內中，降低磨礦效率的同時返流還會造成排料端磨損。

（二）排礦速度分析

半自磨機的生產效率受諸多因素影響，包括磨機轉速、充填率等。

1. 半自磨機功率

其中半自磨機的功率屬于直接影響因素，它反映的是生產過程中最關鍵的表征變量。利用實時數據儲存以及查詢分析技術，得到半自磨機的功率區間分布，見圖1。

圖1可以看出，半自磨機的功率在6500-8000kw之間波動范圍小，無顯著差別，屬于平均分布。在8000kw以上的功率區間累計頻率36%，該區間半自磨機系統低效，運行高能耗，效率是大幅降低的，所以在該區間占比較大說明對系統整體影響較大。

2. 鋼球的充填率

為確保磨礦的效率，半自磨機內必須保證下落的大塊的礦石與鋼球砸在礦石上，因此就有一個基礎條件：合適的充填率。半自磨機相對于傳統的球磨流程，利用了部分原磨料作為研磨介質，因此實際生產中磨機內鋼球的添加量比較少，也就是鋼球和磨料各占比例的比值比較低。在結構上劃分，半自磨機為格子型磨機，其綜合充填率相對溢流型磨機要低，因此實際生產中會出現鋼球直接砸向襯板的情況，導致襯板損壞嚴重，甚至脫落，出現生產事故。半自磨機內鋼球的充填率也是影響磨礦效率和排礦速度的影響因素之一[1]。

半自磨機內鋼球的混合充填率與功率的關系如圖2。

圖2 可以看出，半自磨機功率為 8000～9000 kW時，鋼球的充填率為 9%～11%，通過計算可以得到半自磨機混合充填率在35% 時，礦石的最佳滯留時間為 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，說明半自磨系統村子磨礦時間長、排礦速度慢的問題。

（三）排礦粒度方面分析

半自磨機排料口的自返篩可以控制磨機的排礦速度。物料由左側進入自返篩進行運作。運作過程中小于篩縫的物料被篩走，大于篩縫的物料在到達篩體最右側后，被排入中空軸中，以被重新推送回磨機內。

實際生產中調查發現，出料端物料中 -25 ∽ +5 mm所占比例過高，超過了 -3 mm物料的比例。此外，磨機4.5∽5.5mm距離內-25 ∽ +3 mm的物料比例急速升高。可見自返篩的循環作用十分明顯。結構上自返篩屬于封閉型，磨機內磨礦介質鋼球失圓、失效后無法清理。直徑 +3 mm以上的廢球無法排出，磨損極低，最終形成難磨粒子。難磨粒子積攢會増加磨機負重，耗電量加大，浪費能源。 自滾筒篩排除的-3 mm廢球，直接進入后續的渣漿泵與旋流器。廢球磨損渣漿泵，進而導致堵塞旋流器沉嘴。溢流跑出又影響后續的提金工序指標。

二、排礦速度以及粒度優化研究

（一）排礦速度優化

1. 排料端優化

針對目前半自磨機排礦速度普遍偏慢問題，以及磨礦產品存在過磨的問題，為了提高半自磨機排礦速度，為了提高應對難磨礦的能力，參照半自磨機弧形格子板以及提升器的應用案例，可對 Φ10.37×5.19m 半自磨機排料端進行再次設計并使用離散元進行模擬分析。格子板開孔設計參照直形格子板，開孔分為兩種 ：70mm/25mm，因為提升筋的原因，總開孔面積由原來的 7.05m2 降為6.05m2 ，開孔率也由原來的 8.9% 降為 7.6%[2]。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之后，直觀發現弧形比直形排礦速度增加直至 1 倍，礦漿返流量減少也達 63%，見圖 3。

2. 鋼球充填率的優化

半自磨機在礦石不同的情況下保持原設計處理能力的標準，主要依靠添加鋼球量以及規格的調整。半自磨機在充填率20%時，物料呈拋落狀態，但在底角區存在物料不足的現象，易出現鋼球砸鋼板問題，充填率在30%時，物料運行狀態最佳。不同填充率下磨機內的運轉情況見圖4。

充填率進一步增大，磨機運轉時拋落的物料增多，運動集中于物料表層，磨礦作用降低。但是半自磨機的轉速不同，最佳充填率不同。在選擇合適的充填率時，要考慮到最佳轉速，以及耗能和對磨機的損耗。物料增多會導致磨機重量增大，運轉負荷增多，因此要綜合計算和考量選擇充填率。

（二）粒度優化研究

為防止磨機出料端物料循環，需設法將 -25 ∽ +3 mm物料輸送至磨機入料端，隨著物料軸向流動，再次參與磨礦，降低粒度。進入磨機前剔除廢鋼球，避免廢球進入磨機后增加能耗。最終選擇的處理方式為：拆除自返篩。在磨機出料口安裝1臺直線振動篩，可以選用篩縫3mm的DZS1837型直線振動篩。篩選過程中篩下物料隨礦漿進入渣漿泵泵池，篩上物料利用皮帶機以及提升器返回至半自磨機入料端，相關機械可選用普通TD75型皮帶機與裙邊格擋大傾角提升皮帶機，需要注意的是，在TD75型皮帶機上安裝1臺自卸式環形永磁除鐵器自動清理了廢球。拆除自返篩后，需要封堵半自磨機出料端的孔洞，防止+25mm物料排出，同時將排料給至直線振動篩篩頭的中間部位。對比鑄鋼件以及橡膠材質，考慮到磨機自重以及運轉的電耗，封堵裝置與圓筒形排料裝置選用密度較低的橡膠材質。

三、結語

優化排料端設計，直形格子板改為弧形結構，同時優化半自磨機排礦速度的影響因素及粒度組成，以實現提高半自磨系統磨礦效率的目的。

（1）處理難磨礦時礦石在半自磨機內的滯留時間下降，由原來的14.08 min 下降至 8.8 min ，+10mm 含量由 10.10% 提高到 20.69%，由此可見，排礦速度及粒度得到有效改善。

（2）半自磨系統低臺效、高能耗的問題得到解決。經濟效益顯著。

參考文獻

[1] 何智文. 黃金選礦廠濕式半自磨機磨礦效率提升方法分析與實施[D].山東大學，2018.

[2] 唐友華. 基于EDEM的半自磨機顆粒的碰撞分析[D].昆明理工大學，2016.