新型裝補球制度在某金礦選礦廠的研究與應用

牛桂強

青海昆侖黃金有限公司 青海都蘭 816101

磨礦是選礦作業最重要的環節之一，在影響磨礦效果的諸多因素中，磨礦介質是最為重要的影響因素。在一定的磨礦條件下，精確的磨礦介質尺寸能更好地滿足破碎礦石所需能量，高效發揮磨礦設備效率，并且能有效減少過粉碎或欠磨現象。因此，如何精確地確定磨礦介質合理配比就成為研究磨礦作業的重要內容。

某金礦選礦廠礦石中的主要礦物有黃鐵礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等；脈石礦物主要有石英、絹云母、正長石、斜長石等。該金礦選礦廠采用破碎—磨礦—浮選工藝，處理量 1 500 t/d。其中，磨礦作業采用一段閉路流程，主要設備為 1 臺 MQG3245 球磨機和 2 臺?660 mm 旋流器 (1 用 1 備)。生產過程中，磨機給料粒度 -12 mm 占 95%，磨礦質量分數控制在75%～ 80%，磨礦分級產品細度為 -0.075 mm (200 目)占 50%～ 55%，礦漿質量分數為 40%。

1 存在問題分析

該金礦選礦廠球磨機介質采用高鉻合金鑄球，生產過程中球徑 (單位：mm) 和鋼球補加比例按照前蘇聯推廣的經驗公式獲得，初裝球比例為?100∶?80∶?60∶?40=25%∶25%∶25%∶25%，補加球比例為?100∶?80∶?60=33.3%∶33.3%∶ 33.3%。采用上述裝補球制度，不適合該選礦廠磨礦作業條件，導致生產指標及成本等方面出現一系列問題。

(1) 磨礦過程中過磨和欠磨問題突出，磨礦產品粒度組成呈現“兩頭粗、中間細”的狀況，其中粗粒級 +0.18 mm (80 目) 占比為 18.68%，細粒級 -0.038 mm(400 目) 占比為 35.48%。

(2) 鋼球單耗達 1.04 kg/t，造成生產成本較高；磨機利用系數為 1.01 t/(m3·h)，工作效率明顯偏低。

(3) 浮選尾礦中存在大量包裹體和連生體礦物，粗顆粒有用礦物損失達到 50% 以上，選礦回收率低于周邊礦山。

2 實驗室試驗研究

2.1 礦石力學性質測定

該金礦選礦廠首先對礦石進行了力學性質測定，結果如表 1 所列。

表1 礦石力學性質檢測結果Tab.1 Test results of mechanical properties of ore

由檢測結果可知，礦石容重差別較大，磨礦過程中需注意離析現象；整體礦石硬度中等但韌性較大，屬于較難磨礦石，磨礦過程中需要有合理的介質級配，才能獲得較好的磨礦效果。

2.2 最大球徑確定

影響球磨機鋼球直徑的因素較多，本次裝補球制度采用段氏球徑半理論公式確定最大鋼球直徑[1]

式中：Kc為綜合經驗修正系數，Kc=1.12；ψ為磨機轉速率，ψ=78%；σ壓為巖礦單軸抗壓強度，σ壓=738.77 kg/cm6；ρe為鋼球在礦漿中的有效密度，ρe=5.62 g/cm3；D0為鋼球中間縮聚層直徑，D0=4.06 cm；df為給礦 95% 過篩粒度，df=1.2 cm。

由式 (1) 計算可得 Db=85.3 mm，考慮到力學性質不均勻且為高韌性礦石，取 90 mm 作為 MQG3245球磨機磨碎 12 mm 礦石所需的最大球徑。

2.3 初裝球和補加球磨礦試驗

2.3.1 初裝球磨礦試驗

研究人員根據入磨礦石粒度組成配球，首先將球磨機給礦分為 6 個級別：+8 mm、-8 +5 mm、-5 +0.9 mm、-0.9 +0.45 mm、-0.45 +0.3 mm、-0.3 mm。因為磨礦產品細度要求 -75 μm 占 55%，相當于磨礦粒度為0.3 mm，-0.3 mm 為不需磨碎的級別，扣除 -0.3 mm 后可求得待磨級別產率，確定各組所需球徑，最后得出球磨機初裝球比，如表 2 所列[2]。

表2 球磨機初裝球比計算結果Tab.2 Calculation results of initial ball charging ratio of ball mill

根據上述計算結果給出如下初裝球比推薦方案：?90∶?70∶?50∶?40∶?30=15%∶25%∶20%∶15%∶25%。為確定此種初裝球比推薦方案是否為最佳，研究人員共設立 4 組初裝球比方案進行實驗室磨礦試驗。其中方案 1 為推薦方案；方案 2 (現場方案)：?100∶?80∶?60∶?40=25%∶25%∶25%∶25%；方案 3 (球徑偏大)：?90∶?70∶?50∶?40=20%∶20%∶40%∶20%；方案 4 (球徑偏小)：?80∶?60∶?40∶?30=20%∶20%∶40%∶20%。磨礦試驗結果如表 3 所列。

表3 初裝球磨礦試驗結果Tab.3 Results of grinding test for initial ball charging %

根據表 3 試驗結果可知，采用推薦方案 (方案 1)磨礦產品過粗粒級 (+0.154 mm) 和過細粒級 (-0.038 mm)含量相對其他方案均偏低，易選粒級 (-0.154 +0.038 mm) 含量最高，說明該方案更符合現場生產要求。

2.3.2 補加球磨礦試驗

補加球配比研究采用以初裝球級配為依據的作圖法，先按方案 1 作出初裝球的累積曲線，由于鋼球磨損曲線會向左下方移動，為保持原有初裝球曲線，將初裝球曲線向右上平行移動即可得到補加球曲線，如圖 1 所示[3]。從補加球曲線上可以尋找到?90、?70、?50、?40 鋼球的比例分別是 27.5%、22.5%、25% 和25%，則推導每日補加球的推薦方案是?90∶?70∶?50∶?40=30%∶20%∶25%∶25%。

圖1 球磨機補加鋼球曲線Fig.1 Curve of ball addition into ball mill

為確定推薦補加球方案是否為最佳，研究人員共設立 4 組補加球方案進行實驗室磨礦試驗。其中方案1 為推薦方案；方案 2 (現場方案)：?100∶?80∶?60=33.3%∶33.3%∶33.3%；方案 3 (球徑偏大)：?90∶?70∶?50=33.3%∶33.3%∶33.3%；方案 4 (球徑偏小)：?80∶?60∶?40=33.3%∶33.3%∶33.3%。磨礦試驗結果如表 4 所列。

表4 補加球磨礦試驗結果Tab.4 Results of grinding test for ball addition %

根據表 4 試驗結果可知，采用推薦的鋼球補加球方案 (方案 1)，磨礦產品過粗粒級和過細粒級含量相對其他方案均偏低，易選粒級含量最高，說明該方案更符合現場生產要求。

3 工業試驗研究

該金礦選礦廠在初步確定初裝球和補加球配比方案后，在 MQG3245 球磨機上繼續開展工業試驗。首先利用檢修時間將鋼球全部更換，按照推薦初裝球配比裝球，總裝球量 65 t。后續生產中，按照推薦補加球方案添加鋼球，球磨機運行功率穩定約在 760 kW(額定功率 800 kW)。每天進行旋流器溢流樣品取樣篩析，每周進行小流程考察。整個工業試驗期間工藝流程穩定，各項指標平穩。

3.1 磨礦產品粒度組成更優

將每周流程考察磨礦產品混勻后縮分進行粒度篩析，與試驗前磨礦產品粒度組成進行對比，具體結果如表 5 所列。

由表 5 數據可知，該金礦選礦廠施行新的裝補球制度后，磨礦產品 -0.038 mm 含量由 35.48% 降低到 33.80%，降低了 1.68 個百分點；-0.075 mm 含量由 53.57% 提高到 55.16%，提高了 1.59 個百分點；而 +0.154 mm 含量由 19.82% 降低到 15.77%，降低了4.05 個百分點。優化后磨礦產品的粒度更加均勻，粗粒級和細粒級含量均相應減少，中間易選粒級含量由43.70% 提高到 50.43%，提高了 6.73 個百分點，為后續浮選創造更優條件。

表5 工業試驗前后磨礦產品粒度組成情況對比Tab.5 Comparison of granularity composition of grinding products before and after industrial test %

3.2 球磨機生產率提高

3.2.1 處理礦量提高

該金礦選礦廠 MQG3245 球磨機在工業試驗前后處理礦量對比如表 6 所列。

表6 工業試驗前后處理礦量對比Tab.6 Comparison of ore amount before and after industrial test

試驗前球磨機襯板周期平均處理量為 64.38 t/h，工業試驗期間平均處理量為 68.75 t/h，提高處理礦量4.37 t/h，提高幅度 6.79%。

3.2.2 球磨機利用系數提高

工業試驗前后球磨機利用系數如表 7 所列。按照新生產 -0.075 mm 粒級計算，MQG3245 磨機利用系數由試驗前 1.01 t/(m3·h) 提高到試驗后 1.12 t/(m3·h)，提高了 10.89%。

表7 工業試驗前后球磨機利用系數對比Tab.7 Comparison of utilization coefficient of ball mill before and after industrial test

3.2.3 鋼球單耗降低

試驗前后磨機鋼球充填率檢測結果一致，說明試驗過程中消耗的全部為新補加球，統計數據具有代表性。由表 8 數據可知，調整補加球配比后，該金礦磨礦作業鋼球單耗降低 0.07 kg/t，降幅為 6.73%。

表8 工業試驗前后鋼球單耗對比Tab.8 Comparison of specific ball consumption before and after industrial test

3.2.4 磨礦電耗降低

通過表 9 數據可知，試驗后磨礦電耗降低 0.49 kW·h/t，降幅為 4.18%。在磨礦產品整體粒度變細、表面能增加的情況下，磨礦電耗反而降低，說明新鋼球配比更符合現場生產條件，可有效增加磨礦過程有用功，從而進一步提高磨礦作業效率。

表9 工業試驗前后電耗對比Tab.9 Comparison of power consumption before and after industrial test

3.2.5 浮選回收率提高

通過表 10 數據可知，試驗前后尾礦品位降低0.006 g/t，浮選回收率提高了 0.32 個百分點。說明通過磨礦鋼球配比調整，入浮產品粒度組成優化，進一步降低了包裹體、連生體、微細粒體等顆粒含量，浮選指標獲得明顯改善。

表10 工業試驗前后浮選指標對比Tab.10 Comparison of flotation indexes before and after industrial test

4 效益分析

(1) 處理量效益 該金礦選礦廠施行新的裝補球制度后，處理量提高 4.37 t/h，按照年運行 330 d、平均入選品位 1.88 g/t、冶煉回收率 97.5%、金純利潤200 元/g 計算，通過提高處理量年可創效益 1 157 萬元。

(2) 成本效益 該金礦選礦廠施行新的裝補球制度后，年處理量可達 54.45 萬 t。成本效益主要體現在兩方面：一是鋼球單耗降低 0.07 kg/t，按照鋼球單價 4.0 元/kg 計算，年可節省鋼球費用 15.2 萬元；二是磨礦電耗降低 0.49 kW·h/t，按照用電單價 0.7元/(kW·h) 計算，年可節省電費 18.7 萬元，兩項合計33.9 萬元。

(3) 回收率效益 該金礦選礦廠施行新的裝補球制度后，浮選回收率提高了 0.32 個百分點，按照年處理量 54.45 萬 t、平均入選品位 1.88 g/t、冶煉回收率97.5%、金價 420 元/g 計算，則通過提高回收率年可創效益 134.1 萬元。

綜上所述，該金礦選礦廠通過施行新的裝補球制度后，年可為企業新增經濟收益 1 325 萬元。

5 結論

(1) 某金礦選礦廠通過礦石力學性質測定、理論計算、級配分析以及小型磨礦試驗，最終確定將磨機初裝球比例由?100∶?80∶?60∶?40=25%∶25%∶ 25%∶25% 調整為?90∶?70∶?50∶?40∶?30=15%∶25%∶20%∶15%∶25%；補加球比例由?100∶?80∶?60=33.3%∶33.3%∶33.3% 調整為?90∶?70∶?50∶?40=30%∶20%∶25%∶25%。

(2) 該金礦選礦廠將實驗室研究所得新型裝補球制度在現場 MQG3245 球磨機上進行了工業試驗，試驗結果表明，磨礦產品 +0.154 mm 含量降低了 4.05 個百分點，-0.038 mm 含量降低了 1.68 個百分點，中間易選粒級含量提高了 6.73 個百分點，由此說明新的裝補球制度更符合當前生產要求。

(3) 經統計，該金礦選礦廠施行新的裝補球制度后，磨機處理量提高了 6.79%，磨機利用系數提高了 10.89%，鋼球單耗降低了 6.73%，磨礦電耗降低了4.18%，浮選回收率提高了 0.32 個百分點，每年可為企業增加效益 1 325 萬元。該金礦選礦廠新型裝補球制度的研究及應用對其他有類似問題的礦山具有借鑒意義。