某銅錫礦磨礦流程的分析及優化

祖大磊，王新昌，董節功

1洛陽理工學院 河南洛陽 471023

2中信重工機械股份有限公司 河南洛陽 471039

3洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

4礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

某銅錫礦 2 500 t/d 項目要求磨礦產品粒度為 -75 μm (-200 目) 通過 45%，即產品粒度P80≈ 220 μm。根據項目工藝要求，結合礦石性質，通過模擬計算，確定了工藝流程及主機設備型號，磨礦流程采用半自磨—球磨流程，即一段粗碎+半自磨機+球磨機(SAB)。項目投產運行一段時間后，客戶反饋了運行數據，針對存在的問題，進一步對項目進行了計算分析，討論了產生問題的原因，并提出優化方案。

1 礦石性質及磨礦流程計算

通過對礦樣進行碎磨試驗，評估礦石的可碎性和可磨性，為磨礦流程的計算提供依據[1-2]。銅錫礦提供了 3 種礦樣，3 種礦樣的礦石性質如表 1 所列 (礦石性質參數為 3 種礦樣 SMC 試驗結果的平均值)。

表1 礦石性質和磨礦流程計算依據Tab.1 Ore properties and calculation basis of grinding process

參數A×b表示礦石的可破碎性，A×b值越小，說明礦石越難破碎；反之說明礦石越易破碎。根據JK 數據庫對礦石特性分類原則，銅錫礦A×b值為39.76，對于半自磨機，該礦石破碎性屬于中硬的范圍；球磨功指數BWi為 15.80 kW·h/t 和 16.01 kW·h/t，對于球磨機來說，該礦石研磨性屬于硬的范圍[3-4]。

在試驗過程中，每種礦樣都進行了對應 2 種粒級的球磨功指數的測定。銅錫礦要求產品粒度為P80＝220 μm，與 2 個球磨功指數試驗產品的粒級都相差很遠。因此，球磨機要想準確選型，應該再進行磨礦產品粒度的球磨功指數試驗。由于目前沒有進行新的球磨功指數試驗，選用 100 目的球磨功指數平均值16.01 kW·h/t 作為銅錫礦球磨機的選型依據。

根據選型數據庫計算軟件、CITIC SMCC 計算程序和 JKSimMet 軟件模擬計算，得到半自磨機比能耗為 10.0 kW·h/t，以此作為 SAB 流程中半自磨機的選型依據；球磨機比能耗為 6.9 kW·h/t，作為 SAB 流程中球磨機的選型依據。

根據計算得到的比能耗，可以計算出各段磨礦的需求功率如表 2 所列。

表2 需求功率計算Tab.2 Calculation of required power

SAB 流程中半自磨機規格為φ5.5 m×3.5 m，裝機功率為 1 300 kW；溢流型球磨機規格為φ3.6 m×6.1 m，裝機功率為 1 250 kW。

應用 JKsimMet 軟件對磨礦系統的設計方案進行了模擬預測，如圖 1 所示。

圖1 半自磨—球磨磨礦系統模擬Fig.1 Simulation of semi-autogenous mill and ball mill grinding system

2 運行數據分析

SAB 流程具體磨礦流程如下：爆破后的礦石經過一段粗碎 (采用顎式破碎機) 后，被輸送至粗礦堆堆存，然后送至半自磨機進行破碎，破碎后的產品經過圓筒篩篩分后，篩上物料通過輸送帶返回半自磨機再次破碎，篩下物料進入礦漿池，然后通過渣漿泵被輸送給細篩 (實際建設時選用了細篩) 進行分級，篩下物料為合格的磨礦產品，篩上物料進入球磨機進行磨礦。球磨機磨礦產品也進入礦漿池，與半自磨機篩下物料在礦漿池中混合后，給入細篩進行分級。半自磨機和圓筒篩構成閉路流程，球磨機和細篩構成閉路流程。磨礦產品粒度 -75 μm 通過 50%，對應細篩篩下產品粒度P80=190 μm。

項目投產后，半自磨機和球磨機的運行數據分別如表 3、4 所列。

表3 半自磨機運行數據Tab.3 Operation data of semi-autogenous mill

表4 球磨機運行數據Tab.4 Operation data of ball mill

項目投產后，銅錫礦半自磨系統的處理能力達到2 290 t/d，略低于設計處理能力 2 500 t/d；半自磨機的運行功率為 950～ 1 120 kW，平均運行功率為 1 035 kW，額定裝機功率為 1 300 kW，負荷率為 79.6%。球磨機的運行功率沒有讀數，但是根據電控柜顯示球磨機的定子電流讀數為 45 A (球磨機額定電流為 86 A)，球磨機電動機的負荷率較低。根據用戶要求，要對現有的磨礦流程進行優化，目的是提高磨礦系統的處理能力。

3 優化建議

3.1 降低半自磨機的進料粒度

減小顎式破碎機緊邊排礦口尺寸，可以減小半自磨機的給礦粒度，從而降低半自磨機磨礦的比能耗，提高處理能力。現場一段粗碎采用 C110 顎式破碎機，該破碎機緊邊排礦口的調節范圍為 75～ 200 mm。目前排礦口尺寸為 150 mm，對應產品粒度P80≈130 mm。建議將緊邊排礦口尺寸由 150 mm 調整為 125 mm，則破碎機產品粒度P80可由 130 mm 降低至 110 mm，即半自磨機進料粒度F80將降低到約 110 mm。經過計算，將破碎機的排礦口尺寸由 150 mm降低到 125 mm 后，在同樣的運行功率下，半自磨機的處理量將會提高約 6%。

3.2 提高半自磨機的鋼球充填率

從現場了解到，銅錫礦半自磨機初始添加鋼球總量為 34 t，結合φ5.5 m×3.5 m 半自磨機的有效容積78 m3，可以計算出鋼球充填率為 9.2%。經過計算，如果半自磨系統的處理量達到 2 500 t/d，則半自磨機的鋼球充填率要達到 12%，即鋼球的質量為 44 t。建議將半自磨機初始添加鋼球質量提高到 44 t。

銅錫礦鋼球補加量按照 0.4 kg/t 原礦的消耗量計算有些偏低，造成補加的鋼球偏少，長期下去，半自磨機內的鋼球充填率越來越低，其處理量也會逐漸降低。國內同類礦山半自磨機鋼球補加量約為 0.7 kg/t，因此，建議將鋼球的補加量調整為 0.7 kg/t。

經與用戶協商后，半自磨機按照上述鋼球添加量補加鋼球，同時又額外補加了一部分鋼球，并要求之后都按此原則補加鋼球。半自磨機的處理量由之前的平均臺時 95.4 t 提高至平均臺時 114.7 t，日處理量由2 290 t/d 提高至 2 750 t/d，同時還提高了半自磨機的破碎效率，篩上返料率也有所下降，由之前的 23.6%下降到 16.9%。

3.3 提高圓筒篩篩分效率

現場存在的另一個問題是半自磨機負荷率高，而球磨機的負荷率低，整個半自磨—球磨系統負荷不平衡。此問題產生的一個重要原因是半自磨機排料端采用圓筒篩進行分級，圓筒篩篩孔堵塞較為嚴重，大大降低了篩分效率，并使更多的物料返回半自磨機，這也是現場半自磨機返料率非常高的原因。建議采取加大圓筒篩篩孔尺寸、優化圓筒篩、改變篩板材質等措施。

3.4 提高球磨機的鋼球充填率

增大半自磨機排料端篩孔尺寸后，整個半自磨機閉路系統排礦粒度將變粗，這意味著球磨機的進料粒度將變粗。因此需要提高球磨機的鋼球充填率來增加球磨機的支取功率，提高磨礦效率。球磨機的添加量需要在原來的基礎上適當提高，具體的添加量需要同時考慮系統優化后磨礦系統的處理量，以及磨礦產品的粒度再進一步確定。

3.5 中控室操作優化

在半自磨車間，磨機新給礦量的調整是根據給料情況和半自磨機返料率，在半自磨機給料漏斗旁邊的平臺上向操作人員發出信號進行調整，調整時無法看到磨機的運行功率變化情況。建議將磨機運行參數的調整放在中控室來進行。在國內多數半自磨現場也都是在中控室對其運行參數進行調整。

4 結論

(1) 對于半自磨—球磨流程的設計和主機設備選型，需要對礦區礦石性質進行充分評估，對礦石性質變化較大的項目，磨礦流程設計時要考慮充分的富裕度，以適應礦石性質變化，實現達產達標。

(2) 半自磨機和球磨機磨礦能力的匹配是半自磨—球磨流程設計的重要方面之一。這種匹配性的設計是以礦石性質及其變化為基礎的，目的是充分發揮半自磨機和球磨機的磨礦能力，并能夠適應磨礦系統礦石性質和工藝指標的變化。