剛果 (金) 某銅鈷礦半自磨機(jī)提產(chǎn)方案

李彥龍，沈金靈，王 懷，石玉臣，劉 威

北方礦業(yè)有限責(zé)任公司 北京 125000

半自磨機(jī)通常依據(jù)礦石性質(zhì)和額定產(chǎn)能等因素進(jìn)行選型，其產(chǎn)能受礦石性質(zhì)、鋼球填充率、綜合填充率、襯板結(jié)構(gòu)和磨機(jī)有效容積等多種因素影響。部分半自磨機(jī)和球磨機(jī)達(dá)到額定產(chǎn)能后，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率較低，通過測(cè)算，仍有一定的提產(chǎn)空間。為了充分發(fā)揮設(shè)備潛在性能，降低綜合選礦成本，通常采用增加排礫板或增大格子板孔徑、提高鋼球填充率、合理配礦、優(yōu)化襯板結(jié)構(gòu)等措施。筆者以剛果 (金)某銅鈷礦φ5.5 m×3.8 m 半自磨機(jī)+φ3.8 m×6.6 m 球磨機(jī)流程為例，進(jìn)行半自磨機(jī)提產(chǎn)方案研究。

1 設(shè)備及工況

剛果 (金) 某銅鈷礦位于加丹加高原，利卡西市西北 25 km 的坎博韋鎮(zhèn)，距離盧本巴希約 150 km，海拔標(biāo)高 1 400～1 550 m。該項(xiàng)目半自磨機(jī)處理的礦物為氧化銅、氧化鈷礦石，銅含量為 1.8～ 2.2%，鈷含量為 0.1～ 0.3%，不同采礦點(diǎn)礦石氧化率有所差別。采選規(guī)模為 3 000 t/d，采用粗碎+SAB 磨礦工藝流程，設(shè)備選用φ5.5 m×3.8 m 半自磨機(jī) (裝機(jī)功率為 1 700 kW)以及φ3.8 m×6.6 m 球磨機(jī) (裝機(jī)功率為 1 700 kW)。

1.1 礦石性質(zhì)

該項(xiàng)目氧化銅礦石性質(zhì)如表1 所列。其中，A×b值和邦德球磨功指數(shù)BWi是表征礦石破磨難易程度的重要參數(shù)。表2 所列為 JK 落重試驗(yàn)參數(shù)與物料硬度的關(guān)系[1]，表3 所列為邦德球磨功指數(shù)與物料硬度關(guān)系[2]。對(duì)照 3 個(gè)表中的數(shù)據(jù)可知，礦石硬度適中，半自磨機(jī)破碎難度中等，礦石在球磨機(jī)閉路工況條件下中等難磨。

表1 氧化銅礦石性質(zhì)Tab.1 Properties of copper oxide ore

表2 JK 落重試驗(yàn)參數(shù)與物料硬度的關(guān)系Tab.2 Relationship between parameters and material hardness in JK drop weight test

表3 邦德球磨功指數(shù)與物料硬度關(guān)系Tab.3 Relationship between Bond ball grinding work index and material hardness

1.2 半自磨機(jī)工況參數(shù)

該項(xiàng)目φ5.5 m×3.8 m 半自磨機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所列，采用同步電動(dòng)機(jī)+空氣離合器+開式齒輪傳動(dòng)，設(shè)計(jì)給礦量為 125 t/h，考慮動(dòng)系數(shù) (取值為 1.2)后為 150 t/h。工作制度為 330 d/a×24 h/d，年處理礦石約 100 萬 t。

表4 半自磨機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.4 Design parameters of SAG mill

1.3 半自磨機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

(1) 半自磨系統(tǒng)實(shí)際處理量為 3 600 t/d (150 t/h)，產(chǎn)能超設(shè)計(jì)能力 20%。半自磨機(jī)的運(yùn)行功率為 985 kW，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率為 69.5%；球磨機(jī)的運(yùn)行功率為650 kW，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率為 43.5%。半自磨機(jī)和球磨機(jī)的負(fù)荷率均較低，特別是球磨機(jī)具有較大的富余量。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)二次采樣分析，與磨機(jī)選型時(shí)提供的礦石相比，目前所處理礦石氧化率較高，相對(duì)較軟且易處理。

(2) 半自磨機(jī)采用φ120 mm 鋼球填充，經(jīng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷率估算可知，鋼球填充率較低，半自磨機(jī)約為5%～ 7%，球磨機(jī)約為 17%。由于半自磨機(jī)鋼球填充量偏低，限制了半自磨機(jī)的破碎能力，礫石難以破碎。且半自磨機(jī)未設(shè)置排礫板，造成礫石在磨機(jī)內(nèi)累積，導(dǎo)致負(fù)載增加，電流升高，易出現(xiàn)漲肚現(xiàn)象。

(3) 由于所處理礦石為兩種不同的氧化礦 (氧化率高的易處理)，磨機(jī)負(fù)荷和磨礦性能有較大差異，半自磨機(jī)運(yùn)行有一定波動(dòng)。在處理較硬的氧化礦時(shí)，半自磨運(yùn)行電流偏高。

(4)φ5.5 m×3.8 m 半自磨機(jī)主機(jī)筒體襯板采用 36排等高排布，襯板截面為“丄”形結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。提升面角為 32°(64°/2)，襯板厚度為 70 mm，提升條總高為 220 mm，有效提升高度為 150 mm。排料格子板孔徑寬度為 25/20 mm，因礦石硬度中等，采用無排礫板設(shè)計(jì)方案。

圖1 主機(jī)筒體襯板原結(jié)構(gòu)Fig.1 Original structure of shell liner for main engine

基于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算分析，筆者認(rèn)為該礦粉磨系統(tǒng)處理量有待進(jìn)一步提高。綜合考慮現(xiàn)有礦石較軟、鋼球填充量偏低、未設(shè)置排礫板等因素，結(jié)合相近規(guī)格磨機(jī)處理參數(shù)，該礦處理量預(yù)計(jì)可提高至 4 200 t/d (175 t/h)～ 5 040 t/d (210 t/h)。

2 提產(chǎn)難點(diǎn)分析

(1) 由于半自磨機(jī)未設(shè)計(jì)排礫板，鋼球必須磨損至φ20 mm 以下才能排出筒體。碎鋼球在半自磨機(jī)內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間滯留，雖占有磨礦容積，但破碎能力較弱，導(dǎo)致磨機(jī)提產(chǎn)困難。

(2) 半自磨機(jī)和球磨機(jī)鋼球填充率偏低，兩種礦石性質(zhì)差異明顯的氧化礦石配合處理，導(dǎo)致半自磨機(jī)運(yùn)行有一定波動(dòng)。

(3) 該項(xiàng)目半自磨機(jī)襯板提升條高度較小，有效提升高度僅為最大鋼球直徑的 1.2 倍，相鄰襯板之間容積較小，磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)提升的物料和鋼球有限，大部分物料和鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡為瀉落，破碎效率較低，嚴(yán)重制約磨機(jī)增產(chǎn)提效。

(4) 筒體襯板采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，非提料側(cè)不參與提升和磨礦，原結(jié)構(gòu)相鄰提升條根部間距小于兩倍最大鋼球直徑 (見圖2)，提升能力不足，造成提產(chǎn)困難。

圖2 原結(jié)構(gòu)相鄰襯板間有效提升容積Fig.2 Effective volume between adjacent liners of original structure

3 提產(chǎn)方案研究

3.1 增加排礫板

半自磨機(jī)中鋼球的作用是通過提升和拋落對(duì)礦石進(jìn)行破碎。當(dāng)鋼球磨損到一定程度時(shí)，破碎效果顯著降低，需要及時(shí)將磨損后的鋼球排出磨機(jī)。因此應(yīng)在該半自磨機(jī)中增加孔徑為 60/70 mm 的排礫板，降低磨機(jī)內(nèi)磨損后破碎效果較差的中小直徑鋼球比例，減小對(duì)襯板的沖擊和沖刷，增加磨機(jī)有效容積，有利于在保證綜合填充量一定的情況下增加礦石填充量，從而提產(chǎn)增效。

3.2 提高鋼球填充率和綜合填充率

結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算認(rèn)為，在現(xiàn)有半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速下，將半自磨鋼球填充率提高至 11%～ 12%，不僅能夠增加半自磨機(jī)處理量，而且不影響半自磨機(jī)正常啟動(dòng)。增加排礫板后，磨機(jī)內(nèi)磨損后的鋼球數(shù)量下降，有效容積增大。在保證較高鋼球填充率的條件下，應(yīng)增加給礦量以保證綜合填充率在 30%～ 35% 范圍內(nèi)，使鋼球的破碎效果最大化，半自磨機(jī)的處理能力得到充分利用。

半自磨機(jī)—球磨機(jī)作為一個(gè)系統(tǒng)，優(yōu)化半自磨系統(tǒng)使其產(chǎn)量提升時(shí)，如果球磨機(jī)鋼球填充率不增加，就會(huì)造成球磨機(jī)產(chǎn)品粒度跑粗，嚴(yán)重影響后續(xù)選別作業(yè)。因此，在半自磨機(jī)提產(chǎn)至 5 040 t/d 后，球磨機(jī)的鋼球填充率應(yīng)提高至 25%～ 35%，這樣既能提高球磨機(jī)處理量，最終磨礦產(chǎn)品粒度亦能滿足項(xiàng)目工藝要求。

3.3 合理配礦

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，兩種礦石性質(zhì)差異明顯的氧化礦石配合處理，應(yīng)合理控制不同硬度礦石的給礦比例。隨著礦山的逐步開采，礦石性質(zhì)可能有變硬的趨勢(shì)，應(yīng)及時(shí)結(jié)合礦石性質(zhì)的變化，對(duì)工藝參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行工況作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.4 筒體襯板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.4.1 筒體襯板提升條有效高度優(yōu)化

半自磨機(jī)筒體襯板的作用主要是提升物料和保護(hù)筒體免受鋼球和礦石侵蝕[3]。有研究者認(rèn)為[4]，提升條高度應(yīng)等于鋼球的最大直徑，波谷半徑應(yīng)等于或稍大于最大鋼球半徑。半自磨機(jī)筒襯板高度是影響物料拋落軌跡的重要因素[5]，從而間接影響磨機(jī)處理礦石的效率。隨著半自磨機(jī)襯板設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐，認(rèn)為該磨機(jī)筒體襯板有效提升高度僅為最大鋼球直徑的 1.2 倍，應(yīng)增加至 270 mm (底板 85 mm)，有效提升高度達(dá) 185 mm，是最大鋼球直徑的 1.5 倍，如圖3 所示。提高襯板提升條有效高度，能夠增加物料的提升量，磨機(jī)臺(tái)效隨著提升條高度的增加而提高。同時(shí)，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有利于提高襯板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊性能。

圖3 優(yōu)化后筒體襯板結(jié)構(gòu)Fig.3 Optimized structure of shell liner

3.4.2 筒體襯板提升面角優(yōu)化

當(dāng)筒體襯板的提升面角在一定范圍 (最佳提升面角) 時(shí)，磨機(jī)碎磨效果達(dá)到最佳。采用變面角使上部面角接近最佳提升角，有利于半自磨機(jī)在運(yùn)行初期即可快速達(dá)到最大產(chǎn)能；隨著襯板的磨損，下部面角在運(yùn)行中后期達(dá)到最佳提升面角范圍，有利于在磨機(jī)整個(gè)運(yùn)行期內(nèi)盡可能多地處于最佳提升面角范圍內(nèi)[6]。同時(shí)，變面角有利于增大相鄰襯板根部的間距，增加提升容積，從而達(dá)到提產(chǎn)的目的。

當(dāng)襯板的排數(shù)確定后，相鄰?fù)搀w襯板之間的有效容積越大，磨機(jī)的處理能力越大。筒體襯板的初始結(jié)構(gòu)導(dǎo)致相鄰襯板間的容積較小，對(duì)鋼球和物料的提升能力不足。結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的相鄰襯板間距如圖4 所示，超過兩倍最大鋼球直徑，提升容積增大，磨機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)提升的物料更多，有利于半自磨機(jī)提產(chǎn)增效。

圖4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的相鄰襯板間有效提升容積Fig.4 Effective volume between adjacent liners after structure optimization

4 提產(chǎn)效果總結(jié)

基于該項(xiàng)目現(xiàn)有礦石硬度較軟的情況，為進(jìn)一步釋放粉磨系統(tǒng)潛能，采取以下提產(chǎn)措施：增加排礫板，減少磨機(jī)內(nèi)磨損后碎鋼球數(shù)量，增加磨機(jī)有效容積；增加半自磨機(jī)和球磨機(jī)鋼球填充率，充分利用半自磨機(jī)處理能力，并提高球磨機(jī)處理量；合理配礦，及時(shí)作出適當(dāng)調(diào)整；通過襯板提升條有效高度的增加、非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、變面角設(shè)計(jì)，增加相鄰?fù)搀w襯板的有效提升容積。上述優(yōu)化措施使該項(xiàng)目半自磨機(jī)的產(chǎn)能得到較大提升，目前已達(dá)約 5 000 t/d，半自磨機(jī)電動(dòng)機(jī)功率達(dá) 1 400～ 1 552 kW，球磨機(jī)電動(dòng)機(jī)功率達(dá) 813～ 960 kW，取得明顯的提產(chǎn)效果。