白象山選廠一段球磨機(jī)磨礦介質(zhì)優(yōu)化研究

常魯平 王榮林 李明軍 梁朝杰 楊松付 馮 建 王 歡 鄭思冉

（安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)姑山礦業(yè)有限公司）

提高磨機(jī)利用系數(shù)是各大選廠普遍努力的方向［1-2］，它受磨礦工藝［3-4］、磨機(jī)參數(shù)［5］、裝補(bǔ)球制度［6-9］、磨礦濃度、給料性質(zhì)等因素影響。關(guān)于這方面的研究，目前，我國(guó)處于國(guó)際先進(jìn)水平，主要表現(xiàn)在鋼球尺寸精確計(jì)算公式的創(chuàng)立、球磨機(jī)破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理研究的突破、選擇性磨礦技術(shù)的系統(tǒng)化發(fā)展、磨礦介質(zhì)與選礦指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性研究等方面［10-11］。

馬鞍山白象山選廠采用兩段閉路磨礦工藝，第一段磨礦由φ3.6 m×6.0 m 球磨機(jī)與旋流器組成閉路，第二段磨礦由φ4.6 m×7.5 m 球磨機(jī)與旋流器、高頻細(xì)篩組成閉路［12-13］。目前，一段磨礦磨機(jī)利用系數(shù)為2.41 t/（m3·h），產(chǎn)品0.074～0.019 mm 含量為30.40%，鋼球單耗為1.48 kg/t、電力單耗為27.77 kW·h/t，鋼球和電力單耗均較高［14］。從現(xiàn)場(chǎng)主要補(bǔ)加φ60 mm 鋼球，僅偶爾補(bǔ)加φ40 mm鋼球看，造成一段磨礦鋼球及電力單耗較高的原因主要與加球制度不合理有關(guān)。

為提高一段磨礦效率，降低選廠球耗和電耗，在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展大量研究的基礎(chǔ)上［12，15-17］，圍繞一段磨礦介質(zhì)開(kāi)展了系統(tǒng)的優(yōu)化研究。

1 試驗(yàn)原料、裝置與方法

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)用原料為白象山選廠正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)所取一段球磨機(jī)給礦、排礦和旋流器沉砂與溢流，烘干、混勻后用于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)裝置及方法

實(shí)驗(yàn)室磨礦試驗(yàn)在φ240 mm×300 mm 球磨機(jī)中進(jìn)行，磨礦試樣由+0.5 mm 原礦與一段旋流器沉砂按1∶6.76的比例配制而成，每份試樣1.5 kg，球磨機(jī)裝球（詳見(jiàn)表4）23.45 kg，單次磨礦時(shí)間465 s，磨礦濃度78%，控制磨礦產(chǎn)品-0.074 mm 在68%～72%（與現(xiàn)場(chǎng)相當(dāng)）。

擴(kuò)大試驗(yàn)在φ450 mm×450 mm 球磨機(jī)中進(jìn)行，裝球97.7 kg，充填率36%，磨礦試樣由+0.5 mm原礦與一段旋流器沉砂按1∶6.76 的比例配制而成，每份試樣10 kg，單次磨礦時(shí)間25 min，控制磨礦產(chǎn)品-0.074 mm在68%～72%。

工業(yè)試驗(yàn)直接在白象山選廠進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

2.1 礦石力學(xué)性質(zhì)測(cè)定

白象山選廠原礦力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1 可知：①礦石最大密度4.42 g/cm3、最小3.40 g/cm3、平均3.93 g/cm3，密度較大，在磨礦分級(jí)過(guò)程中易沉積在漿體底部，易產(chǎn)生過(guò)粉碎；②礦石普氏硬度系數(shù)最大14.1、最小2.07、平均6.18，軟硬分布不均勻，整體屬于中等硬度礦石；③彈性模量最大8.54、最小1.73、平均4.47，部分礦石脆性較大；④礦石泊松比最大0.46、最小0.16、平均0.30，總體表現(xiàn)為韌性較大。因此，在實(shí)驗(yàn)室確定鋼球制度時(shí)，既要考慮密度大的礦石易離析，也要考慮少量礦塊硬度大、高韌性、較難磨的特點(diǎn)，同時(shí)要兼顧部分脆性礦石的存在。

2.2 一段磨礦循環(huán)產(chǎn)品粒度測(cè)定

根據(jù)選廠提供的有代表性礦樣，測(cè)定的一段磨礦循環(huán)各產(chǎn)品的粒度組成見(jiàn)表2。

從表2 可知：①球磨給礦P95約7.60 mm、-0.074 mm3.28%，粒度偏粗、粉礦較少；②旋流器沉砂P95約2.66 mm、-0.15 mm34.14%，沉砂粒度較粗，旋流器分級(jí)效率偏低，致使沉砂-0.15 mm 含量較高；③球磨機(jī)排礦P95約1.89 mm，返砂+0.15 mm 65.86%，按返砂比676%計(jì)的全給礦+0.15 mm69.76%，而排礦+0.15 mm54.01%，經(jīng)過(guò)磨礦減少15.75 個(gè)百分點(diǎn)，故磨機(jī)磨碎+0.15 mm 粒級(jí)效率僅22.58%；給礦-0.074 mm3.28%，返砂-0.074 mm13.60%，按返砂比676%計(jì)的全給礦-0.074 mm12.27%，而排礦-0.074 mm21.82%，則一次性生成-0.074 mm9.55 個(gè)百分點(diǎn)，其中-0.019 mm產(chǎn)率占-0.074 mm的53.48%；④旋流器溢流-0.074 mm77.38%、-0.019 mm49.96%，-0.019 mm 粒級(jí)產(chǎn)率占-0.074 mm產(chǎn)率的64.56%；-0.010 mm產(chǎn)率占-0.074 mm 產(chǎn)率的33.30%，過(guò)粉碎現(xiàn)象明顯；分級(jí)量效率45.70%、質(zhì)效率41.98%，均偏低；一段返砂比676%，循環(huán)負(fù)荷偏大；產(chǎn)品特性不好是球徑配比不合理造成的。因此，確定合理的球徑配比非常必要。

2.3 球磨機(jī)初裝球及補(bǔ)加球配比實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)

2.3.1 球磨機(jī)最大鋼球尺寸的確定

根據(jù)國(guó)內(nèi)外通用的球徑半理論公式確定的白象山選廠一段球磨機(jī)最大鋼球尺寸57 mm，故取60 mm為最終確定的最大球徑。

2.3.2 球磨機(jī)初裝球比確定

研究依據(jù)礦石的粒度組成來(lái)確定配球，按球磨機(jī)新給礦與旋流器沉砂質(zhì)量比1∶6.76，將球磨全給礦分為5 個(gè)粒級(jí)：+2、2～0.45、0.45～0.3、0.3～0.15、-0.15 mm。要求磨礦產(chǎn)品-0.074 mm70%以上，最后得出確定的初裝球比見(jiàn)表3。

從表3可知：采用精確化裝補(bǔ)球方法確定的球磨機(jī)初裝球級(jí)配φ60、φ50、φ40、φ30 mm 質(zhì)量比為20∶30∶15∶35。

為了進(jìn)行充分的比較選擇，另外選取與計(jì)算結(jié)果相比總體球徑偏大（φ60、φ50、φ40 mm 鋼球質(zhì)量比為30∶40∶30）和偏小（φ50、φ40、φ30 mm 鋼球質(zhì)量比為30∶40∶30）各1組初裝球配比進(jìn)行試驗(yàn)。

根據(jù)初裝球級(jí)配制作的累計(jì)比例曲線（圖1）可知，在不添加球的情況下，磨礦將導(dǎo)致鋼球?qū)嶋H級(jí)配累計(jì)比例曲線向左下方移動(dòng)，為維持裝球級(jí)配累計(jì)比例曲線不移動(dòng)，添加球級(jí)配累計(jì)比例曲線則需以初裝球級(jí)配累計(jì)比例曲線向右上平移獲得，對(duì)應(yīng)φ60、φ50、φ40 mm 添加球的配比為50∶15∶35（圖1），試驗(yàn)采用的球磨機(jī)鋼球初裝及補(bǔ)加球配比見(jiàn)表4，根據(jù)這7組配比進(jìn)行相同條件下的磨礦效果對(duì)比試驗(yàn)，以最佳的磨礦效果確定最佳的初裝球比和添加球。

2.3.3 球磨機(jī)磨礦試驗(yàn)

按表4 所列初裝球及補(bǔ)加球級(jí)配進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，表征磨礦產(chǎn)品粒度特性的數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，其中不合格粗粒級(jí)（+0.15 mm）產(chǎn)率用于判明有效磨碎的情況，可選級(jí)別（0.15～0.01 mm）產(chǎn)率用于判明中間可選級(jí)別的生成情況，易選級(jí)別（0.074～0.019 mm）產(chǎn)率用于判明易選級(jí)別的生成情況，過(guò)粉碎級(jí)別（-0.01 mm）產(chǎn)率用于判明過(guò)粉碎情況，-0.074 mm粒級(jí)產(chǎn)率用于判明磨機(jī)生產(chǎn)能力的大小。

從表5 可知：①偏大配比情況下，+0.15 mm 產(chǎn)率最高，這是因?yàn)檎w平均球徑過(guò)大，在同等充填率下，鋼球個(gè)數(shù)偏少，能有效磨碎粗顆粒的概率也減少；②偏小配比情況下，由于整體平均球徑偏小，在同等充填率下鋼球個(gè)數(shù)多，研磨面積大，使得該配比-0.074 mm 產(chǎn)率最高，但同時(shí)過(guò)細(xì)級(jí)別-0.01 mm 產(chǎn)率也最大；③推薦鋼球初裝配比情況下，因其沖擊、研磨力較合理，可選級(jí)別0.15～0.01 mm 產(chǎn)率比偏小配比高0.82 個(gè)百分點(diǎn)，易選級(jí)別0.074～0.019 mm 產(chǎn)率較偏大初裝及偏小初裝配比分別提高5.50 和1.25個(gè)百分點(diǎn)，-0.074 mm 產(chǎn)率比偏大初裝配比提高8.57個(gè)百分點(diǎn)；④以推薦初裝配比為基礎(chǔ)，確定推薦補(bǔ)加配比，磨礦細(xì)度-0.074 mm 產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加方案提高12.94 個(gè)百分點(diǎn)，中間可選級(jí)別0.15～0.01 mm 產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加1、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加2、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加3 配比情況下高3.65、0.48、0.35 個(gè)百分點(diǎn)，易選級(jí)別0.074～0.019 mm產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加1、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加2、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加3 配比情況下高5.94、1.11、0.62 個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)-0.01 mm 產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加3配比情況下下降1.80個(gè)百分點(diǎn)。因此，磨機(jī)的最終初裝球φ60、φ50、φ40、φ30 mm 質(zhì)量配比為20∶30∶15∶35，補(bǔ)加球φ60、φ50、φ40 mm 質(zhì)量配比為50∶15∶35。

2.4 球磨機(jī)磨礦補(bǔ)加球配比擴(kuò)大試驗(yàn)

按表4所列的補(bǔ)加球配比進(jìn)行擴(kuò)大球磨試驗(yàn)，表征磨礦產(chǎn)品粒度特性的數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

從表6 可知：擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果與小型試驗(yàn)結(jié)果基本一致，推薦補(bǔ)加配比情況下，因其沖擊力較為精準(zhǔn)，+0.15 mm粒級(jí)產(chǎn)率比現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加配比1情況下降低3.18 個(gè)百分點(diǎn)，0.074～0.019 mm 粒級(jí)產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加1、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加2、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加3、配比分別提高6.29、2.12、1.43 個(gè)百分點(diǎn)，-0.074 mm 粒級(jí)產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加1 情況下提高3.44 個(gè)百分點(diǎn)，-0.01 mm 粒級(jí)產(chǎn)率較現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加2、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)加3 情況下分別下降1.80、2.02 個(gè)百分點(diǎn)。

2.5 球磨機(jī)最佳充填率試驗(yàn)

理論上現(xiàn)場(chǎng)一段磨礦36%的充填率偏低。為了驗(yàn)證充填率對(duì)磨礦效果的影響，以一段推薦初裝球配比進(jìn)行了不同充填率試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。

從表7 可知：隨著充填率的提高，破碎粗顆粒的能力增強(qiáng)，+0.15 mm 粒級(jí)產(chǎn)率降低，-0.074、0.15～0.01、0.074～0.019 mm 粒級(jí)產(chǎn)率均總體上升，過(guò)粉碎粒級(jí)產(chǎn)率總體小幅增加。綜合各項(xiàng)指標(biāo)，認(rèn)為適宜的充填率為38%。

3 工業(yè)試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)于2021 年11 月對(duì)一段球磨機(jī)按推薦方案補(bǔ)加鋼球，2022年2月底一段球磨機(jī)磨礦介質(zhì)基本達(dá)到推薦鋼球級(jí)配狀態(tài)，充填率達(dá)38%左右，并將一段球磨磨礦濃度由75%左右下調(diào)至70%左右，并進(jìn)行了優(yōu)化前后的一段磨礦系統(tǒng)考察，結(jié)果見(jiàn)表8。

從表8可知：現(xiàn)場(chǎng)一段磨礦介質(zhì)優(yōu)化后磨機(jī)利用系數(shù)提高42.76%，易選級(jí)別產(chǎn)率提高4.54 個(gè)百分點(diǎn)。進(jìn)一步的研究表明，單位鋼耗降低42.77%、電耗下降6.66%，節(jié)能、降耗、提質(zhì)效果明顯。

4 結(jié)論

（1）馬鞍山白象山選廠的礦石密度較大，易在磨礦分級(jí)循環(huán)礦漿中下沉，進(jìn)而易產(chǎn)生過(guò)粉碎；礦石軟硬分布不均勻，總體屬于中等硬度、韌性較大的礦石，部分礦石脆性較大。

（2）實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)推薦的一段磨機(jī)初裝φ60、φ50、φ40、φ30 mm 鋼球級(jí)配為20∶30∶15∶35，補(bǔ)加球（φ60、φ50、φ40 mm）級(jí)配為50∶15∶35，最佳充填率為38%。

（3）現(xiàn)場(chǎng)一段磨礦介質(zhì)優(yōu)化后磨機(jī)利用系數(shù)提高42.76%，易選級(jí)別產(chǎn)率提高4.54 個(gè)百分點(diǎn)，單位鋼耗降低42.77%，單位電耗下降6.66%，節(jié)能、降耗、提質(zhì)效果明顯。