半自磨(自磨)工艺的选择及应用.pdf

2 0 1 3 年增刊有色金属 选矿部分 4 l d o i 1 0 J 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．Z 1 ．0 1 0 半A 磨 A 磨 工艺的选择及应用 杨松荣 中国黄金集团建设有限公司，北京1 0 0 1 0 1 摘要根据目前我国矿山半自磨 自磨 工艺的生产实践，综述矿山采用半自磨 自磨 工艺的现状，分析半自磨 自磨 工艺的应用条件及影响因素，期望更好地发挥该工艺的优越性。 关键词选矿设备；半自磨；自磨；应用条件；影响因素 中图分类号T D 9 2 1 ．4文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S O 一0 0 4 1 0 3 2 0 0 4 年1 0 月，我国采用的第一台半自磨机在 铜陵有色金属公司冬瓜山铜矿选矿厂投产。此后， 大红山铁矿、普朗铜矿、汝阳铜矿、德兴铜矿、武 山铜矿、喀拉通克镍矿、贵溪冶炼厂炉渣选矿厂、 乌奴格图山铜矿、甲玛多金属矿等众多新建工程或 扩建 改造 工程中，都采用了半自磨机。 半自磨机是由自磨机衍生而来的。世界上第一 台自磨机于1 9 3 2 年制成，此后经过不断的试验、 改进，于2 0 世纪5 0 年代末，开始应用于矿山生 产。2 0 世纪6 0 年代后，加拿大、美国、前苏联、 澳大利亚、挪威及我国的许多冶金矿山的碎磨流程 中都采用了自磨机。 在自磨机的应用过程中，由于原矿性质 特别 是硬度 变化比较大，明显地影响自磨机的磨矿效 率，给矿性质的波动导致磨矿介质的不稳定，进而 导致自磨机工作状态的不稳定。鉴于当时控制技术 的发展水平，自磨机的稳定磨矿状态有一定的局限 性。为此，部分矿山特别是有色矿山采用自磨机 后，由于矿石性质 主要是硬度 变化比较大，自 磨机的磨矿效率很低。为了减少原矿性质的变化导 致自磨机处理能力波动的影响，在自磨机中添加部 分钢球以提高自磨机的磨矿效率，从而极大地减轻 了全靠矿石自身作为磨矿介质而导致的自磨机生产 不稳定的状况。由此，也就有了半自磨机的概念。 尽管半自磨机是在自磨机的基础上，添加适量 的钢球 一般为6 ％。1 2 ％ 而衍生出来的，但前者 的设备设计却是和后者差别很大。自磨机仅是根据 所磨矿石的性质 硬度、密度、最大给料粒度等 来进行设备的机械结构设计、强度计算、功率配置 等，半自磨机则是要在考虑矿石性质的同时，还要 考虑所添加钢球的最大直径、最大钢球充填率 一 般要考虑2 0 ％或更高 ，并在此基础上进行功率计 算和配置。因此，同种规格下，半自磨机的机械强 度和驱动功率要比自磨机大得多。 由于半自磨 自磨 机能够使选矿厂碎磨流程 简化，减少占地面积，减少粉尘的产生，易于实现 自动控制，自2 0 世纪8 0 年代以后，国外新建或扩 建的有色矿山选矿厂，几乎大都采用半自磨 自 磨 球磨流程。 1半自磨 自磨 工艺的特点 和常规碎磨工艺相比，半自磨 自磨 工艺有 5 个方面的特点。 1 流程短、配置简单、占地面积少。半自磨 自磨 工艺省去了常规碎磨流程所必需的中细碎、 筛分、物料转运、通风除尘等环节，使得流程极大 地简化，控制环节大为减少，占地面积节省，基本上 消除了粉尘污染。如俄罗斯位于西伯利亚的A l r o s a ’s 金刚石矿⋯，由于金刚石嵌布粒度比较粗的特点， 为了避免金刚石颗粒的损坏，甚至取消了常规的 粗碎机，采场采出的矿石经简单破碎到小于1 ．2m 的规格后，直接给人自磨机进行磨矿。 2 浮选环境得到改善。这是半自磨 自磨 工艺的另一个独特的特点，由于磨矿过程中减少了 或没有 外来铁离子的污染，这对一些多金属矿 的选矿过程要求消除或降低铁离子对有用矿物的污 染是非常有利的。在磨矿过程中，当钢球作为磨矿 介质进行研磨时，剥蚀下来的F e z 易在矿浆中形成 收稿日期2 0 1 3 1 0 2 0 作者简介杨松荣 1 9 5 7 一 ，男，山东莱州人，教授级高级工程师，博士，主要从事矿物加工和生物冶金等方面的工程咨询设计和研究。 万方数据 4 2 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 F e O H ，F e O H 吸附到矿物表面，会使矿物表 面的电化学性质发生变化而受到抑制，降低可浮 性，从而影响矿物的回收。如B o l i d e n 公司的一个 选矿厂，在采用自磨机处理金矿石后，金的回收率 提高了1 0 ％[ 2 3 。 3 系统能力不受限制。随着包绕式电机的技 术发展，半自磨 自磨 机的规格越来越大。本世 纪初，澳大利亚C a d i aH i l l 铜金矿选矿厂单台半自 磨球磨 1 台半自磨机 2 台球磨机 的磨矿系列处 理能力为5 00 0 0t ／d ，是当时世界上单系列最大的 处理能力。经过1 0 多年的发展，到2 0 1 3 年底，世 界上最大的单台半自磨球磨 1 台半自磨机 2 台球 磨机 的磨矿系列处理能力将达到1 2 60 0 0t ／d ，单 台半自磨机的装机功率为2 80 0 0k W ，单台球磨机 的装机功率为2 20 0 0k W 。 4 投资省、运营成本低。由于上述特点，半 自磨工艺所需的设备台数少，占地面积小，流程简 单，控制环节少，易于配置，钢耗低，单位矿石投 资少，处理成本低。 5 达产时间较长、控制水平要求高。由于半 自磨 自磨 机磨矿的特点，使得半自磨 自磨 回路投料初期，有一个对回路的性能 特别是半自 磨 自磨 机对应于所处理矿石的性质波动 的熟 悉与调整的过程。该过程一般约为常规碎磨流程的 二倍。同时，由于半自磨 自磨 机的易损件的结 构参数以及磨机和回路的运行参数需根据矿石性质 特别是硬度 的变化进行统计调整和磨合，因此， 要求磨机本身和回路的控制系统对运行参数变化的 敏感性要高，以便于在矿石性质发生变化时，能够 及时调整，保证整个回路运行的稳定性。 2 半自磨 自磨 工艺的适应性 到目前为止，采用半自磨 自磨 工艺进行磨 矿的矿物种类有铜、铅、锌、金、镍、铁、钼、 铀、铂、钒、磷、石灰石、铝土矿、炉渣等各种矿物 的磨矿，根据目前的生产实践，采用半自磨 自磨 工艺的前提是原矿中能够产生足够量的磨矿介质。 顾名思义，半自磨是在白磨的基础上再添加一 定比例的钢球作为被磨矿石自身作为介质不足的补 充进行磨矿的过程。一般是通过粗碎把矿石破碎 到一3 0 0m m 左右的粒度后作为半自磨机的给矿。 与自磨机相比，半自磨机对矿石性质变化的适 应性，特别是对矿石硬度变化的适应性更强，这也 是半白磨机被越来越重视的原因。然而，半自磨机 磨矿产品的粒度分布与自磨机相比有很大的差别， 如某砂岩类型的铁矿，采用自磨可得到很细的筛下 产品 氏约为0 ．2m m ，能量消耗为1 2k W M ；采 用半自磨其能量消耗减少到6 ．9k W h ／t ，筛下物料 P 劬上升到0 ．4 5m m 。 半自磨 自磨 工艺对于处理含泥量高而潮湿 的矿石具有明显的优点，如原来的皮马选矿厂，其 露天矿比较潮湿，尤其在夏季多雨季节更是如此， 其高品位矿石产于露天矿底部的角页岩区，在此区 域内常常出现断泥层与黏土矿物或滑石矿物，当常 规碎磨设备遇到这种混合矿石时，由于潮湿的细粒 矿石堵塞在给矿机、筛分机、排矿溜槽等处，产量 会显著下降，这一问题严重到往往不得不减少球磨 机的生产能力，因为破碎机无法维持正常生产。然 而半自磨机则可以很容易地处理这类矿石，因此， 皮马的半自磨流程不仅大大超过设计能力，而且解 决了许多常规流程中出现的棘手问题[ 3 ] 。 半自磨具有与自磨类似的特点，但半自磨回路 比自磨回路更易于控制。但新的问题是由于半自磨 是在自磨的基础上添加部分钢球辅助磨矿，如对 F e 2 敏感的有用矿物回收则有一定的影响。因此， 当处理的矿石性质对F e “比较敏感时，则采用自磨 工艺更合适。如B o l i d e n 公司的A i t i k 铜矿，通过比 较棒磨 砾磨和自磨 砾磨两种磨矿工艺后，发现后 者的铜回收率比前者高出两个百分点，达到9 3 ％， 而尾矿品位则由前者的0 ．0 4 ％降低到0 ．0 2 ％⋯。 为此，A i t i k 铜矿采用的磨矿工艺是最典型的自磨 砾磨工艺，其新建的总处理能力为36 0 0 万池的 选矿厂，已于2 0 0 9 年建成，共有两个磨矿系列， 采用的自磨机规格为西1 1 ．6m x l 3 ．7m ，是目前世 界上容积最大的磨矿机，装机容量为2 26 0 0k W ／ 台，目前的运转率达到9 7 ％[ 5 3 。 3半自磨 自磨 工艺应用的影响因 素分析 由于半自磨 自磨 机的结构和运行特点，使 得半自磨 自磨 工艺的运转率保证上要求比较 高。特别是国内矿山接触较晚，缺少经验的积累， 对其认识上不足。 3 ．1 结构因素 3 ．1 ．1 衬板和提升棒 衬板和提升棒是半自磨 自磨 机正常运行的 关键部件，两者是紧密相关的两个部件，可以是单 独的，也可以是一体的。 万方数据 2 0 1 3 年增刊杨松荣半自磨 自磨 工艺的选择及应用 4 3 衬板的形状、材质、强度、厚度、规格大小及 提升棒的形状、面角、布置方式等决定着衬板和提 升棒的使用寿命及更换时的停车时间，直接与磨机 的运转率和经济效益相关，是保证选矿厂运转率的 关键因素之一。如美国的A s a r c o 南选厂曾对1 9 9 6 。 2 0 0 0 年共五年内影响半自磨机停车时间的因素进 行过详细的统计分析，换衬板2 0 ％，电气4 ％，计 划检修3 1 ％，润滑2 ％，筛分4 ％，带式输送机 7 ％，球磨机1 0 ％，外部原因3 ％，其他1 9 ％，总计 1 0 0 ％[ 6 | 。 可以看出，半自磨机停车影响的最大因素是选 矿厂的计划检修，其次则是半自磨机衬板的更换， 而第三项“其他”的1 9 ％的数据并非正常值，仅 1 9 9 9 年半自磨机排矿端耳轴的更换几乎占了该项 五年总停车时间的一半，另外还有给矿溜槽的堵 塞、筛下物料泵的故障、半自磨机衬板螺栓漏浆、 减速机故障、联轴节故障、电气控制系统故障等。 最大限度延长衬板的寿命成为保证自磨机或半自磨 机的停车时间最小化的关键目标。 3 ．1 ．2 格子板 自磨机或半自磨机的排矿格子板开孑L 形状及开 孔面积是决定磨机处理能力的关键因素。磨机的处 理能力与格子板开孔面积成正比，开孔面积越大， 处理能力越大。格子板的开孑L 形状、位置及孔的大 小与所处理矿石的性质和碎磨回路的性质有关。如 果排出的砾石不能通过循环在磨机中积累，则处理 此类矿石，磨机的格子板开孑L 宜大，循环负荷也 大，磨机的处理能力也大。如果矿石硬度大，排出 的砾石会通过循环在磨机中积累，则此类矿石需在 回路中采用破碎机来处理排出的砾石 顽石 ，而 格子板的开孔大小则取决于顽石破碎机的给矿粒度 上限，要综合考虑整个磨矿回路 S A B C 或A B C 的处理能力。同时，上述情况也都要考虑通过格子 板排出的物料中磨损后的钢球的粒度。 3 ．1 ．3 矿浆提升器 在磨矿过程中，矿浆提升器及格子板的性能决 定着磨机的通过能力。磨矿后，矿浆透过格子板， 透过的矿浆通过矿浆提升器将其提升至中空轴排 出。矿浆提升器排出矿浆速度的快慢，直接影响着 自磨机或半白磨机的处理能力和磨矿效率。 3 ．1 ．4 排矿锥 这是自磨机或半自磨机内的物料排出的最后通 道，通过格子板的矿浆及物料由矿浆提升器提升后 自流给人排矿锥，在排矿锥的作用下经磨机的排矿 端中空轴排出。因而，排矿锥是半自磨机或自磨机 中磨损最强烈、最集中的区域。在大型自磨机或半 自磨机 如函9 ．7 5m 及以上 的结构上，排矿锥 已经是常规配置。 随着自磨机或半自磨机的规格越来越大，排矿 锥的型式及分瓣的数量要考虑的关键因素有磨机 排矿端端盖的钻孑L 型式，以便于安装固定；衬板机 械手的提升能力及安全负荷，以利于安全地安装； 给矿端耳轴孔径大小，以便于其输送到磨机体内。 此外即是耐磨材料，要考虑其耐磨性能、整套质量 和整体使用寿命等。 排矿锥的材料通常采用铬钼钢或钢骨架外包橡 胶，径向上根据磨机的规格大小适当地做成一体或 分为两段。 3 ．2 操作因素 3 ．2 ．1 磨矿介质 自磨机或半自磨机的磨矿介质均以矿石自身为 主，在半自磨机中则辅之以部分钢球。通常自磨机 或半自磨机的给矿为粗碎后的产品，粒度为E 。。 0 3 0 0 或3 5 0 m m ，而产品粒度则为T 8 0 1 5 0 仙m 单段磨矿 或‰ 40 0 0 斗m 。添加的钢球规格一 般为直径1 0 0 ～1 4 0m m 。 3 ．2 ．2 充填率 磨机添加的磨矿介质一钢球的充填率一般为8 ％ ～1 2 ％，运行当中根据矿石性质的变化可进行调整， 当给矿中充当介质的大块不足时，则球的充填率需 增大，如F r e e p o r t 的N o ．4 选矿厂的半自磨机的钢 球充填率为2 0 ％r 7 ] 。自磨机或半自磨机的总的充 填率最大不超过3 5 ％。 3 ．2 ．3 转速率 一般说来，所有的自磨机和半自磨机应该是变 速驱动，变速范围为临界转速的6 0 ％～8 0 ％，通常 运行的转速率为7 4 ％～8 0 ％，当矿石性质变化或提 升棒磨损后则根据具体情况改变磨机的转速率以保 证磨机处理能力的稳定。 变速的另一个关键的原因则是根据磨机内物料 的运行状态来调整磨机的转速，改变磨机内物料 钢球 的抛落轨迹，使其保持在物料的下边缘之 内，以避免对衬板和提升棒造成破坏。鉴于这个原 因，一些早期或是由于给矿性质均匀，或是由于投 资节省原因安装的定速的自磨机或半自磨机，已经 在实践中通过过高的衬板破损和缺少操作上的灵活 下转第4 9 页 万方数据 2 0 1 3 年增刊石立等金属矿山选矿厂磨矿分级自动控制研究现状 ‘4 9 [ 8 ] 罗小燕，林和荣．预磨机模糊控制系统的设计与试验E J ] ． 金属矿山，2 0 1 2 8 1 1 8 1 2 2 ． [ 9 ] 唐耀庚，胡蓉．一种铀矿石自磨机拖动功率模糊控制系 统[ J ] ．矿山机械，2 0 0 2 4 2 5 2 6 ． [ 1 0 ] 周平，柴天佑．基于案例推理的磨矿分级系统智能设 定控制[ J ] ．东北大学学报，2 0 0 7 5 6 1 3 6 1 6 [ 11 ] 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r ，DNH a l b e ，DJB a r r a t t ．M i n e r lP r o c e s s i n g P l a n t D e s i g n ，P r a c t i c e ， a n dC o n t r o l P r o c e e d i n g s ． V a n c o u v e r S M E ．2 0 0 2 6 9 8 - 7 0 9 ． 万方数据