碎磨工艺现状及发展趋势.pdf

2 0 1 9 年第5 期有色金属 选矿部分 1 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 1 9 ．0 5 ．0 0 4 碎磨工艺现状及发展趋势 雷存友，余浔，冯裕果 中国瑞林工程技术股份有限公司，南昌3 3 0 0 3 1 摘要碎磨工艺是后续选冶工艺的准备过程或准备作业，必须满足选冶工艺对矿石处理的粒度要求，使矿物充分地单 体解离才能获得高质量的选冶产品和高指标。碎磨产品质量直接影响到选矿指标和生产成本，是选矿厂的重要组成部分。 本文通过分析选矿厂碎磨工艺流程现状，指出了存在的主要问题碎磨流程试验研究重视程度不足、建设投资和生产能耗高； 噪音和粉尘大污染环境等。针对这些问题，探讨了碎磨工艺有效的应对措施，以满足选别对产品粒度更严格的要求，适应节 能、环境、操作更苛刻的条件，并对未来碎磨工艺发展趋势进行了展望。 关键词碎磨工艺；问题及应对措施；发展趋势 中图分类号T D 9 5 2文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 9 0 5 0 0 1 5 0 5 P r e s e n tS t a t u sa n dD e v e l o p m e n tT r e n do fC o m m i n u t i o nP r o c e s s L E IC u n y o u ，阿X u n ，F E N GY u g u o C h i n aN e r i nE n g i n e e r i n gC o ．L t d ．，N a n c h a n g3 3 0 0 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r o c e s so fc o m m i n u t i o ni st h ep r e p a r a t i o np r o c e s so rp r e p a r a t i o no p e r a t i o no ft h e s u b s e q u e n tb e n e f i c i a t i o np r o c e s s ，w h i c hm u s tm e e tt h ep a r t i c l es i z er e q u i r e m e n t sf o ro r eb e n e f i c i a t i o n p r o c e s s ，S Ot h a tt h eh i g h q u a l i t yp r o d u c t sa n dh i g hi n d i c a t o r sc a no n l yb eo b t a i n e dw h e ns i n g l em i n e r a lb e l i b e r a t e df u l l y ．T h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fc r u s h i n ga n dg r i n d i n gp r o d u c t sd i r e c t l ya f f e c t st h em i n e r a l p r o c e s s i n gi n d e xa n do p e r a t i n gc o s t ，w h i c hi s m a i nc o m p o n e n tf o rp r o c e s s i n gp l a n t ．B ya n a l y z i n gt h e c u r r e n ts i t u a t i o n0 ft h ep r o c e s sf l o w s h e e to fe o m m i n u t i o ni np r o c e s s i n gp l a n t ，t h i sp a p e rp o i n t so u tt h em a i n i s s u e ss u c ha si n s u f f i c i e n ta t t e n t i o nt ot h er e s e a r c ho fc r u s h i n ga n dg r i n d i n gt e s t ，h i g hc a p i t a lc o n s t r u c t i o n i n v e s t m e n ta n dh i g he n e r g yc o n s u m p t i o n ，l a r g en o i s ea n dd u s tw i t hp o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n t ．A i m i n ga t t h e s ei s s u e s ，t h ee f f e c t i v ec o u n t e r m e a s u r eo fc o m m i n u t i o np r o c e s si sd i s c u s s e d ．I no r d e rt om e e tt h es t r i c t e r r e q u i r e m e n t sO ft h ep a r t i c l es i z ef o rb e n e f i c i a t i o n ，a n da d a p tt ot h eh a r s h e rc o n d i t i o n sf o re n e r g ys a v i n g ，t h e d e v e l o p m e n tt r e n do fc o m m i n u t i o np r o c e s si nt h ef u t u r ei sp r o s p e c t e d ． K e yw o r d s c o m m i n u t i o np r o c e s s ；i s s u e sa n dc o u n t e r m e a s u r e ；d e v e l o p i n gt r e n d s 碎磨工艺是矿石选冶工艺的准备过程或准备作 业，必须满足选冶工艺对矿石处理的粒度要求，使矿 物充分地单体解离才能获得高质量的选冶产品和高 指标。碎磨工艺分为破碎筛分和磨矿分级两大类， 是选矿厂的重要组成部分。碎磨产品的质量直接影 响着后续选别作业技术指标的好坏，同时，无论是选 矿厂建设投资还是运营成本中，碎磨工艺均占有较 大比重[ 1 ] 。本文通过分析碎磨工艺流程现状及存在 问题，探讨了应对措施，揭示了碎磨工艺今后将向工 艺流程简单节能、设备高效大型化、系统自动化和智 能化方向发展的趋势。 1 碎磨工艺现状及存在的问题 1 ．1 碎磨工艺现状 目前，在金属及有色金属选矿厂常用的碎磨工 艺流程主要有[ z ] 1 常规碎磨工艺多段破碎一棒磨一球磨流程、 多段破碎一球磨一球磨流程、多段破碎一棒磨一砾 磨流程、多段破碎一单段球磨流程。该工艺适应于 各种类型的矿石，广泛应用于各类选矿厂。 2 半 自磨工艺粗碎一单段自磨流程、粗碎一 自磨一球磨流程、粗碎一自磨一球磨一破碎流程、粗 收稿日期2 0 1 9 0 8 0 6修回日期2 0 1 9 - 0 8 0 9 作者简介雷存友 1 9 6 2 一 ，男，江西瑞昌人，教授，主要从事选矿厂工程设计与研究。 万方数据 1 6 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 碎一自磨一砾磨流程、粗碎一单段半自磨流程、粗 碎一半自磨一球磨流程、粗碎一半白磨一球磨一破 碎流程。2 0 世纪8 0 9 0 年代以来，随着 半 自磨机 技术的发展及磨机规格的大型化，大多数大中型新 建或改扩建选矿厂均采用了这种工艺。 此外，还有多段破碎一高压辊磨一球磨工艺，是 高压辊磨机引人选矿厂而形成的新工艺，在破碎流 程中设置预选抛尾的工艺更显示其优越性，因此，广 泛应用于许多铁选矿厂。 1 ．2 存在的问题 1 ．2 ．1碎磨工艺流程研究重视程度不足 合理的碎磨工艺的选择和流程的制定要以所处 理矿石的地质赋存状态、矿床和矿石类型以及所处 理矿石充分的碎磨试验数据为依据，经多方案比较 后才能确定。然而，在选矿厂的建设和生产管理中， 与选别工艺研究相比对碎磨工艺研究重视程度不 够，试验研究投入较少。在许多中小型选矿厂设计 中，没有详细的矿石碎磨试验研究资料，或者仅凭提 供简单的矿石可磨度对比试验数据和传统的经验， 致使选矿厂设计的碎磨工艺流程不能完全适应矿石 的碎磨性质，导致生产不合理和困难，严重的造成选 矿厂建成投产就要改造。 国外已发展了先进的碎磨理论和只需少量矿样 在实验室进行的各种碎磨试验程序，如J K 落重试 验、S M C 测试、半自磨功指数 S P I 、半白磨工艺设 计 S A GD e s i g n 、高级磨矿介质适应性试验 A M C T 测试 、高压辊磨小型试验 H P G R 等，可完 成流程的制定和设备的选择。但目前国内只有少数 几家单位引进了J K 落重试验这套理论和技术，尚未 普遍应用。 1 ．2 ．2 碎磨工艺能耗高和材料消耗量大 据统计，采矿工业电耗占全球电耗的7 ％～ 1 0 ％，其中5 0 ％耗于选矿粉碎过程[ 3 ] 。磨机衬板和 磨矿介质损耗的生产费用占选矿厂总损耗费的9 0 ％ 以上，粉碎过程生产费用占矿山矿石运输和选矿总 生产费用的8 0 ％左右[ 4 ‘5 ] 。由于进入加工和选矿中 的贫矿数量与日俱增，在能源价格不断增加的条件 下，为了提高或保持选矿企业的利润和竞争力，碎磨 工艺建设投资和生产成本就成为凸显矛盾之一[ s ] 。 综合电耗的最低值对应的人磨物料平均粒度为 6 ～8m m ，高于此值，碎磨工艺总电耗增大。目前， 国内黑色金属矿山人磨物料平均粒度在1 5m m 左 右[ 6 ] 。国内金属矿选矿厂能耗指标比世界先进水平 高出5 0 ％以上，远远落后于国际先进水平，节能降耗 的潜力和空间很大[ 4 ] 。 1 ．2 ．3 环境污染严重 作为最大的发展中国家，我国社会经济正处在 快速发展阶段，因此环境问题比较突出，尤其选矿工 业对于环境的污染十分严重，对于碎磨工艺而言，环 境问题包含粉尘和噪音两个方面。 粉尘是影响选矿厂高效安全洁净生产的主要因 素之一，它不仅污染环境，对原料本身也是一种损 耗[ 7 ] 。矿山粉尘所造成的职业危害已被行业界充分 认识。在破碎筛分车间内，物料输送、转运以及破碎 等工艺生产过程均会产生粉尘。减轻粉尘污染，改 善工人操作环境，实现清洁生产是选矿厂环境保护 的主要工作之一，也是提高选矿厂效率的基本 保障‘7 ‘9 1 。 噪音是选矿厂主要职业病危害因素之一，长期 接触噪音会对听觉、非听觉系统、工作效率和安全生 产不利或有害影响[ 10 | 。根据国际标准化组织公布的 统计数据表明，每周工作4 0h ，一年工作5 0 周的操 作工人，在9 5d B 的噪音环境中工作1 0 年，听力损 失危险率达1 7 ％，而听力损失人数达2 0 ％[ 1 1 1 。在选 矿厂噪音最大的设备是筛分机、给料箱、排料箱、球磨机 和破碎机[ 8 ] 。这些设备的噪音均在9 5 - - 一1 1 0d B ，而我国 大部分选矿厂在厂房设计上没有采取有效的防噪措 施，采用防噪耳塞的居多。 2应对措施 2 ．1 碎磨试验方法不断完瞢、选择合理的碎磨工艺 成熟的邦德功指数测定方法已被广泛接受，在 碎磨工艺选择和设备计算方面起到重要作用。随着 半 白磨生产实践的丰富和试验手段的发展， 半 自磨试验技术取得了很大进展，国际上出现了多种 用于 半 自磨流程设计的试验方法[ 12 1 。完善的试验 手段，为流程和设备选择的合理性创造了条件。如 何进行 半 自磨磨矿可磨性测试目前没有统一标 准，目前我国引进的测试方法是J K 落重试验，它产 生一个类似于经典邦德磨矿功指数的落重功指数 D W i ，与传统磨矿功指数一样通过比能量消耗和 模型方法估计出 半 自磨机的处理能力，这种方法 在国际上已特别常用。 高压辊磨机选型试验研究从主要依赖工业试验 向实验室小型及半工业型粉碎试验、颗粒床活塞压 载试验、数学模型模拟方面转移，试验需要矿石量不 断减少，小型试验试样只需要2 5 0k g 。试验还可以 通过对粉碎产品的邦德球磨功指数和磨矿工艺进行 万方数据 2 0 1 9 年第5 期雷存友等碎磨工艺现状及发展趋势 1 7 研究，获得高压辊磨机粉碎物料的适宜工作参数和 粉碎工艺[ 1 引。随着试验手段的完善，应用数据的增 加，高压辊磨机也会有更广泛的应用空间。 还有其他设备的现场工业比较试验，增加了设 备选型的可靠性。 2 ．2 采用更高效和产品更细的破碎技术，实现“多 碎少磨“ 我国破碎技术装备得到了明显提高，最大亮点 就是大量引进高效大型破碎设备，采用更高效和产 品更细的破碎技术，实现“多碎少磨”，使最终破碎粒 度降低5 ～8m m ，大大简化工艺流程，提高生产 能力J 。 新型高能圆锥破碎机、高压辊磨机、惯性圆锥破 碎机等新型破碎设备大量被应用于老厂改扩建及新 设计选厂中。许多采用三段一闭路的老选厂，将原 有中、细碎改为高能破碎机后，产量上升，粒度降低， 单位矿石功耗下降[ 3 ] 。这些新型设备的使用提高了 生产效率。降低了企业生产成本，增加了企业的经济 效益L 3 j 。 高压辊磨机因破碎比大，产品粒度细，其最终破 碎粒度可以达到3 ～0m m 或6 ～0m m 。破碎粒度 从1 2 ～om m 降到3 ～or a m 或6 ～om m 将有利于 后续磨矿作业产量的提高，起到降低能耗外，它还有 一个节能的原因是可造成矿物破碎产品颗粒内部产 生大量裂纹，塌散等微观缺陷，使物料的可磨性改 善，功指数明显降低。对S I N O 铁矿原矿与高压辊 磨机产品分别进行了2 5 0 肛m 控制筛的邦德功指数 试验，原矿和高压辊磨机产品的邦德功指数分别为 1 7 ．2 和1 3 ．2 k W h ／t ，高压辊磨机产品球磨功指 数降低了1 9 ．2 ％[ 14 | 。说明高压辊磨机在选矿“节能 降耗”会发挥很好的作用。 云南东川某铜矿选厂采用P D 6 0 0m m 9 0 0m m 颚式破碎机与G Y P 一1 2 0 0 惯性圆锥破碎机组成两段 开路破碎流程，系统处理能力8 2 ．5t ／h ，产品粒度一 1 0m m 占9 0 孵1 5 | 。 2 ．3 采用更有效的磨矿技术。实现节能降耗。减少 粉尘及噪声污染 2 ．3 ．1 半 自磨工艺的广泛应用 半 自磨机是一种兼有破碎和粉磨两种功能的 磨矿设备，高粉碎比是其显著特点，其给矿粒度可达 2 5 03 0 0m m 左右，产品粒度可达一7 4 肚m ，同时 半 自磨机、球磨机的大型化，使得碎磨流程变得更 加简单、顺畅及高效[ 1 引。 半 自磨机设备大型化是降低建设投资和生产 费用，提高劳动生产率的重要途径，也是 半 自磨技 术发展的重要标志之一[ 17 1 。 2 ．3 ．2 高效节能的细磨技术应用 近年来，在国内外的矿山中，越来越多的搅拌磨 机在再磨流程或粗精矿再磨流程中应用。搅拌磨机 不管是立式的如美卓V T M 搅拌磨还是卧式的I S A 搅拌磨 的磨矿特点与传统的球磨机、 半 自磨机有 明显区别。主要表现在其在磨机工作时，磨机的筒 体固定不动，依靠内部的搅拌器带动磨矿介质旋转， 对物料实现有效粉碎。根据现场的应用情况，搅拌 磨机的磨矿效率高于再磨流程的球磨机，节能是其 主要优点。此外搅拌磨机还能减小占地面积，降低 安装投资费用，搅拌磨机产生的噪声也远低于球磨 机，具有良好的应用前景[ 16 | 。 3 发展趋势 3 ．1 研发采矿与选矿相结合的节能碎磨工艺 “多爆少碎”工艺通过提高露天采场有效爆破能 力和爆破质量，改善进入选矿厂的原矿物料粒级来 保证破碎系统的整体效能，降低破碎产品粒度。该 工艺对于选矿破碎系统基本定型的露天矿山，可以 提高破碎系统处理能力和降低能耗。在拉拉铜矿 50 0 0t ／d 实施“多爆少碎”工艺方案后，碎矿能耗 降低0 ．1 5 k W h ／t 矿，处理能力提高5 0t ／d ，增 加经济效益6 0 0 万元／a [ 1 8 ] 。 3 ．2 借助高效、节能的碎磨设备。研发新工艺 1 半 自磨 或高压辊磨 一立式磨一破碎 S A V C 流程，即将 S A B C 流程中的球磨机改用立式 磨机。 在第二阶段磨矿回路中引入高效细磨设备，如 立式搅拌磨，既可达到充分的矿物解离有利于后续 作业，又可避免筒形磨机产生的过粉碎和过高的循 环负荷。如澳大利亚康明顿矿，采用了两段磨矿流 程。自磨采用一台西8 ．5m 4m 自磨机，破碎采用 一台H P 3 0 0 破碎机，与第一段西4 0 0m m 旋流器闭 路。第二段磨矿采用了一台V T M l 5 0 0 W B 立式磨 机与第二段西2 5 0m m 旋流器闭路，最终产品粒度 P 8 。 9 5 “m 。处理能力可增加到3 5 0t ／h [ 3 ] 。 这种工艺现在国内首次应用在某铁矿，立磨机 设备已安装完毕，已进入试生产阶段。相信随着该 矿的投产，该工艺会越来越成熟。 2 高压辊磨一立式磨一I S A 磨流程，这种工艺 是充分利用了高压辊磨机、立式搅拌磨及I S A 磨的 节能特点，以得到更细的磨矿细度。经测算，与粗 万方数据 1 8 有色金属 选矿部分2 0 1 9 年第5 期 碎一半自磨一球磨一顽石破的能耗相比，总能耗可 下降3 0 ％。若矿石硬度越低，总能耗随之降低[ 1 引。 3 两段开路破碎流程 高效细碎设备使两段开路破碎流程在中小型选矿 厂受到青睐。在破碎方案中，选用7 6 0m m X 11 5 0I T I I T I 颚式破碎机与G Y P 一1 5 0 0 惯性圆锥破碎机组成破碎 系统，破碎工艺流程实现了“两段开路破碎”达到了多 段闭路破碎的效果，给料块度一6 5 0m m ，破碎产品粒 度一1 2m m 占9 0 ％，处理能力2 0 0 “ - - 2 5 0t ／h [ 19 | 。这种 工艺可以简化流程、减少投资、有利于节能降耗，适 合于处理能力30 0 0t ／d 选矿厂的破碎作业。作业 环节少，粉尘和噪音点少，是一种绿色环保的破碎 工艺。 4 高效破碎设备引入到 半 自磨工艺流程中 常规三段破碎工艺与 半 自磨工艺的竞争将随 着在 半 自磨工艺中引进超细破碎设备的碎磨技术 而终止，这种设备将是高压辊磨机和惯性圆锥破碎 机[ 5 ] 。在 半 自磨流程中，超细破碎机将在预先破 碎和顽石破碎作业发挥节能降耗的重要作用。 高压辊磨机用于 半 自磨流程中的顽石破碎 时，返回 半 自磨机的破碎产品，基本没有大于筛孔 的顽石颗粒，切断了难磨粒子的循环，减少了 半 自 磨机的循环负荷，提高了 半 自磨机的产能[ 2 州。该 工艺流程在缩短碎磨流程和节能降耗方面的优势将 更加明显L 14 | 。 在处理某些较硬矿石时，增设半自磨机给矿的 第二次破碎，即将粗碎排矿给至双层振动筛上，筛上 和筛下的物料进堆场，中间物料 即第二层筛上 进 高能圆锥破碎机或惯性圆锥破碎机破碎。这样，使 原半自磨给矿粒度F s 。从1 5 0m m 降至8 0m m 以下， 可提高磨矿回路的生产能力。如澳大利亚的凯底斯 通 K i d d s t o n 金矿 15 0 0 万t ／a ，戈朗尼斯密兹 G r a n n yS m i t h 金矿 4 0 0 万t ／a ，坦桑尼亚的加达 O e i t a 金矿 4 0 0 万t ／a ，二次破碎的量通常为给矿 量的4 0 ％～6 0 ％口1 | 。 3 ．3 碎磨设备大型化 随着矿产资源的贫细杂化及矿山企业降低生产 成本的要求，选矿厂扩大生产规模及使用大型化设 备，从而有效降低处理矿石的单位生产成本，已成为 行业的发展趋势之一[ z 川。M o r r e l lS 等研究发现，与 小直径球磨机相比，直径在6 ．7m 以上的大型球磨 机单位处理能力电耗可降低2 2 ．7 ％，钢球消耗可降 低1 4 ％。碎磨设备的大型化既提高了单台设备的处 理量，更符合节能降耗的国策要求口2 | 。 高压辊磨机凭借其处理能力大、能量有效利用 率高、适应通过量波动能力强、占地面积小、噪音小 等优点[ 20 | ，必将在实现“多碎少磨”和“降低能耗”碎 磨流程中占有一席之地。分析发现，高压辊磨机在 处理硬度较大的矿石，更能发挥作用[ 2 0 3 。 目前国内外最大型碎磨设备见表1 。 表1大型碎磨设备 T a b l e1 L a r g ec o m m i n u t i o ne q u i p m e n t 序号设备名称型号或规格 譬理登力、7 安装功率7 | 大型破碎磨矿设备的出现，可以将处理能力 8 00 0 0t ／d 的选矿厂的碎磨系统设计为一个系列，减 少了设备数量，简化设备配置，便于生产管理自动 化，降低了建设投资和生产成本，规模化效应得到充 分体现。 3 ．4 研发新型耐磨介质材料。优化磨矿介质组合 磨矿介质一般有钢球、钢棒、钢锻、惰性介质甚 至矿石自身。不同的磨矿介质对磨矿产品的粒度组 成特性、磨矿能耗和成本、浮选工艺指标均有重大影 响。纳米陶瓷球和 半 自磨排出的顽石具有钢球相 同的磨矿性能，产品粒度特性好，过粉碎轻，而且可 以减少铁质对矿物表面的污染，有利于选别指标的 提高[ 2 3 。2 引。由于纳米陶瓷球密度小，可能是新的磨 矿过程节能途径的选择[ 2 “。通过优化大型半自磨机 钢球质量及应用新型高效加球方法，在确保磨矿生 产能力不变的前提下，磨矿产品粒度合格率提高了 3 ．3 4 百分点，钢球消耗降低了4 0 ％，电耗降低 了7 ．5 ％[ 2 6 ] 。 3 ．5 全面向自动化和智能化方向发展 随着计算机、通信、工业网络、自动化仪表数字 化和智能化技术的发展，选矿过程自动控制已从单 纯的局部参数检测和简单控制，逐步向全过程、网络 化、智能化、局部和全部结合、多层次立体控制的方 向发展L 3 J 。 实现选矿工业过程自动化可使破碎机提高台时 处理能力1 0 ％～1 5 ％，磨矿机提高台时处理能力 5 ％～1 0 ％，生产成本降低3 ％～5 ％，劳动生产率提 高5 ％～5 0 ％，能耗和原材料消耗显著降低，劳动强 万方数据 2 0 1 9 年第5 期雷存友等碎磨工艺现状及发展趋势 1 9 度大大减轻，产品质量可以提高[ 3 ] 。 目前，国内大多数矿山企业仍处在智能矿山体 系建设的初级阶段，智能选矿厂的建设将推动智能 矿业体系发展和升级。未来智能选矿厂将围绕装备 智能化、业务流程智能化和知识自动化循序渐进，实 现“去人化、轻资产、高效率”的目的[ 27 | 。 4结论 1 随着技术的进步，节能环保是永恒的话题，在 碎磨工艺流程的选择中，应优先选择节能降耗、绿色 环保的碎磨工艺。 2 在选矿厂设计过程中，碎磨工艺研究是必不 可少的内容之一，加强碎磨试验研究，为碎磨方案比 较提供可靠的试验依据。 3 磨矿是选矿厂中一个重要作业，磨机的型式、 转速、衬板结构、磨矿介质均对磨矿产品质量产生影 响，在设计中，应对工艺流程和设备选型进行详细 研究。 4 伴随着5 G 时代的到来，选矿厂智能化必将从 及时优化工艺参数、降低生产成本、优化人力资源结 构为切入点，为企业获得更好的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 孙传尧．选矿工程师手册第一册选矿通论[ M ] ．北京冶 金工业出版社，2 0 1 5 ． [ 2 ] 余浔．碎磨工艺回路的设计和磨机选型方法的探讨[ J ] ． 有色冶金设计与研究，2 0 1 9 2 3 - 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