自磨机和半自磨机的发展和应用.pdf

2 0 0 5 ．7国外金属矿选矿1 3 自磨机和半自磨机的发展和应用 杨琳琳 昆明理工大学 文书明 昆明6 5 0 0 9 3 摘要回顾了自磨和半自磨机的发展历程，讨论了自磨和半自磨机的发展趋势，对自磨、半自磨流程和常规碎磨流程作了经济 分析比较，针对自磨和半自磨机的一些缺点提出了改进方法。 关键词磨矿自磨机半自磨机 富矿储量的枯竭，以及对金属需求的增加，需要 处理的矿石量日益增加，这要求选矿设备规模不断 增大，性能不断提高⋯。选矿流程的关键作业之一 是磨矿【2 J 。磨矿工艺可以分为两大类一类是传统 的碎磨流程，另一类是 半 自磨工艺。传统的磨矿 流程经多年的生产实践检验，表现出工艺流程长，所 用设备型号和数量多，金属消耗量大，基建投资和生 产费用高等缺点【3 】。而半自磨回路由于其流程简 单 省去了两段破碎机及筛分设备 ，配置方便，投资 省，在国内外已被越来越多的矿山所采用【4J 。它的 优越性不仅在高吨位的选厂直接地显示出来，而且 这种工艺正在越来越多地应用于3 0 0 0t ／d 的中等 或更小规模的选厂，特别是用于处理潮湿的、黏性的 高黏土的矿石更具有优越性”J 。 1自磨和半自磨机的发展历程 自1 8 8 0 年出现圆筒式磨机并于1 8 9 9 年在金矿 试用后，人们就发现了矿石可以自磨∞J 。世界上第 一台自磨机于1 9 3 2 年制成【“ 。2 0 世纪5 0 年代末， 自磨机开始应用于矿山生产【8J 。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 许多冶金矿山都陆续采用了全自磨流程【9 J 。在自 磨过程中，磨机中大于1 0 0m m 的矿石起研磨介质 的作用，小于8 0m m 大于2 0m m 的矿粒磨碎能力 差，其本身也不易为大块矿石磨碎 这部分物料通常 称为“难磨颗粒” ，为了磨碎瞄瓤睇爷剐套剧萋幔 篓鏖蓁鍪篓妥耕粕群萋囊～茎翼辨行舌疆氧饭；载誊 明嘤蓬塑蚕磊犁j 薹篓篓鬻薹阡鋈恻塑霎篓薹萃 0 缮g 器侄植；髟凰避m 嘲崾百要氯i 嬲鲥她燮霎； 菰蒌萋囊薹震匍氧萎| 萋鞋洲蘑夺疆囊蓼斟酥酬萎醢 荫捐彤幕堪馒鸯警；霎主堡菁i 霎囊誉裂嚣 萎摧；瑟蓁 錾蠢羹奏匿菡} ；瀑赫描浆| ；5 ；畔哆瞧援Ⅵ睇薛薹筇。 莒篓辈嚆噗景i 矗堡众眭举屉赆荔鲤楚将这种焙砂 在 6 5 0 ～7 5 0 ℃下进行氧化焙烧后，碳和硫的含量分别 降低到0 ．6 ％和0 ．2 ％，再用氰化法处理，金浸出率 提高到9 1 ％。在用H C l 从焙烧中浸出铁以后，金浸 出率达到9 5 ％～9 7 ．5 ％。 尽管真空加热除砷工艺具有上述许多优点，但 它也有一个很大的缺点，就是需要采用非常复杂的 工艺设备。 3 ．3 热解一氰化工艺【6 J 前面描述的焙烧是在氧化气氛或中性气氛中完 成的。下面介绍的热解工艺则是在惰性气氛 N 2 或 C 0 2 中加热金精矿，载金硫化物按下列反应式分 解 F e S 2 F e S S 1 0 F 如S F e S A s 1 1 热解反应的优点有四1 可以处理黄铁矿和砷 黄铁矿混合精矿，因为它们都能分解成磁黄铁矿。 2 不可见金能以微细粒的形式从磁铁矿中释离出 来。3 硫和 或 砷析出后，所得焙砂呈多孔状，有利 于金与氰化液接触。4 析出的元素硫和元素砷经冷 凝和提纯后，可以得到合格产品。 如果在N 2 气氛中处理黄铁矿精矿，8 0 0 ℃条件 下热解1 ．5h 或7 5 0 ℃时处理2h ，就可以获得很高 的金回收率。但是在N 2 或C 0 2 气氛中热解处理砷 黄铁矿精矿，金的浸出率只有3 5 ％～4 8 ％，其原因 是热解离出的金又被磁黄铁矿包裹。如果对生成的 磁黄铁矿进行焙烧，使其生成赤铁矿，将有利于金的 回收。与两段焙烧工艺相比，热解一氧化焙烧工艺 有两大优点1 砷已经完全被除去，因而不会生成砷 的氧化物和硫化物；2 硫含量只留下一半，减轻了环 保压力。 试验证明，对一种难浸的含金砷黄铁矿一黄铁 矿混合精矿在N 2 中于7 0 0 ℃的温度下热解处理3 0 万方数据万方数据 1 4国外金属矿选矿 2 0 0 5 ．7 在自磨机和半自磨机问世之时，就出现了衬板 的磨损问题，由于当时磨机直径小，自动化程度低， 因此对衬板的磨损没有引起重视。随着磨机规格加 大和自动化程度提高，衬板磨损问题已变得越来越 突出，因衬板耐磨性差，导致频繁更换衬板，降低了 设备运转率，提高了磨矿成本【20 】。目前制造自磨机 和半自磨机衬板的主要材质是高锰钢【2 ，高锰钢衬 板使用中受到的冲击力较小，很难产生高程度的加 工硬化，因此耐磨性较低，不能满足生产要求。并且 锰钢衬板寿命短、噪声大、能耗高，严重影响生产和 环境。近2 0a 来，橡胶衬板已在自磨机和半自磨机 上取得了广泛的应用。橡胶衬板主要有以下优 点【2 2 ] 1 噪音低；2 橡胶衬板较轻，橡胶的比重约是 钢铁的1 ／5 ，因此减轻了磨机的重量，减轻了更换衬 板的劳动强度，降低了维修费用；3 橡胶衬板的能耗 低；4 钢铁衬板的磨损由衬板的硬度和被磨物料的 硬度来决定，而橡胶衬板的硬度比被磨物料软得多， 其磨损基本与被磨物料的硬度无关，所以当矿石较 硬时，采用橡胶衬板合适；5 使用橡胶衬板可降低磨 矿成本。 2 ．3 自磨机和半自磨机支撑部分的改进 从2 0 世纪6 0 年代自磨机和半自磨兴起到2 0 世纪8 0 年代初，磨机一直被设计为以磨机端盖外伸 部的耳轴为支承，基本类似于棒磨机和球磨机。2 0 世纪8 0 年代末，一种基于使用多滑靴轴承支承坐环 的新型筒体支承设计出现了【2 引。该设计现在可与 耳轴支承结构相匹敌。简体支承设计的出现可能达 到以下改进1 制造成本减少不再需要端盖和耳轴 铸件工、车间检验和运输的成本；2 建设成本减少 由于磨机从给矿端到排矿端的整个长度减小，磨矿 车间跨度减小，只需要更低成本的起重机械；3 严格 的部件质量重型结构铸件不用了，这表明发生结构 故障的风险很小。4 改善给料斜槽的布置磨机端 盖是没有耳轴的竖直的圆形档板，极大地简化了给 料斜槽的设计。 2 ．4 自磨机和半自磨机支撑轴承的改进 支撑磨矿机的简体，既可以用流体支压也可以 用流体静压的轴承靴来运转【2 引。为使这些轴承无 故障、无磨损的运行，所有的轴承靴必须具有自调整 支撑，因而能够保持自己调整到平行于滑环的表面 是很重要的。由于边棱支撑的结果，由挠曲、热变 形、制造误差引起的滑环的摆动和偏心，可以被每个 轴承靴独立的补偿，因而轴承缓冲垫不会过载。轴 颈轴承套或轴承靴能自发地与旋转的滑环表面保持 平行也很重要。与轴颈轴承靴相比[ 2 引，具有自调整 支撑的滑块缓冲轴承靴，能够容易地完成任何调整 动作，这种调整动作对摆动运行滑环是必不可少的。 由于这个原因，滑动靴轴承设计比同样设计的轴颈 轴承能承载更高的轴承载荷，因而实际上就能无磨 损运行。 2 ．5 自磨机和半自磨机规格的发展趋势 自磨和半自磨设备大型化是降低基建投资和生 产费用、提高劳动生产率的重要途径，也是自磨和半 自磨技术发展的重要标志之一[ 2 引。自磨和半自磨 工艺在工业上应用以来，自磨机的大型化一直是选 矿界和设备制造部门的重要开发研究课题，并不断 取得新进展。 自磨机和半自磨机刚出现时规格较小。2 0 世 纪7 0 年代中期1 0 ．7 5m 3 6 英尺 自磨机被制造出 来，并首先应用于美国希宾铁矿，这是当时最大规格 的自磨机。由于受齿轮传动功率的限制，在此后一 段较长时间内自磨机规格没有新的突破。直至2 0 世纪9 0 年代中期，随着无齿轮传动方式的应用相继 制造了西1 1 ．5 8m 和①1 2 ．1 9m 4 0 英尺 的自磨机。 直径为中1 2 ．2 0m ，电动机动率为2 0M w ，安装于澳 大利亚卡地亚山的半自磨机是当今世界上最大的自 磨机。据报道，更大规格的中1 2 ．8 0m ～西1 3 ．5 0m 的半自磨机正在设计中【2 引。 由表1 和表2 【2 6 j 可以看出自磨机规格的发展 趋势是大型化。 表1 各年代自磨机安装功率统计 安装功率 年代 马力 k W 比例 ％ 5 03 4 7 5 02 5 9 1 31 ．0 2 6 02 7 6 4 6 32 0 6 1 6 18 ．0 8 7 0 1 0 9 4 5 5 4 8 1 6 2 2 23 1 ．9 9 8 08 9 4 0 9 46 6 6 7 3 6 2 6 ．1 4 9 01 1 2 1 1 4 68 3 6 0 5 23 2 ．7 7 合计2 5 5 1 0 8 41 0 0 ．O O 表2 各年代大型自磨机安装数量 各种直径自磨机安装台数 年代 9 ．7 5 m1 0 ．3 6 ～1 0 ．5 m1 0 ．9 7 m 1 1 ．5 8 m 1 2 ．1 9 m合计 6 01 0 一 l O 一 7 0 2 55 9 ～ 3 9一 8 01 271 ～ 2 0 一 9 01 31 11 32l4 0 合计 6 02 32 3211 0 9 提高设备可靠性对扩大磨机规格具有重要意 义‘2 引。当使用几台大型设备时，不仅停机的费用较 大，而且机械事故的费用也较高。为了保证大规模 万方数据万方数据 2 0 0 5 ．7 国 外金属矿选 矿 1 5 磨机的可靠性，制造厂家正在采用一些新技术，诸如 有限元分析法，能精确快速地确定应力的形式和载 荷的分布。这些分析促进了大型磨机的制造在机械 上和经济上的可靠性。 3自磨和半自磨与常规碎磨的经济比较 常规碎磨和 半 自磨作为磨矿流程为不同选矿 厂所采用，由于两者对矿石性质有不同的要求，设计 时要根据选矿试验所提供的数据及设计的原始条件 等因素，认真合理地进行取舍。但如果某种矿石用 上述两种流程均可处理，这时就必须通过技术经济 分析进行比较L 2 引。 美国的皮马选矿厂，在前三期工程中均采用了 常规碎磨流程，而经过半工业试验后，在第四期工程 中采用了半自磨流程。丙种碎磨流程比较【29 1 ，总钢 耗是半自磨机回路省，生产费用同样是半自磨回路 省。另外，通过对同是邯邢矿山局的符山铁矿和玉 石洼铁矿选矿厂的投资和经营费的比较，以及对基 司顿金矿和阳光金矿的投资和经营费的比较也表 明[ 2 8 】[ 3 0 】当矿石同时适应常规碎磨和 半 自磨两 种流程时，采用 半 自磨流程比常规碎磨流程投资 少，见效快，生产流程短，生产工艺对含泥量大的矿 石适应性强，这些优点值得一些同类矿山在工艺流 程合理的情况下建厂时优先考虑自磨、半自磨工艺。 另外，自磨和半自磨流程建设周期短，生产操作人员 数量相对较少，这种优势对于那些偏僻的地区特别 值得考虑。 4半自磨流程中存在的问题及解决的 方案 4 ．1 矿石性质对半自磨流程的处理能力的影响 与常规的棒磨机和球磨机回路比较，自磨机和 半自磨机有很多的操作变量。自磨是靠所磨矿石自 身作为磨矿介质进行研磨，半自磨则是在自磨的基 础上添加少量钢球以弥补矿石自身作为介质的不 足。因此，半自磨流程中磨矿效率受矿石的影响很 大。由于矿石性质因矿体、矿段、成因不同而差异很 大，往往使半自磨机的磨矿效率有很大的波动性，特 别是矿石硬度的变化，严重影响磨机的生产稳定 性【3 1 】。对于自磨机和半自磨机来说，当矿石可磨度 改变时，给矿量必须大幅度调整，以免处理软矿石时 发生过磨和硬矿石发生欠磨【3 引。 4 ．2 半自磨流程中的临界粒子问题 与常规碎磨相比，自磨机和半自磨机处理能力 不但随矿石硬度和粒度的变化而变化，而且还有临 界粒子的问题。在自磨回路中引入细碎机以破碎 “临界砾石”，可消除由于循环负荷使其在自磨机中 的聚集，这既可改变磨机内自然磨介 矿块 的粒度 组成，又可防止有用矿物的过粉碎，有助于下段工艺 所要求的粒度特性，达到提高自磨回路的生产能力 和降低电耗的效果【2 引。研究表明，在半自磨前用圆 锥破碎机对临界尺寸产品进行预先破碎，对提高半 自磨机的处理量有很大作用【3 引。 4 ．3 改进型的 半 自磨流程 国外磨矿专家认为【2 引，将破碎、棒磨甚至球磨 等多段作业应完成的粉磨任务集中在一个作业来完 成，即一段自磨或半自磨，在经济上是不合算的，磨 矿效率也不会高，多主张两段作业。 针对 半 自磨流程的特点和选别工艺的需要， 经过几十年的应用实践， 半 自磨流程不断变化和 完善，对不同的矿石类型采用不同的工艺流程，据报 道【2 63 目前用得较多的自磨、半自磨流程有半自磨 球磨 S A B 流程 半 自磨 球磨 破碎 A B C 或 S A B C 流程； 半 自磨 砾磨流程 A P ；自磨 砾 磨 破碎流程 A P C 。 4 ．4 其他 实践表明，自磨、半自磨与常规磨矿相比，电耗 一般较高。与球磨机相比， 半 自磨流程还有调试 周期较长和作业率较低的缺点 因为维修量比常规 碎磨流程大 。在投产的最初几个月里，这些缺点造 成磨矿效率较低和作业率较低。可以通过有效地预 防维护和优化半自磨机衬板设计来避免这些缺 点 3o 】。 5结语 自磨和半自磨技术的应用越来越广泛，同时，随 着计算机及自动控制技术的发展，磨机的结构、形状 及衬板的几何形状的最佳化设计也都成为现实【34 | ， 这些为半自磨技术的应用创造了优越的条件。为 此，随着科学技术的发展，及对冶金产品提出的越来 越高的要求，半自磨技术必将愈来愈显示其优越生。 参考 文献 l 肯克基J ．半自磨机和球磨机在矿业的发展[ J ] ．国外金属矿选 矿，1 9 9 9 ， 5 8 2D a nB ，c h a p m a nl J ．半自磨机驱动系统的选择[ J ] ．有色矿山， 1 9 9 3 ， 2 4 6 3 李启衡．碎矿与磨矿[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 7 9 4 符寒光，许军，吴建中．新型矿用自磨机衬板的研制和应用[ J ] ．选 万方数据万方数据 1 6 国外金属矿选矿2 0 0 5 ．7 矿机械，1 9 9 4 。 4 1 5 5S u t t mK R ．大型磨机的结构与传动[ J ] ．选矿机械，1 9 9 2 ， 4 9 6 符寒光。许军，吴建中．自磨机衬板的应用和发展[ j ] ．选矿机械， 1 9 9 4 ， 4 3 l 7 雅申B M ，波尔特尼科夫A B 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M i n e r a lI n d u s t r y [ J ] ． M i n i n gM a g z i n e1 9 9 0 ， 1 0 2 0 符寒光，许军，吴建中．自磨机村板的应用和发展[ J 】．选矿机械， 1 9 9 4 ， 3 3 l 2 1 符寒光，许军，吴建中．新型矿用自磨机衬板的研制和应用[ J ] ． 选矿机械，1 9 9 4 ， 4 1 5 2 2 符寒光，许军，吴建中．自磨机衬板的应用和发展[ j ] ．选矿机械， 1 9 9 4 ， 3 3 2 2 3 巴拉特D J ，等．半自磨设计趋势、经济分析、磨机规格和驱动装 置[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 0 ， 1 0 1 5 2 4 肯克基J ．半自磨机和球磨机在矿业的发展[ J ] ．国外金属矿选 矿，1 9 9 9 ， 5 9 2 5 巴拉特D J ，等．半自磨设计趋势、经济分析、磨机规格和驱动装 置[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 0 ， 1 0 1 7 2 6 张光烈．自磨技术的发展及其有关问题的评述 之一 [ J ] ．中国 矿业，2 0 0 0 ，9 2 6 4 2 7 邵全渝．论自磨技术的进展和对策[ J ] ．国外金属矿选矿，1 9 9 5 ， 8 3 2 8 李学中，王翠花．常规碎磨与自磨加球磨流程投资和经营费的比 较[ j ] ．冶金矿山设计与建设，1 9 9 9 ， 1 1 3 6 2 9 巴萨里尔J H ，等．皮马选矿厂第四期扩建工程采用的半自磨 机[ M ] ．自磨磨矿译文集，北京冶金工业出版社，1 9 8 3 3 0 纳爱特D A ，等．常规碎磨回路与半自磨碎磨网路的比较[ J ] ．有 色冶金设计与研究，1 9 9 8 ， 1 2 1 4 3 l 雷存友．国内外 半 自磨工艺设计及设备配置特点[ J ] ．国外金 属矿选矿，1 9 9 8 ， 8 1 0 3 2s u t t i nK R ．大型磨机的结构与传动[ J ] ．选矿机械，1 9 9 2 ， 4 1 0 3 3 王皓，太白．在半自磨前用圆锥破碎机对临界尺寸产品进行预先 破碎提高半白磨机的处理量[ J ] ．国外金属矿选矿，2 0 0 0 ， 1 0 2 8 3 4K n e c h tJ ．M o d e m T u b eM i U D e s i g nF o r T h e M i n e r a I 【n d u S t r y [ J ] ． M i n i n gM a g z i n e ，1 9 9 0 ， 1 0 0 5 0 7 0 3 上接第4 3 页 于低浓度的D A H 溶液中的硅石 ，硅石颗粒的可浮 性受静电排斥力的影响。气泡与硅石颗粒之间的吸 引力较强时 位于低浓度D A H 溶液中的硅石颗粒 和疏水化硅石颗粒 ，吸引力起支配作用。但是如果 有像空间排斥力那样强的排斥力参与，其影响将更 加显著。 3结论 本文直接测定了在含有表面活性剂水溶液中硅 石颗粒与气泡之间的相互作用力，得到以下结果 1 在D A H 水溶液中，硅石颗粒与气泡之间相 互作用在远距离时，先是静电排斥力，接着变为吸引 北京矿冶研究总院 力。即使在低D A H 浓度时，吸引力在远距离处也 会起到作用，随D A H 浓度增加，引力作用的范围越 来越大。浮选时，在D A H 浓度低于1 1 0 5m o l ／L 时，硅石颗粒与气泡间的静电斥力起作用，在D A H 浓度高于1 1 0 - 5n l o l 几时，主要由颗粒和气泡之间 的吸引力决定硅石颗粒的可浮性。 2 在D A H 水溶液中，随着其浓度的增大，疏水 化硅石颗粒和气泡之间相互作用的排斥力变强，吸 引力起作用的范围变小。排斥力除静电排斥力外， 还有空间排斥力。在高D A H 浓度浮选时，能观察 到空间排斥力对疏水化硅石颗粒可浮性的影响。 董晓辉。；雨田 0 5 0 7 0 9 万方数据万方数据