宋興誠，唐都作，楊華

（云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司,云南昆明 650011）

半自磨技術(shù)在云錫渣選礦中的應(yīng)用

宋興誠，唐都作，楊華

（云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司,云南昆明 650011）

根據(jù)目前云錫渣選半自磨工藝的生產(chǎn)實踐，對云錫銅冶煉爐渣的半自磨磨礦現(xiàn)狀進行分析，在理論上和實踐應(yīng)用的角度對影響磨礦過程的各因素進行了論述。實踐證明，該廠對磨機結(jié)構(gòu)和磨礦介質(zhì)的研究與改進能明顯提升半自磨的效率，是選礦廠不改變現(xiàn)有流程，不增加投資成本而降低能耗的有效途徑。

半自磨；渣選；磨機結(jié)構(gòu)；磨礦介質(zhì)；磨礦效率

磨機是礦山、冶金、建材、化工及火電等若干國民經(jīng)濟基礎(chǔ)行業(yè)中的一種主要設(shè)備,承擔(dān)著每年磨碎數(shù)十億噸礦料的磨碎任務(wù)。然而,由于磨機內(nèi)鋼球處于隨機性破碎的工作特性,又使磨機成為一種低效率及高消耗的粉碎設(shè)備。據(jù)國內(nèi)外許多選礦學(xué)者的研究,每年僅磨礦作業(yè)就要耗去當(dāng)年世界發(fā)電量的4%～5%。我國是個高能耗的國家,磨礦的電耗約在全國每年發(fā)電量的5%,消耗的鋼材上百萬噸[1－3]。因此,選擇合理的碎磨流程并在生產(chǎn)實踐中總結(jié)發(fā)展碎磨影響因素,不斷改進操作水平,努力提高磨礦效率,對企業(yè)節(jié)能降本有重大意義。

云錫渣選目前采用的碎磨工藝流程是一段破碎+半自磨+球磨流程。該流程相比過程復(fù)雜、投資高的常規(guī)三段一閉路碎磨流程有較大的突破。全自磨是靠礦石自身作為磨礦介質(zhì)進行研磨,而半自磨是在自磨基礎(chǔ)上添加少量鋼球以彌補礦石本身作為介質(zhì)的不足[4]。半自磨工藝簡單、基建投資較低、作業(yè)粉塵少,勞動生產(chǎn)率高、工作環(huán)境好,便于生產(chǎn)管理。但就礦山而言,磨機效率受礦石性質(zhì)的影響很大,特別是礦石硬度的變化,使自磨機、半自磨機的磨礦效率有較大波動,進而嚴(yán)重影響磨機的生產(chǎn)穩(wěn)定性。而爐渣作為一種人造礦石,具有硬度大、密度高的特點,并有極強的自磨特性,故為爐渣選礦的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。

1 原礦性質(zhì)

云錫爐渣選礦系統(tǒng)處理來自沉降電爐的爐渣。冶煉釆用奧斯麥特爐熔煉,煅燒銅锍和熔煉爐渣的混合熔體經(jīng)溜槽進入沉降電爐澄清；沉降電爐銅锍水淬,水淬銅锍進人奧斯麥特吹煉爐吹煉,沉降電爐爐渣自然緩冷24 h,小水24 h,大水24 h,包體溫度低于55℃后,送爐渣選礦系統(tǒng)處理。原礦的礦物組成及礦物含量如表1所示。

表1 爐渣的礦物組成及礦物含量%

從表1中可看出,該樣品由鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石、磁鐵礦、冰銅、褐鐵礦、黃鐵礦、方解石、石英、云母、螢石以及方鉛礦、毒砂等礦物所組成。脈石礦物是組成物料的主要礦物,鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石是物料中的主要組成礦物,分別占礦物量的47．31%、24．39%,兩者累計占了礦物量的71．70%；其次為方解石、輝石,累計占礦物量的2．28%；石英、螢石、云母含量相對較少。金屬礦物主要為磁鐵礦,其占礦物量的23．43%,鐵橄欖石、鈣鐵橄欖石也含有部分鐵,其次為冰銅(即銅硫化合物),占礦物量的1．04%,另有少量的褐鐵礦、黃鐵礦,偶見方鉛礦、毒砂、磁黃鐵礦。

對呈獨立礦物形式產(chǎn)出的Cu主要載體礦物冰銅的結(jié)晶粒度進行了分析與測定,通過分析測定得知：物料中的冰銅的結(jié)晶粒度較為細(xì)小,最大粒度為0．21 mm,普遍的結(jié)晶粒度在0．009～0．035 mm之間,其最小結(jié)晶粒度則＜0．002 mm,爐渣密度4．22 t/m3。

2 半自磨磨礦效率的影響因素

云錫渣選采用的半自磨機基本參數(shù)如下：尺寸為Ф4．5×4．8 m,筒體有效容積70 m3,筒體工作轉(zhuǎn)速15．5 r/min,主電機功率1 250 kW。影響磨礦效率的因素主要包括原礦性質(zhì)、磨機結(jié)構(gòu)和磨機工作參數(shù)等。礦石可磨性變化對磨礦效率的影響很大,但在討論中視原礦性質(zhì)為不變因素,本文簡要從磨機結(jié)構(gòu)和磨機工作參數(shù)兩方面論述。

2.1 襯板和提升條

襯板和提升條是半自磨機正常運行的關(guān)鍵部件,兩者緊密相關(guān),既可以是單獨的,也可以是一體的。襯板的形狀、材質(zhì)、強度、厚度、規(guī)格大小及提升條的形狀、面角、布置方式等決定著襯板和提升條的使用壽命及更換時的停車時間,直接與磨機的運轉(zhuǎn)率和經(jīng)濟效益相關(guān),是保證選礦廠運轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵因素之一。如美國的Asarco南選廠曾對1996～2000年共5年內(nèi)影響半自磨機停車時間的因素進行過詳細(xì)的統(tǒng)計分析,換襯板20%,電氣4%,計劃檢修31%,潤滑2%,篩分4%,帶式輸送機7%,球磨機10%,外部原因3%,其他19%,總計100%[5]。

可以看出,半自磨機停車影響的最大因素是選礦廠的計劃檢修,其次則是半自磨機襯板的更換,另外還有給礦溜槽的堵塞、半自磨排料渣漿泵的故障和半自磨機襯板螺栓漏漿等。因此，最大限度延長襯板的壽命成為保證半自磨機的停車時間最小化的關(guān)鍵目標(biāo)。

云錫采用的是一體的筒體襯板。生產(chǎn)初期半自磨機的襯板存在質(zhì)量問題,使用周期短且砸爛漏裂頻繁發(fā)生。隨后經(jīng)過廣泛的調(diào)研,對原先使用的襯板結(jié)構(gòu)進行了改進。原筒體襯板為T型襯板的結(jié)構(gòu)改為L型結(jié)構(gòu),以避免襯板螺栓眼的磨損；把每排襯板排列為5塊改進為每排排列為3塊,并適當(dāng)加高了提升條,以增強襯板的整體性；選用材質(zhì)為多金屬合金彌散強化襯板（英文名為SCMnH21）,使該襯板的耐磨性、功能性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原先使用的T型襯板。它主要表現(xiàn)在以下3個方面：受到鋼球沖擊時整體受力均衡、抵御能力強；提升鋼球的功能非常明顯；抗物料長時間的摩擦、磨失損耗低。改進后，半自磨襯板的使用壽命從原先的3～4個月變到之后的7～8個月。

2.2 格子板

半自磨機的排礦格子板開孔形狀及開孔面積是決定磨機處理能力的關(guān)鍵因素。磨機的處理能力與格子板開孔面積成正比,開孔面積越大,處理能力越大。格子板的開孔形狀、位置及孔的大小與所處理礦石的性質(zhì)和碎磨回路的性質(zhì)有關(guān)。云錫渣選根據(jù)自身的處理能力,選用的格子板的開孔形狀為斜孔,開孔面積為小口面22 mm,大口面32 mm,以保證在磨礦粒度達(dá)標(biāo)的同時,處理能力能達(dá)最大化。

2.3 磨礦介質(zhì)的材質(zhì)

決定磨礦介質(zhì)具有良好硬度和韌性的條件是其化學(xué)成分、金相結(jié)構(gòu)和熱處理狀態(tài)等。目前國內(nèi)外鋼球制造廠商,均通過在鋼球材料中添加合金元素,如C、Mn、Cr、Mo、Cu或其它合金元素的方法來增加鋼球在熱處理后,保持其良好的耐沖擊強度和耐磨性。另外,鋼球的圓度、合金元素的偏析和鋼球表面缺陷,諸如縮孔、砂眼、淬火裂紋等,都會影響到磨機的磨礦作業(yè)指標(biāo)和效率。本選廠使用的鋼球是熱軋鋼球,它和普通鈦合金低鉻鑄球在力學(xué)性能和金相組織上是有較大差異的,如表2所示。

表2 兩種鋼球的力學(xué)性能與金相組織差異

熱軋鋼球是由特選的碳素鋼和合金鋼軋制而成,有淬火—回火工藝,鋼球表面硬度均勻,硬度梯度分布均勻,球體表面光滑。鈦合金低鉻鑄球為砂模澆鑄球,鋼球表面較為粗糙,鑄口較突出,個別鋼球內(nèi)部有氣泡、澆痕,鑄球勻有類似現(xiàn)象。兩者在外觀上亦不一樣,如圖1所示。本車間使用的熱軋鋼球效果較好,在同樣的處理量和磨礦細(xì)度下,它的球耗遠(yuǎn)低于普通鋼球,可節(jié)約成本10%以上。

圖1 兩種鋼球的外觀對比

2.4 磨礦介質(zhì)的形狀和尺寸

磨碎作用是通過介質(zhì)實現(xiàn)的,介質(zhì)尺寸選擇恰當(dāng)與否對磨碎過程影響很大。介質(zhì)尺寸過大,打擊次數(shù)過少,過大的破碎力又往往發(fā)生貫穿破碎,同時研磨面積小,研磨能力弱;介質(zhì)尺寸過小,破碎能量不足,一次實現(xiàn)不了破碎時礦粒接受的變形能又作彈性恢復(fù)而使能量損失。礦粒經(jīng)過多次破碎力作用而達(dá)到疲勞極限時也能破碎,但破碎概率低。當(dāng)球徑和礦石粒度相適宜時,破碎力作用精確,破碎作用往往從結(jié)合力弱的晶界面上破裂,既節(jié)省能耗又增加礦物解離選擇性。鋼球不圓會受到比正常圓球高的應(yīng)力,易發(fā)生碎裂現(xiàn)象;合金元素的嚴(yán)重偏析,尤其是在熱處理磨球中的偏析,將會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,并使磨球的耐沖擊性能降低,進而導(dǎo)致磨礦介質(zhì)過早地碎裂。

云錫渣選處理能力為1．2 kt/d,渣選廠半自磨機加球球徑為Ф120 mm,每天1次,每次50～100 kg。鋼球的充填率為3%～5%。給料來自顎式破碎機粗碎后的產(chǎn)品,給料粒度F80=150 mm,在磨礦濃度為75%左右時,半自磨的磨礦產(chǎn)品粒度為－200目占45%左右。技術(shù)人員探索了半自磨不同加球球徑時的處理量和磨礦產(chǎn)品細(xì)度,發(fā)現(xiàn)球徑為Ф120 mm的半自磨加球球徑是比較合適的。另外,由于該半自磨機是定轉(zhuǎn)速的,所以很難改變磨機內(nèi)物料(鋼球)的拋落軌跡,使得在提升磨礦效果的同時,避免了對襯板和提升條棒造成破壞。

3 經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)本渣選廠的實際處理礦量,得出2014年一季度的球耗及生產(chǎn)指標(biāo),見表3。

表3 云錫渣選廠2014年一季度的球耗及生產(chǎn)指標(biāo)

云錫銅業(yè)公司和中國瑞林工程技術(shù)有限公司就渣選廠的工藝和生產(chǎn)進行了多次的技術(shù)交流,經(jīng)過近一年的生產(chǎn)實踐和不斷地技術(shù)改進,獲得較好的生產(chǎn)指標(biāo),其中一些指標(biāo)甚至超出了原先的設(shè)計值,取得了較好的經(jīng)濟效益。以2014年第一季度的生產(chǎn)指標(biāo)為例,該季度內(nèi)爐渣的處理能力均超過設(shè)計指標(biāo)的1 033 t/d；回收率也較設(shè)計值的42．87%有明顯提高。同時,特別需要注意的是半自磨的鋼耗較設(shè)計值(400 g/t原礦)低很多,這也是值得設(shè)計研究人員在后期的試驗研究和生產(chǎn)實踐中進行探究,這對進一步豐富爐渣選礦的半自磨技術(shù)是具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。

4 結(jié)語

綜上，本文針對云錫銅冶煉爐渣的半自磨磨礦現(xiàn)狀,在理論上和實踐應(yīng)用中就影響磨礦過程的各因素進行了分析。雖然各因素并不是完全獨立地影響磨礦效率,但基本反映出半自磨技術(shù)在爐渣選礦中可能出現(xiàn)的問題癥結(jié)所在,為該廠在生產(chǎn)實踐中尋找問題的解決方法提供了指導(dǎo)。同時,抓住磨礦介質(zhì)這一關(guān)鍵環(huán)節(jié),調(diào)整介質(zhì)參數(shù),形成合理的介質(zhì)制度是選礦廠不改變現(xiàn)有流程,不增加投資成本而降低能耗的有效途徑。

[1]中南礦冶學(xué)院選礦教研室．1981年選礦年評[R]．長沙:中南礦冶學(xué)院選礦教研室,1983．

[2]吳彩斌．破碎統(tǒng)計力學(xué)原理及轉(zhuǎn)移概率在裝補球制度中的應(yīng)用研究[D]．昆明:昆明理工大學(xué),2002．

[3]劉廣泌．選礦節(jié)能年評[R]//第二屆選礦年評報告文集．北京:中國金屬學(xué)會選礦學(xué)術(shù)委員會,1984．

[4]段希詳,曹亦?。蚰C介質(zhì)工作理論與實踐[M]．北京:冶金工業(yè)出版社,1999．

[5]Fisbeck D E．Grinding circuit operating practices at Asarco Mission Complex South Mill[C]//SAG 2001．Vancouver, Canada：Department of Mining Engineering University of British Columbia,2001:138－148．

Application of SAG Technology in Slag Flotation for Yunnan Tin Company

SONG Xingcheng,TANG Duzuo,YANG Hua
（Copper Branch Company of Yunnan Tin Company Limited,Kunming,Yunnan 650011,China）

Based on production practice of SAG process for Yunnan Tin slag flotation,the paper analyzes SAG present situation of copper smelting furnace slag,and discusses the various factors of affecting grinding from the angles of theory and practice application．It proves that research and improvement of mill structure and grinding medium can obviously increase SAG efficiency;it is the effective measures to reduce energy consumption．

SAG;slag flotation;mill structure;grinding medium;grinding efficiency

TD921+．4

B

1004－4345（2014）06－0025－03

2014－07－22

宋興誠(1966—)，男，教授級高工，主要從事有色金屬冶金技術(shù)工作。