半自磨機(jī)排礦速度及粒度優(yōu)化研究

陳建文，劉日新

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

半自磨技術(shù)是在自磨技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，目前在國內(nèi)外得到大范圍的應(yīng)用，替代常規(guī)碎磨系統(tǒng)中、細(xì)碎及磨礦作業(yè)。半自磨機(jī)為強(qiáng)制性排礦碎磨設(shè)備，與傳統(tǒng)球磨機(jī)相比，筒體長度較短，可保證物料磨到所需的粒度而及時排出，所以磨礦效率較好［1］。但由于半自磨機(jī)內(nèi)只添加少量（3%～12%）鋼球,礦石本身也作為磨礦介質(zhì)，因此給料粒度、硬度的變化，嚴(yán)重影響半自磨機(jī)排礦速度及粒級的組成，從而影響磨礦效率及電力、鋼球等消耗［2］。

大山選礦廠特大型國產(chǎn)半自磨系統(tǒng)于2010 年底投產(chǎn)，由銅廠和富家塢兩個采區(qū)供礦，隨著采區(qū)深部開采，給礦塊度及硬度逐步增加，原設(shè)計半自磨機(jī)排料端排料能力不足，排料粒度組成不合理，造成半自磨機(jī)運(yùn)行功率高、磨礦效率低。需通過改變格子板及礦漿提升器結(jié)構(gòu)，優(yōu)化半自磨機(jī)的排礦速度及粒度組成，合理匹配半自磨機(jī)、頑石破碎機(jī)、球磨機(jī)負(fù)荷，提高系統(tǒng)效率。

2 現(xiàn)狀分析

2.1 工藝流程簡介

大山選礦廠半自磨系統(tǒng)設(shè)計處理能力2.25 萬t/d，采用半自磨+球磨+頑石破碎的SABC 流程，其中：Φ10.37×5.19m 半自磨機(jī)1 臺，電機(jī)功率2×5586kW；Φ7.32×10.68m 溢流型球磨機(jī)1 臺，電機(jī)功率2×5586kW；半自磨機(jī)排礦采用2臺3.6×7.5m 直線振動篩篩分，篩上產(chǎn)物進(jìn)入1 臺800 馬力頑石破碎機(jī)破碎，破碎后返回半自磨機(jī)，振動篩篩下產(chǎn)物進(jìn)入2 組Φ838-6 旋流器組分級，旋流器沉砂進(jìn)入球磨機(jī)磨礦，旋流器溢流產(chǎn)品要求-200 目含量達(dá)到65%進(jìn)入浮選系統(tǒng)。

半自磨系統(tǒng)處理的礦石來自2 個采區(qū)，主要包括花崗閃長斑巖和千枚巖。其中金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦為主，黝銅礦、輝銅礦、斑銅礦、輝鉬礦次之，間有少量的方鉛礦和閃鋅礦。非金屬礦物以絹云母和石英為主，綠泥石、長石、方解石、云母、白云母次之。礦石平均體重2.7t/m3，抗壓強(qiáng)度蝕變千枚巖32～95MPa、蝕變花崗閃長斑巖45～210MPa，硬度變化較大。小型磨礦試驗-200 目含量65%磨礦時間為6～10min。

2.2 排料端使用情況分析

半自磨機(jī)屬于強(qiáng)制排礦碎磨設(shè)備，排料端設(shè)計直接影響排礦速度。大山廠半自磨機(jī)原排料端采用直形格子板及礦漿提升器［3］，見圖1。在磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，礦漿和頑石在提升器內(nèi)受重力和離心力相互作用，容易聚集及流動緩慢，造成攜帶及回流現(xiàn)象，在一個排料周期內(nèi)不能把進(jìn)入其中的頑石和礦漿全部排空，阻礙新物料進(jìn)入，使得細(xì)礦漿聚集在筒體內(nèi)中，降低磨礦效率，同時返流還造成排料端磨損，見圖2。

圖1 原排料端設(shè)計圖

2.3 半自磨機(jī)排礦速度分析

半自磨機(jī)排礦速度直接影響著半自磨機(jī)的生產(chǎn)狀況,而半自磨機(jī)功率是反映半自磨機(jī)生產(chǎn)狀況最關(guān)鍵的表征變量，利用在線秒級實時數(shù)據(jù)儲存及查詢分析技術(shù)，對半自磨機(jī)2015-2017 年功率分布區(qū)間進(jìn)行統(tǒng)計，見圖3。

圖2 格子板和礦漿提升器底部磨損圖

圖3 2015-2017 年半自磨機(jī)功率區(qū)間分布統(tǒng)計圖

從圖3 可以看出，2015-2017 年半自磨機(jī)功率在5500～9000kW 之間呈平均分布，波動范圍較大，其中功率8000kW 以上占30.96%，半自磨機(jī)在該區(qū)間運(yùn)行造成系統(tǒng)低臺效、高能耗，比例較大說明難磨礦對系統(tǒng)整體影響較大［4］。

通過對現(xiàn)場實測及在線實時數(shù)據(jù)分析，對Φ10.37×5.19m 半自磨機(jī)功率與介質(zhì)、混合充填率關(guān)系進(jìn)行建模，見圖4,并通過模擬數(shù)據(jù)對難磨礦區(qū)間的排礦速度進(jìn)行分析。

圖4 半自磨機(jī)功率與充填率關(guān)系圖

難磨礦時半自磨機(jī)功率為8000～9000kW，按鋼球充填率9%～11%，通過圖4 查詢混合充填率為30%～40%。按半自磨機(jī)有效容積436m3、平均混合充填率35%，介質(zhì)充填充率10%、堆比重5.0，磨礦濃度82%、系統(tǒng)臺效900t/h，計算礦石在半自磨機(jī)內(nèi)平均滯留時間：

礦漿體積V =V混合-V介質(zhì)=436×0.35-436×0.1×5/7.8=124.65m3

通過上述可計算出，半自磨機(jī)混合充填率在35%時，礦石的滯留時間為14.08 min，比小型磨礦磨礦時間6～10 min 及常規(guī)磨礦系統(tǒng)磨礦時間8 min左右都要長，說明半自磨系統(tǒng)在處理難磨礦時磨礦時間長、排礦速度慢。

2.4 排礦粒度分析

表1 2015-2017 年半自磨機(jī)排礦取樣結(jié)果 %

從2015-2017 年半自磨機(jī)排礦取樣數(shù)據(jù)來看，平均+10mm 含量平均10.10%，頑石量從該部分粒級產(chǎn)生，所以造成頑石量小，而-200 目含量平均超過36.05%，與常規(guī)磨礦20%左右相比排礦更細(xì)。另外從一段回收對比情況來看，大山常規(guī)磨礦系統(tǒng)產(chǎn)品粗選尾礦中120 目以上銅金屬流失最大，而半自磨系統(tǒng)產(chǎn)品粗選尾礦中200 目以下銅金屬流失最大，說明半自磨部分產(chǎn)品存在過磨現(xiàn)象。

3 排料端優(yōu)化

3.1 優(yōu)化設(shè)計及模擬分析

針對目前半自磨機(jī)排礦速度偏慢，磨礦產(chǎn)品存在過磨的問題，為優(yōu)化半自磨機(jī)排礦速度，提高應(yīng)對難磨礦的能力，參照同類型礦山半自磨機(jī)弧形格子板及提升器應(yīng)用案例，對大山Φ10.37×5.19m半自磨機(jī)排料端重新設(shè)計并使用離散元進(jìn)行模擬分析［5］。

圖5 直、弧形格子板對比圖

圖6 直、弧形礦漿提升器對比圖

圖7 弧形排料端總體結(jié)構(gòu)

格子板開孔設(shè)計參照直形格子板，開孔為兩種70mm/25mm，因為提升筋的影響，總開孔面積由原來7.05m2降為6.05m2，開孔率由8.9%降為7.6%。利用DEM 離散元模擬分析弧形與直形排料端排礦速度及返流量對比，發(fā)現(xiàn)弧形比直形排礦速度增加1 倍，礦漿返流量減少63%，見圖8。

圖8 直弧形排提升器返礦量模擬對比圖

3.2 工業(yè)試驗及應(yīng)用

根據(jù)弧形排料端設(shè)計及模擬分析結(jié)果，對排料端進(jìn)行改造及應(yīng)用，改造安裝見圖9。

弧形排料端前后進(jìn)行了4 套局部優(yōu)化試驗，試驗時間為2018-2019 年，試驗期間半自磨機(jī)排礦取樣平均結(jié)果見表2。

圖9 弧形排料端整體安裝圖

表2 2018-2019 年半自磨機(jī)排礦取樣結(jié)果 %

與表1 數(shù)據(jù)對比來看，改造后半自磨機(jī)排礦-200 目含量由36.05%下降到26.25%，+10mm含量由10.10%提高到20.69%。特別是在處理難磨礦時改善非常明顯，頑石量顯著增加，系統(tǒng)臺效較之前可提高50-100t/h，同時減少過磨現(xiàn)象。對改造后半自磨機(jī)功率分布進(jìn)行統(tǒng)計，見圖10。

圖10 改造后半自磨機(jī)功率區(qū)間分布統(tǒng)計圖

改造前半自磨機(jī)功率超過8000kW 占30.96%，而改造后只有4.39%。處理難磨礦時半自磨機(jī)功率為7000～7500kW，按目前介質(zhì)充填率8%，查圖4 可得混合充填率為25%左右，通過計算(過程略)可得，目前處理難磨礦石時平均滯留時間為8.81min，屬于比較合理的磨礦時間，給合排礦粒級可以判斷，應(yīng)用新型排料端基本解決了半自磨機(jī)處理難磨礦問題［6］。

另外，通過同步對頑石破碎機(jī)襯板及球磨機(jī)球比進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步解決下道作業(yè)負(fù)荷增加的問題，改造前后半自磨系統(tǒng)整體效率上升，生產(chǎn)指標(biāo)對比見表3。

表3 改造前后半自磨系統(tǒng)指標(biāo)對比

4 結(jié)語

通過改變排料端設(shè)計，將直形排料端改為弧形結(jié)構(gòu)，優(yōu)化半自磨機(jī)的排礦速度及粒度組成，達(dá)到提高半自磨系統(tǒng)磨礦效率目的。

（1）處理難磨礦時礦石在半自磨機(jī)內(nèi)的滯留時間由14.08 min 下降至8.8 min 排礦-200 目含量由36.05%下降到26.25%，+10mm 含量由10.10%提高到20.69%，排礦速度及粒度得到改善。

（2）解決半自磨系統(tǒng)低臺效、高能耗問題。系統(tǒng)平均臺效由988.5t/h 提高到1001.9t/h，半自磨機(jī)平均運(yùn)行功率下降1676kW，鍛球消耗下降0.027kg/t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。