銀山選礦廠球磨機(jī)精確化裝補(bǔ)球方案與實(shí)踐

徐勝旗

（江西銅業(yè)集團(tuán)銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司，江西德興 334201）

選礦廠球磨機(jī)在磨礦過程中通常采用鋼球作為研磨介質(zhì)，鋼球的尺寸顯著影響磨礦效果。鋼球尺寸偏大，會(huì)導(dǎo)致打擊力過大，易產(chǎn)生“貫穿破碎”及過粉碎；鋼球尺寸偏小，則會(huì)導(dǎo)致打擊力不夠，磨礦產(chǎn)品過粗、磨不細(xì)，形成所謂的“過磨或欠磨”，會(huì)造成不必要的球耗、電耗，同時(shí)也會(huì)影響磨礦生產(chǎn)率、產(chǎn)品的粒度分布以及解離特性［1］。試驗(yàn)證明，磨機(jī)球徑靠近磨礦所需最佳球徑時(shí)，對(duì)磨礦是有利的，但鋼球球徑如偏離合理范圍，磨礦效果則變差。當(dāng)球徑過大或過小，都會(huì)導(dǎo)致磨礦產(chǎn)品中難選的粗顆粒和細(xì)顆粒增加，產(chǎn)品粒度不均勻，球磨機(jī)的磨礦效率低，從而影響金屬的回收率，因此，確定球磨機(jī)的最合適的鋼球球徑、補(bǔ)球方案是非常有意義的［2］。

銀山選礦廠采用半自磨＋球磨機(jī)＋頑石破碎機(jī)的磨礦流程。原礦粒度直徑小于300 mm進(jìn)入Φ7.0 m×3.5 m半自磨，半自磨排礦產(chǎn)品經(jīng)過圓筒篩進(jìn)行篩分，篩上難磨頑石進(jìn)入破碎系統(tǒng)，篩下礦物和球磨機(jī)排礦經(jīng)Φ660 mm旋流器分級(jí)，溢流作為合格產(chǎn)品，沉砂礦漿進(jìn)入Φ4.8 m×7.0 m球磨機(jī)再磨。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，Φ4.8 m×7.0 m球磨機(jī)不僅磨礦效果較差且能耗高。磨機(jī)全給礦篩析及磨機(jī)內(nèi)鋼球級(jí)配篩析表明，磨礦分級(jí)產(chǎn)品粒級(jí)分布不合理，過磨和欠磨較為嚴(yán)重，磨機(jī)現(xiàn)有鋼球級(jí)配存在大球多小球少現(xiàn)狀，鋼球級(jí)配及補(bǔ)加球制度有待優(yōu)化。為優(yōu)化磨礦效果，改善生產(chǎn)工藝條件，降低球磨機(jī)能耗。結(jié)合球徑半理論公式對(duì)Φ4.8 m×7.0 m球磨機(jī)所需鋼球級(jí)配進(jìn)行計(jì)算，利用破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理及轉(zhuǎn)移概率和球磨機(jī)配球的實(shí)際情況優(yōu)化球磨機(jī)裝補(bǔ)球制度，實(shí)現(xiàn)合理的磨機(jī)鋼球級(jí)配及補(bǔ)球應(yīng)用與實(shí)踐［3］。

1 半球理論公式確定不同粒度時(shí)最大鋼球球徑

1.1 半球理論公式

半球理論公式為：

式中：Db為最大鋼球直徑/cm；φ為磨機(jī)轉(zhuǎn)速率/%；σ壓為礦石的抗壓極限強(qiáng)度/kgf·cm-2；ρe為鋼球有效密度/g·cm-3；D0為球荷中間縮集層直徑/cm；df為95%過篩最大粒度/cm；Kc為其它影響因素綜合修正系數(shù)。

1.2 計(jì)算磨機(jī)轉(zhuǎn)速率φ值

該球磨機(jī)為溢流型球磨機(jī)，球磨機(jī)的直徑D＝4.8 m（暫時(shí)忽略球磨機(jī)筒體襯板的厚度進(jìn)行計(jì)算）。

球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速：

球磨機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速：n實(shí)際＝14.9（r/min）

磨機(jī)轉(zhuǎn)速率：φ＝n實(shí)際/n臨界×100%＝77.18%。

1.3 確定礦石的抗壓極限強(qiáng)度σ壓值

銀山礦業(yè)銅原礦測(cè)試抗壓極限強(qiáng)度σ壓值為500 000 kgf/cm2。

1.4 計(jì)算鋼球有效密度ρe值

礦石密度取值?礦石＝3.0 g/cm3，磨礦濃度值C＝75%。則：

1.5 計(jì)算球荷中間縮集層直徑D0值

式中：R0為球荷中間縮集半徑/cm；R1為球磨機(jī)最外層半徑/cm；取值240 cm；K1為與磨機(jī)轉(zhuǎn)速率及鋼球填充率有關(guān)。

當(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速率φ＝77.18%，球磨機(jī)鋼球填充率30%，推導(dǎo)出K1＝0.72。則：

1.6 確定其它影響因素綜合修正系數(shù)Kc值

綜合修正系數(shù)Kc值見表1。

表1 綜合修正系數(shù)Kc值

1.7 計(jì)算不同粒度df值時(shí)，確定最大鋼球尺寸

計(jì)算不同粒度df條件下，球磨機(jī)合適的鋼球尺寸Db選擇［4］的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 球磨機(jī)合適的鋼球尺寸Db計(jì)算結(jié)果

2 確定球磨機(jī)初裝球方案

2.1 待磨物料粒度組成特性的確定

2020年3月為目前鋼球配比對(duì)球磨機(jī)給礦進(jìn)行粒度篩析，確定待磨礦粒度組成。待磨礦粒度組成特性見表3。

表3 待磨礦粒度組成特性

2.2 初裝球比例的確定

結(jié)合表3不同粒度df中該球磨機(jī)合適的鋼球尺寸Db計(jì)算結(jié)果，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)成本和球徑精確化的前提下，選擇球磨機(jī)最小球徑為40 mm。并基于產(chǎn)品中粗顆粒含量較多，可適當(dāng)增加大球比例以便生產(chǎn)管理，確定球磨機(jī)初裝球，結(jié)果見表4。

表4 初裝球的確定

2.3 初裝球量的確定

球磨機(jī)初裝球添加量的確定見表5。

表5 初裝球添加量的確定

由表5可知：加權(quán)平均球徑為49.0 mm。

3 新初裝球與原球級(jí)配破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)特性比較

假設(shè)選定的鋼球球徑大于所需要時(shí)，破碎才能發(fā)生，小于所需球徑時(shí)，破碎不能發(fā)生，不同球徑下，鋼球分別碰到不同級(jí)別礦粒時(shí)可能發(fā)生的破碎事件量［5，6］，計(jì)算球磨機(jī)新初裝球與原球級(jí)配破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)特性比，結(jié)果見表6。

表6 球磨機(jī)新初裝球與原球級(jí)配破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)特性比

從表6球磨機(jī)新初裝球與原球級(jí)配破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)特性比可知，可能產(chǎn)生的總破碎事件量新初裝球?yàn)?9 026個(gè)，優(yōu)于原初裝球39 244個(gè)，優(yōu)化后破碎事件提升了近2倍。所以新裝球在磨礦過程可能發(fā)生選擇性破碎概率更大，能實(shí)現(xiàn)更好的磨礦效果。率［Pij（t）］中。

磨礦介質(zhì)整體磨損規(guī)律數(shù)學(xué)模型公式：

4 補(bǔ)加球球配比推算

根據(jù)初裝球直徑為60 mm∶50 mm∶40 mm＝30∶30∶40，則：

通過表4確定的初裝球直徑為60 mm∶50 mm∶40 mm＝30∶30∶40，代入到利用馬爾可夫鏈與轉(zhuǎn)移概

則球磨機(jī)補(bǔ)加球直徑60 mm∶50 mm∶40 mm＝19.8∶56.5∶23.7。調(diào)整取整數(shù)后，球直徑60 mm∶50 mm∶40 mm＝20∶56∶24。為了便于生產(chǎn)管理，選擇球直接補(bǔ)加時(shí)可以選擇兩種球直徑。將Φ40 mm直徑球剔除，則球直徑60 mm∶50 mm≈3∶7。結(jié)合銀山選礦廠生產(chǎn)情況，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中有時(shí)會(huì)遇到難磨礦石概率增加，可適當(dāng)增加大球比例，最終確定補(bǔ)加球球直徑配比為60 mm∶50 mm＝1∶1，較現(xiàn)在按球直徑70 mm∶50 mm＝2∶1的補(bǔ)加球球配比，有更好的磨礦效率。

5 新補(bǔ)加球制度下磨礦效果與電耗對(duì)比

補(bǔ)加球球徑從70 mm∶50 mm＝2∶1變更為60 mm∶50 mm＝1∶1后，連續(xù)2個(gè)月對(duì)旋流器的溢流產(chǎn)品細(xì)度、球磨機(jī)運(yùn)行功率、球耗進(jìn)行跟蹤，其中對(duì)比數(shù)據(jù)見表7。

表7 新補(bǔ)加球制度下磨礦細(xì)度、電耗、球耗對(duì)比

從表7可知：在新補(bǔ)加球制度下，磨礦系統(tǒng)產(chǎn)品＋0.175 mm粗顆粒下降1.5%，細(xì)顆粒產(chǎn)品提升了3%，球磨機(jī)電耗下降0.55 kWh/t，球耗下降了0.02 kg/t。

6 結(jié) 語

1.采用球徑半理論公式計(jì)算球徑時(shí)，并結(jié)合破碎統(tǒng)計(jì)力學(xué)原理，為銀山選礦廠Φ4.8 m×7.0 m球磨機(jī)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的初裝球配比。同時(shí)通過可能產(chǎn)生的總破碎事件量，這一個(gè)關(guān)鍵的量化數(shù)據(jù)，為從理論到實(shí)踐的應(yīng)用成功提供了重要依據(jù)。

2.應(yīng)用轉(zhuǎn)移概率推斷補(bǔ)加球制度，能有效地計(jì)算鋼球磨損情況，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的補(bǔ)加球工藝制度，提升球磨機(jī)的磨礦效率。從銀山選礦廠工業(yè)應(yīng)用表明，精準(zhǔn)的補(bǔ)加球，使銀山選礦廠球磨機(jī)電耗下降了0.55 kWh/t，球耗下降了0.02 kg/t，并提升了磨礦效率。