譚文才，夏 林，劉 俊，田振華，杜自彬，張樹(shù)輝

1洛陽(yáng)礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽(yáng) 471039

3紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司紫金山金銅礦 福建上杭 364200

4中信重工工程技術(shù)有限責(zé)任公司 河南洛陽(yáng) 471039

在 自磨/半自磨工藝中，會(huì)產(chǎn)生臨界尺寸的物料，這些物料被稱為頑石。部分過(guò)大粒度頑石在自磨/半自磨機(jī)中不能被大塊礦石或鋼球破碎，并且與磨機(jī)的研磨介質(zhì)相比，其塊度小、質(zhì)量輕，不能對(duì)其他礦石形成有效的破碎研磨作用，如果不及時(shí)排除，會(huì)在磨機(jī)內(nèi)累積，對(duì)磨礦產(chǎn)生較大負(fù)面影響[1]。

頑石的產(chǎn)生受礦石物料性質(zhì)、給料粒度分布、磨機(jī)轉(zhuǎn)速及鋼球配比等多種因素的影響，頑石的產(chǎn)率直接影響半自磨的處理能力。筆者通過(guò)研究給料粒度分布及磨機(jī)轉(zhuǎn)速與頑石產(chǎn)率的關(guān)系，給現(xiàn)場(chǎng)半自磨機(jī)生產(chǎn)提供相關(guān)建議。

1 某半自磨機(jī)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)情況介紹

福建某選廠半自磨機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)能為 4.5 萬(wàn) t/d，碎磨工藝采用 SAB+頑石開(kāi)路堆浸處理磨礦工藝流程。選廠使用中信重工機(jī)械股份有限公司研發(fā)生產(chǎn)的φ11.0 m×5.4 m 半自磨機(jī)，裝機(jī)功率為 2×6 500 kW[2]。選廠設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò) JKSimMet 軟件，對(duì)半自磨機(jī)的處理能力進(jìn)行計(jì)算分析。軟礦樣和硬礦樣的計(jì)算模擬結(jié)果分別如圖 1、2 所示。

根據(jù)模擬結(jié)果，處理軟礦石 (半自磨機(jī)磨礦參數(shù)A×b=55.51)時(shí)，半自磨系統(tǒng)的處理量為 1 880 t/h (即45 120 t/d)，振動(dòng)篩篩孔尺寸為 12.5 mm 時(shí)，頑石產(chǎn)率為 21.3%；處理硬礦石 (半自磨機(jī)磨礦參數(shù)A×b=46.31)時(shí)，半自磨系統(tǒng)的處理量為 1 638 t/h (即 39 312 t/d)，振動(dòng)篩篩孔尺寸為 12.5 mm 時(shí)，頑石產(chǎn)率為24.5%。

目前，該選廠半自磨機(jī)處理量可穩(wěn)定在 1 720 t/h，高于硬礦設(shè)計(jì)處理能力，低于軟礦設(shè)計(jì)處理能力，頑石產(chǎn)率為 11% 左右。如果按選廠半自磨機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)能4.5 萬(wàn) t/d、頑石產(chǎn)率 25% 計(jì)算，半自磨機(jī)處理量應(yīng)為1 875 t/h，頑石量為 468.8 t/h，給入球磨機(jī)的新給料量為 1 406 t/h。而目前半自磨機(jī)的處理能力為 1 720 t/h，頑石量為 189 t/h，球磨機(jī)新給料量為 1 531 t/h。這說(shuō)明，因?yàn)閷?shí)際頑石產(chǎn)率比設(shè)計(jì)值大幅降低，雖然半自磨機(jī)未達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，但球磨與浮選系統(tǒng)已經(jīng)超過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)能，可見(jiàn)頑石產(chǎn)率對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)產(chǎn)生了重大影響。

圖1 軟礦樣模擬結(jié)果Fig.1 Simulation results of soft ore

圖2 硬礦樣模擬結(jié)果Fig.2 Simulation results of hard ore

頑石的存在不僅影響磨機(jī)的處理量，對(duì)磨礦效率也有較大影響。頑石是難磨粒子，如果不及時(shí)排出，會(huì)在磨機(jī)內(nèi)低效率研磨，一方面占據(jù)磨機(jī)內(nèi)有效空間，另一方面還會(huì)導(dǎo)致磨機(jī)單位能耗升高，處理量下降，并且容易導(dǎo)致產(chǎn)品粒度過(guò)細(xì)。

在影響頑石產(chǎn)率的因素中，半自磨機(jī)給料粒度分布與磨機(jī)轉(zhuǎn)速起著重要作用。由于多種因素綜合作用，短時(shí)間內(nèi)給料粒度分布和轉(zhuǎn)速對(duì)半自磨機(jī)頑石產(chǎn)率的影響往往具有偶然性，不具備代表性。筆者對(duì) 2019 年 2-4 月份的 3 個(gè)整月數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能真實(shí)反映給料粒度分布與磨機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)頑石產(chǎn)率的影響，3 個(gè)月內(nèi)磨機(jī)鋼球充填率穩(wěn)定在 12% 左右，總充填率穩(wěn)定在 25% 左右，磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定在 80%左右。

2 給料粒度分布對(duì)頑石產(chǎn)率的影響

2019 年 2-4 月份半自磨給料粒度分布和頑石產(chǎn)率的關(guān)系如圖 3 所示。將圖 3 中給料粒度分布及頑石產(chǎn)率數(shù)據(jù)列表，如表 1 所列。

圖3 2-4 月份半自磨機(jī)給料粒度分布與頑石產(chǎn)率關(guān)系Fig.3 Relationship between distribution of feed particle size and pebble yield of SAG mill from February to April

表1 2-4 月份給料粒度分布和頑石產(chǎn)率平均值統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of feed size distribution and average of pebble yield from February to April

由圖 3 及表 1 分析可得，2 月份，給料粒度分布和頑石產(chǎn)率最穩(wěn)定，頑石產(chǎn)率平均值最低；3 月份，粒度分布和頑石產(chǎn)率穩(wěn)定性均居中，頑石產(chǎn)率平均值居中；4 月份，給料粒度分布波動(dòng)較大，頑石產(chǎn)率最低且波動(dòng)最大。

給料粒度分布穩(wěn)定時(shí)，半自磨機(jī)內(nèi)各粒度礦石破碎比穩(wěn)定，頑石產(chǎn)率相對(duì)穩(wěn)定，并且當(dāng)給料中超大粒度礦石占比低時(shí)，對(duì)部分中間粒度礦石破碎作用弱，所以 2 月份頑石產(chǎn)率高且穩(wěn)定。給料粒度分布波動(dòng)較大時(shí)，半自磨機(jī)內(nèi)各粒度礦石破碎比波動(dòng)較大，頑石產(chǎn)率相對(duì)波動(dòng)較大，并且當(dāng)給料中超大粒度礦石占比高時(shí)，對(duì)中間粒度礦石破碎作用強(qiáng)，所以 3 月份與 4月份頑石產(chǎn)率波動(dòng)相對(duì)大，且頑石產(chǎn)率低，而 3 月份給料粒度較 4 月份穩(wěn)定，所以 3 月份頑石產(chǎn)率高于 4月份。

半自磨機(jī)給料粒度的穩(wěn)定性和配比對(duì)頑石產(chǎn)率均有影響，當(dāng)半自磨機(jī)給料粒度穩(wěn)定，粒度分布合理，特別是超大粒度礦石分布合理時(shí)，半自磨機(jī)頑石產(chǎn)率高；當(dāng)粒度分布波動(dòng)大時(shí)，頑石產(chǎn)率較粒度穩(wěn)定時(shí)波動(dòng)大且低；超大粒度礦石的存在會(huì)影響頑石產(chǎn)率，超大粒度礦石多時(shí)破碎作用強(qiáng)，中間粒度礦石容易被破碎，頑石產(chǎn)率低，但超大粒度礦石對(duì)頑石產(chǎn)生的影響要低于給料波動(dòng)產(chǎn)生的影響。

3 磨機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)頑石產(chǎn)率的影響

目前現(xiàn)場(chǎng)半自磨機(jī)電動(dòng)機(jī)為變頻電動(dòng)機(jī)，可以根據(jù)半自磨油壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。如果半自磨機(jī)達(dá)到工頻轉(zhuǎn)速，油壓仍超過(guò)正常范圍值，則需降低礦量?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況是，當(dāng)半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)高時(shí)，半自磨機(jī)排料速度加快，半自磨機(jī)后直線篩篩上頑石量短時(shí)間內(nèi)明顯增多，頑石輸送機(jī)皮帶秤的數(shù)值也明顯升高。

2-4 月份半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速率與頑石產(chǎn)率的關(guān)系如圖 4 所示。由圖 4 可知，半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速率與頑石產(chǎn)率呈正相關(guān)，半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速增加，加快了磨機(jī)的排礦能力，頑石量加大，如果半自磨機(jī)給料穩(wěn)定，運(yùn)行一段時(shí)間后，磨機(jī)總充填率降低，油壓降低，此時(shí)如果不降低轉(zhuǎn)速，磨機(jī)一段時(shí)間內(nèi)將保持低油壓運(yùn)行。

圖4 2-4 月份半自磨機(jī)轉(zhuǎn)速率與頑石產(chǎn)率關(guān)系Fig.4 Relationship between SAG mill speed ratio and pebble yield from February to April

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)經(jīng)驗(yàn)，在相同的運(yùn)行條件下，磨機(jī)相對(duì)較高的油壓、較低的轉(zhuǎn)速與相對(duì)較低的油壓、較高的轉(zhuǎn)速兩種調(diào)節(jié)策略相比，后者更有利于頑石的排出，磨礦單位功耗降低，只要油壓保持在一定范圍內(nèi)，磨機(jī)就不會(huì)出現(xiàn)砸襯板現(xiàn)象。

因?yàn)槟C(jī)實(shí)際的頑石產(chǎn)率與設(shè)計(jì)值相差太大，導(dǎo)致半自磨機(jī)實(shí)際產(chǎn)能與設(shè)計(jì)產(chǎn)能有一定差距，現(xiàn)場(chǎng)為了增大頑石產(chǎn)率采取了增大了頑石窗比例的措施，但從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，增大頑石窗比例對(duì)頑石產(chǎn)率的影響不是很明顯。

決定頑石產(chǎn)率的因素是礦石性質(zhì)，如果礦石性質(zhì)不發(fā)生較大的變化，頑石產(chǎn)率就不會(huì)大幅度變化。給料粒度分布與磨機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)對(duì)頑石產(chǎn)率產(chǎn)生一定影響，合適的給料粒度分布和相對(duì)較高的磨機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)頑石產(chǎn)率的增加有一定影響，可以在一定范圍內(nèi)增大半自磨機(jī)的處理量。

在磨礦過(guò)程中某一粒級(jí)礦石質(zhì)量的消失量為該礦石的磨礦速率。磨礦速率的影響因素主要包括給礦粒度、磨機(jī)轉(zhuǎn)速及鋼球添加量。根據(jù) JK 半自磨磨礦速率模型，磨礦速率用三次樣條描述，共有 5 個(gè)磨礦速率 (破碎率)值，每個(gè)值都與特定的顆粒尺寸有關(guān)，共同表征了整個(gè)磨礦速率的分布。選擇 0.25、4.00、16.00、44.00 與 128.00 mm 5 種粒級(jí)，對(duì)應(yīng)的磨礦速率分別標(biāo)記為R1、R2、R3、R4和R5，其磨礦速率函數(shù)如圖 5 所示。

圖5 磨礦速率分布特征曲線Fig.5 Characteristic curve of grinding rate distribution

圖5 反映了半自磨機(jī)磨礦特征，較粗粒度磨礦速率R4、R5與磨機(jī)內(nèi)部的破碎過(guò)程相關(guān)，隨著大塊粒度礦石的減少，磨礦速率降低，達(dá)到頑石粒級(jí)時(shí)降至最低。較細(xì)粒度磨礦速率R1、R2與磨機(jī)內(nèi)部的粗磨過(guò)程相關(guān)，磨礦速率隨粒度的增加而增加，R3的低速率反映了頑石在磨機(jī)內(nèi)累積，導(dǎo)致磨礦速率下降。

將磨礦速率R1～R5相對(duì)于操作條件進(jìn)行回歸，確定操作條件和磨礦速率分布之間的關(guān)系，得到如下方程式：

式中：Sa為磨機(jī)轉(zhuǎn)速放大比例；Sb為磨機(jī)臨界轉(zhuǎn)速放大比例；DB為鋼球放大比例；JB為鋼球充填率；Rr為頑石返回比例。

由上述方程式可知，細(xì)粒級(jí)的磨礦速率是由粗粒級(jí)的磨礦速率決定的，粗粒級(jí)磨礦速率R4與R5、鋼球充填率和新給料粒度分布相關(guān)，磨礦速率R5與磨機(jī)轉(zhuǎn)速、給料粒度分布和鋼球充填率等相關(guān)。

由式 (3)可得

當(dāng)半自磨機(jī)給料粒度穩(wěn)定，從式 (1)～(6)可以看出，各粒級(jí)破碎率穩(wěn)定，頑石產(chǎn)率穩(wěn)定；當(dāng)產(chǎn)品粒度不穩(wěn)定，給料F80變大時(shí)，磨礦速率R5、R4和R3變大，頑石產(chǎn)率降低。

由式 (3)可知，當(dāng)磨機(jī)轉(zhuǎn)速上升，Sa增大，磨礦速率R5與R4變大，lnR4變大，頑石返回比例Rr增大，即頑石產(chǎn)率增大。

4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)建議

(1)通過(guò)計(jì)算，2-4 月份 3 個(gè)月的平均轉(zhuǎn)速基本相同，分別為 96.56%、96.44% 和 96.47%，但頑石產(chǎn)率仍然有一定差距，說(shuō)明礦石粒度分布與磨機(jī)轉(zhuǎn)速都是影響頑石產(chǎn)率的重要因素。

(2)半自磨機(jī)給料粒度分布對(duì)頑石產(chǎn)率有較大影響，給料粒度分布越穩(wěn)定，各粒度配比越合理，頑石產(chǎn)率越高；給料粒度分布波動(dòng)越大，頑石產(chǎn)率越低[3]?，F(xiàn)場(chǎng)可將礦石在線粒度分析系統(tǒng)與重板給料機(jī)進(jìn)行有效結(jié)合，形成半自磨機(jī)給料的智能控制，穩(wěn)定半自磨機(jī)給料，保證半自磨機(jī)較高的頑石產(chǎn)率，釋放半自磨機(jī)產(chǎn)能。

(3)自磨機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，加快了磨機(jī)的排礦能力，頑石量加大，如果半自磨機(jī)給料穩(wěn)定[4]，運(yùn)行一段時(shí)間后，磨機(jī)總充填率降低，油壓降低，現(xiàn)場(chǎng)如有提產(chǎn)需求，可增大給礦量，直至轉(zhuǎn)速升至工頻轉(zhuǎn)速。通過(guò)保持高轉(zhuǎn)速和相對(duì)較高的油壓，可以將電動(dòng)機(jī)功率在合理范圍內(nèi)使用至最大。

(4)目前該選廠在保持處理量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，但人工調(diào)節(jié)不及時(shí)，有一定滯后。如果礦石性質(zhì)或粒度分布發(fā)生變化，磨機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)該調(diào)高時(shí)，卻在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，此時(shí)，頑石產(chǎn)率低，在磨機(jī)內(nèi)部逐漸累積，可能會(huì)使油壓短時(shí)間內(nèi)快速上升，出現(xiàn)“漲肚”現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)可以在 DCS 中增加磨機(jī)轉(zhuǎn)速智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，保持合理的頑石產(chǎn)率，防止“漲肚”現(xiàn)象發(fā)生，釋放磨機(jī)產(chǎn)能，降低單位功耗[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

半自磨機(jī)頑石產(chǎn)率對(duì)半自磨機(jī)的生產(chǎn)有較大影響，如果頑石在磨機(jī)內(nèi)累積，會(huì)影響磨機(jī)產(chǎn)能，增大磨礦單位功耗。半自磨機(jī)給料粒度分布和轉(zhuǎn)速對(duì)頑石產(chǎn)率有較大影響，通過(guò)研究給料粒度分布及轉(zhuǎn)速對(duì)頑石產(chǎn)率的影響，找出其中的規(guī)律性，可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。