黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司 黑龍江黑河 161416

碎 磨作業(yè)是礦物加工過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，為礦石中有用礦物的提取提供準(zhǔn)備，碎磨工藝參數(shù)的確定必須要滿足選冶工藝對(duì)礦石處理的粒度要求，使礦物充分地單體解離，才能為有用礦物與脈石礦物的選礦分離創(chuàng)造條件。選礦廠碎磨系統(tǒng)投資高、能量消耗大，一般建設(shè)投資占選礦廠總投資的 50% 以上，能耗占選礦廠總能耗的 60%～70%，對(duì)選礦廠經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生直接影響[1-3]。

黑龍江多寶山銅礦大型選礦廠日處理能力達(dá) 8 萬(wàn)t 以上，是我國(guó)第二大選礦廠，其中一期碎磨系統(tǒng)采用常規(guī)“三段閉路破碎+球磨”(3CB) 工藝，二期碎磨系統(tǒng)采用 3CB 和“粗碎+半自磨+球磨”(SAB) 的組合型碎磨工藝，整體構(gòu)成了 8 萬(wàn) t/d 的碎磨大系統(tǒng)。選礦生產(chǎn)時(shí) 2 種碎磨工藝互通互聯(lián)，發(fā)揮各自碎磨優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和協(xié)同效應(yīng)，有效保障了選礦廠整個(gè)作業(yè)工序的穩(wěn)定運(yùn)行。筆者通過(guò)對(duì)多寶山銅礦選礦廠 2 種碎磨工藝進(jìn)行分析對(duì)比，根據(jù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)提出改進(jìn)措施，進(jìn)一步優(yōu)化碎磨流程，以提高碎磨設(shè)備的工作效率，在實(shí)現(xiàn)有用礦物高效解離的同時(shí)，降低能耗和鋼耗，實(shí)現(xiàn)選礦碎磨過(guò)程的節(jié)能降耗。

1 碎磨工藝及主要設(shè)備

SAB 工藝的優(yōu)點(diǎn)是破碎段數(shù)少，無(wú)需獨(dú)立篩分作業(yè)，輸送帶轉(zhuǎn)接少，流程簡(jiǎn)單，先進(jìn)可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，減少了生產(chǎn)環(huán)節(jié)和粉塵污染，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)車間組成和占地面積；對(duì)于含水含泥較多的黏性礦石，可以避免常規(guī)流程中破碎和篩分等環(huán)節(jié)的堵塞問(wèn)題；易于實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的自動(dòng)化控制，大幅減少人工，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和安全生產(chǎn)系數(shù)[4-5]。但相對(duì)常規(guī) 3CB 工藝而言，也暴露出生產(chǎn)電耗高、設(shè)備作業(yè)率低、處理能力受來(lái)料粒度和礦石可磨性影響較大、生產(chǎn)指標(biāo)易波動(dòng)、操作控制相對(duì)復(fù)雜以及磨礦介質(zhì)和磨機(jī)襯板損耗高等問(wèn)題[6-7]。例如，目前多寶山銅礦 3CB 碎磨流程設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率為 93.86%，而 SAB 碎磨流程設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率為 89.54%，相對(duì)低 4.32 個(gè)百分點(diǎn)。主要原因?yàn)榘胱阅ジ褡影濉⑼搀w襯板使用壽命短，運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生破損概率高，且襯板類型多，更換周期不一致。針對(duì) 2種碎磨工藝特點(diǎn)，多寶山銅礦設(shè)計(jì)了 SAB 和 3CB 相協(xié)同的組合型碎磨工藝，2 種碎磨工藝流程分別如圖1、2 所示，碎磨系統(tǒng)主要設(shè)備情況如表 1 所列。

由圖 1、2 及表 1 可知，多寶山銅礦選礦廠采用 2種碎磨工藝流程及配套的碎磨裝備，均能夠?qū)崿F(xiàn)碎磨系統(tǒng)的達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，促成 8 萬(wàn) t/d 以上碎磨處理產(chǎn)能，同時(shí)為后續(xù)浮選工序提供了合格的入料粒度 (-74 μm占 68% 以上)，為有用礦物的浮選回收創(chuàng)造了條件。

2 落重試驗(yàn)及球磨功指數(shù)測(cè)定結(jié)果

通過(guò)礦石沖擊破碎試驗(yàn)，獲得 5 種粒級(jí)不同能量下的粒度分布曲線，進(jìn)而得到各粒級(jí)不同比破碎能下的t10值 (落重試驗(yàn)中將粉碎產(chǎn)品＜1/10 給料粒度的百分?jǐn)?shù)作為表征待測(cè)樣品被粉碎程度的參數(shù)，計(jì)作t10)，并繪制出Ecs-t10關(guān)系曲線，如圖 3 所示。根據(jù)Ecs-t10理論公式：t10=A[1-exp(-bEcs)]，可以得到落重試驗(yàn)參數(shù)A、b值，如表 2 所列。

圖1 “粗碎+半自磨+球磨”(SAB) 工藝流程Fig.1 Process flow of 'preliminary crushing+semiautogenous milling+ball milling'(SAB)

圖2 “三段閉路破碎+球磨”(3CB) 工藝流程Fig.2 Process flow of 'three-stage closed-circuit crushing+ball milling'(3CB)

表1 8.0 萬(wàn) t/d 碎磨系統(tǒng)主要設(shè)備Tab.1 Main equipments of 80 000 t/d comminution system

圖3 Ecs-t10 關(guān)系曲線Fig.3 Ecs-t10 relationship curve

表2 礦石落重試驗(yàn)參數(shù)Tab.2 Parameters of drop weight test

由表 2 可知，多寶山銅礦原礦石的A×b=25.317< 30，屬于抗擊破碎能力硬的范圍，為極硬度礦石；ta=0.25，屬于抗磨蝕能力硬的范圍，屬于難磨礦石范疇。

由表 3 可知，100 目試驗(yàn)篩孔球磨功指數(shù)測(cè)定值達(dá)到 17.50 kW·h/t，說(shuō)明多寶山礦石硬度高，碎磨過(guò)程需要的功耗高，容易形成難磨顆粒。

表3 Bond 球磨功指數(shù) 100 目試驗(yàn)篩測(cè)定結(jié)果Tab.3 Testing results of 100 mesh test sieve of Bond ball milling index

3 不同碎磨工藝生產(chǎn)電耗及噸礦成本對(duì)比分析

針對(duì) 3CB 和 SAB 2 種碎磨工藝進(jìn)行了生產(chǎn)電耗及噸礦成本對(duì)比分析，分別如圖 4、5 所示。

圖4 2 種碎磨工藝各工段噸礦電耗對(duì)比Fig.4 Comparison of electricity consumption per ton of ore in each section of two kinds of comminution process

圖5 2 種碎磨工藝各工段噸礦生產(chǎn)成本對(duì)比Fig.5 Comparison of production cost per ton of ore in each section of two kinds of comminution process

由圖 4 可以看出，碎磨作業(yè)主要電耗用于磨礦過(guò)程，3CB 工藝的磨礦電耗為 18.4 kW·h/t，與多寶山礦石球磨功指數(shù)相近；而 SAB 工藝磨礦電耗達(dá)到了 28.94 kW·h/t，整個(gè)碎磨作業(yè)電耗升高了 7.46 kW·h/t。說(shuō)明 SAB 工藝碎磨能量利用率遠(yuǎn)低于常規(guī)破碎作業(yè)，主要是因?yàn)樗榈V以選擇性破碎為主，磨礦以隨機(jī)性破碎為主，后者的破碎概率較低，其單位能耗要高于前者。由圖 5 可知，SAB 工藝的碎磨噸礦成本相對(duì)增加了 2.53 元，主要是磨礦過(guò)程能耗成本增加，其中：①物料成本方面，3CB 流程為 10.23 元/t，SAB 流程為 10.19 元/t，而主要物耗鋼球方面，3CB流程為 0.92 kg/t，SAB 流程為 1.08 kg/t，后者多于前者為 0.16 kg/t，折合噸礦 0.77 元，但剔除鋼球成本后，3CB 流程其他物料成本比 SAB 流程高0.81 元/t；② 能耗成本方面，3CB 流程為 10.66 元/t，SAB 流程為 14.36 元/t，增加了 3.7 元/t；③人工成本方面，3CB 流程為 0.95 元/t，SAB 流程為 0.30 元/t，減少了 0.65 元/t；④ 折舊及攤銷成本方面，2 種碎磨流程較為相近。

4 降本增效的工藝措施

4.1 發(fā)揮 2 種碎磨工藝的協(xié)同效應(yīng)

在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)有效結(jié)合 2 種碎磨工藝的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)和設(shè)備的運(yùn)行能力，通過(guò)互通互聯(lián)的礦石輸送系統(tǒng)，精細(xì)化靈活調(diào)配 2 種碎磨工藝的礦石處理量及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提高設(shè)備利用效率，充分發(fā)揮組合工藝“1+1＞2”的協(xié)同效應(yīng)，降低碎磨能耗。

4.2 降低磨礦給料粒度，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”和“能耗前移”

最佳的球磨給料粒度受原礦粒度及礦石性質(zhì)等多種因素影響，有學(xué)者分別利用經(jīng)驗(yàn)公式及能耗模型對(duì)其進(jìn)行論證，可以確定的是，將入磨粒度降低至與礦石性質(zhì)相匹配的級(jí)別，有利于整個(gè)碎磨過(guò)程的節(jié)能降耗。

(1) 針對(duì)常規(guī) 3CB 工藝，生產(chǎn)實(shí)踐研究表明，合理降低球磨給料粒度有利于提高碎磨系統(tǒng)的處理能力。主要的技術(shù)措施包括：強(qiáng)化爆破作業(yè)，降低礦石大塊率，調(diào)整破碎流程及篩分分級(jí)粒度，實(shí)現(xiàn)多碎少磨；更換新型圓錐破碎機(jī)及沖擊式破碎機(jī)等高效破碎設(shè)備，提高破碎效率。另外從碎磨理論破碎概率學(xué)角度分析，球磨給料粒度存在一個(gè)最佳界限，如給料粒度較大時(shí)，物料粒度范圍寬，需要的鋼球級(jí)配范圍也較寬，難以保證各粒級(jí)均有較高的破碎概率；而給料粒度過(guò)小時(shí)，雖然破碎概率高，但相應(yīng)鋼球介質(zhì)較小，難以保證足夠的沖擊力和研磨力度[8-9]。因此，可以通過(guò)多碎少磨，獲得與礦石碎磨特性相適應(yīng)的最佳給料粒度，降低磨礦能耗。

(2) 針對(duì) SAB 工藝，大量生產(chǎn)實(shí)踐表明，入磨粒度對(duì)半自磨處理能力影響極大，入料粒度過(guò)大，半自磨機(jī)處理能力急劇下降，且磨礦電耗急速上升，僅通過(guò)調(diào)整粗碎旋回破碎機(jī)排礦口大小較難獲得理想的入磨礦石粒度，且礦石粒度波動(dòng)較大。采用預(yù)破碎工藝可以有效提高半自磨機(jī)的處理能力，提高能量利用率，即在粗碎作業(yè)后引入破碎機(jī) (圓錐破碎機(jī))，對(duì)半自磨機(jī)給料進(jìn)行預(yù)先破碎，是優(yōu)化其粒度分布的措施之一。有研究表明，預(yù)破碎能改變磨機(jī)內(nèi)礦石的粒度組成，既可以防止有用礦物的過(guò)磨，還可以改善臨界粒子在磨機(jī)內(nèi)的聚集現(xiàn)象，有助于提高半自磨機(jī)的處理能力[10]。

4.3 難磨頑石的強(qiáng)化破碎處理，實(shí)現(xiàn)碎磨能量轉(zhuǎn)移

多寶山 SAB 流程中排出的頑石是極高硬度礦石，礦石硬度普氏系數(shù)f≥ 14，這部分 20～80 mm 粒級(jí)的頑石為礦石中極難磨碎礫石，而大型半自磨機(jī)在處理臨界尺寸礦石以及難磨礦石方面又存在一定的局限性。若碎磨過(guò)程中頑石直接循環(huán)返回半自磨機(jī)，則會(huì)導(dǎo)致難磨粒子在半自磨流程中的聚集和惡性循環(huán)，影響處理礦量，增加磨礦能耗。因此，將 SAB 流程中排出的頑石通過(guò)輸送帶轉(zhuǎn)運(yùn)至三段閉路破碎系統(tǒng)中進(jìn)行強(qiáng)化破碎，消除頑石在半自磨機(jī)中的積累，改變半自磨機(jī)中自然磨介的粒度性質(zhì)，可減少難磨粒子含量，提高半自磨機(jī)磨礦效率。

4.4 優(yōu)化半自磨機(jī)襯板材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，以及格子板開(kāi)孔尺寸

大型半自磨機(jī)襯板的使用壽命問(wèn)題一直是制約其運(yùn)轉(zhuǎn)率的關(guān)鍵共性問(wèn)題，導(dǎo)致半自磨機(jī)物料消耗能耗高，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率低，加大了半自磨系統(tǒng)碎磨生產(chǎn)運(yùn)行成本。因此，結(jié)合礦石可磨度及襯板損壞情況，優(yōu)化襯板材質(zhì)及提升條高度等襯板參數(shù)，是提高半自磨機(jī)運(yùn)行效率的重要技術(shù)途徑。同時(shí)加大格子板開(kāi)孔尺寸，優(yōu)化開(kāi)孔率，可以起到強(qiáng)制排礦的作用，減少了難磨礦石在磨機(jī)中的停留概率，使這部分頑石進(jìn)入中細(xì)碎系統(tǒng)，從而降低磨礦能耗。

5 結(jié)語(yǔ)

多寶山銅礦是我國(guó)大型低品位斑巖型銅礦石，礦石的A×b值為 25.317，球磨功指數(shù)測(cè)定值達(dá)到 17.50 kW·h/t，說(shuō)明礦石硬度極高，屬于難碎性礦石。依據(jù)礦石性質(zhì)特征及碎磨工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了常規(guī)“三段閉路破碎+球磨”和“粗碎+半自磨+球磨”的組合型碎磨工藝。對(duì)比分析了 2 種工藝的生產(chǎn)成本，結(jié)果表明：SAB 系統(tǒng)磨礦電耗升高了 7.46 kW·h/t，整體碎磨成本增加了 2.53 元/t。為此，針對(duì)碎磨作業(yè)的降本增效，提出了碎磨工藝過(guò)程的精細(xì)化控制；降低磨礦給料粒度，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”和“能耗前移”；難磨頑石的強(qiáng)化破碎處理，實(shí)現(xiàn)碎磨能量轉(zhuǎn)移；優(yōu)化半自磨機(jī)襯板材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，以及格子板開(kāi)孔尺寸等工藝舉措，提高了磨礦效率和選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益。