許道剛，廖寧寧，吳彩斌，呂清純，謝加文

1湖南柿竹園有色金屬有限責任公司 湖南郴州 423037

2江西理工大學資源與環(huán)境工程學院 江西贛州 341000

磨礦分級是目前選廠必不可少的作業(yè)工序，磨礦是礦石粒度進一步減小的過程，分級是礦石粒度分離分級的過程，磨礦分級介于碎礦工序之后和浮選工序之前，起著為浮選準備適宜粒度礦石的重要作用[1-2]。磨礦分級是一個相輔相成的系統(tǒng)，單獨調(diào)節(jié)其中一個部分很難達到預想的效果[3]。球磨機是選廠常用的磨礦設備，影響球磨機磨礦效果的因素總體而言有3 類：礦石性質(zhì)、磨機結(jié)構(gòu)和操作因素。其中礦石性質(zhì)與磨機結(jié)構(gòu)一般不易改變，而操作因素主要包括磨礦介質(zhì)的尺寸、配比、充填率及襯板結(jié)構(gòu)，其中較為直觀的是鋼球尺寸及配比。有研究表明，最佳磨礦介質(zhì)尺寸及配比可使磨礦效率提高30% 左右[4]。旋流器是選廠常用的礦漿分級設備，礦漿以一定壓力從旋流器的進漿管切線方向給入旋流器，由于顆粒之間存在粒度差，其在離心力、向心浮力、流體曳力和重力等的共同作用下，大部分粗顆粒由底部的沉砂嘴排出，而細顆粒則由上部的溢流管排出，從而達到分離分級的目的[5-6]。針對湖南某多金屬礦3 000 t/d 選廠的實際工藝，在不改變磨礦分級流程的前提下，筆者對一段磨礦介質(zhì)裝補球制度和旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，以達到提質(zhì)增效的目的。

1 礦石性質(zhì)及磨礦分級系統(tǒng)

該選礦廠礦石密度為3.0 kg/m3，普氏硬度為12～ 15，礦石性脆，主要有用礦物有輝鉬礦、輝鉍礦、黃鐵礦、磁鐵礦、黑白鎢和螢石等，主要脈石礦物有石英、石榴子石、透輝石和碳酸鈣等。如圖1 所示，該選礦廠采用兩段全閉路磨礦分級流程，一段磨礦分級由 MQY4067 型球磨機與1 組 FXφ660旋流器組成，二段磨礦分級由 MQY4067 型球磨機與1 組 FXφ500旋流器組成。MQY4067 型球磨機裝機功率為1 600 kW，有效容積為78 m3，轉(zhuǎn)速為16 r/min。

圖1 磨礦分級工藝流程Fig.1 Process flow of grinding classification

2 原磨礦分級回路粒度特征

原磨礦分級回路中產(chǎn)品粒度特性曲線如圖2 所示，產(chǎn)品粒級分布如表1 所列。

圖2 原磨礦分級回路粒度分布特性曲線Fig.2 Granularity distribution characteristic curve of original grinding classification circuit

表1 磨礦分級產(chǎn)品粒級分布Tab.1 Granularity distribution of grinding classification product %

從圖2 及表 1 可以看出，破碎產(chǎn)品中 -12 mm 的含量不高，只有70% 左右。一段沉砂、一段排礦和一段溢流P80分別為0.95、0.44 和0.30 mm，一段排礦中過粗及粗粒級顆粒較多，粒度均勻性較差，一段分級溢流曲線和一段排礦曲線幾乎重合，旋流器分級效率較低；二段沉砂、二段排礦和二段溢流P80分別為0.310、0.230 和0.078 mm，這 3 條曲線呈平行狀態(tài)，二段磨礦分級的破碎程度及分級效果不錯，且處理能力有富余；磨礦分級中球磨機排礦與溢流中間粒級含量不理想，過磨現(xiàn)象嚴重，二段溢流產(chǎn)品中-0.074 mm 含量為78.06%，-0.010 mm 含量為22.1%。

3 磨礦分級優(yōu)化試驗

3.1 精確化裝補球制度

球磨機中的鋼球作為能量的媒介質(zhì)將外界輸入的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閷ΦV塊的做功，實施磨碎任務[7-9]。精確化裝補球有利于優(yōu)化磨礦介質(zhì)的配比，進而利于解離出更多更強的有活性位點的解離面。因此，在磨礦過程中精確化裝補球不但可以優(yōu)化鋼球?qū)ΦV塊的磨碎力，達到優(yōu)化磨礦產(chǎn)品質(zhì)量的目的，還可以增大目的礦物與捕收劑的作用能[10]。

通過球徑半理論公式計算礦石粒度與鋼球尺寸，結(jié)果如表2 所列。根據(jù)圖 1 中給礦與返砂的粒度分布特性計算出待磨產(chǎn)率，運用破碎統(tǒng)計力學原理進行精確化補加球計算，確定補加球比為φ100 mm∶φ80 mm∶φ60 mm=10%∶55%∶35%。

表2 礦石粒度與鋼球尺寸Tab.2 Ore granularity and grinding ball size mm

3.2 一段旋流器優(yōu)化試驗

旋流器主要由進料管、柱段、錐體、溢流管及沉砂嘴等部件組成，不同的物料性質(zhì)及分級要求需要配置不同的旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過選型計算及現(xiàn)場實際操作參數(shù)調(diào)整（如給料質(zhì)量分數(shù)、壓力、處理量等）可得到最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)配置[11-13]。在進行球磨機補加球優(yōu)化的同時，對旋流器的結(jié)構(gòu)參數(shù)也要進行優(yōu)化，主要從沉砂嘴直徑及溢流管直徑這兩方面進行優(yōu)化。

3.2.1 沉砂嘴直徑試驗

在一定的旋流器給料質(zhì)量分數(shù)及適合的給料壓力下，溢流管直徑為240 mm，溢流管插入深度為387 mm，進行沉砂嘴直徑分別為90、100 及120 mm 的條件試驗，試驗結(jié)果如表3 所列。

表3 沉沙嘴直徑試驗結(jié)果Tab.3 Results of test for desilting nozzle diameter %

由表3 可知，隨著沉砂嘴直徑的減小，沉砂產(chǎn)率降低，球磨返砂量減少，磨礦效率提高，物料能夠得到較充分的細磨并從溢流排出，溢流細度及分級效率有所提高，溢流量增加實現(xiàn)了負荷往二段磨礦分級轉(zhuǎn)移的目的，提高了二段磨礦分級效率。因此，結(jié)合現(xiàn)場情況選擇沉砂嘴直徑為90 mm。

3.2.2 溢流管直徑試驗

在一定的旋流器給料質(zhì)量分數(shù)及適合的給料壓力下，沉砂嘴直徑為90 mm，溢流管插入深度為387 mm，進行溢流管直徑分別為240、280 mm 的條件試驗，試驗結(jié)果如表4 所列。

從表4 可知，隨著溢流管直徑增大，溢流量增大，球磨返砂量減少，磨礦效率提高，優(yōu)化一段磨礦有利于提高粒度的均勻性；溢流量增加及粗粒級增加有利于將負荷往二段磨礦分級轉(zhuǎn)移，降低了一段磨礦分級的負荷，提高了二段磨礦分級效率。因此，結(jié)合現(xiàn)場情況選擇溢流管直徑為280 mm。

表4 溢流管直徑試驗結(jié)果Tab.4 Results of test for overflow pipe diameter %

4 試驗結(jié)果分析

4.1 磨礦分級產(chǎn)品粒度特性

運用精確化磨礦理論進行補加球優(yōu)化及旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后，磨礦分級回路中產(chǎn)品的粒級分布如表5 所列，與優(yōu)化前的對比[14]結(jié)果如表6 所列，產(chǎn)品粒度分布特性曲線如圖3 所示。

表5 優(yōu)化后磨礦分級產(chǎn)品粒級分布Tab.5 Granularity distribution of grinding classification product after optimization %

表6 優(yōu)化前后磨礦分級產(chǎn)品粒級分布對比Tab.6 Comparison of granularity distribution of grinding classification product before and after optimization %

從表5、6 及圖3 可以看出，優(yōu)化后，一段沉砂、一段排礦和一段溢流P80分別為0.73、0.56 和0.18 mm，與優(yōu)化前相比均有所降低，一段排礦中過粗及粗粒級含量有明顯改善，一段磨礦粒度均勻性變好，一段分級溢流曲線和一段排礦曲線呈平行狀態(tài)，分級效率得到了較大的提高；二段沉砂、二段排礦和二段溢流P80分別為0.28、0.18 和0.089 mm，與優(yōu)化前相比，沉砂與排礦有所降低，溢流有所升高，這3 條曲線呈平行狀態(tài)，說明球磨機磨碎程度和分級效果均較好；磨礦分級系統(tǒng)中球磨機排礦與溢流中間粒級占比則有所增加，過磨量減少，二段溢流產(chǎn)品中-0.074 mm 含量降至 74.19%，-0.010 mm 含量降至18.94%。

圖3 優(yōu)化后一段磨礦分級回路粒度分布特性曲線Fig.3 Granularity distribution characteristic curve of first-stage grinding classification circuit after optimization

4.2 優(yōu)化前后技術(shù)經(jīng)濟指標對比

為了更加準確地反映磨礦分級優(yōu)化后各項指標變化情況，通過粒度分布數(shù)據(jù)計算出優(yōu)化前后各技術(shù)經(jīng)濟指標，對比分析結(jié)果[15-16]如表7 所列。

表7 優(yōu)化前后磨礦分級技術(shù)經(jīng)濟指標對比Tab.7 Comparison of grinding classification before and after optimization in technical and economic indexes

從表7 可以看出，優(yōu)化后，一段球磨機處理能力提高了7 t/h，提高幅度為 5.6%；一段球磨機的利用系數(shù)從 0.57 t/（h·m3）提升至0.79 t/（h·m3），提升了0.22 t/（h·m3）；一段水力旋流器分級質(zhì)效率從 29.39%提高到 50.53%，提高了21.14 個百分點；二段水力旋流器分級質(zhì)效率從 42.24% 提高到 50.32%，提高了8.08 個百分點；一段分級返砂比從57.46% 提高到150.58%，二段分級返砂比從334.53% 降至 202.56%，一段返砂比控制在150%～200%、二段返砂比控制在200%～250% 的最佳范圍內(nèi)；一段球磨機鋼耗降低了0.017 kg /t，磨機電耗降低了0.53 kW·h/t。

5 結(jié)論

根據(jù)礦石的力學性質(zhì)及一段球磨分級給礦與返砂的粒度特性，確定了一段球磨機補加球的球徑和配比，對一段旋流器結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，選擇溢流管直徑為280 mm，沉沙嘴直徑為90 mm，通過優(yōu)化一段磨礦分級系統(tǒng)來實現(xiàn)負荷往二段磨礦分級轉(zhuǎn)移，不僅提高了磨礦分級效率，改善了磨礦分級中排礦、返砂、溢流中的粒級分布，同時還降低了一段球磨機的鋼球及電耗，節(jié)能降耗效果顯著。最終磨礦產(chǎn)品-0.074 mm 含量從78.06% 降至 74.19%，-0.010 mm含量從22.1% 下降至 18.94%，降幅為 14.3%，為后續(xù)浮選作業(yè)提供了易選粒級的原料。