王 越 蘇祥玉 鄧海軒 張旭普 苗 雨

(1.中國(guó)黃金集團(tuán)內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 滿洲里021400；2.北京環(huán)磨科技有限公司，北京100071)

自磨/半自磨機(jī)是一種具有粉碎和磨礦雙重功能、一機(jī)兩用的設(shè)備，具有給礦粒度大、磨礦比大、破碎解離度高等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。歪頭山鐵礦選礦廠是我國(guó)第一個(gè)使用濕式自磨機(jī)的大型選礦廠，由于半自磨較自磨處理能力大，近年來國(guó)內(nèi)新建大型金屬礦山均采用濕式半自磨機(jī)。

國(guó)內(nèi)某鉬礦屬大型斑巖型礦床，礦石真比重2.72 t/m3、松散系數(shù)1.62。礦石普氏硬度系數(shù)f為9～14，JK落重試驗(yàn)A×b值為26，邦德球磨功指數(shù)為16 kWh/t，屬難磨礦石。磨礦采用SABC碎磨工藝流程，設(shè)計(jì)單系列日處理量20 000 t/d，半自磨機(jī)、球磨機(jī)、頑石破碎機(jī)規(guī)格分別為Φ10.37 m×5.19 m、Φ7.32 m×12.0 m、HP400。2020年8月以來，選礦廠入選礦石性質(zhì)突變，入磨礦石難磨，易磨礦石幾乎很少，采場(chǎng)出礦困難，合理配礦已無可能，致使半自磨臺(tái)時(shí)處理量急劇下降，日處理礦量降低到18 000 t/d，磨礦臺(tái)時(shí)處理量降幅高達(dá)10%，噸礦球耗大幅上升，選礦生產(chǎn)面臨巨大壓力，而教科書式提高半自磨處理能力已無法從根本上解決臺(tái)時(shí)處理量下降難題。面對(duì)上述各種復(fù)雜因素，快捷提高半自磨臺(tái)時(shí)處理量成為重中之重。本文擬就大幅度提高半自磨生產(chǎn)能力提出粗淺看法，在不改變磨礦主工藝流程的原則下，可迅速改變目前生產(chǎn)被動(dòng)局勢(shì)，采用多種手段提高磨礦臺(tái)時(shí)處理量。

1 礦物組成及礦石磨礦參數(shù)測(cè)定

1.1 礦物組成

鉬礦石中的主要金屬礦物為輝鉬礦、黃鐵礦、磁鐵礦，另有少量的赤鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦；脈石礦物主要是長(zhǎng)石、角閃石、石英、綠泥石、高嶺石，另有少量的黑云母、絹云母、方解石、滑石、螢石、黏土和碳質(zhì)。礦石的礦物組成見表1。

表1 礦物組成分析

1.2 SGS公司半自磨試驗(yàn)

表2 SGS公司半自磨試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，礦石的可破碎性參數(shù)A×b=26，屬于較難磨礦石指數(shù)范圍；ta=0.23，屬于難磨礦石范圍；RWi/BWi=1.28，表明半自磨在負(fù)荷工作時(shí)有較高的難磨頑石量產(chǎn)生。綜上所述，此鉬礦石屬于較難磨礦石，容易產(chǎn)生頑石，磨礦適合采用半自磨+球磨+頑石破碎工藝，即SABC工藝流程。

2 半自磨頑石排礦量的研究

半自磨磨礦過程中，將原礦石由張力狀態(tài)變?yōu)閴毫顟B(tài)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更加難磨的頑石(難磨粒子、礫石、臨界粒子)，頑石的難磨程度是新給礦的2～3.5倍，為消除或減少頑石對(duì)半自磨臺(tái)時(shí)處理量的影響，一是采用半自磨機(jī)內(nèi)加適量大直徑鋼球(內(nèi)消除)；二是采用ABC磨礦流程，將頑石外排，通過頑石破碎機(jī)進(jìn)行全粒級(jí)擠壓破碎，經(jīng)過破碎后的頑石又由壓力狀態(tài)變回張力狀態(tài)，礦石又重新產(chǎn)生新的節(jié)理界面、棱角、微細(xì)裂紋，形成較易磨的新礦石，加之磨碎比變小，可大大提高半自磨處理能力(外消除)。

一般而言，半自磨頑石產(chǎn)率是新給礦的15%～20%，而此鉬業(yè)公司半自磨頑石產(chǎn)率是新給礦的7%左右，產(chǎn)量為50～60 t/h。其主要原因是礦石特性及頑石窗(孔)尺寸選擇不合理、排礦格子板孔排列方式及尺寸選擇設(shè)計(jì)缺陷所致。由于半自磨排出頑石量很低，頑石破碎機(jī)又需要有一定的礦柱壓力實(shí)現(xiàn)擠滿給礦，很難保證頑石破碎機(jī)發(fā)揮正常工作效率，形成了時(shí)開(少)時(shí)停(多)不能連續(xù)工作的狀態(tài)。頑石破碎機(jī)排礦無緩沖的中間礦倉(cāng)，基本處于直排狀態(tài)，使頑石破碎的物料直接返回半自磨機(jī)內(nèi)，頑石量忽高忽低，甚至出現(xiàn)半自磨被迫停止新給礦，以專門處理頑石，造成了磨礦臺(tái)時(shí)處理量非常低且不穩(wěn)定的嚴(yán)重后果，無法實(shí)現(xiàn)新給礦與頑石給礦均衡、穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)及提高磨礦臺(tái)時(shí)處理量。該鉬礦的磨礦工藝流程見圖1。

圖1 SABC磨礦工藝流程Fig.1 Flowsheet of SABC grinding

2.1 頑石窗孔徑的調(diào)節(jié)

將目前半自磨機(jī)頑石窗孔徑由70 mm提高到80 mm，提高磨機(jī)頑石排出量，增大頑石破碎機(jī)處理時(shí)間，提高頑石破碎機(jī)生產(chǎn)效率及設(shè)備利用率。

2.2 格子孔與頑石窗的更換

半自磨排出頑石的全粒級(jí)分布呈現(xiàn)較大粒級(jí)與較小粒級(jí)產(chǎn)率較高、中間粒級(jí)產(chǎn)率低的啞鈴式狀態(tài)分布，之所以形成兩頭大、中間低粒級(jí)分布，是與頑石窗尺寸布局不均勻有關(guān)?，F(xiàn)場(chǎng)使用的頑石窗和格子板由兩家生產(chǎn)廠供貨，頑石窗與格子板塊數(shù)比均為19∶13，頑石窗開孔為70 mm，而靠近筒體有3排35 mm格子孔，根據(jù)磨礦動(dòng)力學(xué)和磨礦運(yùn)動(dòng)軌跡分析，頑石中間粒級(jí)恰好處于此研磨區(qū)間而不能及時(shí)排出。這種排列設(shè)計(jì)對(duì)于提高自磨產(chǎn)品細(xì)度極為有利，但半自磨+球磨兩段磨礦工藝流程中，半自磨處理量處于飽和狀態(tài)，球磨機(jī)又有富余能力，形成了“一段飽，二段餓，二段飽不飽，一段在主導(dǎo)”兩面配套不協(xié)作的態(tài)勢(shì)。為充分釋放半自磨潛能，提高處理量，增加頑石全粒級(jí)產(chǎn)品，將3排35 mm格子孔全部改為孔徑70 mm的頑石窗，以利于頑石中間粒級(jí)快速排出，襯板結(jié)構(gòu)見圖2、3。

圖2 廠家一襯板 Fig.2 Lining board of manufacturer 1

圖3 廠家二襯板Fig.3 Lining board of manufacturer 2

2.3 格子孔排列方式的改進(jìn)

半自磨格子孔是同心圓式排列，礦漿通過格子孔滑動(dòng)摩擦排出，無疑增加了排礦阻力，影響排礦速度，難排礦粒易在中后期造成格子孔堵塞，而將格子孔改為同向45°角排列，增強(qiáng)礦粒與格子孔強(qiáng)制切割機(jī)率，有效增加了排礦速度和處理能力。改進(jìn)后格子板45°斜孔排列方式見圖4。

圖4 半自磨35 mm格子孔45°排列結(jié)構(gòu)Fig.4 45° arrangement of 35 mm lattice hole in semi-autogenous grinding

2.4 頑石窗襯板塊數(shù)的增加

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)，可將目前的19∶13的頑石窗和格子孔襯板進(jìn)行合理調(diào)整，適當(dāng)增加頑石窗，減少格子孔襯板，以期提高半自磨頑石排礦量。

2.5 頑石破碎機(jī)排礦口的調(diào)節(jié)

將目前HP400頑石破碎機(jī)排礦口由20 mm調(diào)至15 mm，有利于半自磨處理能力的提高，為防止頑石破碎出現(xiàn)“噎鐵”現(xiàn)象，增加一道除鐵器，嚴(yán)防碎球等誤入頑石破碎機(jī)。

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境具有較偏僻、溫差大、潮濕重、不穩(wěn)定性多等惡劣因素，給有線信號(hào)傳輸造成很大的使用瓶頸。而無線通訊技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：①對(duì)于移動(dòng)測(cè)量或距離很遠(yuǎn)的野外測(cè)量，采用無線方式可以很好地實(shí)現(xiàn)并節(jié)省大量的費(fèi)用；②無線傳輸技術(shù)不易受到地域和人為因素的影響；③無線通信的接入方式靈活；④較高的傳輸帶寬，抗干擾能力強(qiáng)，而且功率譜密度低[6]。

3 連續(xù)穩(wěn)定給礦的研究

通過對(duì)2.1～2.5節(jié)的改進(jìn)，雖然能提高一些頑石返回量，延長(zhǎng)了頑石破碎機(jī)(圖5、6中簡(jiǎn)稱“頑石破”)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)新給礦+頑石返回全天候連續(xù)式均勻合理給礦的終極目標(biāo)。因此，對(duì)目前頑石返回工藝進(jìn)行小幅度調(diào)整，新增皮帶給礦機(jī)、斗式帶式提升機(jī)、頑石儲(chǔ)礦倉(cāng)、變頻皮帶給礦機(jī)，可實(shí)現(xiàn)均勻給礦，提高和釋放半自磨處理能力。圖5為現(xiàn)有頑石返回流程示意圖，圖6為改造后頑石返回示意流程圖。

圖5 現(xiàn)有頑石返回示意流程Fig.5 Existing return process of pebble

圖6 改造后頑石返回示意流程Fig.6 Modified return process of pebble

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，無論平面和空間均有充裕改造場(chǎng)地，改造工程量小，投資少，見效快，徹底解決間歇式頑石給礦的弊端，永久實(shí)現(xiàn)頑石均衡給礦。

4 鋼球充填率和鋼球直徑的研究

為快捷有效地提高半自磨機(jī)臺(tái)時(shí)處理量，國(guó)內(nèi)外均采用增加鋼球充填率和增大鋼球直徑的方法。添加鋼球可以補(bǔ)充半自磨中礦石磨礦介質(zhì)之不足，并且由于鋼球表面強(qiáng)度大，能沖擊破壞累積在磨機(jī)中的臨界粒子礦塊[5]，快速消除難磨粒子，提高半自磨處理能力。根據(jù)段其福教授多年的研究成果，并結(jié)合了國(guó)內(nèi)外大型礦山的生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)不同鋼球充填率或不同鋼球直徑對(duì)半自磨臺(tái)時(shí)處理量的影響，提出了最新的半自磨提高磨礦臺(tái)時(shí)處理量理論公式。

4.1 鋼球充填率對(duì)半自磨臺(tái)時(shí)處理量的影響

(1)

式中，Q新、Q原—新、原充填率對(duì)應(yīng)的磨礦臺(tái)時(shí)處理量，t/h；φ新、φ原—新、原鋼球充填率，%；δ球、δ礦—鋼球、礦石的堆比重，t/m3。

根據(jù)公式(1)，適當(dāng)提高鋼球充填率，可有效提高半自磨臺(tái)時(shí)處理量，但鋼球充填率提高至16%以上時(shí)，磨礦臺(tái)時(shí)處理量增加不明顯，因?yàn)槟C(jī)內(nèi)鋼球+礦的混合充填率在35%左右時(shí)磨礦效果最佳，如果鋼球充填率繼續(xù)增加，鋼球占據(jù)了更多的有效磨礦空間，導(dǎo)致礦石無法正常給入，處理量則會(huì)大幅下降。

對(duì)某鉬業(yè)公司的Φ10.37 m×5.19 m大型半自磨機(jī)進(jìn)行了不同鋼球充填率對(duì)磨礦臺(tái)時(shí)處理量的生產(chǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證了理論公式(1)的準(zhǔn)確性，實(shí)際生產(chǎn)對(duì)比數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同鋼球充填率下半自磨臺(tái)時(shí)處理量對(duì)比

從表3可以看出，根據(jù)公式(1)，以12%鋼球充填率為基準(zhǔn)，提高半自磨鋼球充填率，半自磨臺(tái)時(shí)處理能力提高幅度在5.57%～15.83%，理論公式計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)基本吻合，最大偏差率僅為2%左右。

4.2 鋼球直徑對(duì)半自磨臺(tái)時(shí)處理量的影響

(2)

式中，Q新、Q原—鋼球直徑增大后、原鋼球直徑對(duì)應(yīng)的磨礦臺(tái)時(shí)處理量，t/h；r新、r原—增大后、原鋼球的直徑，mm；δ球、δ礦—鋼球、礦石堆比重，t/m3；K—不同礦石性質(zhì)修正系數(shù)，數(shù)值在0.05～0.06。

由于2020年8月以來礦石性質(zhì)發(fā)生突變，入磨礦石難磨，易磨礦石幾乎很少，磨礦臺(tái)時(shí)處理量很低，每噸原礦球耗>1 kg，生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表4。

表4 2020.08～2021.05生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

以2020年8月至2021年5月累計(jì)平均磨礦臺(tái)時(shí)處理量750 t/h為基準(zhǔn)，100 mm直徑以上鋼球堆比重δ球一般取4.4 t/m3；按照礦石真比重2.72 t/m3，松散系數(shù)1.62計(jì)算，礦石堆比重δ礦取值為1.679 t/m3，根據(jù)公式(2)計(jì)算不同直徑鋼球磨礦臺(tái)時(shí)處理量及提高幅度見表5。

表5 預(yù)測(cè)不同直徑鋼球磨礦臺(tái)時(shí)處理量及提高幅度

目前此鉬礦生產(chǎn)使用Φ130 mm鋼球，半自磨臺(tái)時(shí)處理量為750 t/h，通過公式(2)理論計(jì)算，預(yù)計(jì)使用Φ140 mm、Φ150 mm鋼球后，磨礦臺(tái)時(shí)處理量為779 t/h、786 t/h，提高幅度為3.87%和4.80%。

一般情況下，半自磨選用鋼球最大直徑≤150 mm，鋼球充填率≤16%，V礦+V球充填率控制在34%～36%較為合適，但這會(huì)造成球耗、電耗增加，更影響襯板使用壽命。從提高處理量角度考慮，這些問題是在所難免的。鋼球充填率與磨礦臺(tái)時(shí)處理量、襯板使用壽命、球耗趨勢(shì)如圖7所示。

圖7 鋼球充填率與磨礦臺(tái)時(shí)處理量、襯板使用壽命、球耗趨勢(shì)Fig.7 Effects of ball filling rate on mill processing capacity,lining board service life and ball consumption

5 半自磨機(jī)磨礦濃度的研究

濕式自磨特點(diǎn)是礦石自磨、水力輸送，半自磨也兼具這一特點(diǎn)。磨礦濃度大小，對(duì)磨礦產(chǎn)品細(xì)度和磨機(jī)處理能力均有很大影響，同時(shí)也會(huì)影響磨機(jī)功率、油壓和返礦量三項(xiàng)指標(biāo)。細(xì)顆粒在水介質(zhì)的作用下被輸送出磨機(jī)，濃度變化會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)，迅速影響磨機(jī)內(nèi)細(xì)顆粒的排礦速度，造成功率、油壓和返礦量較大波動(dòng)。

半自磨磨礦濃度是生產(chǎn)操作中一項(xiàng)重要指標(biāo)，當(dāng)磨礦濃度過大時(shí)，礦漿流動(dòng)性差，黏滯系數(shù)較高，此時(shí)礦石表面黏附一層礦漿薄膜，水對(duì)礦石表面的沖洗作用減弱，礦漿膜黏附比較牢固，在礦石相互沖擊和磨剝時(shí)，必須克服這層表面礦漿膜；礦石之間相互沖砸作用減弱，也容易使黏附在大塊表面的細(xì)顆粒再次磨碎而產(chǎn)生過磨泥化現(xiàn)象，同時(shí)濃度過大，礦漿在磨機(jī)內(nèi)滯留時(shí)間過長(zhǎng)，影響磨機(jī)排礦速度，礦漿充填率升高，磨機(jī)負(fù)荷變大，功率和油壓上升，處理能力相對(duì)降低。

磨礦濃度過小，水介質(zhì)沖洗作用強(qiáng)，礦物表面干凈，排礦速度加快，不易產(chǎn)生過粉碎現(xiàn)象，排礦粒度變粗。但磨機(jī)內(nèi)礦漿量大，礦粒在水介質(zhì)下迅速沉降，使磨機(jī)內(nèi)拋落下來的礦石和鋼球必須通過水介質(zhì)才能接觸到礦粒，由于水介質(zhì)緩沖作用，沖擊能力減弱，也同樣使磨礦能力降低，頑石返礦量會(huì)因此而逐漸變大。

礦漿濃度的大小，與礦石性質(zhì)等有密切關(guān)系，對(duì)于不同的礦石類型，應(yīng)采用適宜的磨礦濃度，才能達(dá)到最佳的操作條件。目前該鉬礦半自磨磨礦濃度僅為70%，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整至(76±2)%較為適宜，既有利于提高半自磨排礦速度，又能充分利用磨機(jī)有效磨礦空間。

6 結(jié)論

1)在礦山生產(chǎn)中，提高或穩(wěn)定磨礦處理量，關(guān)鍵在于磨礦流程結(jié)構(gòu)匹配合理并能保持穩(wěn)定。某鉬礦在襯板和設(shè)備工藝技術(shù)改進(jìn)的基礎(chǔ)上，將頑石破碎機(jī)連續(xù)運(yùn)行作為關(guān)鍵突破點(diǎn)，增加頑石破碎后的儲(chǔ)礦倉(cāng)和斗式提升機(jī)，頑石+新給礦即可全天連續(xù)穩(wěn)定均勻給入半自磨磨機(jī)，極利于磨礦過程穩(wěn)定運(yùn)行，提高磨礦臺(tái)時(shí)處理量。

2)在SABC磨礦流程中，適當(dāng)增加半自磨鋼球充填率和增大鋼球直徑是提產(chǎn)的快捷方法。通過增加鋼球充填率，某鉬礦實(shí)際處理量提高幅度在5.57%～15.83%；通過增大鋼球直徑，處理量提高幅度在3.87%～4.80%。兩種方法能大幅提高磨礦臺(tái)時(shí)處理量，但會(huì)增加襯板和鋼球消耗，實(shí)際生產(chǎn)中要找到最優(yōu)平衡點(diǎn)。

3)提出了最新的半自磨提高磨礦臺(tái)時(shí)處理量理論公式，生產(chǎn)實(shí)踐與理論公式計(jì)算的磨礦小時(shí)處理量吻合度較高，對(duì)于應(yīng)用SABC、SAB等磨礦流程的大型及以上礦山具有借鑒意義。