王建絨

（金川集團(tuán)股份有限公司選礦廠，金昌 737100）

碎磨作業(yè)作為選別前的準(zhǔn)備作業(yè)和選礦過(guò)程重要工序，為后續(xù)選別作業(yè)提供有用礦物充分單體解離、產(chǎn)品粒徑符合選別規(guī)定,且過(guò)粉碎較輕、與產(chǎn)品顆粒大小一致的入選材料。

碎磨工序的總成本大約為選礦廠的50%～60%,而能源和鋼耗則為選礦廠成本的60%～70%,碎磨工序的選擇直接關(guān)系選礦廠的投入成本、生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性[1]。

碎磨工藝可分為傳統(tǒng)碎磨工藝和半自磨+球磨工藝兩大類。傳統(tǒng)的三段一閉路碎磨工藝存在流程過(guò)長(zhǎng)、設(shè)備規(guī)格復(fù)雜和數(shù)量多、鋼材消耗量大、基建投資及生產(chǎn)費(fèi)用高等缺點(diǎn)，使用半自磨工藝可節(jié)省投資、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、改善作業(yè)環(huán)境、減少設(shè)備類型及設(shè)備數(shù)量[1-2]。

1 半自磨機(jī)工藝原理

半自磨機(jī)是一種兼具破碎和粗磨兩種功能的新型磨礦設(shè)備，半自磨機(jī)磨礦是以大塊礦石本身作為磨礦介質(zhì)為主、補(bǔ)加適量鋼球?yàn)檩o的一種作業(yè)。半自磨工藝能使礦石按照解理面破碎，單體解離度高，給礦粒度大，磨碎比高，替代了中細(xì)碎作業(yè)，工作環(huán)境好，精簡(jiǎn)了碎磨流程，半自磨流程也逐步發(fā)展成為新的常規(guī)碎磨流程[2]。

近年來(lái)隨著礦山的供礦品位持續(xù)降低，金屬需求量日益增長(zhǎng)，選廠規(guī)模不斷擴(kuò)大以及半自磨工藝和控制技術(shù)越來(lái)越成熟，國(guó)內(nèi)外一大批新建或改擴(kuò)建的大型選礦廠碎磨工藝均優(yōu)先考慮采用半自磨工藝流程。據(jù)統(tǒng)計(jì)全球已有70%以上的原礦采用半自磨技術(shù)處理，半自磨技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展成為選礦領(lǐng)域新的常規(guī)碎磨工藝，被越來(lái)越多的礦山所采用。

2 半自磨工藝及其特點(diǎn)

2.1 半自磨工藝

目前在金屬礦山用得較多的半自磨工藝流程從簡(jiǎn)單到復(fù)雜主要有以下三種：

2.1.1 單段半自磨流程(SA)

半自磨機(jī)與分級(jí)設(shè)備直接構(gòu)成閉合回路，篩上頑石和旋流器沉砂返回半自磨機(jī)。單段半自磨流程簡(jiǎn)單、便于管理，但單個(gè)裝置中集中完成破碎、棒磨及球磨等多階段連續(xù)作業(yè)所共同完成的粉磨任務(wù)，產(chǎn)生大量能耗費(fèi)，且該過(guò)程細(xì)磨能力較弱，需要準(zhǔn)確了解礦石性質(zhì)。

圖1 秘魯Yanacocha金礦15000t/d單段半自磨流程

2.1.2 半自磨+球磨流程（SAB流程）

礦石在經(jīng)過(guò)粗碎后(粒度一般為200mm～300mm），可直接進(jìn)入半自磨機(jī)進(jìn)行磨礦，排礦后進(jìn)入振動(dòng)篩，篩下產(chǎn)品通過(guò)渣漿泵打入旋流器+球磨流程完成磨礦，篩上頑石通過(guò)皮帶直接返回半自磨。半自磨+球磨流程最大的弊端就是受頑石破碎速度的影響大，頑石破碎速度降低，造成系統(tǒng)處理量降低。SAB流程的選礦廠礦石性質(zhì)必須是中等或較軟礦石，該流程多用于有色金屬和黃金礦山。

2.1.3 半自磨+球磨+破碎流程（SABC流程）

圖2 銅陵冬瓜山銅礦13000t/d系統(tǒng)SAB磨礦流程

圖3 德興銅礦大山選廠22500t/d系統(tǒng)SABC磨礦流程

礦石經(jīng)過(guò)破碎機(jī)破碎后進(jìn)入半自磨，由半自磨取代常規(guī)中細(xì)碎、篩分、礦石轉(zhuǎn)運(yùn)、通風(fēng)除塵及部分磨礦(粗磨)作業(yè)。SABC流程是半自磨流程中在近年來(lái)應(yīng)用最典型的一個(gè)，其對(duì)礦石的適應(yīng)性強(qiáng)，因此目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)自磨廠都優(yōu)先考慮選用此工藝流程。

2.2 半自磨工藝優(yōu)點(diǎn)

半自磨工藝具有工藝流程短，生產(chǎn)環(huán)節(jié)少，設(shè)備數(shù)量少，操作及維修人員少，占地面積小(尤其適合原址擴(kuò)建、場(chǎng)地受限的選廠)，基建投資及運(yùn)營(yíng)成本低；便于生產(chǎn)管理，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；能減少物料的過(guò)粉碎，從而改善磨礦產(chǎn)品粒度組成及礦漿的電化學(xué)性質(zhì)，減輕鐵質(zhì)對(duì)礦物的污染，對(duì)含泥、水分較大的高黏性礦石適應(yīng)性強(qiáng)(不易造成篩子、礦倉(cāng)、漏斗等堵塞)；破碎比大，系統(tǒng)能力不受限制，對(duì)大多數(shù)礦石具有選擇性碎磨，因而促進(jìn)了有用礦物和脈石的解離等一系列優(yōu)勢(shì)。

2.3 半自磨工藝缺點(diǎn)

半自磨工藝對(duì)原礦的硬度、粒度、可磨性、含泥量變化較為敏感；調(diào)試周期較長(zhǎng)，操作及控制復(fù)雜；設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和磨礦效率比低于球磨；電耗比常規(guī)碎磨高；磨機(jī)內(nèi)襯板使用壽命短，鋼球易破損，一般采用變速驅(qū)動(dòng)裝置以適應(yīng)不同工況的要求，當(dāng)頑石量較多時(shí)需設(shè)置頑石破碎作業(yè)。

2.4 半自磨工藝的適用條件

選擇半自磨工藝的前提是原礦中要可以產(chǎn)生足夠數(shù)量的磨礦介質(zhì)，而磨機(jī)給礦的最大粒度、給礦中粗粒級(jí)(＞100mm)的含量及礦石硬度都是決定是否選擇半自磨的主要因素。

通過(guò)測(cè)定礦石一系列適應(yīng)性驗(yàn)證試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)普氏硬度f(wàn)=6～12的礦石適合采用半自磨工藝。

3 國(guó)內(nèi)外半自磨技術(shù)的應(yīng)用情況[3-16]

自1932年美國(guó)哈丁公司制造出了世界上第一臺(tái)規(guī)格為Φ7.3×0.9m濕式自磨機(jī)，至今已90年。20世紀(jì)50年代末，工業(yè)式自磨機(jī)開始應(yīng)用于礦業(yè)領(lǐng)域。目前世界上最大規(guī)格的半自磨機(jī)為中信重工生產(chǎn)的Φ12.19×10.97m半自磨機(jī)，總裝機(jī)功率28000kw，2010年應(yīng)用在澳大利亞中信泰富Sino鐵礦選礦廠，單系統(tǒng)日處理量高達(dá)12.6萬(wàn)t。

世界各地應(yīng)用（半）自磨機(jī)排名前五位的國(guó)家分別是美國(guó)、俄羅斯、南非、加拿大及澳大利亞。到目前為止，全世界約有1200多臺(tái)各類（半）自磨機(jī)應(yīng)用于銅礦、鐵礦及金礦等金屬礦山。

表1 近年來(lái)國(guó)外選礦行業(yè)半自磨機(jī)應(yīng)用情況

表2 近年來(lái)國(guó)內(nèi)選礦行業(yè)半自磨機(jī)應(yīng)用情況

2004年冬瓜山銅礦引進(jìn)第一臺(tái)斯維達(dá)拉公司生產(chǎn)的Φ8.53×3.96 m半自磨機(jī)投產(chǎn)，2006年大紅山鐵礦又引入美卓礦機(jī)公司生產(chǎn)的Φ8.53×4.27m半自磨機(jī)并相繼投產(chǎn)，從而為大型半自磨機(jī)在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用積累了寶貴的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此后烏山銅鉬礦、德興銅礦、白馬鐵礦、華聯(lián)鋅銦多金屬礦、甲瑪銅礦、伊春鹿鳴銅鉬礦、金堆城汝陽(yáng)鉬礦、紫金山金銅礦、普朗銅礦、袁家村鐵礦、金川銅鎳礦等國(guó)內(nèi)大型有色、黑色礦山的選礦廠相繼采用半自磨工藝。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用規(guī)格最大的半自磨機(jī)為Φ10.97×7.16m，2014年應(yīng)用在黑龍江伊春鹿鳴銅鉬礦選礦廠，生產(chǎn)能力為50000t/d，裝機(jī)功率為17000kw。

4 國(guó)內(nèi)半自磨技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)

4.1 2004年以前，國(guó)內(nèi)選礦行業(yè)中采用的半自磨機(jī)呈現(xiàn)以下特點(diǎn)

半自磨機(jī)主要在小規(guī)模鐵礦山應(yīng)用較多，設(shè)備都為國(guó)內(nèi)制造，基本是原有自磨機(jī)改用的，鋼球添加量為3%～6%。

半自磨機(jī)直徑＜8m，規(guī)格大多為Φ5.5x1.8m，系統(tǒng)處理能力小，在規(guī)模與經(jīng)濟(jì)效益上沒有優(yōu)勢(shì)。

采用定速驅(qū)動(dòng)，受礦石性質(zhì)影響大，系統(tǒng)穩(wěn)定性差。

系統(tǒng)控制水平差，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率一般為55%～75%，運(yùn)轉(zhuǎn)率較低。

4.2 近年來(lái)半自磨工藝在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用呈現(xiàn)出以下四個(gè)特點(diǎn)：

4.2.1 國(guó)產(chǎn)半自磨主體設(shè)備逐步取代了進(jìn)口設(shè)備

以中信重工為代表的國(guó)內(nèi)磨機(jī)制造廠家通過(guò)引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)造，進(jìn)一步提高半自磨機(jī)設(shè)計(jì)制造能力。2009年首臺(tái)Φ8.8×4.8m國(guó)產(chǎn)大型半自磨機(jī)在烏山銅鉬礦一期投產(chǎn)，此后國(guó)產(chǎn)半自磨機(jī)在國(guó)內(nèi)遍地開花，江西德興銅礦大山選廠、西藏甲瑪銅礦、福建紫金山金銅、太鋼袁家村鐵礦、金川銅鎳礦選礦廠等國(guó)內(nèi)礦山都先后采用了國(guó)產(chǎn)半自磨機(jī)。

4.2.2 半自磨工藝流程由SAB流程逐步向SABC流程轉(zhuǎn)變

本世紀(jì)初期投產(chǎn)的冬瓜山銅礦、昆鋼大紅山鐵礦、四川攀鋼白馬鐵礦等采用了SAB流程，之后投產(chǎn)的江西德興銅礦大山選廠、西藏甲瑪銅礦、伊春鹿鳴銅鉬礦等礦山，基本上都采用SABC流程，并且選廠達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)時(shí)間越來(lái)越短，部分選廠在進(jìn)行摸索改造后，實(shí)際生產(chǎn)能力甚至超過(guò)了設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。

4.2.3 半自磨機(jī)規(guī)格及單系統(tǒng)處理能力越來(lái)越大

現(xiàn)代礦山規(guī)模的發(fā)展及磨機(jī)制造水平的提高，為半自磨設(shè)備大型化提供了應(yīng)用及制造基礎(chǔ)。2004年冬瓜山銅礦Φ8.53×3.96m半自磨系統(tǒng)剛開始應(yīng)用時(shí)，日處理能力僅為1.3萬(wàn)噸，2011年投產(chǎn)的烏山銅鉬礦二期Φ11×5.4m半自磨單系統(tǒng)日處理能力已達(dá)到3.5萬(wàn)噸，2014年投產(chǎn)的黑龍江伊春鹿鳴礦業(yè)Φ10.97×7.16m半自磨單系統(tǒng)日處理能力已超過(guò)5萬(wàn)噸，太鋼袁家村鐵礦Φ10.97×6.71m半自磨單系統(tǒng)日處理能力已達(dá)到6.67萬(wàn)噸。

4.2.4 半自磨控制技術(shù)逐步向自動(dòng)化、集成化、智能化方向發(fā)展

由于半自磨系統(tǒng)影響因素多，過(guò)程變化快，波動(dòng)范圍大，非人工所能操作與控制，半自磨系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化控制水平要求較高。

德興銅礦聯(lián)合礦冶科技集團(tuán)有限公司研制了磨礦專家系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)磨機(jī)運(yùn)行狀況自動(dòng)檢測(cè)，進(jìn)行系統(tǒng)給礦量、給水量等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5 半自磨技術(shù)的發(fā)展建議

（1）給礦性質(zhì)的穩(wěn)定，鋼球材質(zhì)及充填率的穩(wěn)定，襯板結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及耐磨性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證半自磨機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。半自磨流程中最主要的影響因素就是礦石自身的特性，由于礦石在不同的礦段、礦坑、開采深度都存在著較大的力學(xué)性質(zhì)差異，造成了半自磨機(jī)的給礦及半自磨機(jī)效率不穩(wěn)定，采用半自磨流程時(shí)必須及時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)不同采場(chǎng)原礦性質(zhì)的變化，進(jìn)行合理配礦。

（2）由于半自磨機(jī)鋼球沖擊破碎礦石的能力與鋼球大小即球徑立方成正比，增大補(bǔ)加鋼球球徑是提高半自磨機(jī)處理能力最有效的途徑。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)采取適當(dāng)加大半自磨機(jī)補(bǔ)加鋼球球徑（可適當(dāng)彌補(bǔ)給礦中大塊礦石的不足）、增加充填率和提高轉(zhuǎn)速率等方法來(lái)達(dá)到提高產(chǎn)量、節(jié)能降耗的目的。另外，還可以通過(guò)降低半自磨機(jī)給礦粒度、降低頑石產(chǎn)量和粒度、增大半自磨機(jī)格子板開孔尺寸或開孔率的方法，來(lái)提高半自磨機(jī)排料速度，以保證在磨礦產(chǎn)品粒度達(dá)標(biāo)的同時(shí)，使半自磨機(jī)處理能力達(dá)到最大化。

（3）目前制造半自磨機(jī)襯板的主要材料是高錳鋼，但由于高錳鋼襯板耐磨性較低，壽命短、噪聲大、能耗高。因此亟需研制高耐磨性復(fù)合襯板，來(lái)代替目前所用的高錳鋼及合金鑄鋼襯板，以減少襯板磨損、提高其使用壽命。