康懷斌 顏江淵 伍紅強(qiáng) 肖慶飛 高 明 李沛原 高德水

（1.銅陵有色集團(tuán)控股有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院；4.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

20 世紀(jì)30 年代第1 臺(tái)濕式自磨機(jī)問(wèn)世，到1960年使用自磨機(jī)因處理量無(wú)法達(dá)標(biāo)，在自磨機(jī)中添加少量的鋼球形成了半自磨。20 世紀(jì)80 年代后，隨著半自磨裝備和工藝技術(shù)的成熟，半自磨工藝在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛運(yùn)用，相較常規(guī)磨礦工藝，半自磨工藝有基建投資低、利用設(shè)備大型化、單位磨礦成本低、流程短、勞動(dòng)力需求少等優(yōu)點(diǎn)［1-3］。

冬瓜山選礦廠投產(chǎn)初期，半自磨系統(tǒng)存在一系列問(wèn)題：①處理量低，臺(tái)效僅270 t/h；②返砂粒度小，最大粒徑20 mm，-74 μm 含量50%，過(guò)粉碎嚴(yán)重；③負(fù)荷高，平均臺(tái)效270 t/h，電機(jī)功率達(dá)4 200 kW左右，磨礦能耗偏高；④鋼球砸襯板現(xiàn)象嚴(yán)重，強(qiáng)度大、頻率高，襯板使用壽命短、成本高。為實(shí)現(xiàn)半自磨達(dá)產(chǎn)目標(biāo)，先后通過(guò)調(diào)整筒體襯板外形、格子板開(kāi)孔尺寸、補(bǔ)加鋼球球徑及充填率等手段，使半自磨機(jī)處理能力達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能，提高了半自磨機(jī)處理能力［4-6］。

生產(chǎn)中半自磨機(jī)最終補(bǔ)加φ200 mm 鋼球，雖然處理能力達(dá)到生產(chǎn)要求，但鋼球砸襯板現(xiàn)象嚴(yán)重，筒體襯板壽命縮短至2.5 個(gè)月，半自磨機(jī)能耗高、球耗高，半自磨機(jī)產(chǎn)品中過(guò)粉碎粒級(jí)含量高，因襯板碎裂導(dǎo)致半自磨機(jī)筒體螺栓孔變形嚴(yán)重，為達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)和SAB磨礦系統(tǒng)的提質(zhì)增效，冬瓜山銅礦進(jìn)行了一系列的工藝參數(shù)優(yōu)化研究和實(shí)踐。

1 冬瓜山銅礦SAB磨礦工藝

冬瓜山銅礦1.3 萬(wàn)t/d 的半自磨系統(tǒng)于2004 年投產(chǎn)使用，半自磨系統(tǒng)采用半自磨+球磨的SAB 磨礦流程，主要設(shè)備為1臺(tái)φ8.53 m×3.96 m 半自磨機(jī)和2臺(tái)φ5.03 m×8.3 m 溢流型球磨機(jī)。半自磨排礦端連接圓筒篩進(jìn)行篩分，篩上物直接返回半自磨，篩下產(chǎn)品進(jìn)入2組6-φ660 mm旋流器分級(jí)系統(tǒng)，分級(jí)沉砂分別進(jìn)入2 臺(tái)球磨機(jī)再磨，分級(jí)溢流進(jìn)入浮選系統(tǒng)，工藝設(shè)備聯(lián)系見(jiàn)圖1。

2 半自磨機(jī)筒體襯板優(yōu)化實(shí)踐

根據(jù)磨機(jī)中鋼球運(yùn)動(dòng)規(guī)律，半自磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，鋼球被提升條提高到某一高度瀉落或拋落，進(jìn)而以一定的速度對(duì)待磨物料產(chǎn)生沖擊、研磨而粉碎物料，如果鋼球落點(diǎn)過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)影響磨機(jī)工作效率［7］。為此，對(duì)半自磨機(jī)筒體襯板進(jìn)行了一系列改型優(yōu)化。

2.1 提升條安裝方式

冬瓜山半自磨機(jī)筒體襯板為高-低-高的聯(lián)合形式布置，通過(guò)對(duì)半自磨機(jī)內(nèi)物料及鋼球運(yùn)動(dòng)軌跡仿真研究，發(fā)現(xiàn)存在鋼球沖擊襯板的情況，從而降低了磨礦效率并造成了襯板的過(guò)早損壞。依據(jù)半自磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定進(jìn)行仿真分析，繪制碰撞區(qū)顆?？倓?dòng)能變化趨勢(shì)曲線（圖2），結(jié)果顯示碰撞區(qū)能量分別在63 組取得峰值，說(shuō)明現(xiàn)有襯板組數(shù)56 組不是最優(yōu)。

根據(jù)澳大利亞Conveyor Dynamics Inc 公司2003年為紐克雷斯特礦業(yè)改進(jìn)的襯板，減少提升條組數(shù)可減緩?qiáng)A持現(xiàn)象。因?yàn)樘嵘龡l組數(shù)減少，提升條間的間隙加大，夾持現(xiàn)象減緩，并提高了提升條之間物料的容納量，有利于物料的提升［8］。根據(jù)上述分析，采用背向重疊襯板安裝形式（圖3），相對(duì)冬瓜山現(xiàn)有襯板安裝形式襯板數(shù)量不變，提升條組數(shù)由56 組變?yōu)?8組。

2.2 提升條高度

依據(jù)半自磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定進(jìn)行仿真分析，提取碰撞區(qū)顆?？倓?dòng)能分布情況作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)組數(shù)為28 組，高為255 mm 時(shí)，提升條角度為25°或29°時(shí)，碰撞區(qū)顆?？倓?dòng)能最大（圖4）。

2.3 筒體襯板面角

筒體襯板面角是決定鋼球運(yùn)行軌跡的關(guān)鍵因素之一，面角越小，鋼球被提升的越高，鋼球撞擊襯板的概率就越大［9］。由此可見(jiàn)，合理的筒體襯板面角既有利于最大化地實(shí)現(xiàn)鋼球的沖擊破碎效果，又能有效避免鋼球?qū)σr板的沖擊磨損。通過(guò)分析碰撞區(qū)顆?？倓?dòng)能隨角度變化的趨勢(shì)（圖5），得出采用背向重疊襯板提升條組數(shù)28、高度255 mm 及角度29°時(shí)結(jié)果最優(yōu)。

2.4 筒體襯板優(yōu)化后現(xiàn)場(chǎng)使用情況

使用優(yōu)化后的筒體襯板，同步將半自磨機(jī)補(bǔ)加鋼球球徑由φ200 mm 降至φ150 mm，半自磨機(jī)運(yùn)行情況見(jiàn)表1。

由表1 可知，當(dāng)半自磨機(jī)處理能力穩(wěn)定在545 t/h的情況下，半自磨機(jī)補(bǔ)加鋼球球徑由200 mm 減小到150 mm，有效降低了鋼球砸襯板的情況，半自磨機(jī)筒體襯板使用壽命由優(yōu)化前的2.5 個(gè)月提高到5.5 個(gè)月，同時(shí)鋼球單耗由0.792 kg/t降低到0.608 kg/t，有效降低了磨礦生產(chǎn)成本。

3 半自磨機(jī)出料端襯板優(yōu)化實(shí)踐

半自磨機(jī)的出料端主要由礦漿提升器與格子板組成，其中礦漿提升器實(shí)現(xiàn)提料與排料，格子板的作用是篩分鋼球和大粒徑礦石，使合格產(chǎn)品從磨機(jī)內(nèi)部進(jìn)入礦漿提升器的槽腔內(nèi)。冬瓜山原出料端是直形結(jié)構(gòu)的格子板-提升器，進(jìn)入提升器內(nèi)的礦漿不能及時(shí)排出、返礦量大，從而導(dǎo)致磨機(jī)內(nèi)大量頑石、殘球及部分合格粒級(jí)礦石未能及時(shí)排出，導(dǎo)致磨礦效率下降。同時(shí)，提升器內(nèi)的返礦也加大了提升器的磨損及功率消耗，特別是礦石難磨時(shí)，排礦效率低的弊端尤為明顯，未能及時(shí)排出的頑石和礦漿使磨機(jī)充填率快速上升，從而導(dǎo)致半自磨機(jī)功率升高，影響處理量［10-11］。

3.1 弧形格子板-提升器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬物料在半自磨機(jī)直形與弧形出料端的運(yùn)行軌跡和排礦效率，發(fā)現(xiàn)半自磨機(jī)在同樣轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的情況下，弧形結(jié)構(gòu)出料端的起始排礦時(shí)間更早，結(jié)束排礦時(shí)間與直形一致。因此，弧形結(jié)構(gòu)具有更長(zhǎng)的排礦時(shí)間，可有效提高排礦效率。

3.2 弧形格子板-提升器生產(chǎn)實(shí)踐

保持出料端內(nèi)圈襯板、中圈襯板不變，把外圈提升器和格子板的結(jié)構(gòu)由直形改為弧形結(jié)構(gòu)。其中，外圈提升器弧度通過(guò)離散元模擬分析定型，改進(jìn)前后外圈提升器與格子板結(jié)果見(jiàn)圖6。

在格子板-提升器結(jié)構(gòu)優(yōu)化為弧形后，根據(jù)半自磨返砂量和圓筒篩篩下粒度檢測(cè)情況，考慮到頑石和小鋼球?qū)︻B石窗的堵塞情況，對(duì)頑石窗進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化前后開(kāi)孔面積見(jiàn)表2，調(diào)整前后頑石窗結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7。

弧形出料端襯板安裝前后，對(duì)半自磨機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表3。半自磨出料端襯板優(yōu)化后，半自磨機(jī)臺(tái)效增加至560 t/h，半自磨機(jī)運(yùn)行功率降低150 kW/h，鋼球單耗降低2.3%，有效降低了半自磨機(jī)的能耗和鋼耗，但半自磨排料-74 μm 含量降低了2.3個(gè)百分點(diǎn)。

4 半自磨機(jī)降低鋼球球徑的生產(chǎn)實(shí)踐

半自磨機(jī)在使用φ150 mm 直徑鋼球時(shí)，處理能力有富裕。在確保處理能力的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步降低半自磨機(jī)運(yùn)行功率和鋼球單耗、延長(zhǎng)襯板壽命、優(yōu)化半自磨排礦粒度組成以減少過(guò)粉碎現(xiàn)象，進(jìn)行了降低鋼球球徑生產(chǎn)實(shí)踐。

根據(jù)中信重工選型數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算軟件進(jìn)行模擬計(jì)算（表4），鋼球充填率為14.5%時(shí)，電機(jī)輸入功率為4 628 kW，半自磨機(jī)排料端篩下產(chǎn)品粒度P80為1.69 mm，半自磨機(jī)處理能力為542 t/h，即1.3 萬(wàn)t/d，滿足設(shè)計(jì)處理能力。

根據(jù)前期半自磨筒體襯板和出料端襯板優(yōu)化后半自磨能力富裕的情況，進(jìn)行了設(shè)計(jì)補(bǔ)加球徑130 mm 鋼球的逐步替代試驗(yàn)。試驗(yàn)對(duì)半自磨返砂量、半自磨運(yùn)行功率、半自磨臺(tái)效、鋼球充填率等進(jìn)行跟蹤，并將鋼球充填率由8%提高至11%，半自磨處理能力達(dá)1.3 萬(wàn)t/d，半自磨鋼球球徑降低后半自磨運(yùn)行指標(biāo)見(jiàn)表5。

由表5 可知，半自磨鋼球球徑降低后，在確保半自磨處理量的同時(shí)，半自磨運(yùn)行功率降低250 kW/h，鋼球單耗降低12.46%，半自磨襯板壽命由5個(gè)月增至7 個(gè)月，在保證襯板壽命5.5 個(gè)月的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了襯板的整體更換，有效降低半自磨能耗和鋼耗的同時(shí)提高了半自磨開(kāi)車(chē)率，但半自磨排料-74 μm 含量降低了1.4個(gè)百分點(diǎn)，半自磨排料粒度變粗。

5 旋流器溢流粒度組成優(yōu)化生產(chǎn)實(shí)踐

設(shè)計(jì)旋流器溢流-74 μm 含量70%，在筒體襯板優(yōu)化前實(shí)際生產(chǎn)中旋流器溢流-74 μm 含量62%～65%，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為提高磨礦細(xì)度，由昆明理工大學(xué)與冬瓜山銅礦共同進(jìn)行提高一段磨礦細(xì)度研究，將原僅補(bǔ)加φ90 mm 鋼球優(yōu)化為按φ60 mm 與φ40 mm 比例45∶55 補(bǔ)加，旋流器溢流-74 μm 含量從65.33%提高到70.05%，增加了4.20 個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)磨礦產(chǎn)品粒度組成較以前有了較大改善。

隨著半自磨筒體和出料端襯板優(yōu)化，半自磨排料粒度變粗，同時(shí)為進(jìn)一步優(yōu)化溢流粒度組成，利用礦石與多級(jí)配介質(zhì)的能量匹配技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了一段磨礦產(chǎn)品粒度特性，將補(bǔ)加球調(diào)整為φ80 mm、φ60 mm、φ40 mm比例40∶40∶20，優(yōu)化后旋流器溢流-74 μm 從由70.05%提高到73.90%，中間易選級(jí)別（10～100 μm）產(chǎn)率提高2.53 個(gè)百分點(diǎn)，此外球磨機(jī)鋼球單耗降低0.083 kg/t。球磨機(jī)磨礦細(xì)度優(yōu)化前后球磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表6。

6 SAB磨礦參數(shù)優(yōu)化后指標(biāo)

SAB 磨礦工藝參數(shù)優(yōu)化后運(yùn)行參數(shù)及指標(biāo)見(jiàn)表7。

由表7可知，通過(guò)對(duì)冬瓜山銅礦SAB 磨礦一系列參數(shù)優(yōu)化，半自磨機(jī)功率降低400 kW/h，半自磨機(jī)鋼球單耗降低0.272 kg/t，球磨機(jī)鋼球單耗降低0.083 kg/t，鋼球總單耗降低0.355 kg/t，半自磨機(jī)筒體襯板壽命由3.5 個(gè)月延長(zhǎng)至5.5 個(gè)月，并實(shí)現(xiàn)了半自磨機(jī)襯板的整體更換，提高了半自磨機(jī)開(kāi)車(chē)率，旋流器溢流-74 μm 含量提高至73.90%，提高了8.3 個(gè)百分點(diǎn)，10～100 μm 易選粒級(jí)含量增加至63.04%，提高了8.79個(gè)百分點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)冬瓜山銅礦SAB 磨礦一系列參數(shù)優(yōu)化，解決了礦山多年處理能力與節(jié)能降耗之間的矛盾；在滿足處理量需求的同時(shí)，降低了磨礦能耗和鋼球單耗，延長(zhǎng)了襯板壽命，并實(shí)現(xiàn)了半自磨襯板的筒體更換。此外，通過(guò)SAB 磨礦整體優(yōu)化，提高了磨礦細(xì)度并優(yōu)化了粒度組成，為后續(xù)提高選別指標(biāo)提供了有力支撐。

7 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)半自磨機(jī)筒體襯板安裝方式、提升高度和襯板面角的優(yōu)化，對(duì)半自磨機(jī)出料端弧形格子板提升器結(jié)構(gòu)和頑石窗開(kāi)孔面積等優(yōu)化，將半自磨機(jī)補(bǔ)加鋼球球徑從200 mm 降低至130 mm，在不影響半自磨機(jī)處理量的同時(shí)，半自磨機(jī)功率降低400 kW/h，降幅8.51%，半自磨機(jī)鋼球單耗降低0.272 kg/t，降幅34.18%，半自磨機(jī)筒體襯板壽命由3.5個(gè)月延長(zhǎng)至5.5個(gè)月，并實(shí)現(xiàn)了半自磨機(jī)襯板的整體更換，提高了半自磨機(jī)開(kāi)車(chē)率。

（2）針對(duì)磨礦細(xì)度不達(dá)標(biāo)及半自磨機(jī)排料粒度變粗的生產(chǎn)實(shí)際，利用礦石與多級(jí)配介質(zhì)的能量匹配技術(shù)優(yōu)化了一段磨礦產(chǎn)品粒度特性，球磨機(jī)鋼球單耗降低了0.083 kg/t，旋流器溢流-74 μm 含量提高至73.90%，10～100 μm易選粒級(jí)含量增加至63.04%，在提高磨礦細(xì)度的同時(shí)優(yōu)化了粒度組成，有利于后續(xù)選別指標(biāo)的提高。

（3）冬瓜山銅礦SAB 磨礦系統(tǒng)提質(zhì)增效生產(chǎn)實(shí)踐對(duì)提高半自磨工藝技術(shù)和生產(chǎn)管理水平，提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗，健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展體系和碳中和具有積極意義。