高效先进磨矿装备技术及其应用

高效先进磨矿装备技术及其应用
张国旺
2015年4月27日铜陵
提纲
•自磨/半自磨机技术及应用
•高压辊磨机技术及应用
•细磨/超细磨装备技术及应用
•磨矿分级及自动控制
•选矿模拟器在磨矿设备选型中的应用
自磨/半自磨工艺及其应用
•自磨/半自磨机是短流程的趋势。

•自磨/半自磨通常被用来研磨原矿或粗碎产品。

给矿粒度为能被送入磨机的大小（一般为经过一段破碎机破碎到小于250-300mm）；
产品则是准备选别处理的最终粒度，或者是在球磨机、砾磨机或塔磨机中进行磨矿的中间粒度。

•自磨/半自磨流程能完成两段或三段破碎筛分流程一样的粒度减小作业，能完成与棒磨一样的工作，以及完成球磨机所做的部分或全部工作。

自磨/半自磨机特点优势
•流程简单，易于操作
半自磨流程省去了常规的二、三段破碎及筛分作业，解决了常规流程处理湿而粘的矿石易导致流程不畅的难题，省去了破碎产生的粉尘回收及处理。

•投资和经营费用低
半自磨具有冲击破碎和研磨兼有的磨矿特点，使其设备不断大型化，为大型选矿厂的投资和经营费用降低提供了更大的空间。

和常规的碎磨流程相比，在同比投资下，半自磨流程由于省去了中细碎厂方、筛分厂方和多条带式输送机及其相应的收尘设备，设施等，在基建投资、占地面积方面具有优越性，在经营方面和常规的碎磨流程相比，半自磨流程的单位能耗高，但其金属消耗较低。

•解决了自磨过程中临界粒度物料积累问题，强化了自磨作业。

•改善了矿浆的电化学性质，有利于矿物的选别。

与常规碎磨流程相比，采用矿石自身作为磨矿介质，在处理复杂的硫化矿时，铜、镍、钴、金、钼、铅、锌等矿物时，减少了钢球作为磨矿介质时对矿物表面的不利影响。

•上述特点使自磨/半自磨回路的投资费用和维护费用较低。

这也使该类型的粉碎设备在现代化的选矿厂中颇受欢迎。

•近年来，对金属矿山来说，采用较多的主要有：半自磨-球磨流程(SAB)、自磨-球磨+破碎流程(ABC)和半自磨-球磨+被碎流程(SABC)。

•SABC流程是把半自磨机中排出来的全部“难磨粒子”
经细碎机破碎后，再返回半自磨机。

半自磨产品经筛分分级，筛下产物即分级后的沉砂送第二段球磨，筛上产品经过皮带运输机运至顽石仓，再经皮带给矿机给到顽石破碎机，破碎后的产品返回半自磨机。

SABC 工艺流程图
SABC 工艺流程在选矿厂的应用
•SABC工艺在世界上应用已比较成熟，比如澳大利亚的Cadia金矿、智利的Escondida铜矿（四期）、巴西Sossego铜矿、美国Kennecott铜矿（改造）等等。

•国内近年新建和在建的自磨选矿厂也都采用了SABC 流程，比如中国黄金集团乌努吐格山铜钼矿一期、二期，铜陵冬瓜山铜矿、昆钢大红山铁矿、江西铜业、太钢袁家村铁矿、中铁资源鹿鸣矿，云南冶金等单位。

中国黄金乌山铜钼矿一期30000t/d
•半自磨机：
Φ8.8m×4.8m
•球磨机：
Φ6.2m×9.5m
•顽石破碎机：
HP800圆锥破碎机
单系列主要工艺技术参数：
处理能力：15000t/d，半自磨给矿粒度：-300mm，
半自磨磨矿浓度：80%-85%，半自磨转速率：78%，球磨产品细度：-74μm占65%，球磨磨矿浓度：70%-75%。

世界上大型自磨/半自磨机主要由Metso提供，如下表所示。

磨机规格（D×L）
台数功率电机台数或
型式
制造厂矿石安装地厂矿名称供货时间备注
ft m HP kW
40×3612.19×10.9763754828000RM中信重机铁矿澳大利亚中信Sino2009年AG 40×2412.19×7.3212948021983RM Metso铜矿秘鲁2008年SAG 40×24.812.19×7.5612948021983RM Metso铜矿智利2008年AG 40×2412.19×7.3212680019985RM Metso铜金矿BC2008年SAG 40×25.512.19×7.7712948020983RM Metso铜矿智利2007年SAG 40×2412.19×7.3212814020984RM Metso铜矿智利Collahuasi2001年SAG 40×2212.19×6.7012600019388RM Svedala金矿澳大利亚Cadia1996年SAG 38×24.811.58×7.5622948021983RM Metso铜金矿巴拿马2008年SAG 38×4511.58×13.7223028422583RM Metso铜矿瑞典2006年AG 38×2311.58×7.0112600019389RM Metso金矿加拿大2006年SAG 38×24.511.58×7.4712680019985RM Metso金矿Undecided2006年SAG 38×24.511.58×7.4712680019985RM金矿委内瑞拉2006年SAG 38×24.511.58×7.4712680019985RM Metso金矿巴西2005年SAG 38×2311.58×7.0112680019985RM Metso铜矿巴西Sossego2002年SAG 38×2211.58×6.7112600019388RM Metso铜矿智利EI Teniente2000年SAG 38×22.511.58×6.8612600019389RM Fuller铜矿智利Escondida1999年SAG 38×2111.58×6.4012700020134RM Fuller铜锌秘鲁Antamina1999年SAG 38×25.511.58×7.7712412017986RM Svedala镍矿澳大利亚Olympic Dam1996年AG 38×2011.58×6.1012600019388RM Svedala铜金矿印度尼西亚Freeport1996年SAG
国内自磨/半自磨主要由中信重工提供
磨机规格（D×L）
台数功率
电机制造厂矿石厂矿名
ft m HP kW
28×148.53×4.27154002Metso铁矿大红山28×138.53×3.96148502Metso冬瓜山
8.00×2.80130001中信重工保国
8.80×4.80160002中信重工铜钼矿乌山一期
11.00×5.401中信重工乌山二期*36×2210.97×6.71221500160002袁家村34×1810.36×5.493110002袁家村34×18.7510.36×5.721119202德兴32×15.59.75×4.72281952普朗30×16.59.15×5.03184002白马二期24×147.32×4.27238001白马二期
高压辊磨机
•料层粉碎理论是70年代末由德国的舒纳教授提出的，目前已成为国内外节能粉碎设备研制和改造的指导思想。

•高压辊磨机（High-Pressure grinding rolls）正是以料层粉碎理论为基础，于20世纪80年代中期发展起来的高效节能粉碎设备。

图1高压辊磨机的层压粉粹原理
金堆城钼矿魁伯恩H P G R外形结构图
魁伯恩H P G R主体结构图
•高压辊磨机在常规破碎工艺中主要用于取代三段一闭路流程中的第三段破碎设备和用作第四段破碎（超细碎）设备。

•高压辊磨机工业应用的典型破碎工艺流程有开路流程和闭路流程，其中闭路流程又分带边料返回的闭路流程和带检查筛分的闭路流程。

高压辊磨机典型破碎工艺流程图
•高压辊磨机经过三十多年的发展，在水泥行业和金刚石粉碎中得到广泛应用并成为行业标准设备配置。

•近年来随着高压辊磨机合金柱钉辊面、液压耦合传动、万向传动轴辊轴直连等关键技术的日趋成熟，高压辊磨机已完全具备粉碎坚硬金属矿石的能力，使其在国内外金属矿山逐步被成功推广应用。

高压辊磨机在铁矿上的应用
•智利CMH公司的Los Colorados选厂是全球首家采用高压辊磨机取代传统的破碎机完成细碎作业的铁矿石选厂。

•该公司在铁矿石粉碎流程中采用KHD洪堡·威达克公司的RPBR16-170/180型高压辊磨机，规格为φ1700mm×1800 mm，柱钉点阵辊面，驱动功率2×1850 kW。

•给矿最大粒度为65mm，且-38 mm约占80%，其后用2台立式冲击破碎机打散料饼，产品粒度-6.35 mm约占70%。

•该设备于1998年11月投产，柱钉辊面寿命达到14600 h。

与圆锥破碎机相比，采用高压辊磨机生产能力提高了27.2％，单位电耗降低21％，生产成本降低8％。

•马钢集团南山矿业公司凹山选厂是国内首家成功地将高压辊磨机应用于铁矿石超细碎作业的矿山企业。

•该铁选厂采用德国魁伯恩公司的RP630/17-1400型高压辊磨机，规格Φ1700 mm×1400 mm，驱动功率2×1450 kW。

•该机用于第四段破碎，于2007年投产，给矿粒度0-20 mm，采用闭路破碎到0-3 mm.
•高效提前抛尾，实现了将合格粗粒尾矿提前抛弃送往排土场堆存的目的.
•其主厂房的磨矿负荷及细粒尾矿的浓缩输送量显著减少，从而提升了选厂的整体生产能力，缓解了尾矿库库容不足对产能的制约问题。

高压辊磨机在有色矿山上的应用
•美国Cyprus Sierrita铜矿于1995年安装并投产了当时世界上最大的高压辊磨机，这标志着有色金属矿石粉碎技术发展进入了一个新的里程碑时代。

•设备为克虏伯polysius公司生产的φ2.4m×1.4m POLYCOM型高压辊磨机，驱动功率2×2250 kW，最大粉碎压力300 MPa。

•在采场已被粗碎至-150mm的原矿经圆锥破碎机中碎（第2段）和细碎（第3段）后作为球磨给矿。

高压辊磨机在破碎流程中的位置为与第3段破碎机平行作业，给料粒度为-70 mm，平均处理量为1600 t/h ，产物中-250μm的含量占20％-25％。

•被粉碎的铜矿微粒中产生大量微裂纹。

这种微粒和微裂纹的增多，为后续设备创造了优越的生产条件。

•陕西金堆城钼业公司是国内首家引进高压辊磨机用于细碎作业的有色金属矿山。

•公司为扩大产能、降本增效，在原三段一闭路破碎流程和磨选流程之间增设高压辊磨作业，进行第四段破碎，设计处理能力为560 t/h
为-8 mm。

，给矿粒度0-25 mm，开路破碎产品粒度P
80
•选用德国魁珀恩公司(Koeppem)规格为RP15-1000高压辊磨机，驱动功率2×750 kW，根据矿石性质，选用碳化钨柱钉辊面及重力给料器。

•据统计，截至2009年底，全球范围内投入工业应用的高压辊磨机在金刚石生产领域已有35台，在铁矿石加工领域已有50台，在有色和贵金属矿山用于硬质矿石破碎的也已超过35台。

•目前我国高压辊磨机在金属矿领域也已开始应用并趋于成熟，如黑色矿山的马钢集团南山矿的凹山铁矿，和尚桥铁矿，张庄铁矿、首云铁矿、山东黄金昌邑铁矿、重钢太和铁矿、司家营铁矿二期、武钢程潮铁矿等。

在有色和贵金属矿的金堆城钼矿、山东黄金三山岛金矿、山东铝业氧化铝矿等。

马钢凹山铁矿高压辊磨机应用现场马钢和尚桥铁矿高压辊磨机应用现场
•高压辊磨机的成功使用需要考虑以下因素：
•高压辊磨机适用于处理中等硬度以上（邦德球磨功指数大于15k W h/t）、含水量小于12%左右、给料粒度小于70m m、含泥量少的脆性矿石，只有选择适合的矿山使用高压辊磨机才能发挥其优势。

•高压辊磨机使用成本高，特别是国外高压辊磨机的辊子的成本约占整机费用的1/3，所以实现高压辊磨机的国产化势在必行。

目前国内高压辊磨机的供应商主要有合肥水泥研究设计院、成都市利君实业以及中钢集团安徽天源科技等单位。

•高压辊磨机工艺流程配置复杂，存在破碎物料打散、过度破碎、粉矿储存、与球磨系统配套使用等一系列复杂问题，在工艺流程配置及生产管理中较常规破碎流程复杂。

细磨/超细磨装备技术及应用
•近年国内外细磨/超细磨装备及技术取得了极大发展，在金属矿业应用取得了一系列突破性进展。

•细磨/超细磨设备主要分为以下几大类：
1）立式螺旋搅拌磨机：日本Enrich公司Towermill（塔磨机），芬兰Metso公司Vertimill（立磨机）以及我国长沙矿冶院JM系列立磨机（立式螺旋搅拌磨矿机）；
2）卧式搅拌磨机：澳大利亚Xstrata公司Isamill（艾萨磨机）；
3）立式高速搅拌磨机：芬兰Metso公司Stirred Media Detritor（
SMD），我国长沙矿冶院的LJM系列（超细搅拌磨矿机）。

•细磨/超细磨设备的成功推广应用使一些微细粒嵌布矿产资源得到有效利用。

细磨/超细磨设备技术参数
磨机类型塔磨机艾萨磨机搅拌介质磨安装方式立式卧式立式
梢速度/（m/s）<3~10-15~8介质类型钢球/高铬球陶瓷球/沙石/炉渣陶瓷球/沙石/炉渣介质尺寸/mm9-201-31-3隔球措施沉降区速度差分离器筛网
磨矿粒度
20-407-207-20 /(P80/μm)
最大型号功率/kW112040001100
塔磨机/立磨机技术及其应用
•1953年，塔磨机由日本河端重胜博士发明，经过不同的搅拌器设计和试验，最终确定了螺旋搅拌器。

•1954年东京的日本碎碎机械公司开始独家生产这种设备，因其外形为塔形从而被命名为Towermill（塔磨机）；
•1965年，日本塔磨机公司成立；
•1983年，久保田钢铁厂收购日本塔磨机；
•1979年，塔磨机技术传入美国，在胡齐尔发电所使用；
•1983年，纽约宾西法尼亚的科佩斯公司采用了这一新的细磨技术，随后，美国的MPSI取得了日本的许可生产塔磨机；
术的所有权，将其更名
为Vertimill（立磨机）
，斯维达拉公司现归于
美卓公司，目前全球已
，总装机功率230MW
，目前最大的型号为
VTM-3000-WB（电机功
率2250kW）。

我国塔磨机/立磨机技术及装备
•在国外塔磨技术基础上，长
沙矿冶研究院开发了具有自
主知识产权的立式螺旋搅拌
磨矿机，并实现了系列化、
大型化，其中315kW-500kW
机型成功应用于凡口铅锌矿
，云铜集团羊拉铜矿，马钢
集团南山矿，紫金矿业阿舍
勒铜矿等大型矿山。

•在设备大型化方面，长沙院
正努力缩短与国外存在的差
距，装机功率1000kW的大磨
机基本制造完成。

u 立磨分级系统
珍惜有限
创造无限
1120KW 立式磨机及旋流器设计
马钢南山矿业提质降杂项目(500kW)
大型超细搅拌磨机在生产现场应用
塔磨机/立磨机技术应用领域
•塔磨机是最早应用于金属矿山的搅拌磨机，主要用于获得P80为20-40μm的矿物再磨回路。

处理的矿物包括：铜、铅锌、镍、金、铂族金属等有色、稀贵金属。

•在铜矿已安装80多台套塔磨机，主要分布在智利，第一台最大型号的VTM-3000-WB型Vertimill应用于澳大利亚纽克雷斯特矿业公司卡地亚金-铜矿的三段再磨。

•国内塔磨机技术主要由长沙矿冶研究院提供，目前，该技术已成为国内钼矿选矿行业钼精矿再磨的关键技术，并已推广至铅锌、铜、铜钼、黄金、铁矿、炉渣等金属矿山选厂及冶炼厂的细磨和再磨工艺中应用400多台套。

•近年来，塔磨机/立磨机装备技术正逐步被推广应用至铁矿中。

•Enrich公司为澳大利亚金达必公司、卡拉拉矿提供了5套KW-1500型塔磨机。

•Enrich和Metso公司近年来开始为我国大型铁矿山提供塔磨机/立磨机，主要用来进行磁铁矿石细磨。

•长沙矿冶研究院自2008年以来先后有60多台套中型JM系列（JM-1500、JM-1800，JM-2200）立式螺旋搅拌磨矿机应用在马钢集团南山矿、柿竹园尾矿铁回收选厂、包钢稀土白云博宇铁选厂、峨山万得利铁选厂、江西万国尾矿铁回收选厂等铁矿的细磨工艺中。

IsaMill（艾萨磨）技术及其应用
•艾萨磨机（IsaMill）是由蒙特艾萨矿业公司（Mount Isa Mines Ltd）与耐驰粉磨技术公司（Netszch-Feinmahltechnik GmbH）共同开发。

它是由颜料工业所用的Netzsch搅拌磨改进过来，目前，艾萨磨机由澳大利亚超达公司（Xstrata）提供。

迄今已装机90多台，总装机功率152kW，目前单台磨机最大装机功率为3.0MW.
•艾萨磨机采用水平高速搅动磨剥原理，使得矿物单体解离。

磨机筒体是水平安装的，磨机内设有转动的轴及磨盘，轴与电机、减速机相联接，给矿矿浆通过泵从进料口给入磨机，磨机内的磨盘搅动介质与物料，经过8个磨盘的研磨产生的细粒产品被分离出来，介质和粗粒留在磨机内。

艾莎磨机(ISA mill)
Mount Isa M3000 1120kW/台8台
艾莎磨机(ISA mill)
Mount Isa M3000 1120kW/台8台
搅拌介质磨技术及其应用
•SMD磨机（Stirred Media Detritor, SMD）是英国陶瓷黏土公司（English China Clay）为高岭土磨矿而研制的一种立式搅拌磨机。

•1996年，斯维达拉（Svedala）与ECC公司签订了许可协议为世纪锌矿项目提供砂磨机。

•斯维达拉并入美卓（Metso）矿业后SMD由美卓矿业提供。

•SMD磨机磨矿室的高度与直径比为
1:1，在磨机中心轴上有一些长棒作
为搅拌器用，旋转时其梢速度为
11m/s，磨机依靠一套筛孔尺寸为
30μm的筛网将介质保留在磨机中。

•SMD在铅锌、铜、金、镍、铂族金
属矿山中得到广泛应用，目前已装
机170多台，单机最大功率为
1100kW。

S M D设备外形图
超细磨机(SMD mill)
Century mine 355kW 21台
•IsaMill与SMD磨机搅拌器高速旋转，使磨机的搅拌器和衬板磨损快，更换周期短，介质
=5-8µm的球消耗大。

适用于产品粒度在P
80
矿石细磨作业中。

•塔磨机/立磨机适用于产品粒度在P80=10-
75µm的场合，更加适合中国铁矿石的细磨作业中。

磨矿分级及自动化
•磨矿分级作业是选矿工艺中最为重要的生产环节之一，其处理能力决定了选矿厂的整体产量，其产品合格率和稳定性直接影响后续选别指标的好坏。

•目前在磨矿分级工艺中亟需解决的难题是：细粒级（-10μm ）物料的分级，脆性物料的过粉碎难题。

•另外磨矿分级采用自动化控制技术是选矿专业和其他相关专业研究的重要课题。

通过采用自动化控制技术能充分发挥磨矿分级作业的工作效率，稳定生产工艺指标，降低消耗，能使选矿工序发挥出最大的设备潜能，获得最佳经济效益。

•钨矿石的过粉碎问题是钨选厂普遍存在的技术问题，以香炉山钨矿为例，-10微米的粒级产率约为20%，钨的粒级回收率约为30%，其它粒级的回收率约为80%，如果-10微米的粒级产率降低到10%，那么可以提高5%左右的总回收率，对于这个香炉山钨矿而言，可以得到4000万元/a的经济效益。

•针对钨矿脆性易泥化特点，进行钨矿磨矿分级设备的升级和优化，采用短锥旋流器和高频细筛的联合流程，解决钨矿一段磨矿的过粉碎问题，消除重力分级过程中的反富集问题，为选别提供解离度合格且粒度分布合理的物料，从而达到提高钨的回收率的目的。

磨矿分级自动控制系统
•中国五矿集团宜春钽铌矿是我国目前规模最大的钽铌采选企业和钽铌锂原料生产基地，但一直受到无法长时间稳定生产的困扰，主要原因是矿石性质的变化以及人工操作不能及时对生产不稳定做出及时反应，导致选矿厂流程稳定性差，最终导致原矿处理量以及最终产品的产量和质量无法得到保障和提高。

•2011年8月自动化控制系统调试成功投入运行后，棒磨机处理量提高了22.53%，棒磨机运转率提高了7.90%，单位吨矿用水量节约了12.41%，精矿产量提高了34.14%，尾矿品位下降了3.08%。

磨矿分级过程自动控制系统流程图
磨矿分级流程模拟
•选矿模拟器的四个基本构成概念：
–选矿厂中各个单元要由物料流联接起来而组成一个完整的选矿流程；
–每个操作单元都要有各自的进料和排料；
–整个选矿的运行状态是由各操作单元的参数以及矿石性质决定；
–模拟器是对真实选矿厂的简化，通过确定流程结构和各单元操作参数而形成一个连续的数学函数。

•选矿模拟器能给出选矿厂运行的详尽的数据信息，告诉工程师一些特殊的操作条件下整个流程将产生什么结果，特别是这些条件很难在现实条件下实现的情况。

•运行起来花费很少，且不要冒没有任何真正的危险，甚至是在工厂还未建成时即能对流程进行模拟从而预判结果，这些在工程师的办公室内就能实现。

•在工程设计阶段，一个好的模拟器能被用来：
–帮助设计工程师找到最佳流程；
–确保设计计划书能涵盖所有可能的情况；
–选择最佳的设备
–确定设备的最佳尺寸，避免选型过大而造成的浪费或者选型过小而造成设计事故；
–在保证品位和回收率的条件下优化操作参数实现最好的经济效益；
–识别生产瓶颈；
–对各设备厂商的设备进行对比；
–给出设备供应商应满足的设备性能要求；
–找出问题一旦设备性能无法达到要求。

•一个好的模拟器能帮助选矿厂管理人员：
–获得选矿厂的最佳性能；
–根据进料不同调整流程参数；
–发现工厂运行的瓶颈；
–考查工厂在各种条件下的可能情况。

•开展试验研究：
–各单元设备的理论模型试验；
–设备的放大规则试验；
–规划试验方案，从已设计好的装备中获取尽量多的信息。