提高半自磨机处理能力的生产实践

冬瓜山铜矿提高半自磨机处理能力的生产实践
◆ 邓禾淼
(铜陵有色集团控股有限公司冬瓜山铜矿，安徽铜陵 244031)
摘要：介绍冬瓜山铜矿选矿厂使用的半自磨机的技术特点及应用情况，并对该半自磨机在试生产出现的处理能力不高问题进行了分析研究，最终通过一系列优化措施使半自磨机的处理能力由最初的250t/h提高到550t/h。

关键词：半自磨；铜矿；破碎；循环负荷
选矿流程的关键作业之一是磨矿，传统的磨矿流程经多年的生产实践检验，表现出工艺流程长、所用设备数量和型号多、金属消耗量大、基建投资和生产费用高的特点，而半自磨回路流程简单，简化了两段破碎及筛分设备，配置简单，投资省，在国内外已被越来越多的矿山所采用。

冬瓜山铜矿是安徽铜都铜业公司所属后劲矿山，选矿厂所处理的矿石为冬瓜山矿段10000t/d和狮子山矿段3000t/d的混合矿石，是我国目前国内单系列处理能力最大的选矿厂，主要大型设备依靠进口，如Φ8.53m×4m半自磨机、130m3浮选机、Φ24m高效浓密机等机电一体化设备等，均属国际先进水平的产品，设备处理能力大，自动化水平及技术含量高，在国内矿山属首次应用；同时引入了基于PROFIBUS现场总线技术的世界先进水平的选矿自动化系统和PROSCON 2100NT
的选矿智能控制工具，并于2004年10月投入试生产。

1 矿石性质
冬瓜山矿段矿石为热液蚀变强烈的变质原生硫化铜矿，按矿物组成可分为8种自然类型，其中含铜滑石蛇纹石类型矿石，位于矿体下部，约占矿石总量的30%，经磨矿后容易泥化；主要含铜金属矿物有黄铜矿、黄铁矿、磁黄铁矿及磁铁矿等。

狮子山矿段矿石类型较简单，主要为含铜矽卡岩型矿石。

冬瓜山矿石的邦德磨矿功指数为14.73kW•h/t，矿石硬度f=13～15；与冬瓜山矿石相比，狮子山矿石硬度更高，其可磨度系数为冬瓜山矿石的0.7。

原矿含水量约3%；含泥量根据来矿中含铜磁黄铁矿、滑石、蛇纹石的比例而定。

2 碎磨工艺流程
井下出窿的矿石粒度为-250mm，矿石密度3.2t/m3，矿石松散系数1.6，通过主井提升至地表，由皮带输送至选矿厂粗矿仓，选矿厂碎磨系统采用半自磨+球磨和旋流器控制分级工艺，粗矿仓下部采用8台电振放矿机放矿，通过皮带给人一台半自磨机，半自磨机排矿端设有圆筒筛，筛上产物通过皮带再返回半自磨机。

粗磨球磨机为两台Φ5.03m×8.3m溢流型球磨机，由3300kW低速同步电机驱动，半自磨机筛下产物和球磨机的排矿给人粗磨泵池，通过两台16/14渣浆泵分别给入两组Φ660mm的旋流器组进行分级，每组安装6台旋流器，通常工作4-5台，旋流器溢流进入浮选，沉砂给入粗磨球磨机再磨，半自磨机给料粒度为-250mm，设计排料粒度为-2.5mm(P80)。

旋流器最终溢流浓度为30%-35%，磨矿细度70%-75%-74μm。

3 半自磨机技术特点
冬瓜山铜矿使用的半自磨机是国内首次引进的大型磨矿设备，半自磨机规格为ф28英寸×13英寸，由一台4850kW低速同步电机驱动，传动方式为目前先进的LCI变频调速传动，同时带有定速旁路运行系统。

这种传动方式可以最大限度减少大型电机起动时对电网的冲击，同时具有较好的调节半自磨机工作负荷的能力。

电机通过空气离合器及齿轮结构驱动磨机筒体旋转，磨机设计转速为11.04r/min(75%临界转速)，一般运行转速为8.66～11.6r/min(60%～80%临界转速)，磨机带有完善的运行监测功能和先进的PLC控制程序，可实现对磨机运行过程中电机功率、电流、润滑系统油量、温度及中空轴压力等各参数的实时监测，同时可传输至选矿厂主控室的DCS系统。

磨机配有电耳系统，可以监测磨机内的声响趋势，判断磨机是否过载、空载或保持稳定的负荷。

半自磨机衬板为铬-钼钢合金衬板，筒体衬板为高/低联合提升条形式，可有效提升钢球及矿石，衬板带有橡胶衬垫，有助于衬板定位，减少衬板下的矿浆。

排料端衬板由锥型带槽排料格子板和盲板、橡胶芯板组成，排出的矿浆由矿浆提升条排入与排料中空轴连接在一起的圆筒筛，圆筒筛筛孔为长圆形孔，尺寸为1/2英寸宽、1.5英寸长。

半自磨机设计钢球充填率为8%～12%，设计综合充填率为24%～30%，给矿中+150mm级别含量不小于20%，以保证有效的磨矿介质。

半自磨机钢球采用锻造钢球，球径130、120、100、80mm。

补加球径130mm，每天两次，钢球消耗约0.5～0.7kg/t原矿。

半自磨机处理量通过设在皮带输送机上的皮带秤(给矿皮带和返矿皮带各一个)进行测量；根据半自磨机PLC的信息(速度、压力、电耳等信号)，可以判断进料的矿石性质，通过DCS系统调整半自磨机给矿量或设定稳定的给矿量，半自磨机的给水通过设定的比值自动添加，保证半自磨的磨矿浓度始终稳定。

在生产过程中保证半自磨机的综合充填率是稳定半自磨工艺生产的关键。

球磨机主要的控制回路有旋流器给矿浓度的比例给水调节、泵池液位自动调节、旋流器压力自动调节等回路。

4 半自磨设备的生产调试及达产节能综述
半自磨安装调试结束后即投入试运行，并进行了各方面的工艺及控制调试工作，但在前两个月试生产时间里，半自磨并没有像预想的那样很快达到设计能力，相反只有设计能力的一半左右，半自磨机的返砂量也很小，通过流程考察发现，圆筒筛下产品很细，最高时细度可达50%-74μm，远远超过目标细度(20%-74μm)，对此进行了以下几方面的研究。

4.1 矿石粒度和硬度
矿石硬度和粒度组成对于半自磨机来说是影响处理能力的一个重要因素，冬瓜山选矿厂入选矿石中含有的老区部分矿石其可磨度系数仅为新区矿石的0.7，硬度明显大于新区矿石，当这部分矿石含量特别多时，会明显影响半自磨机的处理能力。

而粒度组成对于半自磨机的处理能力的影响则非常明显。

给矿中-20mm范围内的矿石破碎比比较小，说明这一级别矿石在半自磨中较难破碎。

在生产中井下提升的矿石给人粗矿仓中时发生了明显的粒度偏析现象，从给矿电振上可看到，l 号、2号、7号井是粉矿为主，5号、6号井较为平均，而3号、4号井则基本上为大块矿石，因此在生产中电振给矿时必须要兼顾到各台电振的粒度情况以及矿石硬度的变化，合理进行搭配才
能使半自磨机的工作更为平稳。

4.2 顽石
由于半自磨机本身的工作特点，在半自磨机生产过程中，会产生一些顽石，也叫难磨粒子或临界粒子，其粒径在25～70mm，这种粒径的矿石不具备作为介质的作用，同时又需要更大的矿石或
钢球撞击它们才能使其破碎，因而在半自磨机中的可磨度较差，会不断积累而占用半自磨机的有效体积，造成半自磨机生产率降低，能耗上升，对硬度较大的老区矿石更为显著。

据文献报道，顽石循环所导致的能耗约占磨机功耗的20%左右。

在生产中对顽石的处理作了简单的探索试验，将半自磨机排出的矿石收集起来，不直接返回到半自磨机，但从试验结果来看，较多的顽石并没有排出来，因而这项措施对提高半自磨机的处理能力没有产生明显的效果。

4.3 钢球类型
在设备厂商提供的说明书中，并没有明确所应采用的钢球类型，在最初采购钢球的时候，也充分考虑到了磨机的直径较大，对钢球的抗冲击性有较高的要求，选用了电炉生产的多元合金铸造钢球，但在停车检查中发现，这种铸球仍然存在较严重的破碎现象，碎球占用了不少的充填率和能量消耗。

为此于2004年12月将铸造钢球改为锻造钢球，锻造钢球的碎球率大大降低。

同时采取的另一项措施是定期清除返回皮带上的碎钢球，使磨机排出的碎球不再进入循环，进一步提高磨矿介质的效率。

4.4 衬板(格子板)
投产初期，半自磨机等量装入Φ130mm、Φ110mm、Φ90mm、Φ70mm钢球共120t，装球率12%，实际混合充填率21%左右，全速n2=0.79 nc=11.6r/min运转，负荷4200kW左右，处理量250t/h 左右。

钢球砸筒体衬板强度大、频率高。

返砂皮带上，矿石粒度≤20mm占100%，返砂量25t/h
左右，其中口12.7mm矿粒仍为6t/h左右。

磨机采用的格子板是衬板孔剖面为退八字锥形孔，在使用中发现这种格子板存在排矿不畅的缺陷，这种退八字锥形孔的排布不利于聚集在排矿端附近的难磨粒子(顽石)及时排出，使得半自磨机排料粒度很细，返砂粒度也较细。

为此，2005年8月，把出料格子板一半筛孔相邻筋割掉，它们
的宽度由20mm加大为70mm，筛孔面积虽增加约25%，但采用这种措施后，只是返砂皮带上粒度-70mm矿石加大，返砂量增加1倍，50t/h左右。

其中-12.7mm粒度矿量并没有明显增加，半自
磨机处理量仍为280t/h左右。

10月12日检测，半自磨机平均给矿量270t/h，平均负荷4150kW，实际混合充填率21%左右，平均用电单耗15.4kW•h/t。

半自磨产品粒度-14mm占98.4%，未达到粒度-12.7mm占100%的标准要求，而-74μm占42.1%，且-40μm微粒占31.9%其含量太大，产生过粉碎现象，严重影响半自磨机的处理量。

开一台球磨机，平均负荷2720kW，实际混合充填率25%左右，平均磨矿单耗10.1kW•h/t。

磨矿产品粒度-74μm只占63.6%，也未达到粒度-74μm
占65%～70%的要求。

其碎磨用电单耗25.5 kW•h/t。

开2台球磨机，磨矿产品粒度，-74μm占69%左右达标。

碎磨单耗高达35kW•h/t。

为了增强半自磨机的排矿，提高半自磨机的处理能力，增加出料衬板筛孔尺寸，加速矿石的及时排出。

通过处理，半自磨机的处理能力有了大幅的提高，处理能力由250t/h提高至350t/h。

4.5钢球大小
第三阶段半自磨机确保实际混合充填率30%，钢球逐步加大到Φ180mm而达产(2006年11月至2007年5月)：2006年11月初，半自磨机在上述基础上，补加Φ150mm钢球，处理量不断增加，到11月19日，处理量11190t/d，平均466.25t/h，半自磨平均负荷4430kW，平均单耗9.5kW•h/t，实际混合充填率3l%左右。

返砂皮带上，矿石粒度-50mm占100%，返砂量70t/h左右，其中-12.7mm 矿粒占lOt/h左右。

开2台球磨机，磨矿产品粒度-74μm占66.3%达标。

磨矿用电单耗11.9kW•h/t，碎磨用电单耗21.4kW•h/t，而在11月10日，平均给矿量430t/h，半自磨平均负荷4360kW，实际混合充填率29%左右，半自磨单耗10.1kW•h/t，半自磨产品粒度-10mm占100%，-1.6mm只占12.7%，-74μm占32.94%，-40μm微粒占25.7%。

其粒级分布略优于前个月。

磨矿产品粒度-74μm 占67%达标，碎磨用电单耗23kW•h/t。

2007年3月初，半自磨机补加Φ170mm的钢球，3月7日处理量13380t/d，平均557．5t/h，平均负荷4450kW，实际混合充填率32%左右，半自磨平均单耗8kW•h/t。

开两台球磨机，磨矿产品粒度达标。

实际混合充填率30%左右，磨矿用电单耗10 kW•h/t，碎磨用电单耗18.04kW•h/t。

随后由于矿石硬度变化波动大，半自磨处理能力也随之波动，很难稳定，鉴于此，将补加钢球尺寸增加到Φ180mm，半自磨处理能力也稳定在12000t/d。

以上措施的实施对半自磨机的工艺指标有了较大的提高，半自磨机处理量提高到500t/h，与设计处理能力接近。

半自磨机返砂量约为15%，排矿产品粒度有了较大的改善，-74μm含量由50%降至30%以下。

5 结语
冬瓜山铜矿半自磨机是我国首次引进大型半自磨设备，驱动方式先进、控制系统完善可靠，是一种现代化的高效设备，配置上取代了传统的碎矿工艺，大大降低了基建的难度及占地面积，也大大降低了生产中的维护强度和维护量，对选矿综合成本的降低发挥了重要的作用，其稳定有效的运行也对其他矿山的发展提供了借鉴。

通过对半自磨机添加钢球种类、数量，增大排矿格子板筛孔尺寸等措施的实施，以及对半自磨机的给矿粒度和硬度等影响因素的探索，一定程度上解决了半自磨机排矿不畅的缺点，使半自磨机的处理能力有了很大的提高。

而补加Φ180mm的钢球使得半自磨机处理能力最大能达到550t/h 的设计处理能力。

因此增大补加球球径是提高半自磨机处理能力最有效的途径。

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参考文献
[1]杨琳琳，文书明．自磨机和半自磨机的发展和应用[J].国外金属矿选矿，2005，(7)：13-16．
[2]李冬，方勋，过仕民等．大型半自磨机在冬瓜山选矿厂的应用及研究初探[J]．金属矿山，2005，(Z2)：297-299．。