某铜金矿石碎磨工艺设计方案比较

周东琴，代淑娟，刘建远，贺 政

(1. 北京矿冶研究总院 矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 102628；2. 辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051)

某铜金矿石碎磨工艺设计方案比较

周东琴1，代淑娟2，刘建远1，贺 政1

(1. 北京矿冶研究总院 矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京 102628；2. 辽宁科技大学矿业工程学院，辽宁 鞍山 114051)

针对某铜金矿石的性质，对该厂碎磨流程的常规碎磨工艺和半自磨工艺进行了比较。对比结果发现，两种工艺的Morrell粉碎比能耗估算和经营费用现值都非常接近，基于半自磨工艺的低经营成本，结合选厂的生产实践，最终推荐采用半自磨工艺。

碎磨工艺；粉碎比能耗；半自磨工艺；常规碎磨工艺；方案比较

碎磨流程是选矿设计的关键性技术问题，它不仅决定基建投资，而且影响生产的稳定性[1-2]。根据矿石性质及选厂规模，一般有中、细碎+球磨的常规碎磨流程和半自磨+球磨的碎磨流程[3-4]。MORRELL模型(又叫CITIC SMCC模型)及数据库计算软件是由澳大利亚矿物研究专家 Stephen Morrell 博士研发的关于矿石破碎磨矿流程的计算体系，用以对碎磨流程进行优化分析。利用此粉碎数学模型能耗计算时[5-7]，将半自磨机粉碎试验(SAG Mill Comminution，简称SMC试验，可视为标准落重试验的简化版)计算结果中的3个物料参数，即：① Min：滚筒式磨机(包括自磨、半自磨、棒磨和球磨机)粗磨(粒度大于750 μm)的功指数；②Mih：用于高压辊磨机的功指数；③ Mic：用于传统破碎机的功指数，与另一个用于滚筒式磨机细磨(粒度小于750 μm)的邦德球磨功指数联合，用于计算选矿厂碎磨流程(可包含自磨机、半自磨机、球磨机、棒磨机、破碎机及高压辊磨机等设备)所需的粉碎能耗及各作业段之间粉碎能耗分配。同时，通过SMC试验也获得JKSimMet软件模拟中此模型的核心参数，实现三大工程功能：数质量平衡计算、工艺流程设计与设备选型、生产流程的优化与改造。

从20世纪50年代开始，半自磨机与其他磨矿设备联用首先在金属矿山得到应用，尤其是在金矿选厂应用的报道较多[8-12]，Fuller公司生产的功率为12 491 kW、规格为Φ10.97 m×6.25 m半自磨机在澳大利亚某金矿选厂得到了应用[8]；Metso公司生产的由环形电机驱动的功率为1 998.48 kW、规格为Φ11.58 m×7.47 m半自磨机在巴西SOSSEGO金矿选厂投产[9]；Famel&Thompsow公司生产的功率为13 423 kW、规格为Φ10.97 m×5.64 m半自磨机也在美国Phcenix铜金选厂投产[10-12]。经过十多年的生产实践证明此模型计算是值得信赖的，特别是在试验矿量受到限制的新建矿山，半自磨工艺已成为国内大型选矿厂的主流工艺。本文涉及云南某铜金矿碎磨工艺设计，分析探讨了两种碎磨工艺的能耗及经济效益等差异，通过试验数据及模型计算，确定了适合处理该矿石性质的碎磨工艺流程。

1 方案比较采用的基本数据

云南北衙金矿选厂目前处理的是地表的铁金氧化矿，今后计划处理地下的原生矿(铜金矿石)。本研究着重考察原生矿处理量为4000t/d时，采用Morrell经验模型计算的“常规破碎+球磨”和“半自磨+球磨”方案粉碎比能耗。

通过磨矿功指数测定和半自磨试验，得到落重指数DWi，并计算出Mia、Mih和Mic，数据见表1。F80为碎磨流程给矿(粗碎产物)的80%通过粒度(其值由前端破碎机紧边排矿口尺寸S(一般取值180 mm)和落重指数DWi估算给矿F80的方法算得到)，F80=0.2·S·(DWi)0.7=138 mm，P80为碎磨流程最终产物的80%通过粒度，T80为滚筒磨机粗磨与细磨的过渡粒度，Morrell推荐T80取固定值0.750 mm。模型计算采用的基本数据见表1。

表1 模型计算采用的基本数据

Morrell模型计算采用式(1)。

Wi=Mi4(x2f(x2)-x1f(x1))

(1)

式中:Wi为特定能耗(kW·h/t)；Mi为破碎功指数(kW·h/t)；x2为产品中80%通过的粒度(μm)；x1为给料中80%通过的粒度(μm)；f(xj)计算采用式(2)。

f(xj)=-(0.295+xj/1 000 000)

(2)

总比能WT包括各段比能耗之和，计算采用式(3)。

WT=Wa+Wb+Wc+Wh+Ws

(3)

式中:Wa为粗磨机比能耗；Wb为细磨机比能耗；Wc为常规破碎比能耗；Wh为高压辊磨机比能耗；Ws为修正粒度系数分布后的比能耗。

1.1 “常规破碎+球磨”方案处理矿石

两段(或三段)一闭路碎矿流程的产物作为球磨回路磨矿流程的给矿，球磨回路的产物为最终产物。“常规破碎+球磨”磨矿流程见图1。

图1 “常规破碎+球磨”磨矿流程

一般来说，闭路碎矿产物的80%通过粒度为6.5mm，根据Morrell模型，常规破碎机碎矿比能耗计算采用式(4)，结果见式(5)。

Wc=K0×Mic×4×(6 500f(6 500)-F80f(F80))

(4)

(5)

球磨磨机粗磨比能耗计算采用式(6)，结果见式(7)。

Wa=K1×Mia×4×(750f(6 500)-6 500f(6 500))

(6)

(7)

球磨磨机细磨比能耗计算见式(8)，结果见式(9)。

Wb=Mib×4×(74f(74)-750f(750))

(8)

(9)

球磨机给矿为破碎机闭路碎矿产物时，修正项计算采用式(10)，结果见式(11)。

Ws=K2×Mia×4×(6 500f(6 500)-138 000f(138 000))

(10)

(11)

碎磨流程总比能耗计算结果见式(12)。

W=(1.58+4.50+13.11+0.79)kW·h/t=

19.98kW·h/t

(12)

1.2 “半自磨+球磨”方案处理矿石

对于半自磨回路给矿粒度为250～0mm的粗碎产物，故其P80为138mm。半自磨回路产物进入球磨机，球磨回路的产物为最终产物。“半自磨+球磨”流程如图2所示。

图2 “半自磨+球磨”磨矿流程

根据Morrell模型，球磨磨机粗磨比能耗计算结果见式(13)。

(13)

球磨磨机细磨比能耗计算结果见式(14)。

(14)

“半自磨+球磨”磨矿流程总比能耗计算结果见式(15)。

W=(8.65+13.11)kW·h/t=21.76kW·h/t

(15)

1.3 计算结果比较

表2汇总了两个流程方案的比能耗计算结果。

由表2可以看出，处理矿石时“半自磨-球磨”方案所需的粉碎比能耗为21.76kW·h/t，比“常规破碎+球磨”方案高出1.78kW·h/t，“半自磨+球磨”方案比“常规破碎+球磨”方案粉碎比能耗高9%左右。

表2 两种流程方案粉碎比能耗估算结果

2 两种方案的可比费用比较

所需的基础工艺参数为：设计规模4 000 t/d；最终磨矿细度-0.074 mm占80%；现场年工作日314 d，每天3班，每班8 h(粗碎每班6 h)。两种工艺方案主要设备费用见表3，可比费用见表4。

表3 两种工艺方案主要设备

1)方案1。半自磨+球磨工艺，可配置一台MZS5566半自磨机用于一次磨矿，两台MQY4370溢流型球磨机用于二次磨矿，当半自磨回路供矿的前端粗碎机排矿口尺寸180～210 mm，磨矿回路给矿最大粒度250 mm时，能够达到设计要求产能。此碎磨工艺流程简单，设备数量少，对含泥含水多的矿石适应性强，生产稳定，但单位矿石耗电比常规流程稍高。

2)方案2。常规破碎+球磨工艺，其所需的粉碎比能耗、总价和总功率虽然都要比“半自磨-球磨”方案分别小1.78kW·h/t、200万元和892 kW，该流程复杂，设备较多，设备维修保养工作量大。两种方案的生产成本计算结果见表4。

表4 两种工艺方案的可比费用比较

由表4可见，从基础投资及经营成本来看，方案2都优于方案1，推荐采用“半自磨+球磨”流程。

3 结论

1)基于Morrell经验模型的粉碎比能耗计算结果表明，“半自磨+球磨”所需的粉碎比能耗比“常规破碎+球磨”高1.78 kW·h/t，相差9%左右。

2)通过方案比较，推荐采用“半自磨+球磨”碎磨工艺流程。

[1] 吴建明，袁树礼，周宏喜，等.粉碎技术进展[J].有色金属：选矿部分，2013(zk)：1-11.

[2] 尤腾胜，谢昆.单段半自磨工艺及应用[J].中国矿山工程，2015,5(44)：58-68.

[3] 及亚娜，刘威.自磨、半自磨设备工艺发展现状及应用实践[J].现代矿业，2015，31(1)：186-188.

[4] 杨斌，魏欣欣.某铜冶炼渣碎磨工艺设计方案比较[J].有色冶金设计与研究，2015,10(5)：1-3.

[5] 刘建远.关于矿石粉碎特性参数及其测定方法[J].金属矿山，2011(10)：9-19.

[6] 刘建远.落重试验在碎磨工艺设计与优化中的应用[J].有色金属：选矿部分，2015，67(2)：68-74.

[7] MorrellS. Design of AG/SAG mill circuits using the SMC test[C]//Proceedings of International Autogenous and Semiautogenous Grinding Technology 2006，Vancouver, 2006: 279-298.

[8] 杨林林，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．

[9] 赵昱东.自磨(半自磨)机的进展及其应用效果[J].矿山机械，2005(10):12-14．

[10] 邹志毅.半自磨机及其半自磨流程的应用[C]∥2004年全国选矿新技术及其发展方向学术研讨与技术交流会论文集．2004:10-14．

[11] Y·阿塔索伊，李帅帅，李长根．位于澳大利亚卡姆巴尔达的圣伊维斯金矿山勒夫诺伊金选矿厂一段半自磨回路的投产与优化[J].国外金属矿选矿，2008(2):25-31．

[12] Gao M，Holmes R，Pease J.The latest developments in fine and ultrafine grinding technologies[J].Istanbul Advertising Agency，2006(5):30-37．

Comparison of design scheme of copper gold ore crushing and gringing process

ZHOU Dongqin1，DAI Shujuan2，LIU Jianyuan1，HE Zheng1

(1.State Key Laboratory of Mineral Processing, Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy, Beijing 102628,China；2.School of Mining Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051,China)

According to the characteristic of the copper gold ore, the detailed comparison crushing and grinding process design schemes is carried out for the ore concentrator, which includes the semi-autogenous grinding process and the conventional grinding process. Comparison results show kinds of scheme of Morrell crushing specific energy consumption and the expense present values are approximate in the two schemes; however, based on the various advantages of semi-autogenous grinding process and combining with production practice of the existing gold ore processing plant, the semi-autogenous grinding process is finally adopted in this ore processing plant.

crushing and grinding process; specific energy consumption; semi-autogenous grinding process; conventional grinding process; scheme comparison

2016-07-05

国家自然科学基金基金项目资助(编号:51574146)

周东琴(1973-)，女，高级工程师，博士，主要从矿物加工理论与技术方面的研究，E-mail:cham1976@163.com。

TD981

A

1004-4051(2017)02-0139-04