湖北某铜铁矿选矿碎磨工艺优化实践

程国柱，李巧双，周明华，杨小丐

（大冶有色金属集团控股有限公司，湖北 黄石 435005）

1 引言

碎磨是选别前的准备作业，它的作用是将大块矿石变小、小块矿石变细的过程［1］。在这个过程中，使矿石中的有用矿物与脉石矿物充分单体解离［2］，为分选提供合格物料，从而获得高质量的选冶产品［3］，因此，碎磨的好坏决定选别指标的好坏。除此之外，碎磨成本在选矿厂占整个选矿成本的60%以上，磨矿是一项耗能高而效率低的作业，而破碎作业的功耗仅占磨矿作业的8%～12%［4］，因此改进碎磨工艺过程是实现高效低耗、增加经济效益的有效途径。

自湖北某铜铁矿选矿新系统投产以来，虽通过不断的工艺完善，处理量基本实现达产，但在碎矿磨矿工艺方面，碎矿产品粒度-15mm在85%左右，磨矿分级溢流细度-200目在63%～65%之间，与设计值相比均存在较大差距。 因此，遵循“多碎少磨”理念，开展碎磨技术攻关，降低碎矿产品粒度，提高磨矿细度，使有用矿物与脉石矿物更好的分离，为分选创造有利条件，变得非常迫切和必要。

2 碎矿磨矿工艺流程

碎矿采用“三段一闭路”流程，粗碎作业设置在井下，中、细碎设备分别为CS440和CH660液压圆锥破碎机，筛分设备为LF3060D双层振动筛，碎矿流程设计处理能力280～300t/h，碎矿产品粒度-15mm占90%。磨矿采用“一段闭路”流程,球磨设备为MQY5074溢流型磨机，分级设备为7台FX-500旋流器组，设计台时处理量为187.5t/h，分级溢流-200目占70%。碎磨工艺流程见图1。

图1 碎矿磨矿工艺流程图

3 碎矿工艺优化

3.1 中碎给矿频率调试

中碎给矿量决定着流程的处理量，由于现场中碎为重板给矿，给矿不易计量，导致给矿量不稳定。为了找出给矿频率与给矿量之间对应关系。通过调节重板给矿频率，测量重板速度v，矿石堆比重q,重板矿石堆积的截面积S，根据公式Q=q×S×v，计算重板小时给矿量。调试确定了中碎重板给矿频率在32Hz时较为合适，此时对应的处理量为303t/h左右，满足流程设计处理能力，结果见表1。

表1 重板给矿频率与处理量的关系

3.2 中、细碎排矿口调试

破碎矿石，靠调整排矿口来决定产品粒度［5］。为了找出最适宜的排矿口，并使设备在安全运行状态，对排矿口进行不同尺寸的调试，主要查看电机输出功率和液压油缸油压力情况，结果见表2。

从调试结果看，随着中细碎排矿的减小，电机输出功率和压力逐步增大，继续减小排矿尺寸，现场出现油管爆裂，油压保护动作动锥自动松开，电机三角皮带烧毁现象，综合考虑设备安全和性能因素，将中、细碎排矿口分别控制在50mm、16mm，中、细碎油压保护上限设定分别3.0 MPa、4.0 MPa，此时中、细碎处理量分别为303 t/h、384 t/h。

表2 中细碎排矿口调试结果

3.3 缓冲矿仓漏斗改善

在碎矿调试过程中，发现细碎给矿量不能根据需要进行调节，当给矿量调小，转速较低时，细碎给矿皮带就会压死。分析认为，皮带尾部漏斗设计过宽，导致缓冲矿仓内矿石仓压过大，易使皮带电机负荷过高跳闸。为了解决这个问题，将缓冲矿仓漏斗改成倾斜漏斗后，有效解决仓压问题。改造方案见图2。

图2 矿仓漏斗改造前后示意图

3.4 细碎挤满给矿

挤满给矿是实现高效破碎首要条件［6］。在细碎排矿口16mm条件下，通过调整细碎给矿皮带的速度来调节破碎机挤满状态，通过破碎产品筛析检测，破碎腔不挤满时产品粒度-15mm为40%，破碎腔挤满时产品粒度-15mm为46%，与不挤满相比提高了6%。但在实际运行中，完全挤满难于实现，主要原因是破碎腔内受湿矿堆积影响，容积减少，挤满后容易外泄。通过现场分析讨论，在破碎机上方安装高为250mm围堰，增加破碎腔容积。安装围堰后，通过细碎给矿皮带给矿控制，矿石可很好的堆满破碎腔，不至于矿石满出洒落，达到很好的挤满状态。改造见图3。

在实际生产运行中，挤满给矿主要以下优点。

（1）挤满给矿条件，破碎机可以利用层压原理，每一次挤压最大限度的产生细粒级的粉矿，提高了破碎效率。

（2）挤满给矿后，衬板和分料盘埋在料层以下，减少物料对零部件的冲击，磨损也降到最低。

（3）在挤满条件下破碎腔四周料层均匀，在破碎过程中各个零部件的受力达到最佳状态，设备运转也是最平衡、最平稳。

图3 CH660安装围堰示意图

3.5 筛孔孔径优化

LF3060D振动筛为双层聚氨酯筛面，上层筛网为40×40mm，下层筛网为13×20mm，实际中发现，上层筛面物料较少，导致下层筛面物料过多，料层较厚，负荷过重，严重影响筛分效率和开车时间，生产中不得已将下层筛网一部分更换成20×20mm，这样一来碎矿粒度严重不合格。

针对这个问题，经研究决定将上层筛网孔径由40×40mm调整为30×30mm，下层筛网孔径恢复13×20mm。试生产后，上、下层筛网负荷分配均匀，筛分效率明显提高，后又将下层最下端的2床更换14×14mm钢筋筛网，一方面增加开孔率，另一方面直接降低产品粒度。

4 磨矿分级优化

4.1 钢球制度优化

4.1.1 钢球充填率优化

钢球的装填数量由充填容积来决定，一般磨机的充填容积按磨机总充填容积30%-50%来考虑。提高钢球填充率，在一定条件下可以增加磨机产量，但是填充率过高会发生如下情况。

（1）使溢流型球磨机的钢球从中空轴颈排出的可能。

（2）填充率高，内层钢球的数量增多，但多层钢球的粉碎作用小，所以磨机筒体直径越大，填充率越要选低些。

（3）钢球填充率过高高，抛落钢球的落点处钢球堆积过高，减缓了钢球的冲击。

生产过程中，球磨运行电流一直不高，为260A左右，初步判断球磨缺球。利用球磨检修衬板的机会，进入球磨详细测量了钢球，发现钢球充填率仅为26%～28%左右，充填率严重偏低。因此，及时安排补加球任务，并实时观察球磨电流表情况，经过10余天的补加球，电流基本维持在300A左右，停车进球磨检查钢球充填率为32%左右，继续增加钢球充填率，停车易出现吐球现象，后续确定充填率在32%左右较为合适。

4.1.2 加球机的应用

一直以来，钢球都是人工手动添加，每天加球量约为3.6t，人工加球一是劳动强度较大，二是有时球磨停车，错过了加球任务，导致球磨缺球。针对这个问题，现场引进了一台自动加球机，只需将钢球放在料仓里，通过电脑控制，进行实时添加。经过生产应用，又出现了新的问题，由于生产所用的是铸球，表面不光滑，加球机经常出现蓬仓和卡球的现象，导致加球机不能正常工作，为了解决这个问题，引进了表面光滑旋压钢球替代之前的铸钢球，旋压球具有表面光滑，在钢球机中添加较为顺畅，无堵塞现象，同时旋压球耐冲击耐磨损，钢耗也有明显降低。

图4 铸球与旋压球外形对比

4.2 磨矿补加水量调试

为了探索适宜的给矿、排矿水量，在球磨给矿量190t/h条件下，保持总水量不变，通过改变给矿水和排矿水量大小，来检测磨矿浓度和细度达标情况。调试结果表明，随着给矿水量减少，磨矿浓度逐渐增高，球磨排矿细度随之上升。最终确定给矿补加水为50m3/h左右，排矿补加水为325m3/h左右较为合适，此时的磨矿浓度为75.66%，排矿-200目细度为25.98%。结果见表3。

表3 磨矿补加水量调试结果

4.3 旋流器沉砂嘴尺寸的确定

根据旋流器厂家推荐的沉砂嘴规格，试验选取Φ70mm、Φ80mm、Φ90mm三种规格的沉砂嘴进行现场调试，实验结果表明，Φ90mm沉砂嘴各项指标均优于Φ70mm、Φ80mm沉砂嘴。后续将沉沙嘴尺寸全部更换为Φ90mm。结果见表4。

表4 旋流器沉沙嘴尺寸调试结果

4.4 台时量与旋流器组数调试

根据不同球磨台时处理量调试相应组数旋流器，试验结果表明，在球磨台式处理量188～192t/h时，开5组旋流器分级溢流-200目占72.44%，优于开6组的67.23%；在球磨台式处理量192～196t/h时，开5组旋流器分级溢流-200目占60.75%，低于开6组的65.02%。可以看出在台时处理量188～192t/h时开5组旋球器指标最优，后续生产按处理量189～192t/h进行组织，旋流器开5组。结果见表5。

表5 旋流器沉沙嘴尺寸调试结果

5 碎矿与磨矿分级考查

在完成了碎矿和磨矿工艺优化后，为了解流程中各作业、各工序、各机组的生产现状，并对工艺生产流程在质和量方面进行全面性分析和评价，开展了碎矿磨矿流程考查。

5.1 碎矿流程考查

在处理量300t/h，中、细碎排矿口50mm、16mm，筛分上层30×30mm，下层13×20mm条件下，中、细碎破碎比分别为3.6、3.13，循环负荷为133.90%，筛分效率为87.60%，最终碎矿产品粒度-15mm达到了95.72%，与优化前相比提高近10%，取得了较好的效果。碎矿流程考查结果见表6，碎矿产品粒度分析结果见表7。

表6 碎矿流程考查结果

表7 碎矿产品粒度分析结果

5.2 磨矿分级考查

在球磨处理量189t/h，球磨给矿补水50m3/h，排矿端补水325m3/h，沉沙嘴Φ90mm旋流器五组条件下，进行了流程考查。结果为磨矿浓度76%，反砂比285%，分级量效率70.23%，磨机利用系数0.85t/m3h，最终分级溢流产品浓度为33%，-200目细度达到70.51%，与优化前相比提高近5%。磨矿分级考查见表8，溢流产品粒度分析见表9。

表8 磨矿分级考查结果

表9 磨矿分级溢流产品粒度分析结果

6 结语

（1）碎矿工艺优化中，调整重板给矿机频率，将碎矿流程处理量控制在300t/h左右，确定最优排矿口尺寸和筛网孔径参数，使最终碎矿产品粒度-15mm达到95%以上，为入磨提供合格了物料。

（2）磨矿工艺优化中，完善了钢球添加制度，确定了补加水流量范围，调整了旋流器运行参数，在球磨处理量189t/h条件下，最终分级溢流产品浓度为33%，-200目细度达到70.51%，各项参数均超过了设计范围，为分选创造了有利的条件。