钢球尺寸对半自磨- 球磨系统产能的影响研究

尤腾胜，冯建伟，陈名洁

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

0 前言

云南某锌锡铜多金属选矿厂于2013年建成投产，并于当年底全面达产达标，针对锌锡铜共伴生复杂矿石嵌布粒度粗细不均、共生关系复杂的特点，选矿厂在国内创新采用半自磨- 球磨(SAB)碎磨工艺，并用立式搅拌磨对铜、锌粗精矿再磨，通过阶段磨矿、阶段选别的磨选工艺，降低了过粉碎现象，提高了磨矿效率。

选矿厂设计规模8 000 t/d，目前按照8 400 t/d组织生产，基于企业资源可持续、高产能及高效益的发展需要，选矿厂提出了整体扩能要求。通过对选矿厂全系统流程考查分析，发现磨矿系统是影响选矿厂扩能的瓶颈；半自磨机的实际运行功率达到2 400 kW(安装功率2 600 kW)，球磨机实际运行功率2 650 kW左右(安装功率3 500 kW)，半自磨机实耗功率较高，负荷较重，球磨机实耗功率相对较低，有较大提升空间，说明半自磨机与球磨机的生产负荷不匹配，半自磨机是影响产能提升的关键。

影响半自磨机运行的因素较多，如给矿粒度分布、给矿量、钢球充填率、磨矿介质及转速率等，最大钢球尺寸作为一项重要的影响因素，在生产中可实施性较强，同时能够最大限度的减小对现有生产的影响；因此选用适宜的钢球尺寸，一方面提高半自磨机处理能力，另一方面能够降低钢球和衬板的消耗。

JKSimMet是目前世界上应用最广泛的磨矿分级回路模拟软件，通过模拟和分析实际工业生产的运行数据，进行物料平衡、模型建议及数据模拟，对优化生产现场的磨矿流程非常有优势；本文将选矿厂原矿石的JK落重试验获得的碎磨特性参数与磨矿回路流程考查数据相结合，采用JKSimMet软件模拟还原至近似于实际生产情况，在此基础上通过调节半自磨机磨矿介质研究不同钢球尺寸条件下对磨矿系统产能的影响，为选矿厂产能提升的措施提供了科学依据。

1 磨矿工艺流程与设计基础参数

采矿场采出的矿石经颚式破碎机破碎后采用长距离胶带输送机运往选矿厂的粗矿堆，粗矿堆排料采用带式输送机向半自磨机供矿。磨矿回路采用半自磨- 球磨- 顽石返回工艺流程，按单系列进行配置，半自磨机排矿端带有圆筒筛，筛上顽石经带式输送机转运返回到半自磨机，筛下产物为球磨分级回路的给矿，溢流型球磨机与水力旋流器组构成球磨回路闭路磨矿，水力旋流器溢流为最终磨矿产品。磨矿回路主要设备参数如表1所示，模拟输入的相关流程单元参数如表2所示，在JKSimMet软件中建立的半自磨- 球磨回路模型如图1所示。

表1 磨矿回路主要设备参数

表2 模拟输入的流程单元参数

图2 磨矿回路生产现状模拟结果

图1 半自磨- 球磨回路模型

2 磨矿回路生产现状模拟

根据选矿厂磨矿回路的生产现状，将生产流程考查数据进行了球磨回路JKSimMet物料平衡计算，在物料平衡的基础上，结合JK落重试验获得的矿石碎磨特性参数对半自磨- 球磨系统进行建模、模拟，模拟出实际生产情况，在软件模拟时输入主要设备参数(见表1)，相关流程单元参数(见表2)，通过调整软件中半自磨机格子孔尺寸、顽石窗开孔率，水力旋流器作业条件及效率曲线等参数，将模拟的流程还原至近似于真实的生产现状，磨矿回路生产现状模拟结果如图2所示。模拟结果中顽石产量、半自磨机运行功率、球磨回路循环负荷与流程考查结果基本一致。

3 钢球尺寸对磨矿系统产能的影响

在磨矿回路生产现状模拟的基础上，利用JKSimMet过程模拟功能，研究分析半自磨机不同钢球尺寸条件下对磨矿系统产能的影响。

本次研究在模拟过程中，采用三个重要的指标来衡量磨矿流程是否模拟完成：(1)最终产品细度达到工艺要求-0.074 mm占68%～72%；(2)半自磨机综合充填率在25%±0.3%；(3)球磨分级回路循环负荷约为250%。

在模拟过程中，磨矿回路设置的作业参数除了新给矿量及最大钢球尺寸外，其它参数均与表2一致，在设定的最大钢球尺寸条件下，通过调整半自磨机新给矿量来保证磨矿回路达到稳态运行要求，即衡量磨矿流程模拟完成的三个重要指标满足要求。

本次研究考察半自磨机最大钢球尺寸分别为Φ120 mm、Φ130 mm、Φ140 mm及Φ150 mm共计四种钢球尺寸条件下，磨矿系统处理能力情况。不同钢球尺寸条件下，磨矿回路模拟结果如表3所示，Φ140 mm钢球尺寸条件下模拟结果如图3所示。

表3 钢球尺寸条件下模拟结果

图3 Φ140 mm钢球尺寸条件下模拟结果

由表3模拟结果可知，在选矿厂磨矿系统现有配置条件下，通过适当加大钢球尺寸，可以显著提高半自磨机的处理能力，顽石产率逐步降低，半自磨机磨矿产品粒度变化不大，半自磨机运行所需要的总功率略有增加。主要原因是在钢球直径较小时，每个钢球单次冲击能量较低，导致顽石无法有效破碎，顽石返回量大，当钢球直径较大时，单次冲击能量提高，可以有效破碎矿石及顽石。但是在确定的钢球充填率及转速率条件下，钢球规格太大，则充填的钢球数量会减少，从而影响钢球与矿石之间的冲击次数，会使磨矿产品粒度变粗。

4 结论

云南某锌锡铜多金属选矿厂半自磨机是整个系统产能提升的瓶颈，本次研究过程中充分考虑到生产现场的可实施性、最大限度减小对现有生产的影响等，在磨矿回路生产现状模拟的基础上，利用JKSimMet过程模拟功能，研究分析半自磨机不同钢球尺寸条件下对磨矿系统产能的影响。

流程模拟研究结果表明，最大钢球尺寸是影响半自磨机运行性能的关键因素之一，通过适当加大钢球尺寸，能够显著提高半自磨机处理能力，顽石产量下降，如采用Φ140 mm钢球时，半自磨机处理能力提高到了430 t/h，半自磨机运行所需的总功率略有增加，可能由于采用大钢球时，钢球数量减少，钢球与矿石之间的冲击次数降低，半自磨机产品粒度有变粗的趋势。

需要指出的是，本研究中半自磨机转速率按照75%进行模拟，转速率较高，钢球介质与矿石在较高转速率情况下，存在钢球及大块矿石被提升到一定高度后抛落冲击衬板及提升条的风险。因此，采用大钢球时，建议降低磨机转速率，不仅能够提高半自磨机处理能力，也能够加强钢球与矿石之间的冲击研磨作用达到降低产品细度的目的，同时降低钢球的提升高度可降低磨机运行总功率。