半自磨机排矿速度及粒度优化研究

陈建文，刘日新

（江西铜业集团有限公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

半自磨技术是在自磨技术的基础上发展而来的，目前在国内外得到大范围的应用，替代常规碎磨系统中、细碎及磨矿作业。半自磨机为强制性排矿碎磨设备，与传统球磨机相比，筒体长度较短，可保证物料磨到所需的粒度而及时排出，所以磨矿效率较好［1］。但由于半自磨机内只添加少量（3%～12%）钢球,矿石本身也作为磨矿介质，因此给料粒度、硬度的变化，严重影响半自磨机排矿速度及粒级的组成，从而影响磨矿效率及电力、钢球等消耗［2］。

大山选矿厂特大型国产半自磨系统于2010 年底投产，由铜厂和富家坞两个采区供矿，随着采区深部开采，给矿块度及硬度逐步增加，原设计半自磨机排料端排料能力不足，排料粒度组成不合理，造成半自磨机运行功率高、磨矿效率低。需通过改变格子板及矿浆提升器结构，优化半自磨机的排矿速度及粒度组成，合理匹配半自磨机、顽石破碎机、球磨机负荷，提高系统效率。

2 现状分析

2.1 工艺流程简介

大山选矿厂半自磨系统设计处理能力2.25 万t/d，采用半自磨+球磨+顽石破碎的SABC 流程，其中：Φ10.37×5.19m 半自磨机1 台，电机功率2×5586kW；Φ7.32×10.68m 溢流型球磨机1 台，电机功率2×5586kW；半自磨机排矿采用2台3.6×7.5m 直线振动筛筛分，筛上产物进入1 台800 马力顽石破碎机破碎，破碎后返回半自磨机，振动筛筛下产物进入2 组Φ838-6 旋流器组分级，旋流器沉砂进入球磨机磨矿，旋流器溢流产品要求-200 目含量达到65%进入浮选系统。

半自磨系统处理的矿石来自2 个采区，主要包括花岗闪长斑岩和千枚岩。其中金属矿物以黄铁矿、黄铜矿为主，黝铜矿、辉铜矿、斑铜矿、辉钼矿次之，间有少量的方铅矿和闪锌矿。非金属矿物以绢云母和石英为主，绿泥石、长石、方解石、云母、白云母次之。矿石平均体重2.7t/m3，抗压强度蚀变千枚岩32～95MPa、蚀变花岗闪长斑岩45～210MPa，硬度变化较大。小型磨矿试验-200 目含量65%磨矿时间为6～10min。

2.2 排料端使用情况分析

半自磨机属于强制排矿碎磨设备，排料端设计直接影响排矿速度。大山厂半自磨机原排料端采用直形格子板及矿浆提升器［3］，见图1。在磨机运转过程中，矿浆和顽石在提升器内受重力和离心力相互作用，容易聚集及流动缓慢，造成携带及回流现象，在一个排料周期内不能把进入其中的顽石和矿浆全部排空，阻碍新物料进入，使得细矿浆聚集在筒体内中，降低磨矿效率，同时返流还造成排料端磨损，见图2。

图1 原排料端设计图

2.3 半自磨机排矿速度分析

半自磨机排矿速度直接影响着半自磨机的生产状况,而半自磨机功率是反映半自磨机生产状况最关键的表征变量，利用在线秒级实时数据储存及查询分析技术，对半自磨机2015-2017 年功率分布区间进行统计，见图3。

图2 格子板和矿浆提升器底部磨损图

图3 2015-2017 年半自磨机功率区间分布统计图

从图3 可以看出，2015-2017 年半自磨机功率在5500～9000kW 之间呈平均分布，波动范围较大，其中功率8000kW 以上占30.96%，半自磨机在该区间运行造成系统低台效、高能耗，比例较大说明难磨矿对系统整体影响较大［4］。

通过对现场实测及在线实时数据分析，对Φ10.37×5.19m 半自磨机功率与介质、混合充填率关系进行建模，见图4,并通过模拟数据对难磨矿区间的排矿速度进行分析。

图4 半自磨机功率与充填率关系图

难磨矿时半自磨机功率为8000～9000kW，按钢球充填率9%～11%，通过图4 查询混合充填率为30%～40%。按半自磨机有效容积436m3、平均混合充填率35%，介质充填充率10%、堆比重5.0，磨矿浓度82%、系统台效900t/h，计算矿石在半自磨机内平均滞留时间：

矿浆体积V =V混合-V介质=436×0.35-436×0.1×5/7.8=124.65m3

通过上述可计算出，半自磨机混合充填率在35%时，矿石的滞留时间为14.08 min，比小型磨矿磨矿时间6～10 min 及常规磨矿系统磨矿时间8 min左右都要长，说明半自磨系统在处理难磨矿时磨矿时间长、排矿速度慢。

2.4 排矿粒度分析

表1 2015-2017 年半自磨机排矿取样结果 %

从2015-2017 年半自磨机排矿取样数据来看，平均+10mm 含量平均10.10%，顽石量从该部分粒级产生，所以造成顽石量小，而-200 目含量平均超过36.05%，与常规磨矿20%左右相比排矿更细。另外从一段回收对比情况来看，大山常规磨矿系统产品粗选尾矿中120 目以上铜金属流失最大，而半自磨系统产品粗选尾矿中200 目以下铜金属流失最大，说明半自磨部分产品存在过磨现象。

3 排料端优化

3.1 优化设计及模拟分析

针对目前半自磨机排矿速度偏慢，磨矿产品存在过磨的问题，为优化半自磨机排矿速度，提高应对难磨矿的能力，参照同类型矿山半自磨机弧形格子板及提升器应用案例，对大山Φ10.37×5.19m半自磨机排料端重新设计并使用离散元进行模拟分析［5］。

图5 直、弧形格子板对比图

图6 直、弧形矿浆提升器对比图

图7 弧形排料端总体结构

格子板开孔设计参照直形格子板，开孔为两种70mm/25mm，因为提升筋的影响，总开孔面积由原来7.05m2降为6.05m2，开孔率由8.9%降为7.6%。利用DEM 离散元模拟分析弧形与直形排料端排矿速度及返流量对比，发现弧形比直形排矿速度增加1 倍，矿浆返流量减少63%，见图8。

图8 直弧形排提升器返矿量模拟对比图

3.2 工业试验及应用

根据弧形排料端设计及模拟分析结果，对排料端进行改造及应用，改造安装见图9。

弧形排料端前后进行了4 套局部优化试验，试验时间为2018-2019 年，试验期间半自磨机排矿取样平均结果见表2。

图9 弧形排料端整体安装图

表2 2018-2019 年半自磨机排矿取样结果 %

与表1 数据对比来看，改造后半自磨机排矿-200 目含量由36.05%下降到26.25%，+10mm含量由10.10%提高到20.69%。特别是在处理难磨矿时改善非常明显，顽石量显著增加，系统台效较之前可提高50-100t/h，同时减少过磨现象。对改造后半自磨机功率分布进行统计，见图10。

图10 改造后半自磨机功率区间分布统计图

改造前半自磨机功率超过8000kW 占30.96%，而改造后只有4.39%。处理难磨矿时半自磨机功率为7000～7500kW，按目前介质充填率8%，查图4 可得混合充填率为25%左右，通过计算(过程略)可得，目前处理难磨矿石时平均滞留时间为8.81min，属于比较合理的磨矿时间，给合排矿粒级可以判断，应用新型排料端基本解决了半自磨机处理难磨矿问题［6］。

另外，通过同步对顽石破碎机衬板及球磨机球比进行优化，进一步解决下道作业负荷增加的问题，改造前后半自磨系统整体效率上升，生产指标对比见表3。

表3 改造前后半自磨系统指标对比

4 结语

通过改变排料端设计，将直形排料端改为弧形结构，优化半自磨机的排矿速度及粒度组成，达到提高半自磨系统磨矿效率目的。

（1）处理难磨矿时矿石在半自磨机内的滞留时间由14.08 min 下降至8.8 min 排矿-200 目含量由36.05%下降到26.25%，+10mm 含量由10.10%提高到20.69%，排矿速度及粒度得到改善。

（2）解决半自磨系统低台效、高能耗问题。系统平均台效由988.5t/h 提高到1001.9t/h，半自磨机平均运行功率下降1676kW，锻球消耗下降0.027kg/t，经济效益显著。