有色冶金設計與研究bookmark1年12月半自磨機在爐渣選礦中的能耗研究劉國林（銅陵有色金冠銅業分公司，安徽銅陵244000）在對某SAB流程中半自磨機處理閃速熔煉渣項目的設計參數及試生產實際進行分析的基礎上，研究了半自磨機的能耗問題，并從鋼球直徑的選取、礦石粒度的控制兩個方面探討了通過一定的生產控制手段來提高半自磨機的處理量，提高磨礦效率，從而降低能耗的途徑。
半自磨機；能耗；磨礦效率；鋼球直徑；礦石粒度基金項目：江西省科技支撐計劃項目（20132BBG70016）。
破碎和磨礦在選礦工藝中是不可缺少的重要組成部分，其能耗占選礦廠總能耗的2/3左右。傳統的碎磨流程在技術上雖然成熟可靠，但由于礦石破碎比小，導致破碎的段數多、流程長、設備多、操作管理復雜、成本高；且礦石的破碎過程均是以破碎機械的機件直接與堅硬的礦石相接觸，金屬材料消耗大。因此，縮短流程及減少鋼耗成為礦石破碎領域亟待解決的課題。目前自磨、半自磨技術已成為選礦碎磨工藝的發展趨勢，尤其是在銅爐渣選礦工藝中，越來越多的銅渣選礦廠傾向于使用半自磨技術，采用SAB流程。用半自磨機替代常規破碎流程中的中、細碎2臺破碎機，可大大降低破碎的能耗，而將破碎的能耗集中在磨礦中，因此對于半自磨機的能耗研究顯得尤為重要。
半自磨機由自磨機發展而來，既利用礦石間自身進行破碎和研磨，也通過添加較大粒度的鋼球進步破碎和研磨，盡管仍屬于機械破碎法，但在縮短碎磨流程及降低鋼耗方面卻取得了可喜的成果。在生產控制過程中，相對于自磨機和球磨機，影響半自磨機性能的工藝因素更多，其性能的分析研究也較自磨機和球磨機更為復雜。
1原礦性質半自磨機入磨礦石是閃速熔煉爐的爐渣，其性質與入爐原料組成、冶煉工藝、冷卻方式等有密切的關系，這些因素決定了銅渣綜合利用的工藝流程和銅渣資源化的潛在價值。以某項目為例，半自磨機的入磨礦石最大粒度200mm，密度3.8t/m，是經12m的渣包盛裝進行緩冷后破碎形成。通過對該爐渣礦石進行K落重試驗，自磨機/半自磨機參數見表1.表1閃速熔煉渣的自磨機/半自磨機參數參數閃速熔煉渣通過對比，在K已有的礦石數據庫中，該礦石的Axb為72.8，屬于抗沖擊破碎能力軟的范圍；~為0.4，屬于抗磨蝕能力中等硬度的范圍。而抗沖擊破碎能力在―般情況下是隨礦石顆粒尺寸的減小而增加的。
2設計及試生產實際2.1選擇設計選用中信重工的05.8x5.8m半自磨機，處理能000kW.筒體內徑05.8m，筒體長度5.8m，筒體襯板厚度60mm，提升筋分為高筋和低筋，交叉排列，高筋高度185mm，低筋高度155mm，出料格子板孔徑026mm.筒體轉速r/min，進出料主軸承為高壓油托軸承。
2.2試生產實際該項目2013年1月開始試生產，按1：4配比裝0150mm、0120mm的鍛球共60t，鋼球充填率9%，頭際混合充填率為40%，混合密度2.8t/m.至6月份，半自磨機實際平均功耗18kWh/t.7~10月，半自磨機平均功耗15.5kWh/t.11月，半自磨機平均功耗kWh/t.2013年12月~2014年3月，半自磨機平均功耗17.3kWh/t.2014年4月，半自磨機平均功耗13.1kWh/t，屬最低值。目前，爐渣選礦系統的總能耗低于45kWh/t，從生產上來看仍有進一步降低的空間。
3鋼球直徑的選取半自磨機補加的鋼球主要起到增加沖擊破碎的作用，鋼球經過磨損后球徑變小，研磨作用逐漸加強。礦石的沖擊破碎能力只占鋼球的35.3%，而鋼球的沖擊破碎能力占半自磨機的沖擊破碎能力的73.9%，因此，半自磨機的生產能力大小主要決定于鋼球沖擊破碎能力的大小。而鋼球的沖擊破碎能力與球徑立方成正比氣在此理論上，鋼球的直徑越大，其沖擊破碎能力越大。但是在裝球率恒定的情況下，鋼球數量減少，比表面積減少，半自磨機的磨蝕能力減弱，對于破碎后但粒度還不合格的細礦，不能進一步研磨，處理能力反而下降，在生產中表現為“脹肚”。同時，直徑過大的鋼球，雖然與筒體襯板的摩擦減少，但其強大的沖擊破碎能力極易對襯板造成損害，加劇襯板的磨損，尤其是會縮短提升筋的使用壽命。
在該項目中，爐渣礦石抗沖擊破碎能力軟、抗磨蝕能力中等，因此需要提高半自磨機的沖擊破碎能力，快速地將礦石粉碎，進入磨蝕能力更強的球磨機中，合理分配各段磨礦細度，更有利于提高磨機效率，從而降低能耗。綜合考慮，選取與最大入磨礦塊質量相等的鋼球。原礦最大塊度按0200mm礦球計算，選另外，應注意的是鋼球磨損到一定程度后經格子板排出，這部分鍛造鋼球呈“圓餅”狀，般直徑低于50mm，厚度低于20mm，進入磨礦回路返回半自磨機中，沖擊破碎能力和磨蝕能力均較弱，卻占有一部分半自磨機的鋼球充填率，影響半自磨機的效率，這部分排出的鋼球需及時清理。
4礦石粒度的控制在允許范圍內，提高半自磨機混合充填率可提高處理量，達到降低能耗的目的。但在實際生產中，經常出現入磨原礦+100mm粒級的礦塊較少，此時混合充填率越高，半自磨機能耗越高，表現為電流持續上升，最終導致“脹肚”。據國外研究及生產經驗，+100mm粒級物料在磨礦介質中起到非常重要的作用，-60mm（或-80mm，取決于礦石類型）+25mm粒級應該被視作為臨界粒級，它們不參加半自磨機的磨礦過程，并且還會堵塞半自磨機排礦格柵，屬于“難磨粒子”。生產實踐中總結發現，+100mm粒級的入磨礦塊的沖擊破碎能力較大，-60mm粒級礦石的沖擊破碎能力較小，但又需要更多的研磨作用才能磨細，并通過格子板排出。因此，可以認為在半自磨機中+100mm粒級的礦石與鋼球構成“有效”的混合充填率越高，則半自磨機處理能力越大，能耗越低。2013年11月，該廠半自磨機能耗最大，即是因為該時期入磨原礦+100mm粒度的礦石較少，大部分屬于細料。
影響+100mm粒級的礦石含量的主要因素是爐渣本身的性質，入爐原料組成和冶煉工藝從根本上決定了爐渣的理化性質。當其性質“惡化”時，有兩個過程會產成大量的-100mm粒級礦石：1）緩冷結束后倒渣時，與地面沖擊，直接產生散狀細料；2）大塊礦石經顎式破碎機破碎時，會產生大量細料，形成不了+100mm粒級的礦石。在+100mm粒級的礦石含量較少的情況下，可通過一系列的方式，適當提高半自磨機的效率，降低能耗。
4.1延長自然緩冷時間冷卻速度不但對爐渣的結晶和銅相分子聚集長大有著密切的關系，也影響著爐渣的粒度組成。生產實踐發現，自然緩冷時間越長，爐渣中+100mm粒級的礦石含量越高。渣包第一次使用需要烘包，采用盛裝少量爐渣，以完全自然緩冷的方式完成。這種冷卻方式下的爐渣，粒度大、硬度高，難以破碎，倒渣時常常倒出整塊爐渣。在2013年6月之前，自然緩冷時間逐漸從25h減少至8h.2013年7月，因氣溫高，緩冷效果不佳，自然緩冷時間改成1h，持續至10月份，半自磨機處理能力和功耗均正常。自2013年11月開始，爐渣性質改變，氧化率上升，爐渣變脆，渣中+100mm粒級的礦石含量大幅降低，半自磨機處理能力下降，時常出現電流持續升高的脹肚預兆，從而不得不采取降料生產的方式，導致半自磨機能耗升有色冶金設計與研究高，達到19.5kW/t的最高值。12月初，單個渣包的噴淋水量提高到4m3/h以上，自然緩冷時間增加到8h，倒渣后產生的細料明顯減少，入磨原礦中+100mm粒級的礦石含量增加，處理量從11月份的120t/h提高到130t/h，能耗開始下降?？梢?，通過延長自然緩冷時間，在一定程度上可以改善爐渣的韌性，提高+ 100mm粒級的礦石含量。
4.2去除臨界粒子半自磨機的磨蝕能力有限且較低，在相似的工作條件下，磨剝粉碎作用與筒體有效直徑的平方根成正比。如能將半自磨機中難磨的臨界粒子去除，通過合適的方式改變其粒度，則能提高半自磨機的有效混合充填率，充分利用其沖擊破碎能力，減少礦石的研磨功耗，從而提高半自磨機的處理能力，降低單位礦石的能耗。
對于解決半自磨內難磨粒子物料積累的問題，一般是采取將半自磨機排出的難磨粒子物料返回半自磨機或是在經過再破碎后返回自磨機的方法，且有一定的積極作用，但比常規設計并無實質性的優點，尤其是在單位電耗方面。芬蘭奧托昆普的哈里亞瓦爾塔冶煉廠是從原料中去除臨界尺寸的物料，并在給入自磨機前進行破碎分級。采取這種技術后，自磨機在各個方面都優于傳統破碎和球磨技術。而在使用半自磨機處理這種難磨粒子含量多的物料時，可將難磨粒子在進入半自磨機前進行破碎后返回磨蝕能力強的球磨機中，定程度上可提高磨礦系統的處理能力，對于能耗的降低有積極作用。
4.3加速排礦半自磨內粒級合格的礦石，也占有定的混合充填率，加快合格粒級的礦石排出半自磨機，對于半自磨機的處理量的提高及能耗的降低有積極影響。
在生產上可采取降低磨礦濃度和增加格子板排礦口寬度的方式，提高粒級合格的礦漿流速。生產實踐中，半自磨機磨礦濃度從70%降低到65%，其排礦粒度明顯增加。
5結語綜上所述，半自磨機的能耗與其處理能力有直接關系，通過定的生產控制手段來提高半自磨機的處理量，可提高磨礦效率，從而降低能耗。但降低半自磨的能耗，最基本、最有效的方式是選擇最優的設備型號，同時襯板的結構、形式及重量也是影響磨機能耗的重要因素。