周東琴，代淑娟，劉建遠(yuǎn)，賀 政

(1. 北京礦冶研究總院 礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628；2. 遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

某銅金礦石碎磨工藝設(shè)計(jì)方案比較

周東琴1，代淑娟2，劉建遠(yuǎn)1，賀 政1

(1. 北京礦冶研究總院 礦物加工科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102628；2. 遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051)

針對(duì)某銅金礦石的性質(zhì)，對(duì)該廠碎磨流程的常規(guī)碎磨工藝和半自磨工藝進(jìn)行了比較。對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種工藝的Morrell粉碎比能耗估算和經(jīng)營費(fèi)用現(xiàn)值都非常接近，基于半自磨工藝的低經(jīng)營成本，結(jié)合選廠的生產(chǎn)實(shí)踐，最終推薦采用半自磨工藝。

碎磨工藝；粉碎比能耗；半自磨工藝；常規(guī)碎磨工藝；方案比較

碎磨流程是選礦設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)問題，它不僅決定基建投資，而且影響生產(chǎn)的穩(wěn)定性[1-2]。根據(jù)礦石性質(zhì)及選廠規(guī)模，一般有中、細(xì)碎+球磨的常規(guī)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)及數(shù)據(jù)庫計(jì)算軟件是由澳大利亞礦物研究專家 Stephen Morrell 博士研發(fā)的關(guān)于礦石破碎磨礦流程的計(jì)算體系，用以對(duì)碎磨流程進(jìn)行優(yōu)化分析。利用此粉碎數(shù)學(xué)模型能耗計(jì)算時(shí)[5-7]，將半自磨機(jī)粉碎試驗(yàn)(SAG Mill Comminution，簡稱SMC試驗(yàn)，可視為標(biāo)準(zhǔn)落重試驗(yàn)的簡化版)計(jì)算結(jié)果中的3個(gè)物料參數(shù)，即：① Min：滾筒式磨機(jī)(包括自磨、半自磨、棒磨和球磨機(jī))粗磨(粒度大于750 μm)的功指數(shù)；②Mih：用于高壓輥磨機(jī)的功指數(shù)；③ Mic：用于傳統(tǒng)破碎機(jī)的功指數(shù)，與另一個(gè)用于滾筒式磨機(jī)細(xì)磨(粒度小于750 μm)的邦德球磨功指數(shù)聯(lián)合，用于計(jì)算選礦廠碎磨流程(可包含自磨機(jī)、半自磨機(jī)、球磨機(jī)、棒磨機(jī)、破碎機(jī)及高壓輥磨機(jī)等設(shè)備)所需的粉碎能耗及各作業(yè)段之間粉碎能耗分配。同時(shí)，通過SMC試驗(yàn)也獲得JKSimMet軟件模擬中此模型的核心參數(shù)，實(shí)現(xiàn)三大工程功能：數(shù)質(zhì)量平衡計(jì)算、工藝流程設(shè)計(jì)與設(shè)備選型、生產(chǎn)流程的優(yōu)化與改造。

從20世紀(jì)50年代開始，半自磨機(jī)與其他磨礦設(shè)備聯(lián)用首先在金屬礦山得到應(yīng)用，尤其是在金礦選廠應(yīng)用的報(bào)道較多[8-12]，F(xiàn)uller公司生產(chǎn)的功率為12 491 kW、規(guī)格為Φ10.97 m×6.25 m半自磨機(jī)在澳大利亞某金礦選廠得到了應(yīng)用[8]；Metso公司生產(chǎn)的由環(huán)形電機(jī)驅(qū)動(dòng)的功率為1 998.48 kW、規(guī)格為Φ11.58 m×7.47 m半自磨機(jī)在巴西SOSSEGO金礦選廠投產(chǎn)[9]；Famel&Thompsow公司生產(chǎn)的功率為13 423 kW、規(guī)格為Φ10.97 m×5.64 m半自磨機(jī)也在美國Phcenix銅金選廠投產(chǎn)[10-12]。經(jīng)過十多年的生產(chǎn)實(shí)踐證明此模型計(jì)算是值得信賴的，特別是在試驗(yàn)礦量受到限制的新建礦山，半自磨工藝已成為國內(nèi)大型選礦廠的主流工藝。本文涉及云南某銅金礦碎磨工藝設(shè)計(jì)，分析探討了兩種碎磨工藝的能耗及經(jīng)濟(jì)效益等差異，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)及模型計(jì)算，確定了適合處理該礦石性質(zhì)的碎磨工藝流程。

1 方案比較采用的基本數(shù)據(jù)

云南北衙金礦選廠目前處理的是地表的鐵金氧化礦，今后計(jì)劃處理地下的原生礦(銅金礦石)。本研究著重考察原生礦處理量為4000t/d時(shí)，采用Morrell經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀?jì)算的“常規(guī)破碎+球磨”和“半自磨+球磨”方案粉碎比能耗。

通過磨礦功指數(shù)測定和半自磨試驗(yàn)，得到落重指數(shù)DWi，并計(jì)算出Mia、Mih和Mic，數(shù)據(jù)見表1。F80為碎磨流程給礦(粗碎產(chǎn)物)的80%通過粒度(其值由前端破碎機(jī)緊邊排礦口尺寸S(一般取值180 mm)和落重指數(shù)DWi估算給礦F80的方法算得到)，F(xiàn)80=0.2·S·(DWi)0.7=138 mm，P80為碎磨流程最終產(chǎn)物的80%通過粒度，T80為滾筒磨機(jī)粗磨與細(xì)磨的過渡粒度，Morrell推薦T80取固定值0.750 mm。模型計(jì)算采用的基本數(shù)據(jù)見表1。

表1 模型計(jì)算采用的基本數(shù)據(jù)

Morrell模型計(jì)算采用式(1)。

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

(1)

式中:Wi為特定能耗(kW·h/t)；Mi為破碎功指數(shù)(kW·h/t)；x2為產(chǎn)品中80%通過的粒度(μm)；x1為給料中80%通過的粒度(μm)；f(xj)計(jì)算采用式(2)。

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

(2)

總比能WT包括各段比能耗之和，計(jì)算采用式(3)。

WT=Wa+Wb+Wc+Wh+Ws

(3)

式中:Wa為粗磨機(jī)比能耗；Wb為細(xì)磨機(jī)比能耗；Wc為常規(guī)破碎比能耗；Wh為高壓輥磨機(jī)比能耗；Ws為修正粒度系數(shù)分布后的比能耗。

1.1 “常規(guī)破碎+球磨”方案處理礦石

兩段(或三段)一閉路碎礦流程的產(chǎn)物作為球磨回路磨礦流程的給礦，球磨回路的產(chǎn)物為最終產(chǎn)物?！俺Ｒ?guī)破碎+球磨”磨礦流程見圖1。

圖1 “常規(guī)破碎+球磨”磨礦流程

一般來說，閉路碎礦產(chǎn)物的80%通過粒度為6.5mm，根據(jù)Morrell模型，常規(guī)破碎機(jī)碎礦比能耗計(jì)算采用式(4)，結(jié)果見式(5)。

Wc=K0×Mic×4×(6 500f(6 500)-F80f(F80))

(4)

(5)

球磨磨機(jī)粗磨比能耗計(jì)算采用式(6)，結(jié)果見式(7)。

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

(6)

(7)

球磨磨機(jī)細(xì)磨比能耗計(jì)算見式(8)，結(jié)果見式(9)。

Wb=Mib×4×(74f(74)-750f(750))

(8)

(9)

球磨機(jī)給礦為破碎機(jī)閉路碎礦產(chǎn)物時(shí)，修正項(xiàng)計(jì)算采用式(10)，結(jié)果見式(11)。

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

(10)

(11)

碎磨流程總比能耗計(jì)算結(jié)果見式(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”方案處理礦石

對(duì)于半自磨回路給礦粒度為250～0mm的粗碎產(chǎn)物，故其P80為138mm。半自磨回路產(chǎn)物進(jìn)入球磨機(jī)，球磨回路的產(chǎn)物為最終產(chǎn)物。“半自磨+球磨”流程如圖2所示。

圖2 “半自磨+球磨”磨礦流程

根據(jù)Morrell模型，球磨磨機(jī)粗磨比能耗計(jì)算結(jié)果見式(13)。

(13)

球磨磨機(jī)細(xì)磨比能耗計(jì)算結(jié)果見式(14)。

(14)

“半自磨+球磨”磨礦流程總比能耗計(jì)算結(jié)果見式(15)。

W=(8.65+13.11)kW·h/t=21.76kW·h/t

(15)

1.3 計(jì)算結(jié)果比較

表2匯總了兩個(gè)流程方案的比能耗計(jì)算結(jié)果。

由表2可以看出，處理礦石時(shí)“半自磨-球磨”方案所需的粉碎比能耗為21.76kW·h/t，比“常規(guī)破碎+球磨”方案高出1.78kW·h/t，“半自磨+球磨”方案比“常規(guī)破碎+球磨”方案粉碎比能耗高9%左右。

表2 兩種流程方案粉碎比能耗估算結(jié)果

2 兩種方案的可比費(fèi)用比較

所需的基礎(chǔ)工藝參數(shù)為：設(shè)計(jì)規(guī)模4 000 t/d；最終磨礦細(xì)度-0.074 mm占80%；現(xiàn)場年工作日314 d，每天3班，每班8 h(粗碎每班6 h)。兩種工藝方案主要設(shè)備費(fèi)用見表3，可比費(fèi)用見表4。

表3 兩種工藝方案主要設(shè)備

1)方案1。半自磨+球磨工藝，可配置一臺(tái)MZS5566半自磨機(jī)用于一次磨礦，兩臺(tái)MQY4370溢流型球磨機(jī)用于二次磨礦，當(dāng)半自磨回路供礦的前端粗碎機(jī)排礦口尺寸180～210 mm，磨礦回路給礦最大粒度250 mm時(shí)，能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求產(chǎn)能。此碎磨工藝流程簡單，設(shè)備數(shù)量少，對(duì)含泥含水多的礦石適應(yīng)性強(qiáng)，生產(chǎn)穩(wěn)定，但單位礦石耗電比常規(guī)流程稍高。

2)方案2。常規(guī)破碎+球磨工藝，其所需的粉碎比能耗、總價(jià)和總功率雖然都要比“半自磨-球磨”方案分別小1.78kW·h/t、200萬元和892 kW，該流程復(fù)雜，設(shè)備較多，設(shè)備維修保養(yǎng)工作量大。兩種方案的生產(chǎn)成本計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 兩種工藝方案的可比費(fèi)用比較

由表4可見，從基礎(chǔ)投資及經(jīng)營成本來看，方案2都優(yōu)于方案1，推薦采用“半自磨+球磨”流程。

3 結(jié)論

1)基于Morrell經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆鬯楸饶芎挠?jì)算結(jié)果表明，“半自磨+球磨”所需的粉碎比能耗比“常規(guī)破碎+球磨”高1.78 kW·h/t，相差9%左右。

2)通過方案比較，推薦采用“半自磨+球磨”碎磨工藝流程。

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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

國家自然科學(xué)基金基金項(xiàng)目資助(編號(hào):51574146)

周東琴(1973-)，女，高級(jí)工程師，博士，主要從礦物加工理論與技術(shù)方面的研究，E-mail:cham1976@163.com。

TD981

A

1004-4051(2017)02-0139-04