陳 沖，張 旺，譚文才

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

眾 所周知，碎磨工藝在選礦廠中占據(jù)十分重要的地位，但它卻是一個高投資、高能耗、高備件消耗的工藝。據(jù)統(tǒng)計，碎磨過程消耗的能量占整個選礦廠總能耗的 50% 以上[1]。隨著礦產(chǎn)資源的不斷消耗，礦石品位不斷降低，大規(guī)模選廠不斷涌現(xiàn)，新的大型設(shè)備和工藝也在不斷發(fā)展完善。SABC 碎磨工藝 (半自磨+球磨+頑石破碎) 已經(jīng)在國外應(yīng)用 30 多年，在國內(nèi)許多大型礦山也都有應(yīng)用，它具有流程簡單、先進可靠、適應(yīng)性強、處理量大及破碎比高等優(yōu)點，但其能耗高，據(jù)統(tǒng)計，SABC 流程較常規(guī)三段一閉路破碎+球磨流程的能耗高 12%～20%[2]。下面就半自磨工藝在某鉬礦的應(yīng)用及半自磨機臺效提升進行分析探討。

1 碎磨工藝介紹

某鉬礦選礦廠于 2015 年 6 月開始帶料試車生產(chǎn)，設(shè)計原礦處理量 2 萬年處理能力 660 萬 t。碎磨工藝采用典型的 SABC 工藝，如圖 1 所示。

圖1 某鉬礦 SABC 碎磨工藝Fig.1 SABC comminution process in a molybdenum mine

采用 SABC 碎磨工藝粗碎后產(chǎn)品 (≤250 mm) 通過板式給礦機給到長距離帶式輸送機上，然后運至選礦廠的 2 個粗礦倉進行貯存。粗礦倉有效容量為 2 萬t，用于調(diào)節(jié)選礦廠與采礦生產(chǎn)的不均衡性。

粗礦倉下設(shè) 8 臺 1 500 mm×4 500 mm 重板給礦機向 1 號帶式輸送機給礦，然后由 2 號帶式輸送機向 1 臺半自磨機供礦，半自磨機裝機功率 2×5 586 kW。半自磨機排礦經(jīng)直線振動篩分級，篩下產(chǎn)物進入礦漿池，篩上產(chǎn)物通過 3 號和 4 號帶式輸送機輸送至頑石破碎廠房頑石倉。頑石破碎采用 2 臺 HP400 圓錐破碎機，破碎產(chǎn)品通過 5 號帶式輸送機輸送至 2 號帶式輸送機返回半自磨機。直線振動篩篩下產(chǎn)品進入礦漿池，通過 2 臺 550NZJA-MR 渣漿泵揚送至 2 組水力旋流器組，旋流器沉砂給入 1 臺溢流型球磨機，旋流器溢流自流到選別系統(tǒng)攪拌槽，最終磨礦細(xì)度 -0.074 mm含量約為 60%。

2 碎磨工藝問題分析

從試車開始半自磨機運行一直不穩(wěn)定，由于對半自磨機操作缺乏經(jīng)驗，系統(tǒng)給料粒度波動大，半自磨機漲肚、襯板斷裂情況時有發(fā)生，運轉(zhuǎn)率較低，臺效不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響了選礦廠的生產(chǎn)。

2.1 半自磨機漲肚過程判斷分析

關(guān)于半自磨機漲肚的判斷，傳統(tǒng)方法主要以聽聲音為主，聲音沉悶，表明物料在磨機中堆積，預(yù)示著即將漲肚或者已經(jīng)漲肚。隨著大型設(shè)備檢測技術(shù)的發(fā)展，許多運行參數(shù)得以在線測量，用于實時判斷設(shè)備運行狀態(tài)，例如磨音裝置。由于此現(xiàn)場未安裝磨音系統(tǒng)，主要依靠半自磨機運行壓力 (軸承油壓) 和運行功率對其運行狀態(tài)進行判斷分析。

典型的半自磨機漲肚過程如圖 2 所示。在漲肚剛開始時，半自磨功率和壓力同步上升，直到功率增大到某個值 (11 000 kW) 后突然出現(xiàn)下降，此時壓力繼續(xù)上升。功率下降的速度越快，壓力上升的速度越快，半自磨機內(nèi)部物料不斷累積，綜合充填率過高，無法正常磨礦，直至出現(xiàn)下料口堵塞，此時半自磨功率值最小，壓力值最大。立即停止給料，半自磨機功率上升，壓力下降，說明半自磨機恢復(fù)磨礦作業(yè)。

圖2 漲肚過程中功率和壓力變化趨勢Fig.2 Variation trend of power and pressure during swelling process

同時可以發(fā)現(xiàn)，磨機在較高的功率下運行，雖然可以實現(xiàn)較高的處理能力，但是這種情況極易出現(xiàn)漲肚。漲肚對磨礦效率造成很大影響，從漲肚停礦到恢復(fù)正常給礦大約需要 1～2 h，影響班臺效以上，所以對漲肚過程進行提前判斷十分必要。

2.2 頑石返回對半自磨機運行的影響分析

半自磨機在運行過程中會產(chǎn)生一些頑石，也叫難磨粒子或臨界粒子，其粒徑一般在 25～70 mm，隨著礦漿一起從排料端排出，經(jīng)過振動篩分級，篩上產(chǎn)品即頑石。這種粒徑的礦石不具備介質(zhì)的作用，同時又需要更大的礦石或鋼球撞擊才能使其破碎，因而在半自磨機中的可磨度較差，不斷積累而占用半自磨機的有效體積，造成半自磨機生產(chǎn)效率降低、能耗上升，對于硬度較大的礦石更為明顯?，F(xiàn)場通過圓錐破碎機對頑石進行破碎，然后返回半自磨機，由于除鐵效果不好，造成圓錐破碎機頻繁過鐵，對破碎機造成很大傷害。為了解決這一問題，不得不放大排礦口尺寸，頑石破碎機失去破碎效果，頑石返回半自磨機，給半自磨機造成更大的負(fù)擔(dān)。

半自磨機功率和壓力、頑石返回量和排出量對比如圖 3 所示，在半自磨機新給礦量保持不變的情況下，分析頑石返回對半自磨機運行的影響。

圖3 頑石返回對半自磨機運行的影響Fig.3 Inf luence of pebble return on operation of semi-autogenous grinding mill

由圖 3 可以看出：在新給礦量和頑石返回量基本不變的情況下，半自磨機功率和壓力逐漸上升，頑石排出量先維持在隨著物料的積累，頑石排出量突然增大至左右，隨后進入漲肚形成階段，頑石排出量大幅下降；頑石的排出量比頑石返回量少左右，說明頑石在半自磨中累積，同時新給礦中也在不斷產(chǎn)生新的頑石，兩者共同作用造成半自磨機綜合充填率不斷增大，壓力持續(xù)上升，功率出現(xiàn)下降。頑石的積累不斷惡化磨礦效果，只有通過減礦甚至停礦，才能使半自磨機恢復(fù)正常狀態(tài)，這對半自磨機臺效造成很大的影響。

2.3 半自磨機襯板斷裂問題分析

半自磨機襯板斷裂情況在現(xiàn)場時有發(fā)生，嚴(yán)重影響其運行的穩(wěn)定性，其運轉(zhuǎn)率一直維持在 70% 左右。圖 4 反映了半自磨筒體襯板和排料格子板的斷裂情況。筒體襯板斷裂導(dǎo)致襯板掉塊，筒體漏漿，塊狀襯板隨筒體一起運動，對筒體襯板造成更大的磨損，導(dǎo)致格子板肋條斷裂，造成大量鋼球排出。

分析其原因，主要有 3 個方面：

(1) 襯板質(zhì)量原因 由于現(xiàn)場采用第三方襯板，且先后更換過數(shù)家襯板，其質(zhì)量無法保證，襯板斷裂現(xiàn)象時有發(fā)生。為了提高襯板使用壽命，現(xiàn)場主要采用增加提升條高度、提高格子板肋條強度等措施。

圖4 半自磨機襯板斷裂情況Fig.4 Fracture of liner of semi-autogenous grinding mill

(2) 礦石性質(zhì)原因 由于礦石性質(zhì)多變，硬度變化大，在礦石粒度偏大的情況下，采用直徑更大的鋼球會對襯板造成更大的沖擊，使襯板磨損嚴(yán)重?，F(xiàn)場主要采用穩(wěn)定給礦性質(zhì)、減少給礦大塊含量的方法來解決。

(3) 人工操作原因 由于操作人員水平有限，半自磨機運行穩(wěn)定性較差，現(xiàn)場未安裝磨音系統(tǒng)，靠人工判斷磨機內(nèi)部充填情況；供料系統(tǒng)故障較多，造成供料中斷，更加大了鋼球?qū)σr板的沖擊，特別是在半自磨機內(nèi)部混合填充率低的情況下。針對這種情況，主要通過加強操作人員培訓(xùn)，解決供料系統(tǒng)的問題，以保證半自磨機運行穩(wěn)定。

3 半自磨機臺效優(yōu)化措施及效果

為了實現(xiàn)最終達(dá)產(chǎn)目標(biāo)，選廠針對半自磨工藝中存在的問題，以提高半自磨機臺效為目標(biāo)，采取了多種措施，最終取得了較好的效果，同時積累了寶貴的現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。

3.1 半自磨機臺效優(yōu)化措施

(1) 控制半自磨機給料粒度 露天采礦汽車運輸?shù)V石至旋回破碎機，由于給料粒度偏大，旋回破碎機排料直接進入半自磨機，導(dǎo)致半自磨機的給礦粒度偏粗，甚至有大塊礦石堵塞下礦口的情況。主要控制措施為優(yōu)化爆破效果，通過調(diào)整孔網(wǎng)參數(shù)、降低充填高度、增加單孔裝藥量、提高藥柱高度、改善爆孔藥量分布等措施，使原礦中粉礦含量增多，大塊減少，以滿足半自磨機給料粒度≤250 mm 的要求。

(2) 提高半自磨機排礦效果 半自磨機通過格子板進行排礦，排礦格子板 (俗稱頑石窗) 分為兩種：一種格間距為 25～30 mm，另外一種格間距為 70～75 mm。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，隨著格子板受沖擊變形，窄間距格子板間距逐漸縮小，可至 10 mm 以下，嚴(yán)重影響合格粒度產(chǎn)品的排出。對此，將頑石窗占比從 25%提高至 50%，通過提高頑石窗比例來增加排礦口的面積，從而提高其排礦效果和半自磨機臺效。

(3) 提高半自磨機排礦粒度 頑石窗數(shù)目增加后，頑石排量明顯增加，而頑石破碎效果差，造成大量頑石返回，進而影響半自磨機臺效，同時發(fā)現(xiàn)球磨機能力有富余，所以采取擴大振動篩篩孔尺寸的措施，提高半自磨機排礦粒度。將直線振動篩的篩孔由10 mm×30 mm 調(diào)整為 15 mm×30 mm，將一部分的頑石分給球磨機處理，減少頑石的循環(huán)量，對半自磨機臺效的提高效果顯著。

(4) 優(yōu)化鋼球充填率與添加方式 設(shè)計書上標(biāo)明半自磨機的鋼球充填率在 8%～12%。試生產(chǎn)期間，半自磨機鋼球充填率一直保持在 9%～12%，但臺效一直較低。鋼球按照 1 天 2 次定時定量添加，后來經(jīng)過不斷摸索實踐，最終確定鋼球充填率 13%，綜合充填率在 25%～30%，并采用區(qū)間加球法，根據(jù)半自磨運行功率、軸承壓力等不定時加球，鋼耗、電耗出現(xiàn)下降，半自磨機臺效明顯提升。

3.2 優(yōu)化效果

經(jīng)過不斷調(diào)試和優(yōu)化，半自磨機臺效逐步提升，運行逐步穩(wěn)定，筆者認(rèn)為主要原因是給料粒度降低，粉礦率提高，這也是“多碎少磨”思想的體現(xiàn)。半自磨機臺效和運轉(zhuǎn)率逐年提升，目前已經(jīng)實現(xiàn)設(shè)計要求并超產(chǎn)。

4 結(jié)語與展望

半自磨工藝處理量大，工藝流程簡單，在國內(nèi)大型礦山應(yīng)用廣泛，但是同時又有許多缺點。其運行受多種因素影響，如給料粒度、硬度、頑石返回率以及其他操作因素，半自磨機漲肚現(xiàn)象、襯板碎裂情況時有發(fā)生。該鉬礦目前雖然已經(jīng)達(dá)產(chǎn)甚至超產(chǎn)，但仍然存在諸多問題，筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾個方面進行改進。

(1) 提高半自磨機運行穩(wěn)定性，保證半自磨機運轉(zhuǎn)率 雖然半自磨機運轉(zhuǎn)率已經(jīng)有了很大提高，但仍然不穩(wěn)定，與國外半自磨工藝以及傳統(tǒng)的破碎磨礦工藝相比，運轉(zhuǎn)率仍然偏低?？赏ㄟ^提高襯板使用壽命，加強設(shè)備管理、設(shè)備故障診斷和預(yù)測性維修等措施，保證半自磨機運行穩(wěn)定。

(2) 恢復(fù)頑石破碎功能 頑石返回對半自磨機臺效造成很大影響，同時也給其運行帶來了不穩(wěn)定性。文獻 [3]指出用高壓輥磨機進行頑石破碎，可以大大降低其破碎粒度，甚至可以直接進入球磨機再磨，但是實現(xiàn)這些功能的前提是升級除鐵系統(tǒng)，解決進料過鐵的問題。

(3) 完善半自磨機智能化控制 現(xiàn)場磨機雖然配備了先進的專家系統(tǒng)，但前期一直未投入使用，目前仍在調(diào)試中，還存在諸多問題。國外很多大型半自磨機已經(jīng)實現(xiàn)了智能化、無人化控制，在鋼耗、電耗最低的情況下，實現(xiàn)了處理量最大化。半自磨機智能控制以保證其負(fù)荷穩(wěn)定為前提，通過自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及給礦量、給水量，使磨機在最佳狀態(tài)下運行，實現(xiàn)產(chǎn)品粒度穩(wěn)定、處理量最大和能耗最低。