康懷斌 顏江淵 伍紅強 肖慶飛 高 明 李沛原 高德水

（1.銅陵有色集團控股有限公司冬瓜山銅礦；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；3.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)院；4.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室）

20 世紀30 年代第1 臺濕式自磨機問世，到1960年使用自磨機因處理量無法達標，在自磨機中添加少量的鋼球形成了半自磨。20 世紀80 年代后，隨著半自磨裝備和工藝技術(shù)的成熟，半自磨工藝在國內(nèi)外得到了廣泛運用，相較常規(guī)磨礦工藝，半自磨工藝有基建投資低、利用設(shè)備大型化、單位磨礦成本低、流程短、勞動力需求少等優(yōu)點［1-3］。

冬瓜山選礦廠投產(chǎn)初期，半自磨系統(tǒng)存在一系列問題：①處理量低，臺效僅270 t/h；②返砂粒度小，最大粒徑20 mm，-74 μm 含量50%，過粉碎嚴重；③負荷高，平均臺效270 t/h，電機功率達4 200 kW左右，磨礦能耗偏高；④鋼球砸襯板現(xiàn)象嚴重，強度大、頻率高，襯板使用壽命短、成本高。為實現(xiàn)半自磨達產(chǎn)目標，先后通過調(diào)整筒體襯板外形、格子板開孔尺寸、補加鋼球球徑及充填率等手段，使半自磨機處理能力達到設(shè)計產(chǎn)能，提高了半自磨機處理能力［4-6］。

生產(chǎn)中半自磨機最終補加φ200 mm 鋼球，雖然處理能力達到生產(chǎn)要求，但鋼球砸襯板現(xiàn)象嚴重，筒體襯板壽命縮短至2.5 個月，半自磨機能耗高、球耗高，半自磨機產(chǎn)品中過粉碎粒級含量高，因襯板碎裂導(dǎo)致半自磨機筒體螺栓孔變形嚴重，為達產(chǎn)達標和SAB磨礦系統(tǒng)的提質(zhì)增效，冬瓜山銅礦進行了一系列的工藝參數(shù)優(yōu)化研究和實踐。

1 冬瓜山銅礦SAB磨礦工藝

冬瓜山銅礦1.3 萬t/d 的半自磨系統(tǒng)于2004 年投產(chǎn)使用，半自磨系統(tǒng)采用半自磨+球磨的SAB 磨礦流程，主要設(shè)備為1臺φ8.53 m×3.96 m 半自磨機和2臺φ5.03 m×8.3 m 溢流型球磨機。半自磨排礦端連接圓筒篩進行篩分，篩上物直接返回半自磨，篩下產(chǎn)品進入2組6-φ660 mm旋流器分級系統(tǒng)，分級沉砂分別進入2 臺球磨機再磨，分級溢流進入浮選系統(tǒng)，工藝設(shè)備聯(lián)系見圖1。

2 半自磨機筒體襯板優(yōu)化實踐

根據(jù)磨機中鋼球運動規(guī)律，半自磨機在運轉(zhuǎn)時，鋼球被提升條提高到某一高度瀉落或拋落，進而以一定的速度對待磨物料產(chǎn)生沖擊、研磨而粉碎物料，如果鋼球落點過高或過低，都會影響磨機工作效率［7］。為此，對半自磨機筒體襯板進行了一系列改型優(yōu)化。

2.1 提升條安裝方式

冬瓜山半自磨機筒體襯板為高-低-高的聯(lián)合形式布置，通過對半自磨機內(nèi)物料及鋼球運動軌跡仿真研究，發(fā)現(xiàn)存在鋼球沖擊襯板的情況，從而降低了磨礦效率并造成了襯板的過早損壞。依據(jù)半自磨機現(xiàn)場運行參數(shù)設(shè)定進行仿真分析，繪制碰撞區(qū)顆?？倓幽茏兓厔萸€（圖2），結(jié)果顯示碰撞區(qū)能量分別在63 組取得峰值，說明現(xiàn)有襯板組數(shù)56 組不是最優(yōu)。

根據(jù)澳大利亞Conveyor Dynamics Inc 公司2003年為紐克雷斯特礦業(yè)改進的襯板，減少提升條組數(shù)可減緩夾持現(xiàn)象。因為提升條組數(shù)減少，提升條間的間隙加大，夾持現(xiàn)象減緩，并提高了提升條之間物料的容納量，有利于物料的提升［8］。根據(jù)上述分析，采用背向重疊襯板安裝形式（圖3），相對冬瓜山現(xiàn)有襯板安裝形式襯板數(shù)量不變，提升條組數(shù)由56 組變?yōu)?8組。

2.2 提升條高度

依據(jù)半自磨機現(xiàn)場運行參數(shù)設(shè)定進行仿真分析，提取碰撞區(qū)顆?？倓幽芊植记闆r作為評價標準，當組數(shù)為28 組，高為255 mm 時，提升條角度為25°或29°時，碰撞區(qū)顆?？倓幽茏畲螅▓D4）。

2.3 筒體襯板面角

筒體襯板面角是決定鋼球運行軌跡的關(guān)鍵因素之一，面角越小，鋼球被提升的越高，鋼球撞擊襯板的概率就越大［9］。由此可見，合理的筒體襯板面角既有利于最大化地實現(xiàn)鋼球的沖擊破碎效果，又能有效避免鋼球?qū)σr板的沖擊磨損。通過分析碰撞區(qū)顆?？倓幽茈S角度變化的趨勢（圖5），得出采用背向重疊襯板提升條組數(shù)28、高度255 mm 及角度29°時結(jié)果最優(yōu)。

2.4 筒體襯板優(yōu)化后現(xiàn)場使用情況

使用優(yōu)化后的筒體襯板，同步將半自磨機補加鋼球球徑由φ200 mm 降至φ150 mm，半自磨機運行情況見表1。

由表1 可知，當半自磨機處理能力穩(wěn)定在545 t/h的情況下，半自磨機補加鋼球球徑由200 mm 減小到150 mm，有效降低了鋼球砸襯板的情況，半自磨機筒體襯板使用壽命由優(yōu)化前的2.5 個月提高到5.5 個月，同時鋼球單耗由0.792 kg/t降低到0.608 kg/t，有效降低了磨礦生產(chǎn)成本。

3 半自磨機出料端襯板優(yōu)化實踐

半自磨機的出料端主要由礦漿提升器與格子板組成，其中礦漿提升器實現(xiàn)提料與排料，格子板的作用是篩分鋼球和大粒徑礦石，使合格產(chǎn)品從磨機內(nèi)部進入礦漿提升器的槽腔內(nèi)。冬瓜山原出料端是直形結(jié)構(gòu)的格子板-提升器，進入提升器內(nèi)的礦漿不能及時排出、返礦量大，從而導(dǎo)致磨機內(nèi)大量頑石、殘球及部分合格粒級礦石未能及時排出，導(dǎo)致磨礦效率下降。同時，提升器內(nèi)的返礦也加大了提升器的磨損及功率消耗，特別是礦石難磨時，排礦效率低的弊端尤為明顯，未能及時排出的頑石和礦漿使磨機充填率快速上升，從而導(dǎo)致半自磨機功率升高，影響處理量［10-11］。

3.1 弧形格子板-提升器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過計算機仿真模擬物料在半自磨機直形與弧形出料端的運行軌跡和排礦效率，發(fā)現(xiàn)半自磨機在同樣轉(zhuǎn)動一圈的情況下，弧形結(jié)構(gòu)出料端的起始排礦時間更早，結(jié)束排礦時間與直形一致。因此，弧形結(jié)構(gòu)具有更長的排礦時間，可有效提高排礦效率。

3.2 弧形格子板-提升器生產(chǎn)實踐

保持出料端內(nèi)圈襯板、中圈襯板不變，把外圈提升器和格子板的結(jié)構(gòu)由直形改為弧形結(jié)構(gòu)。其中，外圈提升器弧度通過離散元模擬分析定型，改進前后外圈提升器與格子板結(jié)果見圖6。

在格子板-提升器結(jié)構(gòu)優(yōu)化為弧形后，根據(jù)半自磨返砂量和圓筒篩篩下粒度檢測情況，考慮到頑石和小鋼球?qū)︻B石窗的堵塞情況，對頑石窗進行了優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化前后開孔面積見表2，調(diào)整前后頑石窗結(jié)構(gòu)見圖7。

弧形出料端襯板安裝前后，對半自磨機運行情況進行跟蹤統(tǒng)計，見表3。半自磨出料端襯板優(yōu)化后，半自磨機臺效增加至560 t/h，半自磨機運行功率降低150 kW/h，鋼球單耗降低2.3%，有效降低了半自磨機的能耗和鋼耗，但半自磨排料-74 μm 含量降低了2.3個百分點。

4 半自磨機降低鋼球球徑的生產(chǎn)實踐

半自磨機在使用φ150 mm 直徑鋼球時，處理能力有富裕。在確保處理能力的基礎(chǔ)上，為進一步降低半自磨機運行功率和鋼球單耗、延長襯板壽命、優(yōu)化半自磨排礦粒度組成以減少過粉碎現(xiàn)象，進行了降低鋼球球徑生產(chǎn)實踐。

根據(jù)中信重工選型數(shù)據(jù)庫計算軟件進行模擬計算（表4），鋼球充填率為14.5%時，電機輸入功率為4 628 kW，半自磨機排料端篩下產(chǎn)品粒度P80為1.69 mm，半自磨機處理能力為542 t/h，即1.3 萬t/d，滿足設(shè)計處理能力。

根據(jù)前期半自磨筒體襯板和出料端襯板優(yōu)化后半自磨能力富裕的情況，進行了設(shè)計補加球徑130 mm 鋼球的逐步替代試驗。試驗對半自磨返砂量、半自磨運行功率、半自磨臺效、鋼球充填率等進行跟蹤，并將鋼球充填率由8%提高至11%，半自磨處理能力達1.3 萬t/d，半自磨鋼球球徑降低后半自磨運行指標見表5。

由表5 可知，半自磨鋼球球徑降低后，在確保半自磨處理量的同時，半自磨運行功率降低250 kW/h，鋼球單耗降低12.46%，半自磨襯板壽命由5個月增至7 個月，在保證襯板壽命5.5 個月的同時實現(xiàn)了襯板的整體更換，有效降低半自磨能耗和鋼耗的同時提高了半自磨開車率，但半自磨排料-74 μm 含量降低了1.4個百分點，半自磨排料粒度變粗。

5 旋流器溢流粒度組成優(yōu)化生產(chǎn)實踐

設(shè)計旋流器溢流-74 μm 含量70%，在筒體襯板優(yōu)化前實際生產(chǎn)中旋流器溢流-74 μm 含量62%～65%，未達到設(shè)計要求。為提高磨礦細度，由昆明理工大學(xué)與冬瓜山銅礦共同進行提高一段磨礦細度研究，將原僅補加φ90 mm 鋼球優(yōu)化為按φ60 mm 與φ40 mm 比例45∶55 補加，旋流器溢流-74 μm 含量從65.33%提高到70.05%，增加了4.20 個百分點，同時磨礦產(chǎn)品粒度組成較以前有了較大改善。

隨著半自磨筒體和出料端襯板優(yōu)化，半自磨排料粒度變粗，同時為進一步優(yōu)化溢流粒度組成，利用礦石與多級配介質(zhì)的能量匹配技術(shù)，進一步優(yōu)化了一段磨礦產(chǎn)品粒度特性，將補加球調(diào)整為φ80 mm、φ60 mm、φ40 mm比例40∶40∶20，優(yōu)化后旋流器溢流-74 μm 從由70.05%提高到73.90%，中間易選級別（10～100 μm）產(chǎn)率提高2.53 個百分點，此外球磨機鋼球單耗降低0.083 kg/t。球磨機磨礦細度優(yōu)化前后球磨機運行參數(shù)見表6。

6 SAB磨礦參數(shù)優(yōu)化后指標

SAB 磨礦工藝參數(shù)優(yōu)化后運行參數(shù)及指標見表7。

由表7可知，通過對冬瓜山銅礦SAB 磨礦一系列參數(shù)優(yōu)化，半自磨機功率降低400 kW/h，半自磨機鋼球單耗降低0.272 kg/t，球磨機鋼球單耗降低0.083 kg/t，鋼球總單耗降低0.355 kg/t，半自磨機筒體襯板壽命由3.5 個月延長至5.5 個月，并實現(xiàn)了半自磨機襯板的整體更換，提高了半自磨機開車率，旋流器溢流-74 μm 含量提高至73.90%，提高了8.3 個百分點，10～100 μm 易選粒級含量增加至63.04%，提高了8.79個百分點。

通過對冬瓜山銅礦SAB 磨礦一系列參數(shù)優(yōu)化，解決了礦山多年處理能力與節(jié)能降耗之間的矛盾；在滿足處理量需求的同時，降低了磨礦能耗和鋼球單耗，延長了襯板壽命，并實現(xiàn)了半自磨襯板的筒體更換。此外，通過SAB 磨礦整體優(yōu)化，提高了磨礦細度并優(yōu)化了粒度組成，為后續(xù)提高選別指標提供了有力支撐。

7 結(jié)語

（1）通過對半自磨機筒體襯板安裝方式、提升高度和襯板面角的優(yōu)化，對半自磨機出料端弧形格子板提升器結(jié)構(gòu)和頑石窗開孔面積等優(yōu)化，將半自磨機補加鋼球球徑從200 mm 降低至130 mm，在不影響半自磨機處理量的同時，半自磨機功率降低400 kW/h，降幅8.51%，半自磨機鋼球單耗降低0.272 kg/t，降幅34.18%，半自磨機筒體襯板壽命由3.5個月延長至5.5個月，并實現(xiàn)了半自磨機襯板的整體更換，提高了半自磨機開車率。

（2）針對磨礦細度不達標及半自磨機排料粒度變粗的生產(chǎn)實際，利用礦石與多級配介質(zhì)的能量匹配技術(shù)優(yōu)化了一段磨礦產(chǎn)品粒度特性，球磨機鋼球單耗降低了0.083 kg/t，旋流器溢流-74 μm 含量提高至73.90%，10～100 μm易選粒級含量增加至63.04%，在提高磨礦細度的同時優(yōu)化了粒度組成，有利于后續(xù)選別指標的提高。

（3）冬瓜山銅礦SAB 磨礦系統(tǒng)提質(zhì)增效生產(chǎn)實踐對提高半自磨工藝技術(shù)和生產(chǎn)管理水平，提高生產(chǎn)效率，降低能源消耗，健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展體系和碳中和具有積極意義。