硬岩破碎机对单级自磨过程的影响

为了研究硬岩破碎机运行效果对澳大利亚某铁矿单级自磨过程的影响，通过分析现场数据，结合国内外学者的研究成果，认为当硬岩破碎机运行效果较差时，硬岩的“携带”和“回流”现象加剧了自磨机出料端硬岩的“滞留”现象，导致自磨系统运行不稳定，从而限制了其能力。同时，结合现场运行情况，提出了相应的改进措施。

经过近60年的发展和探索，自磨/半自磨技术已经逐渐发展成为一项成熟的技术。不仅设备规格逐渐放大，研磨工艺也逐渐多样化。单级自磨工艺具有工艺简单、投资成本低、便于后期生产升级等优点，近年来在世界范围内逐渐得到应用。但由于该工艺应用较少，且有失败的案例，选择该工艺有风险。但随着半自磨机应用技术的逐渐成熟，单级自磨机工艺的应用有了很大的提高。目前应用较好的矿山有澳大利亚奥林匹克坝铜矿、南非恩科马蒂镍矿、瑞典艾提克铜矿和西澳大利亚某铁矿。对于有硬岩破碎作业的单级自磨流程，硬岩破碎机的作业效果决定了返回自磨机的硬岩产品的粒度。因此，如果硬岩破碎机的运行效果达不到预期，硬岩就会在自磨过程中不断循环堆积。

00-1010西澳某铁矿设计规模8400万t/a，6条生产线，采用单段自磨工艺，由自磨机、硬岩破碎机、振动筛和水力旋流器组成。流程如图1所示。主要设备规格(一、二号线)为12.2m11m(F/F/F)自磨机、CH880圆锥破碎机(1用1备)、SLO3673WX香蕉筛、gMAX33-20-3225旋风机组。在运行过程中，自磨机的负荷和运行功率将不断增加。研究表明，这种现象是由于自磨机返砂率高(硬岩返砂和旋流器底砂之和约为350%)，导致新给料中大块矿石比例降低。另外，碎石机的产品粒度也没有达到设计值。根据现场运行数据，讨论了单级自磨系统中硬岩破碎机运行效果的影响。

图1西澳大利亚铁矿项目的工艺流程

图1西澳大利亚某铁矿选矿厂工艺流程

00-1010现场(1、2线)自磨机闭路流程存在硬岩破碎机能力不足的问题，即自磨机产生的硬岩量大于硬岩破碎机的有效处理量；因此，为了保证生产能力，往往将硬岩破碎机的CSS调整到足够大(30 mm左右)，形成硬岩破碎机的“短路”，以保证硬岩料仓的料位在安全值范围内。硬岩仓料位降低后，调整到正常工作范围(15 mm左右)，充分发挥硬岩破碎机的破碎效果。

图2 ~ 4为自磨过程中，硬岩破碎机紧边出料口对自磨机、硬岩破碎机和分级旋流器运行参数的影响。所有操作参数来自同一时间段，操作时间为12 h，从图2 ~ 4可以得出以下结论：

图2硬岩破碎机出料口与自磨机排出硬岩量的关系

图2卵石破碎机出料口宽度与银磨产量的关系

图3硬岩破碎机近侧出料口与一级旋风分离器给料浓度的关系

图3卵石破碎机出料口宽度与一级水力旋流器给料密度的关系

(2)当硬岩破碎机近侧出口变大，即自磨机给料的硬岩量变大时，自磨机产生的硬岩量和旋流器的给料浓度均呈下降趋势。现场粉磨过程运行时(数据采集期间)，只有自磨机的浆池有补充水，以保持浆池液位稳定。第一个旋流器给浆量基本稳定，通过调整补充水量降低旋流器给浆浓度，可以计算减少振动筛下的浆量。

(3)当硬岩破碎机的紧边出料口变大时，自磨机的负荷和运行功率会随着出料口的宽度而增加，而保持新的给料量和自磨机的转速基本不变。

自磨机的出料包括振动筛网上的产品(即硬石)和振动筛网下的产品。当自磨机给料的硬石量增加时，自磨机产生的硬石量和筛下的矿浆流量减少，因此自磨机的矿浆排出量也减少。由于新的给料量和自磨机的转速基本不变，但自磨机的排浆量减少，说明硬石和矿浆排出受阻，增加了自磨机的负荷，因此自磨机的运行功率也会相应增加。

1 西澳某铁矿项目简介

3.1 原因分析

如上所述，硬岩给料量的增加导致自磨机中硬岩和矿浆的排出受阻。当磨机转速不变或变化不大时，自磨机的出料速度受提浆机的影响很大。研究表明，当矿浆通过布风板，经提浆器进入出料空心轴时，会发生矿浆“回流”和“携带”现象。采用单级自磨工艺时，磨机转速越高，这两种现象越明显。

国外有学者通过DEM模拟技术表明，与矿浆“回流”和“夹带”现象类似，在含有硬质石块的破碎机自磨或半自磨过程中，也会出现硬质石块的“夹带”、“回流”、“滞留”现象。

图5显示了矿浆提升器中坚硬岩石状态的DEM模拟。磨机转动一圈后，提浆机中的硬石并没有全部进入出料端的空心轴，出现“携带”现象(见图5(a))。这一现象已被现场半自磨机紧急停机试验所证实。当提浆器从6点钟开始逆时针方向运动时，格栅板与出料空心轴的夹角约为75，所以通过格栅板孔进入提浆器的硬石会随着磨机的转动而“回流”，如图5(b)所示。9点以后，提浆机内的硬石没有完全进入出料空心轴，出现“搬运”现象，然后进入下一个圆周运动。当磨机旋转到6点钟时，它到达了提浆机的底部，并占据了一定的体积空间。当提浆机开始新的圆周运动时，阻碍了矿浆和硬石进入提浆机，造成硬石在提浆机底部堆积，出现硬石“停滞”现象。

图5自磨机提浆器内石子状态图5 ag磨机提浆器内卵石状态

在这种铁矿石自磨系统中，由于能力不足，硬岩破碎机的破碎效果并不理想，因此破碎后的硬岩仍然具有较大的粒度和大量的矿石。硬岩的“携带”和“回流”加剧了“滞留”现象，导致自磨机中硬岩和矿浆的排出受阻，即排出率降低；因此，需要频繁改变工艺参数，如新给料量、磨机速度和硬岩破碎机的出口宽度，导致自磨系统甚至整个选矿厂的运行不稳定。

3.2 对自磨工艺的影响

硬石破碎机对自磨过程的影响如图6所示。当硬岩破碎机的能力不足时，硬岩筒仓的料位会迅速上升。通过扩大硬岩破碎机封闭侧的出口，可以增加硬岩破碎机的能力，从而快速降低硬岩料仓的料位。从图2可以看出，当硬岩破碎机的出口增加时，自磨机的硬岩产量会减少。如果其它工艺参数变化不大，自磨机的运行负荷和功率会逐渐增加。当自磨机的负荷或功率接近设定的安全值时，通过提高自磨机的转速，减少自磨过程的新进料量，使自磨机的运行负荷降至正常范围；当自磨机运行负荷稳定时，为了保证选矿厂的产能，需要增加新的给矿量，并减少破碎机的紧边出料口，以充分发挥破碎效果，从而保证破碎后的矿石粒度达到设计值。随着自磨机新给料量的增加，当过程趋于基本稳定，且自磨机产量大于巨石破碎机产量时，进入下一个循环。因此，如果硬岩破碎机的运行效果不好，就会制约自磨系统的能力。

图6硬石破碎机对自磨过程的影响

图6卵石破碎机性能对研磨过程的影响

00-1010如上所述，硬岩破碎机运行效果不佳会影响整个自磨过程的稳定性，笔者提出以下建议：

(1)硬岩破碎机采用中细腔式，由于自磨机排出的硬岩坚硬，运行时硬岩破碎机紧边出料口宽度小于设计值，降低了硬岩破碎机的能力；因此，建议对圆锥破碎机的腔体形状进行优化，以提高圆锥破碎机的能力和破碎效果。

(2)由于现场特殊原因，自磨机进料端不加水。经计算，自磨机在此期间的工作浓度约为81%；因此，建议在进料端添加补充水，以提高自磨机中的浆料流速和出料速度。

(3)自磨机中的矿浆和硬石通过提浆机输送到出料空心轴，从磨机中排出。当出料端的硬石“停留”，出料速度下降时，可能与提浆机提升能力不足有关；因此，建议采用离散元法等方法分析验证提浆机的提升能力，并对其结构进行优化和改进。

00-1010通过分析西澳某铁矿单段自磨工艺的现场运行数据，结合国内外学者对自磨机出料端的研究成果，探讨了硬岩破碎机对该铁矿自磨工艺的影响及其内在原因，得出以下结论：

(1)当硬岩破碎机的出料口较大时，即进入自磨机的硬岩量增加，硬岩粒径较大时，硬岩的“携带”和“回流”加剧了“滞留”现象，导致自磨机内硬岩和矿浆的排出受阻，自磨机的总填充率增加，从而影响自磨系统的能力。

(2)由于硬岩破碎机的能力不足，为了保证流程和系统能力的正常运行，需要反复调整自磨流程的新给料量、自磨机转速和硬岩破碎机的出料口宽度，导致整个磨矿流程运行不稳定。

(3)建议通过优化碎石机腔体形状、调整自磨机工作浓度和优化自磨机出料端提浆机容量来优化自磨系统容量。

引用格式：

[1]王璋，祖雷达。硬岩破碎机对单级自磨过程的影响。[J]。采矿机械，2016，44 (6) 336044-47