曾明 江西铜业集团有限公司德兴铜矿 江西德兴 334224
摘要：分别介绍了单段半自磨流程(SS SAG)、半自磨+球磨流程(SAB)、半自磨+球磨+破碎流程(SABC)在矿山半自磨工艺中的应用情况，同时对这3种半自磨工艺的适用性进行了阐述。SS SAG流程受矿石性质、设计和操作参数影响较大，应用有一定的局限性；SAB、SABC流程对矿石性质的变化适应性较强，应用越来越广泛。随着矿石性质越来越复杂，SS SAG和SAB流程已经不能满足生产需求，SABC工艺流程则成为首选方案。最后总结了半自磨工艺将逐渐朝着国产大型化、智能化方向发展，对今后的矿山工艺流程设计起到一定的借鉴作用。
关键词：半自磨工艺；选矿；现状；发展趋势
中图分类号：TD453 文献标志码：B 文章编号：1001-3954(2021)07-0032-05
碎磨矿作业是矿物选别前的重要一环，其投资约占选矿厂总装机功率50%-60%。因此，在综合考 虑项目的投资成本、效益及运营费用时，碎磨工艺的选择就变得尤为重要。传统的碎磨工艺存在设备多、流程较长、作业环境较差等缺点，而流程相对简单、占地面积小、粉尘少、投资少的半自磨工艺逐渐进入选矿工作者的视野。20世纪50年代以前，国外基本上还是采用以常规的两段破碎或三段破碎+球磨为主的碎磨工艺。随着自动化技术的发展，半白磨工艺成为一些新建或改建的铁矿、铜矿、金矿等金属矿山广泛应用的碎磨工艺。20世纪60年代末，我国在铁矿中开始应用自磨工艺，2000年第一次将半自磨工艺应用在铜陵冬瓜山矿山。2004年之前，半自磨工艺主要应用在小型选厂，2004年之后，在一些新建选厂，尤其是在一些大型选矿厂得到了大规模应用。
1 半自磨机工作原理
自磨机是一种兼有破碎和磨矿功能的破碎设备，主要是利用矿石自身作为磨矿介质，通过冲击和磨剥作用达到粉碎物料的目的。半自磨机是利用自磨机在对矿石物料进行磨矿作业时产生一部分磨矿能力差，而在筒体中加入少量(一般为8%～12%)的钢球，以处理自磨时产生的难磨颗粒(粒径在20～80 mm)，从而提高磨矿效果。半自磨机同球磨机一样，筒体内的钢球介质和矿石物料在离心力和摩擦力的作用下，随着筒体转动被提升到一定的高度后，按一定的线速度形成抛落运动，矿石物料受下落钢球的撞击，以及钢球与钢球之间、钢球与磨机和矿石物料之间的附加压碎和磨剥作用，而达到粉碎物料的目的，被磨碎的合格物料借助水的冲击力送出筒体。随着半自磨机直径的增大，其容积也逐渐增大，钢球抛落得越高，破碎效率也越高，处理量也越大，但同时也会导致矿石物料在半自磨机中停留时间缩短，单位容积处理量下降，增加了半自磨单位能耗。
2 半自磨工艺特点
(1)流程短、易操作、成本低 半自磨工艺流程一般是原矿直接进入半自磨机，或经粗碎后进入半自磨机+球磨机，减少了常规的二、三段破碎和筛分作业，使半自磨流程缩短，简化了工艺流程，同时也减少了常规碎磨流程在处理矿性复杂的矿石时导致的流程不稳定现象。由于工艺流程的简化，且无需设置破碎系统的中细碎、筛分、除尘、带式输送机以及中间缓冲仓等设备及相应厂房，减少了占地面积和基建投资费用，以及材料消耗和人工成本，有效降低了选厂的应用成本。
(2)利于矿物选别 半自磨机主要是以矿石和钢球作为磨矿介质，特别是在处理多金属硫化矿时，矿浆中会产生一定量的Fe2+离子，影响矿物表面的电化学性质，从而改变了矿物的可浮性。
(3)自动化程度高 半自磨机主要以矿石自身和少量的钢球作为磨矿介质，因此易受矿石性质的影响。在实际生产中，为达到一定的磨矿效果，需通过自动控制来调节，特别是在一些大型选厂，单靠人工调节已不能满足生产要求，需要通过在线监测磨机各项工艺参数并及时做出调整，以保证系统的稳定运行。
3 半自磨工艺的应用
目前半自磨工艺主要有：单段半自磨流程(SS SAG)、半自磨+球磨流程(SAB)、半自磨+球磨+破碎流程(SABC)。
3.1 SS SAG 流程
由于SS SAG流程受给矿粒度、磨机长径比、磨机转速、分级回路等因素的影响，选用该流程替代碎磨流程存在一定的风险，目前在国内矿山应用较少。
某铜矿在对碎磨流程进行改造时，要求设计处理量为3330 t/d，产品粒度-74um占90%。根据邦德功指数试验和JK落重试验结果可知，该矿矿石具有较好的破碎性和研磨性，属易碎易磨铜矿。由于处理量较小，且矿石经一段粗碎后含泥量较大，决定采用SS SAG流程替代原有的三段破碎一磨矿流程。经JK 软件模拟和设备选型计算，最终选用Φ5.5 m×3.5m半自磨机，装机功率为1600kW，取得了较好的应用效果。
SS SAG流程不仅仅适用于金属矿，在一些非金属矿山也能达到碎磨的目的。某光卤石矿(KCI·MgCl2·6H2O)矿石硬度低易破碎，采用 SS SAG工艺来简化破碎磨矿流程，采用半自磨一冷结晶一正浮选工艺连续化生产。经采取多项改进措施后，半自磨机处理能力从原来的120 t/d增加至150t/d，磨矿产品粒度得到一定优化，不仅提高了磨矿效率，增加了处理量，同时也大大降低了生产成本。
SS SAG工艺在国外应用比较普遍，尤其是在南非的金矿矿山，在美国、加拿大、澳大利亚等地区的铜矿、镍矿、钼矿和铅锌矿等有色金属矿山经常使用。董节功等人在对刚果某多金属矿项目设计中，要求设计处理量为83.71 t/d，产品粒度P80=106um。通过SMC试验数据可知，该矿属于易磨易碎矿石，结合国内某铜矿已成功应用SS SAG的实例，拟采用SS SAG工艺流程，结合功耗法和数学模型，对半自磨机进行设备选型，根据软件计算结果，最后确定选用Φ5.03 m×3.5 m半自磨机，装机功率为1200kW。
Yanacocha 金矿于2008年12月投产，该矿采用由1台安装功率为16 500 kW的Φ9.75 m ×9.75 m半自磨与一组Φ650 mm-10型旋流器组成的 SS SAG闭路流程，设计处理量为620t/h，产品粒度P80=75um。投产初期，由于受矿石性质变化、磨矿介质、格子板以及分级效率等方面的影响，除产品粒度未达标外，其余指标均已达到设计指标。为提高选厂的处理能力，需增大对产品的粒度要求，经多年的优化改造，该厂处理能力已经超出设计值的30%。总体来说，SS SAG流程在Yanacocha金矿的应用取得了成功。
Tarkwa金矿设计规模为 525 t/h，磨矿产品粒度P80=75~125 um。该矿矿石主要以石英砾岩为主，金赋存在硅化砾岩中，与赤铁矿关系密切，矿石性质较硬。在考虑碎磨工艺时，对 SS SAG工艺与SABC工艺进行了综合对比，比较结果是，虽然SABC流程生产成本低于SS SAG，但在基建投资上高于SS SAG流程。综合各方面考虑，最终选择SS SAG流程。选用装机功率为14000kW的的Φ8.2 m ×12.8 m半自磨机，钢球填充率为18%，循环负荷350%。投产后处理能力超出设计值，磨矿产品粒度P80=75-150um，与设计值相差不大，对金矿回收率无影响，取得了较好的应用效果。
SS SAG流程具有流程短、投资少、操作灵活等特点，在一定条件下是一个较好的选择，但同时也受矿石性质、设计和操作参数影响。随着在国外成功案例的增多，国内也有一部分选厂按照SSSAG流程设计，应用前景广阔。
3.2 SAB 流程
SAB碎磨工艺流程是在 SS SAG 流程的基础上添加1台或几台球磨机构成的闭路碎磨流程，是目前各大矿山比较主流的碎磨工艺之一。
冬瓜山铜矿是我国首次引进半自磨设备，采用SAB碎磨工艺。SAB流程由1台装机功率为4850kW的Φ8.53 m×3.96 m半自磨机和2台功率为3 300kW的Φ5.03 m×8.3 m溢流型球磨机组成，2组Φ660mm旋流器分别与2台球磨机构成闭路循环，半自磨机的给矿粒度为-250 mm，产品粒度P=2.5 mm。
大宝山7000t铜硫选厂SAB流程由1台Φ8.5m×3.8 m半自磨机和1台Φ6.2 m×9.5 m溢流型球磨机构成。由于该厂矿石采矿点较多，矿石性质较复杂，为保证半自磨流程高效稳定生产，对半自磨机筒体衬板、钢球、格子板进行优化后，处理量由原来的7000t提高到9000 t。
通过对国内某大型铜矿矿石属性进行分析，以及通过JK 落重试验对矿石的抗冲击破碎性能测试和Bond功指数试验，可知该矿矿石主要为花岗岩型铜矿石，破碎、研磨难易程度均属于中等水平。碎磨工艺最终采用一段粗碎+半自磨机+球磨机的SAB流程，半自磨机采用中信重工自主研发的Φ11.0 m×5.4m双驱变频磨机，功率为2×6500kW。矿石经粗碎后进入半自磨机，出料经振动筛分级后，筛上顽石直接进入堆浸厂，不返回半自磨机，顽石与半自磨机不构成闭路循环，筛下产品经旋流器分级后与球磨机构成闭路循环系统。该半自磨机于2016年10月投入试运行，经过后期各方面的优化，目前取得了较好的效果。
内蒙古某低品位铜钼矿山，经过对矿石性质的碎磨特性试验，矿石的抗冲击破碎能力和磨蚀能力都属中软范围，顽石的抗冲击破碎能力和磨蚀能力属偏硬范围。该选厂一期处理量为42 000 t/d，SAB 流程采用2台安装功率为6000 kW的国产 Φ8.8 m×4.8m半自磨机和2台功率为6000kW的Φ6.2 m×9.5 m球磨机。2012年二期处理量为42 500t/d，采用1台安装功率为12686 kW的 Φ11.0 m×5.4 m半自磨机和1台功率为17000kW的Φ7.9 m×13.6 m球磨机。杨应林等人在对西部矿业锡铁山铅锌矿进行选矿技术升级改造时，经JK落重试验和球磨功指数以及JK-SimMet软件模拟流程，确定新选厂碎磨流程采用SAB工艺，经多次试验论证，最终选用安装功率为1000 kW的Φ5.0 m×2.5 m半自磨机和功率为1300kW的Φ3.8 m×5.2 m格子型球磨机。
SAB流程不仅适于矿石选矿中，在炉渣选矿中也得到了广泛应用。贵溪冶炼厂炉渣碎磨系统采用SAB流程，经颚式破碎机粗碎后的炉渣给入半自磨机，半自磨机产品进入球磨机进行二段磨矿，分级后最终产品粒度在-45 μm占80%，经一定处理后进入浮选作业。贵冶采用奥托昆普公司生产的安装功率为2000kW的Φ5.2 m×5.2 m半自磨机，以及中信重工生产的 Φ5.03m×8.3m球磨机。西北某铜炉渣选矿厂在对铜炉渣处理时，碎磨流程同样采用SAB工艺，该渣选厂年处理能力在100万t以上，经粗碎后的炉渣给入1台Φ5.8 m×5.8 m半自磨机，产品经直线振动筛分级后，筛下产品经一组旋流器分级后，沉砂返回1台Φ5.5 m×9.5m球磨机，筛上产品返回半自磨机。该渣选厂2012年6月试生产，11月已实现达产达标。
随着SAB碎磨工艺在渣选厂的成功应用，目前在金川集团渣选厂、紫金矿业渣选厂、湖南水口山渣选厂、山东祥光渣选厂都相继采用SAB碎磨工艺，均取得了较好的效果。
3.3 SABC 流程
SABC流程是在SAB流程的基础上增加一套顽石破碎系统，顽石经破碎系统破碎后再返回半自磨机。增加了破碎系统后，减少了半自磨机内难磨粒子的积累，降低了半自磨机的负荷，增强了流程连续性，目前已应用在国内外各大矿山。
德兴铜矿大山选矿厂2.25万t/d半自磨系统采用SABC流程，流程采用1台电动机功率为2×5 586kW的Φ 10.37 m×5.19 m国产半自磨机与1台电动机功率为2×5586kW的Φ 7.32 m×10.68 m型溢流型球磨机。半自磨机产品经2台直线振动筛分级，筛上产品经1台 MP800 型圆锥破碎机破碎后返回半自磨机，筛下产品进入 2 组Φ836-6 旋流器分级，旋流器溢流进入浮选作业，沉砂返回球磨机，球磨机与两组旋流器构成闭路循环。
位于秘鲁的特罗莫克铜矿碎磨工艺同样采用SABC 流程，原矿经 NT 1 500 mm×Φ2 800 mm旋回破碎机破碎后进入 1 台功率为 28 000 kW的Φ12.2m×7.9m半自磨机，半自磨机排料经滚筒筛和双层振动筛分级后，筛上产品由2台XL1100型顽石破碎机破碎后返回半自磨机，筛下产品进入4组762×660mm旋流器分级处理，旋流器溢流进入浮选作业，旋流器沉砂返回2台Φ8.5 m×13.4 m球磨机进行进一步磨矿，球磨机与4组旋流器构成闭路磨矿流程。普朗铜矿一期设计规模40 000t/d，选厂分2个系列，碎磨工艺采用SABC流程，半自磨机型号为Φ9.75 m×4.72 m，Φ6.7 m×11.76 m球磨机与 Φ660 m旋流器组构成闭路磨矿，破碎系统每个系列采用2台HP300圆锥破碎机，分别与半自磨机构成闭路。
SABC流程也常应用在硫化铅锌矿选矿中。杨征和在研究半自磨机在硫化铅锌矿中应用的合理性时，通过实验室JK落重试验、JKSimMet软件模拟试验，最终选择SABC碎磨流程，并对硫化铅锌矿选矿中半自磨机规格进行了设备选型，确定选用1台电动机功率为1250 kW的Φ6.0m×2.6 m半自磨机，2台单机装机功率为1250kW的Φ3.6m×6.0m球磨机，以及1台圆锥破碎机构成SABC流程。并对SABC碎磨流程与常规三段破碎流程方案进行了对比，结果表明，要达到矿石粒度要求，常规三段破碎流程磨矿作业需要进行两段磨矿，而SABC流程仅需采用一段球磨就能达到磨矿要求，因此在硫化铅锌矿中采用SABC流程是合理的。
SABC工艺流程在国外应用较为广泛，已成为比较主流的碎磨工艺之一。澳大利Cadia Hill 铜金矿选厂碎磨工艺采用SABC工艺，破碎工艺由1台Φ12.2 m×6.71 m半自磨机、2台Φ6.71 m×11.1 m球磨机和2台MP1000圆锥破碎机构成。在坦桑尼亚Geita金矿、加拿大 Inmet Troilus金铜矿、Asarco铜矿等选矿厂同样也采用SABC工艺，均取得了较好的效果。
4 结语
国内半自磨工艺是从国外引进，半自磨设备主要都是以进口为主，但随着国内对半自磨工艺的不断探索和创新，对半自磨设备的不断研发，半自磨机已逐渐朝着国产大型化、智能化方向发展。半自磨工艺较常规碎磨流程具有流程短、设备少、投资少、自动化程度高等优点，目前已广泛应用于国内外各大矿山。随着半自磨工艺技术的发展，半磨工艺流程在未来国内外矿山具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 及亚娜，刘 威. 自磨、半自磨设备工艺发展现状及应用实践[J].现代矿业，2015，31(1)：186-188.
[2]JANKOVIC A, DIAZ R. MAMANI H, et al. Diagnosis ofprocess health, its treatreatment and improvement to maximise plant throughput atgoldrields cerro corona [C]// SAG 2015 International Conference on Autogenous and Semiautogenous Grinding Technology, Vancouver,2015: 20-24.
[3]陈文健.半自磨机改造技术探析[J]，中国设备工程，2018(2)：45-46.
[4]应灵灵，球磨机介质运动规律的实验研究[D].昆明：昆明理工大学，2009：21-25.
[5]尤腾胜，谢 昆，单段半自磨工艺及应用[J].中国矿山工程，2015，44(5)：58-61.
[6]姬建钢，董节功，祖大磊，等，国内某铜矿单段半自磨流程的探讨[C]//全国选矿前沿技术与装备大会，昆明，2013：180-184.
[7]梅 雄，王传锋.提高光卤石矿半自磨效率的实践[J].化工矿物与加工，2016，45(10)：65-67.
[8]董节功，姬建钢，祖大磊，等.刚果(布）某多金属矿单段半自磨流程磨矿设备选型分析[J].矿山机械，2015，43(10)：68-73.
[9]BURGER B, VARGAS L, AREVALO H,et al. Yanacocha gold single stage sag mill design, operation, and optimization [C]// SAG 2011, Vancouver, 2011: 127-154.
[10] HOTHERSALL P, NIEKERK C, BARNARD E, et al. Singgle stage SAG milling at the TARKWA gold mine [C]//SAG 2006,Vancouver,2006:1-88.
[11]邓禾淼，冬瓜山铜矿提高半自磨机处理能力的生产实践[J].有色金属(选矿部分)，2010(4)：36-38.
[12]丁声强，冯 宁.大宝山7000t铜硫选厂SAB流程优化实践[J].现代矿业，2019，35(5)：277-278.
[13]刁晓刚，李 卫，王春民，等.大型半自磨机筒体衬板结构优化及应用[J].矿山机械，2020，48(2)：39-44.
[14]张旭普.某金属矿山半自磨机工艺操作及应用[J].世界有色金属，2020(3)：48.
[15]井维和，刘伟，王 越，等.乌山铜钼矿二期SABC碎磨流程设计及生产实践[J] .黄金，2015，36(6)：60-64.
[16]杨应林，魏永玺，石 旭.半自磨工艺在锡铁山技改选厂选型探讨[J].甘肃冶金，2019，41(4)：11-15.
(17)王娟，徐国华、半自磨在贵冶炉渣选矿中的应用实践[J].铜业工程，2016(1)：32-35.
[18]谢杰，江敏.SAB碎磨工艺流程在某铜炉渣选矿应用实践与综合技术改进[J].世界有色金属，2016(24):15-17.
[19] 洪建华.2.25万t/d SABC工艺在德兴铜矿的应用[J].有色金属(选矿部分)，2011(增刊1)：124-126.
[20]彭 建，戴芳容，张敏，等.秘鲁特罗莫克铜矿SABC流程考查及优化措施研究[J].有色金属(选矿部分)，2018(6)：23-28.
[21]梁泽跃，朱月锋，周浩，等，普朗铜矿SABC工艺破碎设备选型优化[C]//云南省有色金属学会第九届矿山技术论文发布会论文集，楚雄，2016：74-80.
[22]杨征和，张萌，袁亦扬，等.云南金鼎3000t/d锌矿SABC流程及设备选型分析[J].矿山机械，2013，41(12):1-4.
[23] HART S, VALERY W, CLEMENTS B, et al. Optimisationof the Cadia hill SAG mill circuit [C]// SAG 2001, Vancouver,2001:1-11.
[24] MCGHEE S, MOSHER J, RICHARDSON M,et al. SAG feed pre-crushing at ASARCO's ray concentrator:development, implementation and evaluation [C]// SAG 2001, Vancouver,2001：234-246.
[25]作者简介：曾明，男，1993年生，硕士，主要研究方向为浮选理论与工艺。
(收稿日期：202-03-26)
来源：矿山机械杂志第49卷2021年第7期
声明：转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请作者持权属证明与本网联系，我们将及时更正、删除，谢谢。 联系方式：services@kjzj.com
