半磨工艺常用改造方案分析-矿机之家

在半自磨工艺的应用过程中，随着矿山的开采，部分矿山会出现矿石板结导致半自磨能力降低，或者原矿品位降低导致精矿产量降低等问题。这时就需要对半自磨工艺进行优化，增加半自磨工艺的原矿处理能力，以保证精矿产量的稳定。由于半自磨工艺在国内应用时间较短，半自磨工艺的一些优化也仅仅局限于操作工艺参数的优化，还没有半自磨工艺优化改造的案例。半自磨工艺在国外矿山已经使用了很长时间。一些矿山成功地改革了半自磨工艺，在矿石变硬或原矿品位下降时达到了增产增效的目的。

1增加预粉碎工序

1.1预粉碎工艺流程

现有的半自磨工艺一般采用粗碎(颚式破碎机或回转破碎机)-半自磨-球磨的破碎工艺。增加预碎工序是指在半自磨机之前和粗碎工序之后增加两段粉碎工序，粉碎设备为圆锥破碎机。增加两级破碎的目的是破碎粗碎产品中的中间级物料，从而降低半自磨机给料的中间级物料含量，降低半自磨机的破碎单位能耗，提高半自磨机的处理能力。因为这部分中间级物料在进入半自磨机之前是经过两级圆锥破碎机破碎的，这个破碎过程称为“预破碎过程”。增加预粉碎工序的常见工艺流程如图1所示。

半磨工艺常用改造方案分析

图1增加了预破碎工序(二次破碎)的工艺流程。

1.2加大预粉碎工艺的研究。

预粉碎技术的加入对整个半自磨-球磨过程影响很大。增加预碎工序将提高半自磨机的产能，降低半自磨机的单位能耗。半自磨机的粒度会变粗，振动筛下产品的粒度P80会增加，筛下物中的细颗粒含量也会减少，而半自磨机的筛上物量会增加。预碎技术打破了原有的半自磨机和球磨机的能量负荷平衡，球磨机负荷迅速增加。随着球磨机处理能力的提高和给料中粗颗粒的增加，球磨机的循环负荷增加，进入分离工序的物料粒度变粗。如果半自磨机的处理能力进一步提高，球磨机的处理能力将成为瓶颈。

采用预粉碎工艺后，可以获得较大的处理量。然而，当钢球填充率很高而总填充率相对较低时，填充率的组合很难控制，并且会导致提升杆和衬板的过度消耗。因此，在增加预粉碎工艺之前，需要做好以下研究工作。

(1)增加预碎工艺后，应考虑球磨机、硬岩破碎机和浮选工艺的能力来确定整个系统的能力，而不是任意扩大半自磨机的能力；

(2)预破碎前筛分机选型的精确计算，包括筛面尺寸、上下筛孔尺寸；

(3)球磨机、硬岩破碎机和预碎破碎机的准确计算和选择。

鉴于以上几个方面，可以先对矿石进行试验，掌握矿石的性质和参数后，再通过软件模拟计算新的工艺方案，从而确定合理的改造工艺方案。

1.3应用启示

增加预碎工序后，应在一定程度上调整原粉磨工艺参数，即降低格子孔(或硬石孔)的开口面积和开口率，以提高半自磨机的总填充率。较高的总填充率可以增加半自磨机产品中的细料成分，使产品粒度分布均匀

预碎技术在项目设计阶段很少考虑，但它对于半自磨工艺的改造和硬矿石的处理非常有用。当矿体硬度变化较大时，半自磨机和球磨机的负荷往往会不平衡。可以考虑在设计阶段增加预碎技术，调节半自磨机和球磨机的负荷平衡。

预碎技术的应用范围：高矿石硬度矿山的碎磨工艺流程改造；(2)球磨机和硬岩破碎机有一定的富裕程度；对于矿石硬度变化较大的矿山，在设计阶段应考虑预碎技术和旁路设计。

1.4应用效果

1 . 4 . 1盖塔金矿

盖塔金矿位于坦桑尼亚西部，于2000年投产。原设计粉磨工艺为粗磨-半自磨-硬岩破碎-球磨工艺(SABC工艺)。在现场作业过程中，有时会遇到非常坚硬的矿石，此时半自磨系统的处理能力大大下降。决定现场改造碎磨工艺，并于2002年3月一致同意增加预碎工艺改造方案。改造方案为：在原粗碎机后，增加一个两级破碎工序，主要用于破碎中间等级物料。粗产品先进入120毫米振动筛，筛上120毫米的物料直接进入粗矿堆，然后进行半自磨，筛下-120毫米的物料再进入筛下60毫米和30毫米的双层振动筛，筛下-30mm的物料也进入粗矿堆，筛上30mm的物料进入二级破碎机破碎，即半自磨中30 ~-10 mm的物料

粒级的物料先通过二段破碎工艺破碎后再给入半自磨机。同时，粗碎产品下有旁路设计，如果来矿的矿石较软，不需要进行二次破碎，可以通过重板给料机直接给入粗矿堆，进而给入半自磨机。

Geita金矿增加二段预破碎工艺后，在处理硬矿石时，半自磨系统的处理量由原来的608 t/h 增加至692 t/h，提高了14%。

1.4.2Inmet Troilus 金铜矿

Inmet Troilus金铜矿位于加拿大魁北克省北部，该矿于1996 年11 月试车运行，设计处理量为10 000 t/d，设计流程为 SABC 流程。经过1 年的调试和运行，项目达到设计处理量。1998 年，矿石的品位降低，矿山计划提高矿石处理量以保证获得足够的精矿，初步制定目标是将原矿处理量增加到15 000 t/d。经过研究，最终确定半自磨机前增加预破碎工艺。改造方案如下：一段粗碎后的物料先经过双层振动筛筛分，上层筛的筛孔尺寸为152.4 mm，下层筛的筛孔尺寸为50.8 mm，上层筛的筛上物料和下层筛的筛下物料通过带式输送机输送至粗矿堆给入半自磨机，下层筛的筛上物料经过 HP700 圆锥破碎机破碎后输送至粗矿堆给入半自磨机。即一段粗碎后+50.8 ~ -152.4 mm 粒级的物料先通过二段破碎机破碎，因此半自磨机的进料中基本不存在+50.8 ~ -152.4 mm 粒级的物料。

Inmet Troilus 金铜矿通过增加预破碎工艺，改善了半自磨机进料粒度分布，半自磨流程的处理量增加了34%，整个磨矿单位能耗降低了23.5%，处理每吨原矿石的费用降低了19%。

1.4.3ASARCO 铜矿

ASARCO 铜矿于1992 年投产运行，处理矿石为斑岩型铜矿，设计碎磨流程为SABC 流程。1997 年后处理矿石主要为辉绿岩矿，矿石硬度非常高 (整个选厂矿石的硬度范围A×b = 22.0 ~ 73.4)，磨机处理量下降明显。该选厂于1999 年采用了预破碎工艺，预破碎工艺由双层振动筛和二段破碎机组成。一段破碎机破碎后的产品给到2 台双层振动筛上，上层筛的筛上和下层筛的筛下物料经过旁路直接给到半自磨机前的粗矿堆上，而下层筛的筛上物料直接给料到二段破碎机，破碎后的物料也给到半自磨机前的粗矿堆上。增加二段预破碎工艺后，半自磨系统的处理量增加了48%。

2　增加顽石破碎工艺

2.1　增加圆锥破碎机破碎顽石

在部分选厂，设计碎磨流程为半自磨—球磨流程 (即SAB 流程)，流程中没有顽石破碎机。随着矿石硬度的增加，某些选厂会选择在原有的半自磨流程中，增加圆锥破碎机用以破碎顽石，将原有的 SAB 流程改造为 SABC 流程。这种改造方案对整个工艺流程的改变相对较小，但在流程改造中需要考虑以下问题：

(1) 需要改造半自磨机排料端格子孔和顽石孔的开孔方案，以保证顽石能够及时排出半自磨机；

(2) 计算筛上输送带的输送能力，在顽石量增加后，输送带上的输送量增加，带式输送机的输送能力要得到保证；

(3) 半自磨机排料端和顽石返料输送带上需要增加除铁装置，以免圆锥破碎机给矿中出现铁块，影响破碎机的正常运行；

(4) 顽石破碎机前需要增加顽石料仓，因为圆锥破碎机需要挤满给矿才能保证破碎效果；

(5) 增加顽石破碎机后，破碎机基本连续运行，但是由于矿仓中的物料给入破碎机是间断性的，因此，顽石破碎机的排矿也是间断性的，这将会造成半自磨机给矿不稳定，需要中控室操作人员适当调整半自磨机的新给矿量，以保证半自磨机的稳定运行。有部分专家曾建议在顽石破碎机后增加料仓，以保证顽石破碎后的物料能够连续返回半自磨机，保证半自磨机给矿的稳定性；

(6) 顽石破碎机设计成1 工1 备，同时在顽石破碎机旁边应有旁路设计，以增加碎磨工艺操作的灵活性；

(7) 由于顽石缺少棱角且含水量较大，因此，通过圆锥破碎机破碎后的效果较原矿石的破碎效果差，顽石破碎机的排矿口尺寸往往较大，在顽石破碎流程改造设计时，顽石破碎产品粒度不可过细；

(8) 增加顽石破碎机后，半自磨机排矿产品粒度变粗，磨矿系统中球磨机的负荷增加，因此，球磨机要有一定的富裕能力。

实践表明，增加顽石破碎机后，半自磨机的处理能力增加10% ~ 20%，矿石的硬度不同，提高幅度亦不同。

2.2　增加高压辊磨机破碎顽石

在部分选厂，原有碎磨流程设计为SAB 或者SABC 流程，在增加圆锥破碎机破碎顽石或者原有的顽石破碎机破碎顽石效果不理想时，需要在顽石破碎系统中增加高压辊磨机，以强化顽石的破碎效果，因为高压辊磨机的破碎成本更低，处理量更大。改造流程如图2 所示。

半磨工艺常用改造方案分析

图 2　增加高压辊磨机破碎顽石的工艺流程

帝国(Empire) 铁矿采用此改造方案。该矿山随着矿石硬度的增加和矿石品位的降低，需要通过提高磨矿系统原矿的处理量以获得足够的精矿量。流程改造的第一步是在磨矿流程中增加顽石破碎机，顽石破碎机可以将过多的顽石破碎后再返回到自磨机中，更细粒级的顽石返回自磨机后更容易被破碎成所要求的产品粒度，自磨机的功率降低，处理量提高。

帝国铁矿首先引进了140/80 高压辊磨机(辊径1 400 mm，辊宽800 mm)，高压辊磨机安装在顽石破碎机之后，将圆锥破碎机破碎后的顽石通过高压辊磨机进一步破碎后，以更细的粒级返回自磨机中。增加高压辊磨机后，自磨机的处理量由原来的366.6 t/h 增加到429.3 t/h，提高了17%。

3　改造为SABC-B 流程

在一些采用SABC 碎磨流程的矿山，矿石硬度大幅增加后，半自磨机处理能力降低，从而造成整个磨矿系统处理量下降，而由于矿石的可磨性变化不大，造成球磨机的处理能力相对富裕。此时，可以将原有的SABC 流程(半自磨机排出的顽石经过顽石破碎机破碎后再返回半自磨机进行破碎) 改造为SABC-B 流程，即顽石经过顽石破碎机破碎后，不再返回半自磨机，而是先返回振动筛进行筛分，筛下物料进入矿浆池，而后给入球磨机中。这样顽石破碎后返回了球磨机，使球磨机的负荷增加，而半自磨机由于不再处理返回的顽石，负荷降低，处理量大幅提高，从而提高了整个半自磨流程的处理量。SABC-B 流程如图3 所示。

半磨工艺常用改造方案分析

图 3　SABC-B 工艺流程

采用SABC-B 流程的先决条件是球磨机能力较富裕，而且在改造前一定要先进行矿石性质试验，并通过流程计算，选择合适的筛孔尺寸，并对振动筛的筛分面积再次核算，合理分配半自磨机和球磨机的负荷，达到整个磨矿系统提产的目的。

4　流程改造实例

在笔者近期的工作中，参与过一个半自磨流程改造项目的计算工作，现总结分析如下。

4.1　改造项目概述

某选厂现有的碎磨工艺为：井下爆破后的矿石经过溜井下进入粗矿堆，然后再通过输送带输送至半自磨机进行破碎(半自磨机给矿粒度F80 ≈170 mm)。半自磨机破碎后的矿石直接给入螺旋分级机进行分级，一段球磨机和螺旋分级机构成闭路流程，半自磨机为开路流程。螺旋分级机细粒级产品粒度要求-200 目通过65%，然后进入二段球磨机进行磨矿，二段球磨机和水力旋流器构成闭路流程，旋流器溢流端产品粒度要求-200 目通过78%。整个磨矿系统原矿处理量为2 000 t/d，即83.3 t/h。

该选厂计划对现有碎磨流程进行改造，要求改造后碎磨流程的处理量提高至3 000 t/d。

4.2　矿石试验结果

该选厂提供矿样的试验结果如下：

(1)　SMC试验结果：A×b = 27.5，落重指数DWi = 10.73 kW·h/m3；

(2) 球磨功指数试验结果：BWi = 20.58 kW·h/t。

SMC试验中，A×b 可用于矿石硬度比较，A×b 值越小表示矿石的抗冲击破碎能力越强，矿石的硬度越高；DWi 值也表征矿石的硬度，该值越大，表明矿石的硬度越高。从SMC 试验结果可以看出，该选厂的矿石硬度较高，要破碎此种矿石，半自磨机所需要的单位能耗较高。

球磨功指数表征矿石的可磨性，该值越大，表明矿石越难磨。该选厂矿样的球磨功指数 BWi = 20.58 kW·h/t，表明矿石很难磨，球磨机研磨此种矿石所需要的单位能耗较高。

4.3　改造方案模拟计算

结合该选厂的矿石性质试验结果及现场运行工艺参数，制定如下碎磨流程改造方案：在半自磨机前增加一段破碎工艺，降低半自磨机的给矿粒度，并对现有半自磨流程的操作参数进行调整，同时，对整个半自磨系统的参数进行模拟计算，以保证整个碎磨流程参数的合理匹配。采用中信重工碎磨流程计算软件、中信重工CITIC SMCC 数据库计算软件及JKSimMet 软件，改造后的碎磨流程模拟结果如图4 所示。

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图 4　增加一段破碎后的碎磨流程模拟结果

4.4　确定流程改造方案

结合上述模拟计算结果，该选厂可以通过降低半自磨机的给矿粒度来降低半自磨机的单位能耗，达到提高半自磨机原矿处理量的目的。但由于半自磨机给矿粒度减小后，半自磨机产品粒度变粗，产品中细料成分减少，难磨粒子增加，且由于原矿处理量的增加，一段球磨机的磨矿负荷大大增加，因此需要增加1 台相同规格的球磨机才能满足要求。一段球磨机增加1 台球磨机后，一段磨矿产品粒度变细，因此二段球磨机的磨矿能耗降低，处理量增加。改造后预计整个磨矿系统的原矿处理量提高至126 t/h，即3 024 t/d。主要采取以下改造措施：

(1) 在半自磨机前增加1 台颚式破碎机，破碎机排矿口尺寸调整为90 mm，半自磨机的给矿粒度降至F80 = 95 mm；

(2) 提高半自磨机的钢球充填率至13.5%，将半自磨机的运行功率提高至1 423 kW；

(3) 将半自磨机排料端格子板更换成孔缝尺寸为20 mm 的格子板，减小格子孔缝尺寸，目的是降低半自磨机的排矿细度，并提高半自磨机的总充填率；

(4) 一段磨矿再增加1 台相同规格的球磨机，并将一段磨矿2 台球磨机的钢球充填率都提高至38%，运行功率提高至742 kW；

(5) 将二段磨矿现有球磨机的钢球充填率提高至38%，二段球磨机的运行功率提高至742 kW；

(6) 对碎磨流程中的给料机、带式输送机、渣浆泵、管道、螺旋分级机、旋流器等辅助设备的处理能力进行核算及改造，保证满足提产后的处理量要求。

目前该选厂正在进行碎磨流程改造方案的论证工作。