有色冶金设计与研究bookmark1年12月半自磨机在炉渣选矿中的能耗研究刘国林（铜陵有色金冠铜业分公司，安徽铜陵244000）在对某SAB流程中半自磨机处理闪速熔炼渣项目的设计参数及试生产实际进行分析的基础上，研究了半自磨机的能耗问题，并从钢球直径的选取、矿石粒度的控制两个方面探讨了通过一定的生产控制手段来提高半自磨机的处理量，提高磨矿效率，从而降低能耗的途径。
半自磨机；能耗；磨矿效率；钢球直径；矿石粒度基金项目：江西省科技支撑计划项目（20132BBG70016）。
破碎和磨矿在选矿工艺中是不可缺少的重要组成部分，其能耗占选矿厂总能耗的2/3左右。传统的碎磨流程在技术上虽然成熟可靠，但由于矿石破碎比小，导致破碎的段数多、流程长、设备多、操作管理复杂、成本高；且矿石的破碎过程均是以破碎机械的机件直接与坚硬的矿石相接触，金属材料消耗大。因此，缩短流程及减少钢耗成为矿石破碎领域亟待解决的课题。目前自磨、半自磨技术已成为选矿碎磨工艺的发展趋势，尤其是在铜炉渣选矿工艺中，越来越多的铜渣选矿厂倾向于使用半自磨技术，采用SAB流程。用半自磨机替代常规破碎流程中的中、细碎2台破碎机，可大大降低破碎的能耗，而将破碎的能耗集中在磨矿中，因此对于半自磨机的能耗研究显得尤为重要。
半自磨机由自磨机发展而来，既利用矿石间自身进行破碎和研磨，也通过添加较大粒度的钢球进步破碎和研磨，尽管仍属于机械破碎法，但在缩短碎磨流程及降低钢耗方面却取得了可喜的成果。在生产控制过程中，相对于自磨机和球磨机，影响半自磨机性能的工艺因素更多，其性能的分析研究也较自磨机和球磨机更为复杂。
1原矿性质半自磨机入磨矿石是闪速熔炼炉的炉渣，其性质与入炉原料组成、冶炼工艺、冷却方式等有密切的关系，这些因素决定了铜渣综合利用的工艺流程和铜渣资源化的潜在价值。以某项目为例，半自磨机的入磨矿石最大粒度200mm，密度3.8t/m，是经12m的渣包盛装进行缓冷后破碎形成。通过对该炉渣矿石进行K落重试验，自磨机/半自磨机参数见表1.表1闪速熔炼渣的自磨机/半自磨机参数参数闪速熔炼渣通过对比，在K已有的矿石数据库中，该矿石的Axb为72.8，属于抗冲击破碎能力软的范围；~为0.4，属于抗磨蚀能力中等硬度的范围。而抗冲击破碎能力在―般情况下是随矿石颗粒尺寸的减小而增加的。
2设计及试生产实际2.1选择设计选用中信重工的05.8x5.8m半自磨机，处理能000kW.筒体内径05.8m，筒体长度5.8m，筒体衬板厚度60mm，提升筋分为高筋和低筋，交叉排列，高筋高度185mm，低筋高度155mm，出料格子板孔径026mm.筒体转速r/min，进出料主轴承为高压油托轴承。
2.2试生产实际该项目2013年1月开始试生产，按1：4配比装0150mm、0120mm的锻球共60t，钢球充填率9%，头际混合充填率为40%，混合密度2.8t/m.至6月份，半自磨机实际平均功耗18kWh/t.7~10月，半自磨机平均功耗15.5kWh/t.11月，半自磨机平均功耗kWh/t.2013年12月~2014年3月，半自磨机平均功耗17.3kWh/t.2014年4月，半自磨机平均功耗13.1kWh/t，属最低值。目前，炉渣选矿系统的总能耗低于45kWh/t，从生产上来看仍有进一步降低的空间。
3钢球直径的选取半自磨机补加的钢球主要起到增加冲击破碎的作用，钢球经过磨损后球径变小，研磨作用逐渐加强。矿石的冲击破碎能力只占钢球的35.3%，而钢球的冲击破碎能力占半自磨机的冲击破碎能力的73.9%，因此，半自磨机的生产能力大小主要决定于钢球冲击破碎能力的大小。而钢球的冲击破碎能力与球径立方成正比气在此理论上，钢球的直径越大，其冲击破碎能力越大。但是在装球率恒定的情况下，钢球数量减少，比表面积减少，半自磨机的磨蚀能力减弱，对于破碎后但粒度还不合格的细矿，不能进一步研磨，处理能力反而下降，在生产中表现为“胀肚”。同时，直径过大的钢球，虽然与筒体衬板的摩擦减少，但其强大的冲击破碎能力极易对衬板造成损害，加剧衬板的磨损，尤其是会缩短提升筋的使用寿命。
在该项目中，炉渣矿石抗冲击破碎能力软、抗磨蚀能力中等，因此需要提高半自磨机的冲击破碎能力，快速地将矿石粉碎，进入磨蚀能力更强的球磨机中，合理分配各段磨矿细度，更有利于提高磨机效率，从而降低能耗。综合考虑，选取与最大入磨矿块质量相等的钢球。原矿最大块度按0200mm矿球计算，选另外，应注意的是钢球磨损到一定程度后经格子板排出，这部分锻造钢球呈“圆饼”状，般直径低于50mm，厚度低于20mm，进入磨矿回路返回半自磨机中，冲击破碎能力和磨蚀能力均较弱，却占有一部分半自磨机的钢球充填率，影响半自磨机的效率，这部分排出的钢球需及时清理。
4矿石粒度的控制在允许范围内，提高半自磨机混合充填率可提高处理量，达到降低能耗的目的。但在实际生产中，经常出现入磨原矿+100mm粒级的矿块较少，此时混合充填率越高，半自磨机能耗越高，表现为电流持续上升，最终导致“胀肚”。据国外研究及生产经验，+100mm粒级物料在磨矿介质中起到非常重要的作用，-60mm（或-80mm，取决于矿石类型）+25mm粒级应该被视作为临界粒级，它们不参加半自磨机的磨矿过程，并且还会堵塞半自磨机排矿格栅，属于“难磨粒子”。生产实践中总结发现，+100mm粒级的入磨矿块的冲击破碎能力较大，-60mm粒级矿石的冲击破碎能力较小，但又需要更多的研磨作用才能磨细，并通过格子板排出。因此，可以认为在半自磨机中+100mm粒级的矿石与钢球构成“有效”的混合充填率越高，则半自磨机处理能力越大，能耗越低。2013年11月，该厂半自磨机能耗最大，即是因为该时期入磨原矿+100mm粒度的矿石较少，大部分属于细料。
影响+100mm粒级的矿石含量的主要因素是炉渣本身的性质，入炉原料组成和冶炼工艺从根本上决定了炉渣的理化性质。当其性质“恶化”时，有两个过程会产成大量的-100mm粒级矿石：1）缓冷结束后倒渣时，与地面冲击，直接产生散状细料；2）大块矿石经颚式破碎机破碎时，会产生大量细料，形成不了+100mm粒级的矿石。在+100mm粒级的矿石含量较少的情况下，可通过一系列的方式，适当提高半自磨机的效率，降低能耗。
4.1延长自然缓冷时间冷却速度不但对炉渣的结晶和铜相分子聚集长大有着密切的关系，也影响着炉渣的粒度组成。生产实践发现，自然缓冷时间越长，炉渣中+100mm粒级的矿石含量越高。渣包第一次使用需要烘包，采用盛装少量炉渣，以完全自然缓冷的方式完成。这种冷却方式下的炉渣，粒度大、硬度高，难以破碎，倒渣时常常倒出整块炉渣。在2013年6月之前，自然缓冷时间逐渐从25h减少至8h.2013年7月，因气温高，缓冷效果不佳，自然缓冷时间改成1h，持续至10月份，半自磨机处理能力和功耗均正常。自2013年11月开始，炉渣性质改变，氧化率上升，炉渣变脆，渣中+100mm粒级的矿石含量大幅降低，半自磨机处理能力下降，时常出现电流持续升高的胀肚预兆，从而不得不采取降料生产的方式，导致半自磨机能耗升有色冶金设计与研究高，达到19.5kW/t的最高值。12月初，单个渣包的喷淋水量提高到4m3/h以上，自然缓冷时间增加到8h，倒渣后产生的细料明显减少，入磨原矿中+100mm粒级的矿石含量增加，处理量从11月份的120t/h提高到130t/h，能耗开始下降。可见，通过延长自然缓冷时间，在一定程度上可以改善炉渣的韧性，提高+ 100mm粒级的矿石含量。
4.2去除临界粒子半自磨机的磨蚀能力有限且较低，在相似的工作条件下，磨剥粉碎作用与筒体有效直径的平方根成正比。如能将半自磨机中难磨的临界粒子去除，通过合适的方式改变其粒度，则能提高半自磨机的有效混合充填率，充分利用其冲击破碎能力，减少矿石的研磨功耗，从而提高半自磨机的处理能力，降低单位矿石的能耗。
对于解决半自磨内难磨粒子物料积累的问题，一般是采取将半自磨机排出的难磨粒子物料返回半自磨机或是在经过再破碎后返回自磨机的方法，且有一定的积极作用，但比常规设计并无实质性的优点，尤其是在单位电耗方面。芬兰奥托昆普的哈里亚瓦尔塔冶炼厂是从原料中去除临界尺寸的物料，并在给入自磨机前进行破碎分级。采取这种技术后，自磨机在各个方面都优于传统破碎和球磨技术。而在使用半自磨机处理这种难磨粒子含量多的物料时，可将难磨粒子在进入半自磨机前进行破碎后返回磨蚀能力强的球磨机中，定程度上可提高磨矿系统的处理能力，对于能耗的降低有积极作用。
4.3加速排矿半自磨内粒级合格的矿石，也占有定的混合充填率，加快合格粒级的矿石排出半自磨机，对于半自磨机的处理量的提高及能耗的降低有积极影响。
在生产上可采取降低磨矿浓度和增加格子板排矿口宽度的方式，提高粒级合格的矿浆流速。生产实践中，半自磨机磨矿浓度从70%降低到65%，其排矿粒度明显增加。
5结语综上所述，半自磨机的能耗与其处理能力有直接关系，通过定的生产控制手段来提高半自磨机的处理量，可提高磨矿效率，从而降低能耗。但降低半自磨的能耗，最基本、最有效的方式是选择最优的设备型号，同时衬板的结构、形式及重量也是影响磨机能耗的重要因素。