半自磨介質消耗與產品粒度特性優化研究

黃金華 丘世澄 阮華東

（江西銅業股份有限公司武山銅礦）

自磨指借助所磨礦石間的相互沖擊和研磨，達到磨碎物料的目的［1］。半自磨是在自磨基礎上發展起來的，通過往磨機中加入少量鋼球介質（充填率6%～14%），在筒體內增加相互連續沖擊、磨削作用，達到節能效果［2-3］。與傳統球磨相比，半自磨工藝具有流程簡單、易于操作、投資和經營費用低、改善礦漿電化學性質、自動控制水平高等優點，但磨礦效率受礦石性質影響很大，存在臨界粒子問題［4-5］。

武山銅礦石經顎式破碎機粗碎至-250 mm 后進入2臺并列的φ5.8 m×1.8 m半自磨機，介質充填率約15%，單耗約1.0 kg/t，遠超預定的0.3 kg/t；半自磨機排礦+0.5 mm 產率大于32%、-0.074 mm 產率約35%，粗粒級含量偏高；此外，半自磨機存在頻繁漲肚情況。

為改善半自磨機介質單耗高、磨礦產品粒度不合理狀況，開展了半自磨工作優化研究。

1 礦石性質

對礦山南北礦帶的礦石分別進行容重測定，結果見表1；所選礦塊的單軸抗壓強度及脆性測定結果見表2。

礦石最大容重4.14 g/cm3、最小3.29 g/cm3、平均3.71 g/cm3，容重較大，在磨礦分級循環中需注意離析現象。礦石普氏硬度系數f最小4.8、最大10.2，分布極不均勻：南礦帶礦石較硬，平均9.8；北礦帶礦石硬度中等偏軟，平均5.7；全礦體平均7.8，說明礦石屬于中等偏硬礦石。礦石泊松比最大0.330，韌性較大；泊松比最小0.135，脆性大；平均0.242，說明礦石總體表現為韌性。

2 半自磨鋼球尺寸優化研究

2.1 半自磨機給、排礦粒度分析

2.1.1 給礦粒度

半自磨機皮帶給礦粒度組成見表3。

由表3 并通過分析可以看出，半自磨機給礦P95=117.4 mm，粒度偏細；+100 mm10.52%，適合做自磨介質的粒子偏少；50～35 mm 頑石界限粒度占6.07%，說明半自磨機的給礦粒度控制較好；-35 mm、-200目含量分別為47.46%和8.90%，證實礦石脆性大且易過粉碎。

2.1.2 排礦粒度

半自磨機排礦粒度組成見表4。

由表4 并通過分析可以看出，半自磨機排礦P95=11.58 mm、P80=1.77 mm，-2.5 mm 及-0.074 mm 粒級含量分別為81.88%和45.53%，說明半自磨機排礦粒度較細；-0.010 mm 含量高達12.80%，表明礦石脆性大且易過粉碎。

2.2 鋼球尺寸試驗

2.2.1 單次磨礦試驗

現場1#半自磨機裝φ180 mm 棒球，2#半自磨機裝φ150 mm鋼球，磨礦介質充填率15%，介質+物料總充填率約35%。為判斷半自磨機的合適鋼球大小進行了對比試驗，試驗設備為φ450 mm×450 mm 實驗室球磨機，按鋼球充填率15%計裝球40.69 kg。磨礦試樣取半自磨給礦，質量41.94 kg，探索試驗確定的磨礦時間為85 min，磨礦產品-200 目35%左右（與現場相當）。

方案1：現場φ180 mm 棒球單個質量25 kg，添加2 個總質量為50 kg，為消除介質質量影響，每份礦樣質量增至50.76 kg。

方案2：現場φ150 mm 鋼球單個質量13.77 kg，添加3 個總質量為41.33 kg，因而維持礦樣質量41.94 kg。

方案3：φ150 mm 新型材質棒球單個質量11.95 kg，添加3 個總質量為35.85 kg，也維持礦樣質量41.94 kg。

方案4：φ120 mm 鋼球單個質量7 kg，添加6 個總質量為42 kg，也維持礦樣質量41.94 kg。

在相同磨礦條件下進行磨礦試驗，排礦產品篩析結果見表5，表5加工結果見表6。

從表6 可以看出，方案1 磨礦產品-2.5 mm、-0.074 mm 含量均最低，說明方案1 的合格粒子生成少，磨細能力弱；方案2 磨礦產品中充當自磨介質（+100 mm）的礦石少，不利于磨礦，且-0.010 mm 過粉碎粒級含量高；方案4 磨礦產品中頑石（50～35 mm）含量最高，這也會影響半自磨機臺時效率及鋼球單耗；方案3由于新型材質的單個棒球質量比同種規格的鋼球小，在所有方案中生產的合格粒子含量高，過粉碎低，適宜作自磨介質的粒子多，頑石粒子少。因此，現場半自磨機應按方案3加球。

2.2.2 磨礦循環試驗

2.2.1節試驗是一次性將半自磨機給礦磨至一定粒度，不連續試驗可以大致判斷磨礦產品的粒度組成。為更好地模擬生產，判斷半自磨機中頑石的負面影響，進行了磨礦循環對比試驗。第一次磨礦85 min 后分離出-2.5 mm 粒子，然后用原礦補齊后再磨85 min，如此連續循環3次，試驗結果見表7。

從表7 可以看出，方案1 磨礦產品-2.5 mm及-0.074 mm 粒級含量均最低，說明方案1 的合格粒子生成少，磨細能力弱，且50～35 mm頑石量高；方案2 經過二次循環后+100 mm 充當自磨介質的礦石消失了，50～35 mm 頑石含量增多，在第三次循環后超過了方案3，過粉碎含量也較高；方案4由于鋼球尺寸偏小，50～35 mm 頑石含量最高，會影響半自磨機臺時效率及鋼球單耗；方案3磨礦產品中充當自磨介質的礦石（+100 mm 粒級）逐漸增多，50～35 mm 頑石含量逐漸減小，過粉碎也較低。因此，現場半自磨機應按方案3加球。

2.3 半自磨機鋼球材質優化研究

碳對于耐磨鑄鋼力學性質及耐磨性具有重大影響；硅可以增加碳的活度，促進石墨形成，阻止白口產生；錳使物料淬透性明顯提高，具有抑制珠光體形成的作用；鉻在鑄鋼中能形成碳化物、穩定高溫下的組織，提高淬透性；磷、硫在鑄鐵中是雜質元素，會大幅度降低鑄鐵材料的韌性等?；谏鲜龇治?，設定了改進鋼球與現場鋼球化學成分對比，見表8。

對鋼球化學成分優化后分別進行表面硬度、芯部硬度、金相組織、落球沖擊疲勞壽命的測定，結果見表9。

金相組織檢驗表明，優化前鋼球的金相組織為硬度低珠光體和強度與硬度都很低的鐵素體，在半自磨機所要求的工作條件和自身沖擊力較大的情況下，會導致較高的碎球率；成分優化后，鋼球的金相組織由高強度、高硬度、高耐磨性的馬氏體為主。優化后鋼球的表面硬度、芯部硬度、落球沖擊疲勞壽命分別比優化前提高了22.2%、13.6%、25%。同時，由于鑄球主要以使鋼球變硬的馬氏體組織為主，經加工后，表面硬度＞62。因此，優化后的棒球具有很好的抗沖擊疲勞破壞和抗磨料磨損能力。

3 工業試驗研究

根據工業試驗前后的生產數據，1#和2#半自磨機的損耗情況見表10，生產指標見表11。

從表10 可以看出，優化后1#和2#半自磨機臺時效率分別提高9.25 t/h、4.66 t/h；單位球耗分別下降0.272 kg/t、0.200 kg/t；單位成本分別下降27.68%、20.57%。

從表11 可以看出，優化后1#和2#半自磨機排礦+0.15 mm 含量分別下降4.31、3.27 個百分點，-0.074 mm 含量分別增加5.05、3.25個百分點，磨礦效果得到改善。

4 結論

（1）武山銅礦石容重較大，硬度分布極不均勻，礦石中等偏硬，韌性極大。半自磨產品存在一定的泥化、過粉碎現象。

（2）新型材質的φ150 mm 鋼球磨礦效果較好，產品頑石含量小，過粉碎現象較輕。

（3）通過鋼球化學成分優化，其表面硬度、芯部硬度、落球沖擊疲勞壽命分別比優化前提高22.2%、13.6%、25%，具有很好的抗沖擊疲勞破壞和抗磨損能力。

（4）優化后1#和2#半自磨機臺時效率分別提高9.25 t/h、4.66 t/h；單位球耗分別下降0.272 kg/t、0.200 kg/t；單位成本分別下降27.68%、20.57%；排礦+0.15 mm 含量分別下降4.31、3.27 個百分點，-0.074 mm 含量分別增加5.05、3.25個百分點，磨礦效果得到改善。