某3 000 t/d 選廠磨礦分級優化研究

許道剛，廖寧寧，吳彩斌，呂清純，謝加文

1湖南柿竹園有色金屬有限責任公司 湖南郴州 423037

2江西理工大學資源與環境工程學院 江西贛州 341000

磨礦分級是目前選廠必不可少的作業工序，磨礦是礦石粒度進一步減小的過程，分級是礦石粒度分離分級的過程，磨礦分級介于碎礦工序之后和浮選工序之前，起著為浮選準備適宜粒度礦石的重要作用[1-2]。磨礦分級是一個相輔相成的系統，單獨調節其中一個部分很難達到預想的效果[3]。球磨機是選廠常用的磨礦設備，影響球磨機磨礦效果的因素總體而言有3 類：礦石性質、磨機結構和操作因素。其中礦石性質與磨機結構一般不易改變，而操作因素主要包括磨礦介質的尺寸、配比、充填率及襯板結構，其中較為直觀的是鋼球尺寸及配比。有研究表明，最佳磨礦介質尺寸及配比可使磨礦效率提高30% 左右[4]。旋流器是選廠常用的礦漿分級設備，礦漿以一定壓力從旋流器的進漿管切線方向給入旋流器，由于顆粒之間存在粒度差，其在離心力、向心浮力、流體曳力和重力等的共同作用下，大部分粗顆粒由底部的沉砂嘴排出，而細顆粒則由上部的溢流管排出，從而達到分離分級的目的[5-6]。針對湖南某多金屬礦3 000 t/d 選廠的實際工藝，在不改變磨礦分級流程的前提下，筆者對一段磨礦介質裝補球制度和旋流器結構參數進行優化，以達到提質增效的目的。

1 礦石性質及磨礦分級系統

該選礦廠礦石密度為3.0 kg/m3，普氏硬度為12～ 15，礦石性脆，主要有用礦物有輝鉬礦、輝鉍礦、黃鐵礦、磁鐵礦、黑白鎢和螢石等，主要脈石礦物有石英、石榴子石、透輝石和碳酸鈣等。如圖1 所示，該選礦廠采用兩段全閉路磨礦分級流程，一段磨礦分級由 MQY4067 型球磨機與1 組 FXφ660旋流器組成，二段磨礦分級由 MQY4067 型球磨機與1 組 FXφ500旋流器組成。MQY4067 型球磨機裝機功率為1 600 kW，有效容積為78 m3，轉速為16 r/min。

圖1 磨礦分級工藝流程Fig.1 Process flow of grinding classification

2 原磨礦分級回路粒度特征

原磨礦分級回路中產品粒度特性曲線如圖2 所示，產品粒級分布如表1 所列。

圖2 原磨礦分級回路粒度分布特性曲線Fig.2 Granularity distribution characteristic curve of original grinding classification circuit

表1 磨礦分級產品粒級分布Tab.1 Granularity distribution of grinding classification product %

從圖2 及表 1 可以看出，破碎產品中 -12 mm 的含量不高，只有70% 左右。一段沉砂、一段排礦和一段溢流P80分別為0.95、0.44 和0.30 mm，一段排礦中過粗及粗粒級顆粒較多，粒度均勻性較差，一段分級溢流曲線和一段排礦曲線幾乎重合，旋流器分級效率較低；二段沉砂、二段排礦和二段溢流P80分別為0.310、0.230 和0.078 mm，這 3 條曲線呈平行狀態，二段磨礦分級的破碎程度及分級效果不錯，且處理能力有富余；磨礦分級中球磨機排礦與溢流中間粒級含量不理想，過磨現象嚴重，二段溢流產品中-0.074 mm 含量為78.06%，-0.010 mm 含量為22.1%。

3 磨礦分級優化試驗

3.1 精確化裝補球制度

球磨機中的鋼球作為能量的媒介質將外界輸入的能量轉變為對礦塊的做功，實施磨碎任務[7-9]。精確化裝補球有利于優化磨礦介質的配比，進而利于解離出更多更強的有活性位點的解離面。因此，在磨礦過程中精確化裝補球不但可以優化鋼球對礦塊的磨碎力，達到優化磨礦產品質量的目的，還可以增大目的礦物與捕收劑的作用能[10]。

通過球徑半理論公式計算礦石粒度與鋼球尺寸，結果如表2 所列。根據圖 1 中給礦與返砂的粒度分布特性計算出待磨產率，運用破碎統計力學原理進行精確化補加球計算，確定補加球比為φ100 mm∶φ80 mm∶φ60 mm=10%∶55%∶35%。

表2 礦石粒度與鋼球尺寸Tab.2 Ore granularity and grinding ball size mm

3.2 一段旋流器優化試驗

旋流器主要由進料管、柱段、錐體、溢流管及沉砂嘴等部件組成，不同的物料性質及分級要求需要配置不同的旋流器結構參數，通過選型計算及現場實際操作參數調整（如給料質量分數、壓力、處理量等）可得到最佳的結構參數配置[11-13]。在進行球磨機補加球優化的同時，對旋流器的結構參數也要進行優化，主要從沉砂嘴直徑及溢流管直徑這兩方面進行優化。

3.2.1 沉砂嘴直徑試驗

在一定的旋流器給料質量分數及適合的給料壓力下，溢流管直徑為240 mm，溢流管插入深度為387 mm，進行沉砂嘴直徑分別為90、100 及120 mm 的條件試驗，試驗結果如表3 所列。

表3 沉沙嘴直徑試驗結果Tab.3 Results of test for desilting nozzle diameter %

由表3 可知，隨著沉砂嘴直徑的減小，沉砂產率降低，球磨返砂量減少，磨礦效率提高，物料能夠得到較充分的細磨并從溢流排出，溢流細度及分級效率有所提高，溢流量增加實現了負荷往二段磨礦分級轉移的目的，提高了二段磨礦分級效率。因此，結合現場情況選擇沉砂嘴直徑為90 mm。

3.2.2 溢流管直徑試驗

在一定的旋流器給料質量分數及適合的給料壓力下，沉砂嘴直徑為90 mm，溢流管插入深度為387 mm，進行溢流管直徑分別為240、280 mm 的條件試驗，試驗結果如表4 所列。

從表4 可知，隨著溢流管直徑增大，溢流量增大，球磨返砂量減少，磨礦效率提高，優化一段磨礦有利于提高粒度的均勻性；溢流量增加及粗粒級增加有利于將負荷往二段磨礦分級轉移，降低了一段磨礦分級的負荷，提高了二段磨礦分級效率。因此，結合現場情況選擇溢流管直徑為280 mm。

表4 溢流管直徑試驗結果Tab.4 Results of test for overflow pipe diameter %

4 試驗結果分析

4.1 磨礦分級產品粒度特性

運用精確化磨礦理論進行補加球優化及旋流器結構參數優化后，磨礦分級回路中產品的粒級分布如表5 所列，與優化前的對比[14]結果如表6 所列，產品粒度分布特性曲線如圖3 所示。

表5 優化后磨礦分級產品粒級分布Tab.5 Granularity distribution of grinding classification product after optimization %

表6 優化前后磨礦分級產品粒級分布對比Tab.6 Comparison of granularity distribution of grinding classification product before and after optimization %

從表5、6 及圖3 可以看出，優化后，一段沉砂、一段排礦和一段溢流P80分別為0.73、0.56 和0.18 mm，與優化前相比均有所降低，一段排礦中過粗及粗粒級含量有明顯改善，一段磨礦粒度均勻性變好，一段分級溢流曲線和一段排礦曲線呈平行狀態，分級效率得到了較大的提高；二段沉砂、二段排礦和二段溢流P80分別為0.28、0.18 和0.089 mm，與優化前相比，沉砂與排礦有所降低，溢流有所升高，這3 條曲線呈平行狀態，說明球磨機磨碎程度和分級效果均較好；磨礦分級系統中球磨機排礦與溢流中間粒級占比則有所增加，過磨量減少，二段溢流產品中-0.074 mm 含量降至 74.19%，-0.010 mm 含量降至18.94%。

圖3 優化后一段磨礦分級回路粒度分布特性曲線Fig.3 Granularity distribution characteristic curve of first-stage grinding classification circuit after optimization

4.2 優化前后技術經濟指標對比

為了更加準確地反映磨礦分級優化后各項指標變化情況，通過粒度分布數據計算出優化前后各技術經濟指標，對比分析結果[15-16]如表7 所列。

表7 優化前后磨礦分級技術經濟指標對比Tab.7 Comparison of grinding classification before and after optimization in technical and economic indexes

從表7 可以看出，優化后，一段球磨機處理能力提高了7 t/h，提高幅度為 5.6%；一段球磨機的利用系數從 0.57 t/（h·m3）提升至0.79 t/（h·m3），提升了0.22 t/（h·m3）；一段水力旋流器分級質效率從 29.39%提高到 50.53%，提高了21.14 個百分點；二段水力旋流器分級質效率從 42.24% 提高到 50.32%，提高了8.08 個百分點；一段分級返砂比從57.46% 提高到150.58%，二段分級返砂比從334.53% 降至 202.56%，一段返砂比控制在150%～200%、二段返砂比控制在200%～250% 的最佳范圍內；一段球磨機鋼耗降低了0.017 kg /t，磨機電耗降低了0.53 kW·h/t。

5 結論

根據礦石的力學性質及一段球磨分級給礦與返砂的粒度特性，確定了一段球磨機補加球的球徑和配比，對一段旋流器結構參數進行優化，選擇溢流管直徑為280 mm，沉沙嘴直徑為90 mm，通過優化一段磨礦分級系統來實現負荷往二段磨礦分級轉移，不僅提高了磨礦分級效率，改善了磨礦分級中排礦、返砂、溢流中的粒級分布，同時還降低了一段球磨機的鋼球及電耗，節能降耗效果顯著。最終磨礦產品-0.074 mm 含量從78.06% 降至 74.19%，-0.010 mm含量從22.1% 下降至 18.94%，降幅為 14.3%，為后續浮選作業提供了易選粒級的原料。