銀山選礦廠球磨機精確化裝補球方案與實踐

徐勝旗

（江西銅業集團銀山礦業有限責任公司，江西德興 334201）

選礦廠球磨機在磨礦過程中通常采用鋼球作為研磨介質，鋼球的尺寸顯著影響磨礦效果。鋼球尺寸偏大，會導致打擊力過大，易產生“貫穿破碎”及過粉碎；鋼球尺寸偏小，則會導致打擊力不夠，磨礦產品過粗、磨不細，形成所謂的“過磨或欠磨”，會造成不必要的球耗、電耗，同時也會影響磨礦生產率、產品的粒度分布以及解離特性［1］。試驗證明，磨機球徑靠近磨礦所需最佳球徑時，對磨礦是有利的，但鋼球球徑如偏離合理范圍，磨礦效果則變差。當球徑過大或過小，都會導致磨礦產品中難選的粗顆粒和細顆粒增加，產品粒度不均勻，球磨機的磨礦效率低，從而影響金屬的回收率，因此，確定球磨機的最合適的鋼球球徑、補球方案是非常有意義的［2］。

銀山選礦廠采用半自磨＋球磨機＋頑石破碎機的磨礦流程。原礦粒度直徑小于300 mm進入Φ7.0 m×3.5 m半自磨，半自磨排礦產品經過圓筒篩進行篩分，篩上難磨頑石進入破碎系統，篩下礦物和球磨機排礦經Φ660 mm旋流器分級，溢流作為合格產品，沉砂礦漿進入Φ4.8 m×7.0 m球磨機再磨。在生產中發現，Φ4.8 m×7.0 m球磨機不僅磨礦效果較差且能耗高。磨機全給礦篩析及磨機內鋼球級配篩析表明，磨礦分級產品粒級分布不合理，過磨和欠磨較為嚴重，磨機現有鋼球級配存在大球多小球少現狀，鋼球級配及補加球制度有待優化。為優化磨礦效果，改善生產工藝條件，降低球磨機能耗。結合球徑半理論公式對Φ4.8 m×7.0 m球磨機所需鋼球級配進行計算，利用破碎統計力學原理及轉移概率和球磨機配球的實際情況優化球磨機裝補球制度，實現合理的磨機鋼球級配及補球應用與實踐［3］。

1 半球理論公式確定不同粒度時最大鋼球球徑

1.1 半球理論公式

半球理論公式為：

式中：Db為最大鋼球直徑/cm；φ為磨機轉速率/%；σ壓為礦石的抗壓極限強度/kgf·cm-2；ρe為鋼球有效密度/g·cm-3；D0為球荷中間縮集層直徑/cm；df為95%過篩最大粒度/cm；Kc為其它影響因素綜合修正系數。

1.2 計算磨機轉速率φ值

該球磨機為溢流型球磨機，球磨機的直徑D＝4.8 m（暫時忽略球磨機筒體襯板的厚度進行計算）。

球磨機的臨界轉速：

球磨機的實際轉速：n實際＝14.9（r/min）

磨機轉速率：φ＝n實際/n臨界×100%＝77.18%。

1.3 確定礦石的抗壓極限強度σ壓值

銀山礦業銅原礦測試抗壓極限強度σ壓值為500 000 kgf/cm2。

1.4 計算鋼球有效密度ρe值

礦石密度取值?礦石＝3.0 g/cm3，磨礦濃度值C＝75%。則：

1.5 計算球荷中間縮集層直徑D0值

式中：R0為球荷中間縮集半徑/cm；R1為球磨機最外層半徑/cm；取值240 cm；K1為與磨機轉速率及鋼球填充率有關。

當磨機轉速率φ＝77.18%，球磨機鋼球填充率30%，推導出K1＝0.72。則：

1.6 確定其它影響因素綜合修正系數Kc值

綜合修正系數Kc值見表1。

表1 綜合修正系數Kc值

1.7 計算不同粒度df值時，確定最大鋼球尺寸

計算不同粒度df條件下，球磨機合適的鋼球尺寸Db選擇［4］的計算結果見表2。

表2 球磨機合適的鋼球尺寸Db計算結果

2 確定球磨機初裝球方案

2.1 待磨物料粒度組成特性的確定

2020年3月為目前鋼球配比對球磨機給礦進行粒度篩析，確定待磨礦粒度組成。待磨礦粒度組成特性見表3。

表3 待磨礦粒度組成特性

2.2 初裝球比例的確定

結合表3不同粒度df中該球磨機合適的鋼球尺寸Db計算結果，同時根據生產成本和球徑精確化的前提下，選擇球磨機最小球徑為40 mm。并基于產品中粗顆粒含量較多，可適當增加大球比例以便生產管理，確定球磨機初裝球，結果見表4。

表4 初裝球的確定

2.3 初裝球量的確定

球磨機初裝球添加量的確定見表5。

表5 初裝球添加量的確定

由表5可知：加權平均球徑為49.0 mm。

3 新初裝球與原球級配破碎統計力學特性比較

假設選定的鋼球球徑大于所需要時，破碎才能發生，小于所需球徑時，破碎不能發生，不同球徑下，鋼球分別碰到不同級別礦粒時可能發生的破碎事件量［5，6］，計算球磨機新初裝球與原球級配破碎統計力學特性比，結果見表6。

表6 球磨機新初裝球與原球級配破碎統計力學特性比

從表6球磨機新初裝球與原球級配破碎統計力學特性比可知，可能產生的總破碎事件量新初裝球為79 026個，優于原初裝球39 244個，優化后破碎事件提升了近2倍。所以新裝球在磨礦過程可能發生選擇性破碎概率更大，能實現更好的磨礦效果。率［Pij（t）］中。

磨礦介質整體磨損規律數學模型公式：

4 補加球球配比推算

根據初裝球直徑為60 mm∶50 mm∶40 mm＝30∶30∶40，則：

通過表4確定的初裝球直徑為60 mm∶50 mm∶40 mm＝30∶30∶40，代入到利用馬爾可夫鏈與轉移概

則球磨機補加球直徑60 mm∶50 mm∶40 mm＝19.8∶56.5∶23.7。調整取整數后，球直徑60 mm∶50 mm∶40 mm＝20∶56∶24。為了便于生產管理，選擇球直接補加時可以選擇兩種球直徑。將Φ40 mm直徑球剔除，則球直徑60 mm∶50 mm≈3∶7。結合銀山選礦廠生產情況，在生產運行過程中有時會遇到難磨礦石概率增加，可適當增加大球比例，最終確定補加球球直徑配比為60 mm∶50 mm＝1∶1，較現在按球直徑70 mm∶50 mm＝2∶1的補加球球配比，有更好的磨礦效率。

5 新補加球制度下磨礦效果與電耗對比

補加球球徑從70 mm∶50 mm＝2∶1變更為60 mm∶50 mm＝1∶1后，連續2個月對旋流器的溢流產品細度、球磨機運行功率、球耗進行跟蹤，其中對比數據見表7。

表7 新補加球制度下磨礦細度、電耗、球耗對比

從表7可知：在新補加球制度下，磨礦系統產品＋0.175 mm粗顆粒下降1.5%，細顆粒產品提升了3%，球磨機電耗下降0.55 kWh/t，球耗下降了0.02 kg/t。

6 結 語

1.采用球徑半理論公式計算球徑時，并結合破碎統計力學原理，為銀山選礦廠Φ4.8 m×7.0 m球磨機實現了精準的初裝球配比。同時通過可能產生的總破碎事件量，這一個關鍵的量化數據，為從理論到實踐的應用成功提供了重要依據。

2.應用轉移概率推斷補加球制度，能有效地計算鋼球磨損情況，實現精準的補加球工藝制度，提升球磨機的磨礦效率。從銀山選礦廠工業應用表明，精準的補加球，使銀山選礦廠球磨機電耗下降了0.55 kWh/t，球耗下降了0.02 kg/t，并提升了磨礦效率。