半自磨技術在選礦行業中應用及發展

王建絨

（金川集團股份有限公司選礦廠，金昌 737100）

碎磨作業作為選別前的準備作業和選礦過程重要工序，為后續選別作業提供有用礦物充分單體解離、產品粒徑符合選別規定,且過粉碎較輕、與產品顆粒大小一致的入選材料。

碎磨工序的總成本大約為選礦廠的50%～60%,而能源和鋼耗則為選礦廠成本的60%～70%,碎磨工序的選擇直接關系選礦廠的投入成本、生產技術指標和經濟性[1]。

碎磨工藝可分為傳統碎磨工藝和半自磨+球磨工藝兩大類。傳統的三段一閉路碎磨工藝存在流程過長、設備規格復雜和數量多、鋼材消耗量大、基建投資及生產費用高等缺點，使用半自磨工藝可節省投資、提高勞動生產率、改善作業環境、減少設備類型及設備數量[1-2]。

1 半自磨機工藝原理

半自磨機是一種兼具破碎和粗磨兩種功能的新型磨礦設備，半自磨機磨礦是以大塊礦石本身作為磨礦介質為主、補加適量鋼球為輔的一種作業。半自磨工藝能使礦石按照解理面破碎，單體解離度高，給礦粒度大，磨碎比高，替代了中細碎作業，工作環境好，精簡了碎磨流程，半自磨流程也逐步發展成為新的常規碎磨流程[2]。

近年來隨著礦山的供礦品位持續降低，金屬需求量日益增長，選廠規模不斷擴大以及半自磨工藝和控制技術越來越成熟，國內外一大批新建或改擴建的大型選礦廠碎磨工藝均優先考慮采用半自磨工藝流程。據統計全球已有70%以上的原礦采用半自磨技術處理，半自磨技術已經逐步發展成為選礦領域新的常規碎磨工藝，被越來越多的礦山所采用。

2 半自磨工藝及其特點

2.1 半自磨工藝

目前在金屬礦山用得較多的半自磨工藝流程從簡單到復雜主要有以下三種：

2.1.1 單段半自磨流程(SA)

半自磨機與分級設備直接構成閉合回路，篩上頑石和旋流器沉砂返回半自磨機。單段半自磨流程簡單、便于管理，但單個裝置中集中完成破碎、棒磨及球磨等多階段連續作業所共同完成的粉磨任務，產生大量能耗費，且該過程細磨能力較弱，需要準確了解礦石性質。

圖1 秘魯Yanacocha金礦15000t/d單段半自磨流程

2.1.2 半自磨+球磨流程（SAB流程）

礦石在經過粗碎后(粒度一般為200mm～300mm），可直接進入半自磨機進行磨礦，排礦后進入振動篩，篩下產品通過渣漿泵打入旋流器+球磨流程完成磨礦，篩上頑石通過皮帶直接返回半自磨。半自磨+球磨流程最大的弊端就是受頑石破碎速度的影響大，頑石破碎速度降低，造成系統處理量降低。SAB流程的選礦廠礦石性質必須是中等或較軟礦石，該流程多用于有色金屬和黃金礦山。

2.1.3 半自磨+球磨+破碎流程（SABC流程）

圖2 銅陵冬瓜山銅礦13000t/d系統SAB磨礦流程

圖3 德興銅礦大山選廠22500t/d系統SABC磨礦流程

礦石經過破碎機破碎后進入半自磨，由半自磨取代常規中細碎、篩分、礦石轉運、通風除塵及部分磨礦(粗磨)作業。SABC流程是半自磨流程中在近年來應用最典型的一個，其對礦石的適應性強，因此目前國內外大多數自磨廠都優先考慮選用此工藝流程。

2.2 半自磨工藝優點

半自磨工藝具有工藝流程短，生產環節少，設備數量少，操作及維修人員少，占地面積小(尤其適合原址擴建、場地受限的選廠)，基建投資及運營成本低；便于生產管理，易于實現自動控制；能減少物料的過粉碎，從而改善磨礦產品粒度組成及礦漿的電化學性質，減輕鐵質對礦物的污染，對含泥、水分較大的高黏性礦石適應性強(不易造成篩子、礦倉、漏斗等堵塞)；破碎比大，系統能力不受限制，對大多數礦石具有選擇性碎磨，因而促進了有用礦物和脈石的解離等一系列優勢。

2.3 半自磨工藝缺點

半自磨工藝對原礦的硬度、粒度、可磨性、含泥量變化較為敏感；調試周期較長，操作及控制復雜；設備運轉率和磨礦效率比低于球磨；電耗比常規碎磨高；磨機內襯板使用壽命短，鋼球易破損，一般采用變速驅動裝置以適應不同工況的要求，當頑石量較多時需設置頑石破碎作業。

2.4 半自磨工藝的適用條件

選擇半自磨工藝的前提是原礦中要可以產生足夠數量的磨礦介質，而磨機給礦的最大粒度、給礦中粗粒級(＞100mm)的含量及礦石硬度都是決定是否選擇半自磨的主要因素。

通過測定礦石一系列適應性驗證試驗，發現普氏硬度f=6～12的礦石適合采用半自磨工藝。

3 國內外半自磨技術的應用情況[3-16]

自1932年美國哈丁公司制造出了世界上第一臺規格為Φ7.3×0.9m濕式自磨機，至今已90年。20世紀50年代末，工業式自磨機開始應用于礦業領域。目前世界上最大規格的半自磨機為中信重工生產的Φ12.19×10.97m半自磨機，總裝機功率28000kw，2010年應用在澳大利亞中信泰富Sino鐵礦選礦廠，單系統日處理量高達12.6萬t。

世界各地應用（半）自磨機排名前五位的國家分別是美國、俄羅斯、南非、加拿大及澳大利亞。到目前為止，全世界約有1200多臺各類（半）自磨機應用于銅礦、鐵礦及金礦等金屬礦山。

表1 近年來國外選礦行業半自磨機應用情況

表2 近年來國內選礦行業半自磨機應用情況

2004年冬瓜山銅礦引進第一臺斯維達拉公司生產的Φ8.53×3.96 m半自磨機投產，2006年大紅山鐵礦又引入美卓礦機公司生產的Φ8.53×4.27m半自磨機并相繼投產，從而為大型半自磨機在國內推廣應用積累了寶貴的生產實踐經驗，此后烏山銅鉬礦、德興銅礦、白馬鐵礦、華聯鋅銦多金屬礦、甲瑪銅礦、伊春鹿鳴銅鉬礦、金堆城汝陽鉬礦、紫金山金銅礦、普朗銅礦、袁家村鐵礦、金川銅鎳礦等國內大型有色、黑色礦山的選礦廠相繼采用半自磨工藝。目前國內應用規格最大的半自磨機為Φ10.97×7.16m，2014年應用在黑龍江伊春鹿鳴銅鉬礦選礦廠，生產能力為50000t/d，裝機功率為17000kw。

4 國內半自磨技術應用的特點

4.1 2004年以前，國內選礦行業中采用的半自磨機呈現以下特點

半自磨機主要在小規模鐵礦山應用較多，設備都為國內制造，基本是原有自磨機改用的，鋼球添加量為3%～6%。

半自磨機直徑＜8m，規格大多為Φ5.5x1.8m，系統處理能力小，在規模與經濟效益上沒有優勢。

采用定速驅動，受礦石性質影響大，系統穩定性差。

系統控制水平差，設備運轉率一般為55%～75%，運轉率較低。

4.2 近年來半自磨工藝在國內的應用呈現出以下四個特點：

4.2.1 國產半自磨主體設備逐步取代了進口設備

以中信重工為代表的國內磨機制造廠家通過引進、消化、吸收和再創造，進一步提高半自磨機設計制造能力。2009年首臺Φ8.8×4.8m國產大型半自磨機在烏山銅鉬礦一期投產，此后國產半自磨機在國內遍地開花，江西德興銅礦大山選廠、西藏甲瑪銅礦、福建紫金山金銅、太鋼袁家村鐵礦、金川銅鎳礦選礦廠等國內礦山都先后采用了國產半自磨機。

4.2.2 半自磨工藝流程由SAB流程逐步向SABC流程轉變

本世紀初期投產的冬瓜山銅礦、昆鋼大紅山鐵礦、四川攀鋼白馬鐵礦等采用了SAB流程，之后投產的江西德興銅礦大山選廠、西藏甲瑪銅礦、伊春鹿鳴銅鉬礦等礦山，基本上都采用SABC流程，并且選廠達產達標時間越來越短，部分選廠在進行摸索改造后，實際生產能力甚至超過了設計生產能力。

4.2.3 半自磨機規格及單系統處理能力越來越大

現代礦山規模的發展及磨機制造水平的提高，為半自磨設備大型化提供了應用及制造基礎。2004年冬瓜山銅礦Φ8.53×3.96m半自磨系統剛開始應用時，日處理能力僅為1.3萬噸，2011年投產的烏山銅鉬礦二期Φ11×5.4m半自磨單系統日處理能力已達到3.5萬噸，2014年投產的黑龍江伊春鹿鳴礦業Φ10.97×7.16m半自磨單系統日處理能力已超過5萬噸，太鋼袁家村鐵礦Φ10.97×6.71m半自磨單系統日處理能力已達到6.67萬噸。

4.2.4 半自磨控制技術逐步向自動化、集成化、智能化方向發展

由于半自磨系統影響因素多，過程變化快，波動范圍大，非人工所能操作與控制，半自磨系統對自動化控制水平要求較高。

德興銅礦聯合礦冶科技集團有限公司研制了磨礦專家系統，利用該系統可實現磨機運行狀況自動檢測，進行系統給礦量、給水量等關鍵運行參數的自動調節。

5 半自磨技術的發展建議

（1）給礦性質的穩定，鋼球材質及充填率的穩定，襯板結構、材質及耐磨性能的優化設計是保證半自磨機穩定運行的關鍵。半自磨流程中最主要的影響因素就是礦石自身的特性，由于礦石在不同的礦段、礦坑、開采深度都存在著較大的力學性質差異，造成了半自磨機的給礦及半自磨機效率不穩定，采用半自磨流程時必須及時、準確地檢測不同采場原礦性質的變化，進行合理配礦。

（2）由于半自磨機鋼球沖擊破碎礦石的能力與鋼球大小即球徑立方成正比，增大補加鋼球球徑是提高半自磨機處理能力最有效的途徑。實際生產中，應通過試驗采取適當加大半自磨機補加鋼球球徑（可適當彌補給礦中大塊礦石的不足）、增加充填率和提高轉速率等方法來達到提高產量、節能降耗的目的。另外，還可以通過降低半自磨機給礦粒度、降低頑石產量和粒度、增大半自磨機格子板開孔尺寸或開孔率的方法，來提高半自磨機排料速度，以保證在磨礦產品粒度達標的同時，使半自磨機處理能力達到最大化。

（3）目前制造半自磨機襯板的主要材料是高錳鋼，但由于高錳鋼襯板耐磨性較低，壽命短、噪聲大、能耗高。因此亟需研制高耐磨性復合襯板，來代替目前所用的高錳鋼及合金鑄鋼襯板，以減少襯板磨損、提高其使用壽命。