曾 明

江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司德興銅礦 江西德興 334224

破 碎磨礦作業(yè)是礦物選別前的重要一環(huán)，其投資約占選礦廠總投資的 50%～ 60%，裝機(jī)功率占選礦廠總裝機(jī)功率的 60%～ 70%。因此，在綜合考慮項(xiàng)目的投資成本、效益及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用時(shí)，碎磨工藝的選擇就變得尤為重要[1]。傳統(tǒng)的碎磨工藝存在設(shè)備多、流程較長(zhǎng)、作業(yè)環(huán)境較差等缺點(diǎn)，而流程相對(duì)簡(jiǎn)單、占地面積小、粉塵少、投資少的半自磨工藝逐漸進(jìn)入選礦工作者的視野。20 世紀(jì) 50 年代以前，國(guó)外基本上還是采用以常規(guī)的兩段破碎或三段破碎+球磨為主的碎磨工藝。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，半自磨工藝成為一些新建或改建的鐵礦、銅礦、金礦等金屬礦山廣泛應(yīng)用的碎磨工藝[2]。20 世紀(jì) 60 年代末，我國(guó)在鐵礦中開(kāi)始應(yīng)用自磨工藝，2000 年第一次將半自磨工藝應(yīng)用在銅陵冬瓜山礦山。2004 年之前，半自磨工藝主要應(yīng)用在小型選廠，2004 年之后，在一些新建選廠，尤其是在一些大型選礦廠得到了大規(guī)模應(yīng)用。

1 半自磨機(jī)工作原理

自磨機(jī)是一種兼有破碎和磨礦功能的破碎設(shè)備，主要是利用礦石自身作為磨礦介質(zhì)，通過(guò)沖擊和磨剝作用達(dá)到粉碎物料的目的。半自磨機(jī)是利用自磨機(jī)在對(duì)礦石物料進(jìn)行磨礦作業(yè)時(shí)產(chǎn)生一部分磨礦能力差，而在筒體中加入少量 (一般為 8%～ 12%) 的鋼球，以處理自磨時(shí)產(chǎn)生的難磨顆粒 (粒徑在 20～ 80 mm)，從而提高磨礦效果[3]。半自磨機(jī)同球磨機(jī)一樣，筒體內(nèi)的鋼球介質(zhì)和礦石物料在離心力和摩擦力的作用下，隨著筒體轉(zhuǎn)動(dòng)被提升到一定的高度后，按一定的線速度形成拋落運(yùn)動(dòng)，礦石物料受下落鋼球的撞擊，以及鋼球與鋼球之間、鋼球與磨機(jī)和礦石物料之間的附加壓碎和磨剝作用，而達(dá)到粉碎物料的目的，被磨碎的合格物料借助水的沖擊力送出筒體。隨著半自磨機(jī)直徑的增大，其容積也逐漸增大，鋼球拋落得越高，破碎效率也越高，處理量也越大，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致礦石物料在半自磨機(jī)中停留時(shí)間縮短，單位容積處理量下降，增加了半自磨單位能耗[4]。

2 半自磨工藝特點(diǎn)

(1) 流程短、易操作、成本低 半自磨工藝流程一般是原礦直接進(jìn)入半自磨機(jī)，或經(jīng)粗碎后進(jìn)入半自磨機(jī)+球磨機(jī)，減少了常規(guī)的二、三段破碎和篩分作業(yè)，使半自磨流程縮短，簡(jiǎn)化了工藝流程，同時(shí)也減少了常規(guī)碎磨流程在處理礦性復(fù)雜的礦石時(shí)導(dǎo)致的流程不穩(wěn)定現(xiàn)象。由于工藝流程的簡(jiǎn)化，且無(wú)需設(shè)置破碎系統(tǒng)的中細(xì)碎、篩分、除塵、帶式輸送機(jī)以及中間緩沖倉(cāng)等設(shè)備及相應(yīng)廠房，減少了占地面積和基建投資費(fèi)用，以及材料消耗和人工成本，有效降低了選廠的應(yīng)用成本。

(2) 利于礦物選別 半自磨機(jī)主要是以礦石和鋼球作為磨礦介質(zhì)，特別是在處理多金屬硫化礦時(shí)，礦漿中會(huì)產(chǎn)生一定量的 Fe2+離子，影響礦物表面的電化學(xué)性質(zhì)，從而改變了礦物的可浮性。

(3) 自動(dòng)化程度高 半自磨機(jī)主要以礦石自身和少量的鋼球作為磨礦介質(zhì)，因此易受礦石性質(zhì)的影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，為達(dá)到一定的磨礦效果，需通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)調(diào)節(jié)，特別是在一些大型選廠，單靠人工調(diào)節(jié)已不能滿足生產(chǎn)要求，需要通過(guò)在線監(jiān)測(cè)磨機(jī)各項(xiàng)工藝參數(shù)并及時(shí)做出調(diào)整，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 半自磨工藝的應(yīng)用

目前半自磨工藝主要有：?jiǎn)味伟胱阅チ鞒?(SS SAG)、半自磨+球磨流程 (SAB)、半自磨+球磨+破碎流程 (SABC)[5]。

3.1 SS SAG 流程

由于 SS SAG 流程受給礦粒度、磨機(jī)長(zhǎng)徑比、磨機(jī)轉(zhuǎn)速、分級(jí)回路等因素的影響，選用該流程替代碎磨流程存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，目前在國(guó)內(nèi)礦山應(yīng)用較少。

某銅礦[6]在對(duì)碎磨流程進(jìn)行改造時(shí)，要求設(shè)計(jì)處理量為 3 330 t/d，產(chǎn)品粒度 -74 μm 占 90%。根據(jù)邦德功指數(shù)試驗(yàn)和 JK 落重試驗(yàn)結(jié)果可知，該礦礦石具有較好的破碎性和研磨性，屬易碎易磨銅礦。由于處理量較小，且礦石經(jīng)一段粗碎后含泥量較大，決定采用 SS SAG 流程替代原有的三段破碎—磨礦流程。經(jīng)JK 軟件模擬和設(shè)備選型計(jì)算，最終選用φ5.5 m×3.5 m 半自磨機(jī)，裝機(jī)功率為 1 600 kW，取得了較好的應(yīng)用效果。

SS SAG 流程不僅僅適用于金屬礦，在一些非金屬礦山也能達(dá)到碎磨的目的。某光鹵石礦 (KCl·MgCl2·6H2O)[7]礦石硬度低易破碎，采用 SS SAG 工藝來(lái)簡(jiǎn)化破碎磨礦流程，采用半自磨—冷結(jié)晶—正浮選工藝連續(xù)化生產(chǎn)。經(jīng)采取多項(xiàng)改進(jìn)措施后，半自磨機(jī)處理能力從原來(lái)的 120 t/d 增加至 150 t/d，磨礦產(chǎn)品粒度得到一定優(yōu)化，不僅提高了磨礦效率，增加了處理量，同時(shí)也大大降低了生產(chǎn)成本。

SS SAG 工藝在國(guó)外應(yīng)用比較普遍，尤其是在南非的金礦礦山，在美國(guó)、加拿大、澳大利亞等地區(qū)的銅礦、鎳礦、鉬礦和鉛鋅礦等有色金屬礦山經(jīng)常使用。董節(jié)功等人[8]在對(duì)剛果某多金屬礦項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)處理量為 83.71 t/d，產(chǎn)品粒度P80=106μm。通過(guò) SMC 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該礦屬于易磨易碎礦石，結(jié)合國(guó)內(nèi)某銅礦已成功應(yīng)用 SS SAG 的實(shí)例，擬采用 SS SAG 工藝流程，結(jié)合功耗法和數(shù)學(xué)模型，對(duì)半自磨機(jī)進(jìn)行設(shè)備選型，根據(jù)軟件計(jì)算結(jié)果，最后確定選用φ5.03 m×3.5 m 半自磨機(jī)，裝機(jī)功率為 1 200 kW。

Yanacocha 金礦[9]于 2008 年 12 月投產(chǎn)，該礦采用由 1 臺(tái)安裝功率為 16 500 kW 的φ9.75 m×9.75 m半自磨與一組φ650 mm-10 型旋流器組成的 SS SAG閉路流程，設(shè)計(jì)處理量為 620 t/h，產(chǎn)品粒度P80=75μm。投產(chǎn)初期，由于受礦石性質(zhì)變化、磨礦介質(zhì)、格子板以及分級(jí)效率等方面的影響，除產(chǎn)品粒度未達(dá)標(biāo)外，其余指標(biāo)均已達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。為提高選廠的處理能力，需增大對(duì)產(chǎn)品的粒度要求，經(jīng)多年的優(yōu)化改造，該廠處理能力已經(jīng)超出設(shè)計(jì)值的 30%?？傮w來(lái)說(shuō)，SS SAG 流程在 Yanacocha 金礦的應(yīng)用取得了成功。

Tarkwa 金礦[10]設(shè)計(jì)規(guī)模為 525 t/h，磨礦產(chǎn)品粒度P80=75～ 125 μm。該礦礦石主要以石英礫巖為主，金賦存在硅化礫巖中，與赤鐵礦關(guān)系密切，礦石性質(zhì)較硬。在考慮碎磨工藝時(shí)，對(duì) SS SAG 工藝與 SABC工藝進(jìn)行了綜合對(duì)比，比較結(jié)果是，雖然 SABC 流程生產(chǎn)成本低于 SS SAG，但在基建投資上高于 SS SAG流程。綜合各方面考慮，最終選擇 SS SAG 流程。選用裝機(jī)功率為 14 000 kW 的φ8.2 m×12.8 m 半自磨機(jī)，鋼球填充率為 18%，循環(huán)負(fù)荷 350%。投產(chǎn)后，處理能力超出設(shè)計(jì)值，磨礦產(chǎn)品粒度P80=75～ 150μm，與設(shè)計(jì)值相差不大，對(duì)金礦回收率無(wú)影響，取得了較好的應(yīng)用效果。

SS SAG 流程具有流程短、投資少、操作靈活等特點(diǎn)，在一定條件下是一個(gè)較好的選擇，但同時(shí)也受礦石性質(zhì)、設(shè)計(jì)和操作參數(shù)影響。隨著在國(guó)外成功案例的增多，國(guó)內(nèi)也有一部分選廠按照 SS SAG 流程設(shè)計(jì)，應(yīng)用前景廣闊。

3.2 SAB 流程

SAB 碎磨工藝流程是在 SS SAG 流程的基礎(chǔ)上添加 1 臺(tái)或幾臺(tái)球磨機(jī)構(gòu)成的閉路碎磨流程，是目前各大礦山比較主流的碎磨工藝之一。

冬瓜山銅礦[11]是我國(guó)首次引進(jìn)半自磨設(shè)備，采用 SAB 碎磨工藝。SAB 流程由 1 臺(tái)裝機(jī)功率為 4 850 kW 的φ8.53 m×3.96 m 半自磨機(jī)和 2 臺(tái)功率為 3 300 kW 的φ5.03 m×8.3 m 溢流型球磨機(jī)組成，2 組φ660 mm 旋流器分別與 2 臺(tái)球磨機(jī)構(gòu)成閉路循環(huán)，半自磨機(jī)的給礦粒度為 -250 mm，產(chǎn)品粒度P80=2.5 mm。

大寶山 7 000 t 銅硫選廠 SAB 流程由 1 臺(tái)φ8.5 m×3.8 m 半自磨機(jī)和 1 臺(tái)φ6.2 m×9.5 m 溢流型球磨機(jī)構(gòu)成。由于該廠礦石采礦點(diǎn)較多，礦石性質(zhì)較復(fù)雜，為保證半自磨流程高效穩(wěn)定生產(chǎn)，對(duì)半自磨機(jī)筒體襯板、鋼球、格子板進(jìn)行優(yōu)化后，處理量由原來(lái)的7 000 t 提高到 9 000 t[12]。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某大型銅礦礦石屬性進(jìn)行分析，以及通過(guò) JK 落重試驗(yàn)對(duì)礦石的抗沖擊破碎性能測(cè)試和Bond 功指數(shù)試驗(yàn)，可知該礦礦石主要為花崗巖型銅礦石，破碎、研磨難易程度均屬于中等水平。碎磨工藝最終采用一段粗碎+半自磨機(jī)+球磨機(jī)的 SAB 流程，半自磨機(jī)采用中信重工自主研發(fā)的φ11.0 m×5.4 m 雙驅(qū)變頻磨機(jī)，功率為 2×6 500 kW。礦石經(jīng)粗碎后進(jìn)入半自磨機(jī)，出料經(jīng)振動(dòng)篩分級(jí)后，篩上頑石直接進(jìn)入堆浸廠，不返回半自磨機(jī)，頑石與半自磨機(jī)不構(gòu)成閉路循環(huán)，篩下產(chǎn)品經(jīng)旋流器分級(jí)后與球磨機(jī)構(gòu)成閉路循環(huán)系統(tǒng)。該半自磨機(jī)于 2016 年 10 月投入試運(yùn)行，經(jīng)過(guò)后期各方面的優(yōu)化，目前取得了較好的效果[13]。

內(nèi)蒙古某低品位銅鉬礦山，經(jīng)過(guò)對(duì)礦石性質(zhì)的碎磨特性試驗(yàn)，礦石的抗沖擊破碎能力和磨蝕能力都屬中軟范圍，頑石的抗沖擊破碎能力和磨蝕能力屬偏硬范圍。該選廠一期處理量為 42 000 t/d，SAB 流程采用 2 臺(tái)安裝功率為 6 000 kW 的國(guó)產(chǎn)φ8.8 m×4.8 m 半自磨機(jī)和 2 臺(tái)功率為 6 000 kW 的φ6.2 m×9.5 m 球磨機(jī)。2012 年二期處理量為 42 500 t/d，采用 1 臺(tái)安裝功率為 12 686 kW 的φ11.0 m×5.4 m 半自磨機(jī)和 1 臺(tái)功率為 17 000 kW 的φ7.9 m×13.6 m[14]球磨機(jī)。

楊應(yīng)林等人[16]在對(duì)西部礦業(yè)錫鐵山鉛鋅礦進(jìn)行選礦技術(shù)升級(jí)改造時(shí)，經(jīng) JK 落重試驗(yàn)和球磨功指數(shù)以及 JK-SimMet 軟件模擬流程，確定新選廠碎磨流程采用 SAB 工藝，經(jīng)多次試驗(yàn)論證，最終選用安裝功率為 1 000 kW 的φ5.0 m×2.5 m 半自磨機(jī)和功率為 1 300 kW 的φ3.8 m×5.2 m 格子型球磨機(jī)。

SAB 流程不僅適于礦石選礦中，在爐渣選礦中也得到了廣泛應(yīng)用。貴溪冶煉廠[17]爐渣碎磨系統(tǒng)采用 SAB 流程，經(jīng)顎式破碎機(jī)粗碎后的爐渣給入半自磨機(jī)，半自磨機(jī)產(chǎn)品進(jìn)入球磨機(jī)進(jìn)行二段磨礦，分級(jí)后最終產(chǎn)品粒度在 -45 μm 占 80%，經(jīng)一定處理后進(jìn)入浮選作業(yè)。貴冶采用奧托昆普公司生產(chǎn)的安裝功率為 2 000 kW 的φ5.2 m×5.2 m 半自磨機(jī)，以及中信重工生產(chǎn)的φ5.03 m×8.3 m 球磨機(jī)。西北某銅爐渣選礦廠[18]在對(duì)銅爐渣處理時(shí)，碎磨流程同樣采用 SAB 工藝，該渣選廠年處理能力在 100 萬(wàn) t 以上，經(jīng)粗碎后的爐渣給入 1 臺(tái)φ5.8 m×5.8 m 半自磨機(jī)，產(chǎn)品經(jīng)直線振動(dòng)篩分級(jí)后，篩下產(chǎn)品經(jīng)一組旋流器分級(jí)后，沉砂返回 1 臺(tái)φ5.5 m×9.5 m 球磨機(jī)，篩上產(chǎn)品返回半自磨機(jī)。該渣選廠 2012 年 6 月試生產(chǎn)，11 月已實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。

隨著 SAB 碎磨工藝在渣選廠的成功應(yīng)用，目前在金川集團(tuán)渣選廠、紫金礦業(yè)渣選廠、湖南水口山渣選廠、山東祥光渣選廠都相繼采用 SAB 碎磨工藝，均取得了較好的效果。

3.3 SABC 流程

SABC 流程是在 SAB 流程的基礎(chǔ)上增加一套頑石破碎系統(tǒng)，頑石經(jīng)破碎系統(tǒng)破碎后再返回半自磨機(jī)。增加了破碎系統(tǒng)后，減少了半自磨機(jī)內(nèi)難磨粒子的積累，降低了半自磨機(jī)的負(fù)荷，增強(qiáng)了流程連續(xù)性，目前已應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外各大礦山。

德興銅礦[19]大山選礦廠 2.25 萬(wàn) t/d 半自磨系統(tǒng)采用 SABC 流程，流程采用 1 臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為 2×5 586 kW 的φ10.37 m×5.19 m 國(guó)產(chǎn)半自磨機(jī)與 1 臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為 2×5 586 kW 的φ7.32 m×10.68 m 型溢流型球磨機(jī)。半自磨機(jī)產(chǎn)品經(jīng) 2 臺(tái)直線振動(dòng)篩分級(jí)，篩上產(chǎn)品經(jīng) 1 臺(tái) MP800 型圓錐破碎機(jī)破碎后返回半自磨機(jī)，篩下產(chǎn)品進(jìn)入 2 組φ836-6 旋流器分級(jí)，旋流器溢流進(jìn)入浮選作業(yè)，沉砂返回球磨機(jī)，球磨機(jī)與兩組旋流器構(gòu)成閉路循環(huán)。

位于秘魯?shù)奶亓_莫克銅礦碎磨工藝同樣采用SABC 流程，原礦經(jīng) NT 1 500 mm×φ2 800 mm 旋回破碎機(jī)破碎后進(jìn)入 1 臺(tái)功率為 28 000 kW 的φ12.2 m×7.9 m 半自磨機(jī)，半自磨機(jī)排料經(jīng)滾筒篩和雙層振動(dòng)篩分級(jí)后，篩上產(chǎn)品由 2 臺(tái) XL1100 型頑石破碎機(jī)破碎后返回半自磨機(jī)，篩下產(chǎn)品進(jìn)入 4 組 762×660 mm 旋流器分級(jí)處理，旋流器溢流進(jìn)入浮選作業(yè)，旋流器沉砂返回 2 臺(tái)φ8.5 m×13.4 m 球磨機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步磨礦，球磨機(jī)與 4 組旋流器構(gòu)成閉路磨礦流程[20]。普朗銅礦[21]一期設(shè)計(jì)規(guī)模 40 000 t/d，選廠分 2 個(gè)系列，碎磨工藝采用 SABC 流程，半自磨機(jī)型號(hào)為φ9.75 m×4.72 m，φ6.7 m×11.76 m 球磨機(jī)與φ660 m旋流器組構(gòu)成閉路磨礦，破碎系統(tǒng)每個(gè)系列采用 2 臺(tái)HP300 圓錐破碎機(jī)，分別與半自磨機(jī)構(gòu)成閉路。

SABC 流程也常應(yīng)用在硫化鉛鋅礦選礦中。楊征和[22]在研究半自磨機(jī)在硫化鉛鋅礦中應(yīng)用的合理性時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室 JK 落重試驗(yàn)、JKSimMet 軟件模擬試驗(yàn)，最終選擇 SABC 碎磨流程，并對(duì)硫化鉛鋅礦選礦中半自磨機(jī)規(guī)格進(jìn)行了設(shè)備選型，確定選用 1 臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為 1 250 kW 的φ6.0 m×2.6 m 半自磨機(jī)，2 臺(tái)單機(jī)裝機(jī)功率為 1 250 kW 的φ3.6 m×6.0 m 球磨機(jī)，以及 1 臺(tái)圓錐破碎機(jī)構(gòu)成 SABC 流程。并對(duì) SABC 碎磨流程與常規(guī)三段破碎流程方案進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，要達(dá)到礦石粒度要求，常規(guī)三段破碎流程磨礦作業(yè)需要進(jìn)行兩段磨礦，而 SABC 流程僅需采用一段球磨就能達(dá)到磨礦要求，因此在硫化鉛鋅礦中采用SABC 流程是合理的。

SABC 工藝流程在國(guó)外[23-24]應(yīng)用較為廣泛，已成為比較主流的碎磨工藝之一。澳大利 Cadia Hill 銅金礦選廠碎磨工藝采用 SABC 工藝，破碎工藝由 1 臺(tái)φ12.2 m×6.71 m 半自磨機(jī)、2 臺(tái)φ6.71 m×11.1 m 球磨機(jī)和 2 臺(tái) MP1000 圓錐破碎機(jī)構(gòu)成。在坦桑尼亞Geita 金礦、加拿大 Inmet Troilus 金銅礦、Asarco 銅礦等選礦廠同樣也采用 SABC 工藝，均取得了較好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)半自磨工藝是從國(guó)外引進(jìn)，半自磨設(shè)備主要都是以進(jìn)口為主，但隨著國(guó)內(nèi)對(duì)半自磨工藝的不斷探索和創(chuàng)新，對(duì)半自磨設(shè)備的不斷研發(fā)，半自磨機(jī)已逐漸朝著國(guó)產(chǎn)大型化、智能化方向發(fā)展。半自磨工藝較常規(guī)碎磨流程具有流程短、設(shè)備少、投資少、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大礦山。隨著半自磨工藝技術(shù)的發(fā)展，半磨工藝流程在未來(lái)國(guó)內(nèi)外礦山具有廣闊的應(yīng)用前景。