宋兴诚，唐都作，杨华

（云南锡业股份有限公司铜业分公司,云南昆明 650011）

半自磨技术在云锡渣选矿中的应用

宋兴诚，唐都作，杨华

（云南锡业股份有限公司铜业分公司,云南昆明 650011）

根据目前云锡渣选半自磨工艺的生产实践，对云锡铜冶炼炉渣的半自磨磨矿现状进行分析，在理论上和实践应用的角度对影响磨矿过程的各因素进行了论述。实践证明，该厂对磨机结构和磨矿介质的研究与改进能明显提升半自磨的效率，是选矿厂不改变现有流程，不增加投资成本而降低能耗的有效途径。

半自磨；渣选；磨机结构；磨矿介质；磨矿效率

磨机是矿山、冶金、建材、化工及火电等若干国民经济基础行业中的一种主要设备,承担着每年磨碎数十亿吨矿料的磨碎任务。然而,由于磨机内钢球处于随机性破碎的工作特性,又使磨机成为一种低效率及高消耗的粉碎设备。据国内外许多选矿学者的研究,每年仅磨矿作业就要耗去当年世界发电量的4%～5%。我国是个高能耗的国家,磨矿的电耗约在全国每年发电量的5%,消耗的钢材上百万吨[1－3]。因此,选择合理的碎磨流程并在生产实践中总结发展碎磨影响因素,不断改进操作水平,努力提高磨矿效率,对企业节能降本有重大意义。

云锡渣选目前采用的碎磨工艺流程是一段破碎+半自磨+球磨流程。该流程相比过程复杂、投资高的常规三段一闭路碎磨流程有较大的突破。全自磨是靠矿石自身作为磨矿介质进行研磨,而半自磨是在自磨基础上添加少量钢球以弥补矿石本身作为介质的不足[4]。半自磨工艺简单、基建投资较低、作业粉尘少,劳动生产率高、工作环境好,便于生产管理。但就矿山而言,磨机效率受矿石性质的影响很大,特别是矿石硬度的变化,使自磨机、半自磨机的磨矿效率有较大波动,进而严重影响磨机的生产稳定性。而炉渣作为一种人造矿石,具有硬度大、密度高的特点,并有极强的自磨特性,故为炉渣选矿的广泛应用创造了良好的条件。

1 原矿性质

云锡炉渣选矿系统处理来自沉降电炉的炉渣。冶炼釆用奥斯麦特炉熔炼,煅烧铜锍和熔炼炉渣的混合熔体经溜槽进入沉降电炉澄清；沉降电炉铜锍水淬,水淬铜锍进人奥斯麦特吹炼炉吹炼,沉降电炉炉渣自然缓冷24 h,小水24 h,大水24 h,包体温度低于55℃后,送炉渣选矿系统处理。原矿的矿物组成及矿物含量如表1所示。

表1 炉渣的矿物组成及矿物含量%

从表1中可看出,该样品由铁橄榄石、钙铁橄榄石、磁铁矿、冰铜、褐铁矿、黄铁矿、方解石、石英、云母、萤石以及方铅矿、毒砂等矿物所组成。脉石矿物是组成物料的主要矿物,铁橄榄石、钙铁橄榄石是物料中的主要组成矿物,分别占矿物量的47．31%、24．39%,两者累计占了矿物量的71．70%；其次为方解石、辉石,累计占矿物量的2．28%；石英、萤石、云母含量相对较少。金属矿物主要为磁铁矿,其占矿物量的23．43%,铁橄榄石、钙铁橄榄石也含有部分铁,其次为冰铜(即铜硫化合物),占矿物量的1．04%,另有少量的褐铁矿、黄铁矿,偶见方铅矿、毒砂、磁黄铁矿。

对呈独立矿物形式产出的Cu主要载体矿物冰铜的结晶粒度进行了分析与测定,通过分析测定得知：物料中的冰铜的结晶粒度较为细小,最大粒度为0．21 mm,普遍的结晶粒度在0．009～0．035 mm之间,其最小结晶粒度则＜0．002 mm,炉渣密度4．22 t/m3。

2 半自磨磨矿效率的影响因素

云锡渣选采用的半自磨机基本参数如下：尺寸为Ф4．5×4．8 m,筒体有效容积70 m3,筒体工作转速15．5 r/min,主电机功率1 250 kW。影响磨矿效率的因素主要包括原矿性质、磨机结构和磨机工作参数等。矿石可磨性变化对磨矿效率的影响很大,但在讨论中视原矿性质为不变因素,本文简要从磨机结构和磨机工作参数两方面论述。

2.1 衬板和提升条

衬板和提升条是半自磨机正常运行的关键部件,两者紧密相关,既可以是单独的,也可以是一体的。衬板的形状、材质、强度、厚度、规格大小及提升条的形状、面角、布置方式等决定着衬板和提升条的使用寿命及更换时的停车时间,直接与磨机的运转率和经济效益相关,是保证选矿厂运转率的关键因素之一。如美国的Asarco南选厂曾对1996～2000年共5年内影响半自磨机停车时间的因素进行过详细的统计分析,换衬板20%,电气4%,计划检修31%,润滑2%,筛分4%,带式输送机7%,球磨机10%,外部原因3%,其他19%,总计100%[5]。

可以看出,半自磨机停车影响的最大因素是选矿厂的计划检修,其次则是半自磨机衬板的更换,另外还有给矿溜槽的堵塞、半自磨排料渣浆泵的故障和半自磨机衬板螺栓漏浆等。因此，最大限度延长衬板的寿命成为保证半自磨机的停车时间最小化的关键目标。

云锡采用的是一体的筒体衬板。生产初期半自磨机的衬板存在质量问题,使用周期短且砸烂漏裂频繁发生。随后经过广泛的调研,对原先使用的衬板结构进行了改进。原筒体衬板为T型衬板的结构改为L型结构,以避免衬板螺栓眼的磨损；把每排衬板排列为5块改进为每排排列为3块,并适当加高了提升条,以增强衬板的整体性；选用材质为多金属合金弥散强化衬板（英文名为SCMnH21）,使该衬板的耐磨性、功能性都远远超过原先使用的T型衬板。它主要表现在以下3个方面：受到钢球冲击时整体受力均衡、抵御能力强；提升钢球的功能非常明显；抗物料长时间的摩擦、磨失损耗低。改进后，半自磨衬板的使用寿命从原先的3～4个月变到之后的7～8个月。

2.2 格子板

半自磨机的排矿格子板开孔形状及开孔面积是决定磨机处理能力的关键因素。磨机的处理能力与格子板开孔面积成正比,开孔面积越大,处理能力越大。格子板的开孔形状、位置及孔的大小与所处理矿石的性质和碎磨回路的性质有关。云锡渣选根据自身的处理能力,选用的格子板的开孔形状为斜孔,开孔面积为小口面22 mm,大口面32 mm,以保证在磨矿粒度达标的同时,处理能力能达最大化。

2.3 磨矿介质的材质

决定磨矿介质具有良好硬度和韧性的条件是其化学成分、金相结构和热处理状态等。目前国内外钢球制造厂商,均通过在钢球材料中添加合金元素,如C、Mn、Cr、Mo、Cu或其它合金元素的方法来增加钢球在热处理后,保持其良好的耐冲击强度和耐磨性。另外,钢球的圆度、合金元素的偏析和钢球表面缺陷,诸如缩孔、砂眼、淬火裂纹等,都会影响到磨机的磨矿作业指标和效率。本选厂使用的钢球是热轧钢球,它和普通钛合金低铬铸球在力学性能和金相组织上是有较大差异的,如表2所示。

表2 两种钢球的力学性能与金相组织差异

热轧钢球是由特选的碳素钢和合金钢轧制而成,有淬火—回火工艺,钢球表面硬度均匀,硬度梯度分布均匀,球体表面光滑。钛合金低铬铸球为砂模浇铸球,钢球表面较为粗糙,铸口较突出,个别钢球内部有气泡、浇痕,铸球匀有类似现象。两者在外观上亦不一样,如图1所示。本车间使用的热轧钢球效果较好,在同样的处理量和磨矿细度下,它的球耗远低于普通钢球,可节约成本10%以上。

图1 两种钢球的外观对比

2.4 磨矿介质的形状和尺寸

磨碎作用是通过介质实现的,介质尺寸选择恰当与否对磨碎过程影响很大。介质尺寸过大,打击次数过少,过大的破碎力又往往发生贯穿破碎,同时研磨面积小,研磨能力弱;介质尺寸过小,破碎能量不足,一次实现不了破碎时矿粒接受的变形能又作弹性恢复而使能量损失。矿粒经过多次破碎力作用而达到疲劳极限时也能破碎,但破碎概率低。当球径和矿石粒度相适宜时,破碎力作用精确,破碎作用往往从结合力弱的晶界面上破裂,既节省能耗又增加矿物解离选择性。钢球不圆会受到比正常圆球高的应力,易发生碎裂现象;合金元素的严重偏析,尤其是在热处理磨球中的偏析,将会产生内应力,并使磨球的耐冲击性能降低,进而导致磨矿介质过早地碎裂。

云锡渣选处理能力为1．2 kt/d,渣选厂半自磨机加球球径为Ф120 mm,每天1次,每次50～100 kg。钢球的充填率为3%～5%。给料来自颚式破碎机粗碎后的产品,给料粒度F80=150 mm,在磨矿浓度为75%左右时,半自磨的磨矿产品粒度为－200目占45%左右。技术人员探索了半自磨不同加球球径时的处理量和磨矿产品细度,发现球径为Ф120 mm的半自磨加球球径是比较合适的。另外,由于该半自磨机是定转速的,所以很难改变磨机内物料(钢球)的抛落轨迹,使得在提升磨矿效果的同时,避免了对衬板和提升条棒造成破坏。

3 经济技术指标

根据本渣选厂的实际处理矿量,得出2014年一季度的球耗及生产指标,见表3。

表3 云锡渣选厂2014年一季度的球耗及生产指标

云锡铜业公司和中国瑞林工程技术有限公司就渣选厂的工艺和生产进行了多次的技术交流,经过近一年的生产实践和不断地技术改进,获得较好的生产指标,其中一些指标甚至超出了原先的设计值,取得了较好的经济效益。以2014年第一季度的生产指标为例,该季度内炉渣的处理能力均超过设计指标的1 033 t/d；回收率也较设计值的42．87%有明显提高。同时,特别需要注意的是半自磨的钢耗较设计值(400 g/t原矿)低很多,这也是值得设计研究人员在后期的试验研究和生产实践中进行探究,这对进一步丰富炉渣选矿的半自磨技术是具有重要的理论意义和现实价值。

4 结语

综上，本文针对云锡铜冶炼炉渣的半自磨磨矿现状,在理论上和实践应用中就影响磨矿过程的各因素进行了分析。虽然各因素并不是完全独立地影响磨矿效率,但基本反映出半自磨技术在炉渣选矿中可能出现的问题症结所在,为该厂在生产实践中寻找问题的解决方法提供了指导。同时,抓住磨矿介质这一关键环节,调整介质参数,形成合理的介质制度是选矿厂不改变现有流程,不增加投资成本而降低能耗的有效途径。

[1]中南矿冶学院选矿教研室．1981年选矿年评[R]．长沙:中南矿冶学院选矿教研室,1983．

[2]吴彩斌．破碎统计力学原理及转移概率在装补球制度中的应用研究[D]．昆明:昆明理工大学,2002．

[3]刘广泌．选矿节能年评[R]//第二届选矿年评报告文集．北京:中国金属学会选矿学术委员会,1984．

[4]段希详,曹亦俊．球磨机介质工作理论与实践[M]．北京:冶金工业出版社,1999．

[5]Fisbeck D E．Grinding circuit operating practices at Asarco Mission Complex South Mill[C]//SAG 2001．Vancouver, Canada：Department of Mining Engineering University of British Columbia,2001:138－148．

Application of SAG Technology in Slag Flotation for Yunnan Tin Company

SONG Xingcheng,TANG Duzuo,YANG Hua
（Copper Branch Company of Yunnan Tin Company Limited,Kunming,Yunnan 650011,China）

Based on production practice of SAG process for Yunnan Tin slag flotation,the paper analyzes SAG present situation of copper smelting furnace slag,and discusses the various factors of affecting grinding from the angles of theory and practice application．It proves that research and improvement of mill structure and grinding medium can obviously increase SAG efficiency;it is the effective measures to reduce energy consumption．

SAG;slag flotation;mill structure;grinding medium;grinding efficiency

TD921+．4

B

1004－4345（2014）06－0025－03

2014－07－22

宋兴诚(1966—)，男，教授级高工，主要从事有色金属冶金技术工作。