自磨半自磨技术的新发展

自磨半自磨技术的新发展

自磨/半自磨技术的发展前景自20世纪50年代至60年代，自20世纪50年代以来，自适应开采矿山工厂的工业应用，已有半个世纪的研究、改进和研究，以及大多数工人的持续努力。它已从一个总是发生争议的技术发展为成熟可靠的技术。在世界各国,无论是新建,还是扩建以及老厂的改造。都几乎要用自磨/半自磨技术。可以说,自磨/半自磨技术已经成为选矿领域的常规工艺了。自磨/半自磨技术不仅简化了选矿厂的工艺流程,改善了操作条件,减轻了劳动强度,更有利于环境。不仅减少了建厂的基建费用,而且往往降低了生产运营成本,更利于实现选矿厂的自动化。自磨/半自磨技术发展到今天,不仅设备更加大型化,而且采用的工艺流程也更加多样化,其中包括磨机本身的传动配置和变速运行,这些又促进了机械和电气行业的发展。同时选矿工作在不断地应用最新的科技手段来研究这一技术,特别是用计算机模拟和编程来确定自磨/半自磨的工艺流程和设备的选型。不再需要费时又费钱的成百上千吨矿样规模的半工业性试验,而只需要少量的矿样,甚至岩芯样,测定矿石碎磨的基本特性,就能完成工艺流程和设备选型的研究,使该技术建立在更加科学的基础之上。与任何事物都有两面性一样,尽管自磨/半自磨技术发展至今,取得了成功,但并不是对所有的矿石都能适应。在处理特别坚韧的矿石时,也出现了困难,在经济上也受到了新近在选矿厂得以应用的高压辊磨技术的挑战。2006年9月23日至27日在加拿大温哥华召开了“2006国际自磨/半自磨会议”。这次会议出版了四卷论文集(会议论文集题录已在《国外金属矿选矿》杂志2007年第二期上发表)。虽然不能是全面总结自磨/半自磨技术的发展历程,但也从多方面阐述了该技术的现状和发展趋势。本文只是根据这些论文和所掌握的相关信息作综合阐述。以期引起国内同行对该技术的关注,使该技术也能在中华大地重新兴旺起来。2大型化磨机的发展自从1987年第一台传动功率为15000马力的环形电动机或称无齿轮传动装置用于智利的丘基卡马塔铜矿的φ10.98m×5.18m(36×17英尺)半自磨机以来(其实环形电动机在上世纪70年代初就已用于水泥工业了)。自磨/半自磨机的规格就向更加大型化发展。直到1996年,当时的斯维达拉公司(现今的Metso公司)向澳大利亚的卡地亚金矿提供了一台φ12.2m×6.1m(40×20英尺)半自磨机,安装功率为26000马力和两台φ6.7m×11m(22×36.5英尺)的球磨机和一台MP1000的圆锥破碎机,构成SABC流程。一个系列的处理量为5万t/d。环形电动机由西门子电气公司提供。随后,陆续有多台大型采用环形电动机的自磨/半自磨机在选矿厂投产。2005年一台φ12.2m×7.32m(40×24英尺)半自磨机在智利的科拉豪西(Collahusi)铜选厂投产,其日处理为6.5万t/d。功率为28140马力的环形电动机由英国的BBC公司提供。到目前为止,全世界已经有30多台大型自磨/半自磨机在生产中应用。表1列出了近10年采用环形电动机的大型自磨/半自磨机的部分矿山的情况。尺管环形电动机的投资要高于双齿轮传动的鼠笼式电机,但其运行费用低,经净现值分析,在经济上是合算的,而且传动效率最高,可用于更大规格的驱动装置。从操作和维护的观点看,其机械结构简单,在需要20000马力更大功率的情况下,环形电动机驱动是唯一的选择。那么,自磨机/半自磨机的规格“多大才算大”呢40英尺半自磨机的采用,在25年前是不可想象的。因此,有人惊呼,40英尺自磨/半自磨机太大了,意思是大型化已经到头了。然而,一些磨机生产厂商根据40英尺半自磨机的设计生产和运行经验,经系统地分析,突破了一些传统的理念。据悉Metso公司和Outokumpn公司已经完成了42英尺和44英尺自磨/半自磨机的设计准备,装机容量可达30000kW。一旦有用户需要,就可进行设计和制造。对于大型粉磨设备,已成立了一个国际磨机设计协会,它将为设备的设计、采购以及投产提供服务,为业主和矿山节省投资。与自磨/半自磨机一样,球磨机的规格也逐渐向大型化发展。1996年投产的卡迪亚金矿40英尺半自磨机,配套的球磨机规格为φ6.6m×11m(22×36.5英尺),到2002年投产的智利拉古纳·希卡(LagnnaSeca)铜矿,生产能力为110000t/d,采用SABC流程,一台φ38英尺×20英尺半自磨机,由一台26000马力环形电动机传动。配套的是3台φ25英尺×40.5英尺球磨机,每台球磨机由一台18000马力环形电动机传动,这是环形电动机第一次配到球磨机上。相信在不久的将来,φ7.9m(26英尺)、φ8.5m(28英尺)的球磨机出会出现在选矿厂中。磨机大型化的困难主要出现在机械设计和制造上,目前普遍采用的耳轴式支撑的磨机,在设计时,均采用有限元方法来分析磨机运行时的应力分布,更大规格的磨机,原有的规律是否有变化,还有待研究。这种耳轴支撑都要求磨机筒体两端有个锥形的端盖板,又必须是用结晶困难的球墨铸铁件,而且又必须是分块的,在模具中缓冷以消除其应力时,如何防止微小的变形和裂纹,以及随后的切削加工都是对制造厂商的挑战。因此,已出现了不用耳轴支撑,改用支撑磨机筒体的结构,这样就不需要制造锥形端盖板了,这样还有利于磨机的给矿和排矿。Outokumpn公司已经生产出了这种滑履式支撑结构的半自磨机和球磨机。磨机的直经没有超过9.76m(32英尺),在实际运行时,矿浆有可能进入滑履支撑座内,引起故障。南非的TTD公司推出了一种悬臂型的新型磨机结构,该公司根据自己的实际经验和俄罗斯科学家的研究成果,发明了一种具有较高D∶L(3.7～5)的悬臂型磨机。该类型磨机较同规格常规磨机的生产能力大。没有齿轮圈和传动齿轮,磨机的稳定性好,将支撑筒体轴滚动轴承和齿轮箱安装在同一支撑结构上,使基础结构简单,也便于安装。重量较普通磨机轻30%以上。该型磨机易于安装和拆卸,维修工作量不大。目前,已生产了筒体直径4m和5m的磨机,但已有8.3m和10.2m的磨机设计。这项自磨/半磨机的革新技术,使得磨矿效果进一步提高,生产能力提高1.5倍,电耗降低1/3～1/2。2自蚀和半自蚀过程的多样性2.1充填材料的全自磨机与水力旋流器闭路该流程包括单段自磨+砾石破碎流程(AGC)和单段半自磨+砾石破碎流程(SAGC)。在上世纪90年代,北美的一些粉磨专家认为,将碎磨作业集中在一个设备内完成下游作业所需的粒度要求(浮选或浸出)是不经济的,能耗亦高。然而,生产的实践并没有完全证实这些专家的理论。自然界的矿石种类千变万化,特性各异,采用何种碎磨工艺流程还受多种因素的影响。不能一概而论。1)吉尔吉斯斯坦共和国Kumto金矿年处理约120万t矿石,采用了一台20英尺×24英尺(φ6.1m×7.2m)单段全自磨机与水力旋流器闭路的流程。自磨机的给矿F80=60～70mm、产品P80=4.5μm,进入浮选,开路粗选精矿进艾萨(Isa)磨,细磨至P80=7μm进行氰化浸出。自磨机排矿处设双层振动筛。+1.8mm物料返回自磨机,+0.8-1.8mm的颗粒作为艾萨磨的磨矿介质。-0.8mm物料进浮选。自磨机安装功率为4000kW,单位能耗为20～25kWh/t。用了4台艾萨磨。每台1100kW,总的净功耗为55kWh/t。2)澳大利亚奥林匹克坝(OlympicDam)铜金铀矿1996年安装了一台38英尺×25.5英尺(φ11.6m×7.78m)单段全自磨机(18000kW环形电动机)与水力旋流器闭路的流程。设计留有了砾石破碎,但在实际生产中一直未使用,处理能力为2万t/d,自磨机给矿F80=134mm,旋流器溢流P80=75μm,矿石的球磨功指数为12.5～20kWh/t。在现场还见到另一台34英尺×22英尺的单段全自磨机处理相同的矿石。该公司拟扩建南部矿山,规模为1300万t/a,拟应用4台42英尺×24英尺的单段全自磨机(功率为22000kW环形电动机)。如能实现,将是目前世界上最大的自磨机。3)加纳共和国的塔尔克瓦(Tarkwa)金矿规模为420万t/a矿石。2003年7月建成投产的采用CIL工艺的选冶厂采用一台27英尺×42英尺(φ8.2m×12.2m)单段半自磨机(安装一台7000kW电动机传动),排矿处设了一台振动筛。+15mm物料返回半自磨机中。-15mm给入9台一组的26英寸旋流器与半自磨机构成闭路。半自磨机F80=150mm,旋流器溢流P80=75μm,处理能力为525t/h。矿石的邦德棒磨功指数Wr=20.3kWh/t,球磨功指数Wb=12.6kWh/t,磨蚀指数b=0.6。半自磨机的转速为临界转速的60%～75%。最大球荷为磨机容积的18%,回路的循环负荷为350%,格子板开孔尺寸为35mm。设计的功耗为16～19.5kWh/t,2005年生产已达到设计的作业率91.3%。4)菲律宾的拉潘托(Lepanto)铜金矿规模为2000t/d,采用了单段半自磨+破碎与水力旋流器闭路的工艺流程。原矿经颚式破碎机破碎后经矿仓,直接给入半自磨机中。给矿粒度F80=100mm,半自磨机为φ161/2英尺×20英尺(φ5.03m×6.1m),功率为2600kW。实际上是原有的溢流型球磨机,排矿处设一振动筛,+10mm返回砾石破碎机,碎后返回半自磨机。-10mm进泵池,给入10台直径380mm(15英寸)的旋流器组与半自磨机组成闭路,磨矿产品P80=180μm。旋流器溢流给入浮选中。球荷为8%～10%。这种长筒型低液面的单段半自磨流程在南非的一些金矿和铂矿,甚至包括加拿大和澳大利亚的某些金矿得到普遍应用。其理由首先是投资低,如在Tarkwa金矿,SASS(单段半自磨)要比SABC(半自磨-球磨-破碎)投资低330万美元。其次是SASS回路运行费用低,操作安全可靠。在南非的铂矿甚至出现了原矿球磨(ROM),即单段半自磨机的装球量达25%～40%。其大于通常的单段球磨机,但又小于单段的自磨/半自磨机的给矿粒度。产品的粒度也比较粗。5)澳大利亚St.lves金矿公司的Lefroy金选厂年处理矿石量为480万t,采用单段半自磨+砾石破碎的流程。半自磨机为36英尺×18英尺(φ10.72m×5.48m),采用最大功率为13500kW的变速环形电动机,转速为60%～80%临界转速。球荷8%,钢球尺寸φ125mm。砾石窗尺寸为70mm,格子板开孔面积为9.8%。半自磨机给矿F80=110mm。产品粒度P80=125μm。回路的循环负荷300%。旋流器给矿压力为60kPa。给矿浓度63.20%,溢流浓度43%。该矿石的邦德棒磨功指数Wb=21kWh/t,球磨功指数为16kWh/t,设计的生产能力为551t/h。实际生产中平均给矿粒度降到103mm时,生产能力可达到600t/h。2.2磨矿回路avc康明顿(Cannington)铅、锌、银矿位于澳大利亚昆士兰州西北部,属必和必拓(BHPBilliton)公司,1997年10月建成,到2000年达到年处理矿量210万t(250t/h)。采用了两段AVC流程。自磨机为一台28英尺×13英尺(φ8.5m×4m)自磨机,功率为6800HP。破碎机为一台HP300破碎机,与第一段400mmCVXCavex旋流器闭路。第二段用了一台VTM1500WB立式磨机(1100kW)与第二段直径250mmCavex旋流器闭路。最终产品粒度P80=95μm。在磨矿回路中安装了美卓矿物公司的OCS■专家控制系统,改善了整个回路运行特性。同时,用在线粒度分析仪控制磨矿产品粒度。在浮选给矿粒度P80=100μm时,回路的处理能力可增加到350t/h。2.3u3000提高了合成培养效率该流程可分为以下两种1)将原有的开路砾石破碎改为闭路破碎,使返回到半自磨机给料皮带上的粒度降到-10m以下,以期降低半自磨机给料粒度F80,这样就有利于整个磨矿回路达产。俄罗斯的专家认为只需采用惯性圆锥破碎机取代通常的或高能圆锥破碎机,也可以使排矿粒度减少。西方的另一些专家提出用高压辊磨机(HPGR)取代圆锥破碎机,仍然是开路。这只是一种想法,尚无实例。巴图·希甲(BatuHijan)铜金矿选厂于1999年9月建成投产,是Newmont公司在印尼的企业。规模为12万t/d.有两条平行的磨矿生产线,采用SABC流程,2台36英尺×19英尺(φ10.98m×5.8m)半自磨机(装配功率为13400kW的环形电动机),4台20英尺×33.5英尺(φ6.1m×10.2m)球磨机(功率为7000kW)和2台MP1000圆锥破碎机(每台功率为750kW)与半自磨机闭路,以及4组9～33英寸Krebs旋流器与球磨机构成闭路。投产7年来,生产上作了不断改进。但主要是流程结构上的改进。由于给矿中硬矿石的含量从2001年不到30%。逐年上升到2005年达60%。半自磨机格子板孔从60mm增长到80mm,球荷由设计的12%～14%增加到18%。砾石的量甚至超过了5000t/d。从2003年5月起就增加了2台MP1000破碎机和2台3.6m×7.3m单层振动筛构成闭路破碎。同时调整球荷及两种钢球的比例,并扩展了DCS的控制和改进了人机界面(HMI)以及衬板、格子板提升筋的改进保持了正常的生产。作业率从低于设计的90%,增大到94%～95%。印度尼西亚福列博特(Freeport)4号选厂于1998年建成投产,规模为9.5万t/d矿石,用1台38英尺×22英尺(φ11.59m×6.71m)半自磨机(功率为26000HP的环形电动机)和4台24英尺×30.5英尺(φ7.32m×9.3m)球磨机(每台电动机功率为20000HP),以及1台MP1000圆锥破碎机构成了SABC流程。由于所处理的矿石变硬,2001年以后进行了流程改进,包括增大半自磨机开孔面积,降低磨机转速,增大提升板的倾角,用重型12英尺×24英尺振动筛取代半自磨机排矿处的10英尺×24英尺单层筛。加大返矿皮带的能力。增加第二台MP1000圆锥破碎机。使其与磨机的排矿筛(筛子12mm)构成闭路。破碎机的排矿口为13～20mm。这样,仍不能全部破碎筛上的砾石,约有近1/3的砾石经开路破碎后给至半自磨的给矿皮带上。改进后,回路的通过能力超过设计生产能力。巴西索谢果(Sossego)铜选厂于2004年4月建成投产,设计规模4.1万t/d。用1台38英尺×23英尺(φ11.59×7m)半自磨机(装配2000kW变速的环形电动机)、两台22英尺×32英尺(φ6.7m×9.76m球磨机(每台80000kW单齿轮定速传动电机)和两台MP800圆锥破碎机以及两组33英寸Kerbs旋流器构成SABC流程。设计的半自磨机给矿粒度F80=150mm,磨矿产品P80=210μm。半自磨机球荷,正常生产为12%,最大为15%。转速上限为临界转速的82%。投产后处理的是邦德功指数为17～20kWh/t的硬矿石,磨蚀指数也很高。经多次改进,始终达不到设计1841t/h的生产能力。这些改进包括在半自磨给矿皮带上安装1台SPLIT在线粒度分析仪以便控制粗碎的排矿粒度;格子板开孔加大至76mm×76mm以及四个90mm×100mm砾石窗。开孔面积增大至10.8%。半自磨排矿筛(12英尺×24英尺)筛孔为12.5mm磨机转速增至80%临界转速。生产能力也只能达1639t/h。最后拟增设砾石破碎的闭路筛。以保证返回到半自磨机的物料粉碎,有望达到设计生产能力。2)增设半自磨给矿的第二次破碎,首先是在澳大利亚的Kiddston金矿用7英尺西蒙斯圆锥破碎机,后改用MP1000圆锥破碎机,碎磨回路的处理能力从500t/h增至1200t/h,在矿石变硬的情况下,处理量仍然提高了。美国某铜矿,露天深部开采,矿石变硬,经模拟研究表明,将半自磨给矿(2.5万～3万t/d)中的-152+76.2mm粒级破碎。可提高磨矿能力25%。予先破碎可能增加能耗0.6～0.9kwh/t,但将使磨矿单位能耗下降15%～20%。予先破碎的矿石量通常为给矿量的40%～60%。巴布亚新几内亚的波尔格拉(Porgera)金矿生产能力为600万t/a,露天和井下同时开采,粗碎用的是42英寸旋回破碎机,碎后-200mm矿石进堆场,2003年安装了第二段破碎机以处理深部较硬的闪长岩矿石,粗碎后矿石经3m×6m的双层筛,+25mm和+60mm的筛上物料进入两台H6800圆锥破碎机,破碎量占粗碎矿量的30%,第二段破碎的P80=22mm。这样,使原半自磨的给矿粒度F80从150mm降至90～100mm。磨矿回路的平均生产能力不但没降,反面增加了6%。该厂有两台28英尺×12英尺(φ8.53m×3.65m)半自磨机,采用4500kW变速传动,装φ125mm钢球球量为15%磨机容积,排矿处设一台2.55m×5m单层振动筛(筛孔12mm或17mm),筛上产品返回到两台砾石破碎机中,破碎产品P80=15mm,返回到两台半自磨机中。筛下物料进入三台第二段球磨机(2台φ4.20m×6.60mm,每台2150kW)、1台φ5.5m×8.53m球磨机(每台功率4700kW),每台球磨机均与φ500mm旋流器闭路,旋流器溢流为浮选给矿,P80=106μm。澳大利亚西部的戈朗尼·斯密兹(GrannySmith)金矿生产能力为400万t/a。矿石露天开采,有两台48英尺×60英寸颚式破碎机分别处理来自不同露天矿的硫化和氧化过渡矿石,破碎产品100%-120mm。目前,要处理300万t/a较硬的新鲜硫化矿石。为此增加了一台H8000圆锥破碎机作第二段破碎。粗碎后矿石给至一台3.1m×8.0m的双层橡胶筛上。筛上+65mm和+40mm物料都进第二段破碎。碎后物料与筛下物料合并为半自磨机给矿。一台28英尺×12英尺(φ8.53m×3.65m)半自磨机(功率3900kW),排矿经两台筛孔10mm的振动筛筛分,筛上产品送到砾石破碎机中。碎后返回半自磨机,筛下产品进一台φ5.5m×8.8m球磨机(功率4000kW),并与一组12台φ500mm旋流器闭路。磨矿产品粒度P80=140μm,半自磨机装球(φ125mm钢球)量为12%磨机容积,经改造后,生产能力反而提高了约3%。坦桑尼亚西北部的加塔(Geita)金矿于2000年6月投产,生产能力400万t/a(500t/h),矿石来自五个不同的露天采场,矿石有软的氧化和硬的新鲜矿石。随着逐年产量增加,矿石变得较硬。该矿从2002年花3年时间对碎磨流程进行改造,并对增加第二段破碎机进行了模拟研究。在2003年安装了2台H6800破碎机,每台破碎-120+30mm物料能力为250t/h,P80=22.4mm。到2004年取得了6百万t/a以上的能力。该矿原设计粗碎为42英尺×70英寸旋回破碎机(F80=150mm)和一台30英尺×18英尺(φ9.14m×5.5m)半自磨机(电动机功率4500kW)和一台22英尺×32英尺(φ6.71m×9.6m)球磨机(用4500kW双电动机驱动)。半自磨机排矿经圆筒筛筛分,筛下产品入泵池,筛上产品送到两台H6000砾石破碎机中。两组旋流器(一组分级半自磨圆筒筛下产品,一组分级球磨排矿)底流自流到4mm和6mm筛孔的双层振动筛上,筛下产品给入两台直径48英寸Knelson选矿机重选。重选尾矿和球磨闭路的旋流器底流返回球磨机。溢流(P80=75μm.)进CIL工艺浸前浓密机。其他的相应改进包括:半自磨机格子板开孔80mm,开孔面积增加到14%球磨机的球荷为35%,钢球尺寸为65mm,半自磨机球荷为15%,提高了半自磨机和球磨机的运行功率。加大为流器的给矿压力(85kPa),并用KrebsgMax旋流器取代原有的旋流器。3标准2.2细磨机及标准品牌价值的确定20世纪90年代后期铜陵公司的冬瓜山铜矿采用了SAB流程,规模为1.5万t/d矿石,用了一台φ28英尺×13英尺(φ8.5m×4m)半自磨机(功率6500kW)和两台φ161/2英尺×27英尺(φ5.03m×8.3m)球磨机(功率3300kW)。投产后,由于多方面原因未能达产(主要是出矿不足及供矿部位变化)。对国内自磨/半自磨技术的应用产生了一定的负面影响。但是在进入本世纪后,许多工程仍在采用自磨/半自磨技术,使用的现状如下:2005年11月投产的贵溪冶炼厂炉渣选矿三期工程,规模2000t/d,采用SAB流程,一台φ5.2m×5.2m半自磨机(功率2000kW,奥托昆普公司生产)和一台φ5.03m×8.3m溢流型球磨机(功率3300kW,国产),两段旋流器分级粒度P80=40μm。2006年底投产的贵州锦丰金矿,规模为4000t/d,采用SAB流程。用了一台φ5.03m×5.8m半自磨机(功率2300kW)和一台φ5.03m×6.5m溢流型球磨机(功率3000kW)。两段旋流器分级粒度为P80=38μm。辽宁保国铁矿采用了国产的φ8m×2.8m(功率3000kW)自磨机。2007年5月云南大红山铁矿采用的SAB流程投产,用了一台φ8.5m×4.4m半自磨机(功率5500kW)和φ5.03m的球磨机。已经确定采用自磨/半自磨机的项目还有:云南普朗铜矿,规模为4万t/d,分两期,一个系列2万t/d,采用SABC流程,一台φ32英尺×14英尺(φ9.76m×4.27m)半自磨机(功率7000kW)和一台φ22英尺×38英尺(φ6.71m×11.59m)溢流型球磨机(两台5000kW电动机)及一台HP800圆锥破碎机。F80=125mm,P80=150μm,T80=2.5mm。西藏雄村铜矿规模4万t/d,采用了SABC流程。一台φ36英尺×22英尺(φ10.98m×6.71m)自磨机(环形电动机功率21000kW)