选矿厂节能降耗途径浅析

攀 钢 技 术 1 选矿厂节能降耗途径浅析 郭明彬 （攀钢矿业公司） 摘 要： 为降低选矿生产能耗，对国内选矿生产中采用的自磨半自磨、干式预先粗粒抛尾、 超细碎 湿式磁选抛尾 等工艺，超细碎破碎机、高压辊磨机和柱磨机、节能型球磨机等新型高效设备，以及变频技术和选矿自动化技术等在选矿节能降耗中的作用和应用效果进行了介绍。针对攀钢密地选矿厂生产实际，提出了节能降耗的几点建 议。 关键词： 选矿；磨矿；破碎；节能降耗；途径 0 引言 节能是指加强用能管理，采用技术上可行，经济上合理，以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各 个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。节能降耗是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。随着我国经济的快速增长，人民生活水平的提高，能源消费约束明显显现，供需矛盾日益突出，环境污染严重。国家“十一五”发展规划第一次提出了单位耗降低 20%的工作目标，也就是说，到 2010年，万元国民经济生产值能耗（以标准煤计）由 2005年的 t 下降到 2010 年的 t，年平均节能率在 节能降耗工作任务十分艰巨。作为我国能源消耗大户，矿山冶金行业在几大高能耗行业中名列前茅，而选 矿作为矿冶工业的中间环节，采取措施降低能耗，对整个冶金行业能耗指标的降低具有一定的积极作用。 1 选矿节能降耗技术现状 近年来，不少重大的选矿工艺技术、高效节能设备的出现，为选矿节能降耗提供了技术和装备保障，如以磨（半自磨和高压辊磨）代破碎，以旋流器（组）代替原一段分级螺旋分级机分级，以新型筛取代老式筛分级设备等，以及变频技术和选矿自动控制技术的推广应用。这些技术的发展和应用，优化了选矿工艺流程，提升了选矿技术经济指标，不同程度地降低了选矿能耗。 新型选矿工艺的应用 自磨半自磨工艺 选矿过程 用于矿石破碎和磨矿的费用占了矿石处理总费用 的绝 大部分 (60% 80%)。与多段破碎和球磨机或棒磨机组成的传统碎磨流程 相比 ,自磨和半自磨被认为是一项先进的 磨矿 技术。 自磨半自磨工艺技术优化和缩短了选矿工艺流程，操作环境得到改善，基建费用和生产营运成本降低。 金阳光(棒磨球磨流程 )和基斯顿金矿 (半自磨球磨流程 )分别于 1983 和 1985 年 建成 投产 ， 这两个矿山的矿石硬度和粗磨细度基本相同，因此，可以进行有意义的经济比较。比较表明：当矿石适合于半自磨时，采用半自磨球磨流程，经营费节省达到 20%，投资节省达 到 40%1。 干式预先粗粒抛尾工艺 我国铁矿资源贫矿多，富矿少， 贫矿占总储量的 入炉富矿仅占 90%以上的矿石都要经过选矿。对于贫化率高的矿石，采用手选、电选、光电分选、重介质分选，以及干式磁选等方法对矿石预先富集和预先抛废。这不仅提高了入选矿石品位，而且可以减少矿石的入碎量或入磨量，从而降低能耗。该工艺流程在矿石品位日趋下降的各矿山企业得到广泛应用，如梅山铁矿用粗粒磁选机对 +0 级铁矿石进行预选抛尾，使矿石品位提高 7 个百分点。 2008 年 12 月，攀钢密地选 矿厂委托马鞍山市天工矿业设计研究院做了+0 块抛尾选矿试验，结果表明，采用式磁滑轮，在场强 279 kA/m，转速为2.1 r/s 条件下，对 +0 破碎产品进行抛 2 2009 年第 32卷第 3 期 尾，矿石品位从 高到 百分点 ,抛尾率 也就是说在细破碎作业和磨选作业中可少碎和少磨选 废石，从而使磨 选处理能力提高 20%以上。攀钢矿业公司为了进一步提高矿石资源利用率和铁精矿产量，目前正在实施预先粗粒抛尾工艺工程化改造，即对+0 破碎产品进行抛尾。 超细碎 湿式磁选抛尾工艺 该工艺是将矿石细碎至 5 3 下 ,然后用永磁中场强磁选机进行湿式磁选抛尾 。 该工艺对于节能降耗、有效利用极贫铁矿石和提高最终铁精矿质量具有特别重要的意义 。 马钢高村铁矿为了开发利用品位 20%以下铁矿石 ,采用 高压辊磨机 将矿石细碎至 3 下 ,中场强湿式磁选抛除 40%左右粗粒尾矿 , 将入磨物料的铁品位提高至 40%左右 ,经再磨再选后获 铁品位达 65%以上的 铁精矿 ,精矿中 量降至 4%以下 。 尾矿品位 10%以下 。 另外 ,山东莱芜铁矿、金岭铁矿等 采用锤碎机 湿式永磁中场强磁选工艺 ,入选物料的粒度为 小于 5 80%以上 ,可抛除产率 30% 40%左右的粗粒尾矿 。 新型节能高效设备的应用 采用超细碎破碎设备，降低破碎产品粒度 多碎少磨，降低破碎产品粒度，是矿山企业提高生产能力，降低单位能耗和生产成本最有效手段之一。目前，山特维克、美卓等国外公司生产的圆锥破碎机使破碎产品粒度平均下降 5 8 提高磨机效率创造了条件。大红山铜矿采用 3 台美卓矿机 碎机（中破 1 台、细破 2 台）替代 3台原国产 2200 型圆锥破碎机， 破碎产品粒度 小于10 量达到 95%以上，使选矿厂产能提高 30%以上。 2005 年攀钢矿业公司进口了 2 台山特维克公司生产的 圆锥破碎机替代 2 台国产圆锥破碎机，经生产对比证明，该设备单机生产能力是国产 圆锥破碎机的两倍左右，达到 700 t/h，破碎产品粒度 小于 15 百分点，小时节约电耗 128 到了提高产量，降低能耗的目的。国内其它矿山也在使用这种设备，如程潮铁矿、鞍钢大孤山铁矿等。 高压辊磨机和柱磨机在矿山破碎工艺中的应 用 由于世界能源的紧缺 ,粉碎过程中的能耗越来越引起人们的重视 ，而高压辊磨机与其它破碎设备相比，有明显的节能优势。它 是由一对相向同步转动的压辊组成，其中一个为定辊，另一个为动辊。物料从压辊上方进料口进入，通过压辊转动带入辊间，受到强力挤压后形成酥松料饼从机下排出。 高压辊磨机的优点是：破碎过程中 实施的是准静压粉碎 ,这种准静压粉碎方式相对于冲击粉碎方式节省能耗约 30 %； 高压辊磨机对物料实施的是料层粉碎 ,是物料与物料之间的相互粉碎 。与其它破碎方法相比，压应力料层粉碎的能量损失小，且利用率高， 排出的料饼不仅含有 大比例的细粒，而且在颗粒内部产生大量裂纹，从而改善物料后续粉磨的可磨性，增加粉磨系统的生产能力，并大幅度降低粉磨电耗和钢耗。 国内已经研制的可代替细碎和一段粗磨的高压辊压机 ， 目前正在马钢南山矿业公司等矿山进行工业 应用 试验 。 目前 ， 柱 磨机在 国内部分矿山中也有一定应用 ,该 磨机 节能降耗幅度大 ,可提高系统产量 30%50%,且设备运转率高 ,对环境影响小 。长沙矿冶研究院及长沙深湘通用机器有限公司所属的长沙选矿工程新技术研究所，对国内外多家铁矿进行了柱磨机超细碎后的选矿试验，取得了较好的选别指标。通过不同地区的铁矿石选矿 试验，其粗粒抛尾率均在 30% 70%，精矿总回收率比原生产指标提高 310 个百分点，铁精矿品位提高 1 8 个百分点 2。 广东大顶铁矿 曾进行过柱磨机破碎和选别试验。结果表明： 矿石通过柱磨机碾压后 小于 5 到 其中 小于 74 m 含量达到 ，可见破碎后的粒度比较细；柱磨机破碎到 小于 5 磨品位 而废石品位仅为 废石率可达 应该说各项指标均明显优于常规破碎机破碎后的抛尾效果。 节能型球磨机在矿山推广应用 众所周 知，选矿厂磨矿作业能耗约占选矿厂总能耗的 50 左右 ，因此如何降低磨矿能耗显得十分重要。 使用 节能型球磨机是降低 磨矿作业能耗 的措施之一。 （ 1） 球磨机滚动轴承节能技术的应用 用滚动轴承代替滑动轴承是球磨机节能降耗的重要途径。 通常所用的球磨机其主轴承采用自位调心的滑动轴承，其摩擦系数为 用攀 钢 技 术 3 滚动轴承摩擦系数仅为 践证明，球磨机的启动阻力和运转阻力明显下降，在原研磨体装载量不变的情况下，启动电流下降约 40%，运转电流下降 10% 25%，节电 10% 25%。 2001 年 8 月， 首钢矿业公 司大石河铁矿 与 北京捷能达科技发展有限公司 合作， 采用球磨机滚动轴承节能技术改造 736 磨机 ， 技改后综合节能 其中节电 相关效益 4 %。技改后减少了设备故障停机 ， 减少了维护量 ， 达到了节能、环保的效果 3。 （ 2） 球磨机 液体 静压 润滑 轴承 技术应用 液体 静压油膜润滑滑动轴承 基本原理是高压油经输油管道输送到油腔，在轴与 轴瓦摩擦面之间形成一压力区，当压力区的压力大到能够克服外载负荷时，将球磨机主轴浮起，形成 0.3 油膜，此时油膜厚度大于主 轴与 轴瓦之间的不平整高度，使主 轴与 轴瓦 之间表面完全被油膜隔离，两者之间的摩擦就转化为油膜层之间的摩擦，形成液体摩擦，摩擦系数大为降低，约为 此， 轴与 轴瓦之间摩擦阻力大大减小，这样可延长主 轴、 轴瓦的使用寿命，并达到节能目的。 由于液体静压轴承实现了完全液体润滑 ,两摩擦副之间始终存在着一层有压油膜 ,因而具有承载能力大、运动精度高、抗震性能好、使用寿命长、摩擦功耗小等优点。在国外 ,静压支承技术已在低速重载的球磨机上成功地获得应用。例如 ,鞍钢矿山公司齐大山调军台选矿厂从美国引进的球磨机就应用了静压支承技术。目前国内绝大部 分球磨机回转主轴仍采用巴氏合金的滑动轴承 ,不仅摩擦功耗大 ,而且使用寿命短 ,因此对该类球磨机应用静压支承技术进行改造具有显著的 节能效果 。 1995 年， 攀 钢 密 地 选厂开始使用 液体 静压油膜润滑轴承 技术 改造原来的球磨机 。改造后的生产实践表明，主轴、轴瓦的使用寿命较改造前增加了30%左右，节电 获得了很好的效果 ，现已 在选矿厂 16 台磨机上 推广使用 4。 优化破碎机、磨矿机操作参数 就选矿厂来说，在工艺流程、主体设备型号规格、配套设施等一定的条件下，要降低能耗，主要措施是优化操作 参数，提高单机生产能力。如破碎作业的三段破碎机排矿口尺寸、振动筛筛孔尺寸的优化；磨选作业的磨矿和排矿浓度，钢球配比、充填率和补加球制度，旋流器或螺旋分级机分级浓度等操作参数的优化。如狮子山铜矿应用精细化装补球技术，磨矿细度提高了 生产能力提高 9%，磨矿介质单耗降低 铜回收率提高 超过了预期效果 5。 变频技术在选矿厂的大力推广及应用 变频技术指 通过改变交流电频率的方式实现交流电控制的技术 ， 是应交流电机无级调速的需要而诞生的。 变频技术的 应用极大地降低能耗和节约生产成本。选矿厂的大型矿浆输送泵、水泵、空压机以及多种非负荷设备均可采用变频技术。 选矿自动化技术推广 选矿生产过程靠人工操作很难保持最佳状态，未来矿业发展趋势是选矿生产过程自动化。目前，应用得比较广泛和较成熟的是 磨矿分级自动化控制技术 。该项技术基本原理 是选取磨机音量、磨机效率、给矿量、返砂水量、磨矿浓度和溢流浓度作为检测数据，选取给矿量、返砂水量、排矿水量、分级溢流浓度作为控制变量，由系统 控机进行逻辑判断，根据现场变化条件 进行 自动调整，从而达到自动控制的目的。 2005 年攀钢矿业公司与丹东东方测控技术有限公司合作，在密地选矿厂 9#磨选系统进行了自动控制试验。试验结果为：在系统铁精矿品位稳定在 54%以上的条件下， 球磨机台时处理量提高了 t， 提高幅度为 达到了提高磨机处理能力，降低能耗的目的 。 2 攀钢密地选矿厂节能降耗措施 近几年，攀钢密地选矿厂在节能降耗方面做了大量工作，并取得了一定成绩，如“ 球磨机 液体静压 润滑 轴承 技术”的推广应用、“磨矿分级自动控制技术”试验研究、“ 高效细碎机”的引进和成功应用等。结合密地选矿厂当前实际情况，笔者认为还 可从以下几方面做些工作，以期进一步降低选矿厂能耗。 采用 滚动轴承代替滑动轴承 试验 在确保完成公司生产任务的条件下，建议在二段 机 上选取一台球磨机进行 滚动轴承 的应用试验。球磨机滑动轴承改为滚动轴承的全过程中，除调换巴氏合金球面瓦外，其余原球磨机零部件不会损坏或改变，施工周期约 3 4 天即可完成。滚动轴承使用寿命可达 8 10 年。球磨机改 2 2009 年第 32卷第 3 期 造后，摩擦阻力大大减少，额定装载量可增加10% 20%，台时产量可提高 10%左右，投入运行6 8 个月节省的电费就可收回投资。徐州市中材天元重型机械有限公司可 提供专利技术 （专利号： 第二段分级采用单一的“德瑞克高频细筛” 当前，密地选矿厂第二段分级采用“旋流器+频细筛”组合式分级。这种分级形式从分级效率的角度看能满足工艺要求，但从节能方面考虑就不经济。采用单一的“德瑞克高频细筛”分级替代 “旋流器 +频细筛”组合式分级同样能够满足工艺要求，如攀钢白马公司选矿就是采用单一的“德瑞克高频细筛”作为第二段分级设备。取消第二段旋流器后，不需要将矿浆扬送到旋流器所在的标高为 14.4 m 工作平台，直接将矿浆扬送到 高频细筛所在地的标高为 9.3 m 工作平台，使第二段渣浆泵扬程降低 5.1 m。因此，可减小第二段渣浆泵电机功率，从而达到节能目的，同时可简化工艺流程，便于操作和管理。 将第一段磨机的联合给矿更换成鼓式给矿器 目前，选矿厂一段磨机的给矿采用带大勺头联合给矿器给矿，应当说在阶磨阶选改造前，球磨机与螺旋分级形成闭路是合理的。第一段球磨机的给矿由原矿皮带上的矿石和螺旋分级机的返砂（磨机排矿粗粒级部分）两部份组成。原矿皮带上的矿石直接由给矿器鼓形部份的圆孔给入磨机，螺旋分级的返砂则是通过给矿器的大勺头将分级返 砂从返砂槽中滔起、提升，然后将返砂送入球磨机中空轴颈内，再给入磨机，这样保证了磨机的顺利给矿。因为螺旋分级机的返砂槽的位置低于球磨机中空轴位置，所以螺旋分级机的返砂不能直接返回到球磨机的中空轴颈内，只能借助联合给矿器的大勺头来完成。 阶磨阶选改造完成后，由 630 旋流器与第一段磨机组成闭路，此时球磨机的给矿由原矿皮带上的矿石和旋流器的沉砂两部分组成。由于旋流器沉砂管道的位置远远高于球磨机中空轴位置，因此旋流器沉砂可以直接由给矿器鼓形部分的圆孔给入磨机，不再需要给矿器的大勺头滔起、提升。为此，建议取消第一段球 磨机联合给矿器的大勺头，改为鼓式给矿器。 取消第一段球磨机联合给矿器的大勺头，降低给矿器的重量，从而达到节电的目的，同时避免了大勺头的频繁检修，并减缓了球磨机大、小齿轮的磨损。根据烟台金元矿业机械有限公司提供的有勺头和无勺头格子型球磨机的节能情况对比资料可知，球磨机联合给矿器取消大勺头后，每吨矿石可节电 1 1.5 价按 /机台时处理量按 90 t 计算，一个系统一年节约电费： 1 t 90（ t/h） 24（ h） 365（天） 90%（作业率） /元。 选矿厂 16 个系统一年节约电费 元。 金属磁性衬板在第二段磨机上的试用 金属磁性衬板历经了 10 多年在材质、结构、磁路设计等方面不断改进，使金属磁性衬板技术更加完善和成熟，如中国冶金矿业总公司北京金发工贸公司研制生产的第三代金属磁性衬板。采用金属磁性衬板已成为国内矿山降低成本，提高企业经济效益和实现可持续发展的必由之路。金属磁性衬板在鞍钢、本钢、唐钢、宣钢、武钢、邯邢、浙江等近百家选矿厂得到了推广应用，取得了可观的经济和社会效益。本钢歪头山铁矿应用的金属磁性衬板最长使用周期已达 10 年，预计可 超过 12 年，全厂9 个系列全部应用了该项技术，每年可创经济效益 元。 生产实践表明，使用金属磁性衬板有以下优点：磨机内被磨小或磨碎的介质被吸附在衬板表面形成保护层与流动层，磨机不吐碎球，相应延长了球介质在磨机内的停留时间，经生产统计，每吨原矿的球耗降低 球率为 磨矿产品粒度 小于 4 级占 70%左右，这一粒级比其它磨机增加了 百分点，说明磨矿粒度满足工艺要求； 磁性衬板重量只有锰钢衬板的 1 2，使磨机负荷减轻，节电 衬板使用寿命可达 12 年，是普通锰钢衬板的 10 倍以上，由于 12 年内不更换衬板，不用紧固螺栓，不漏矿浆，实现文明生产，可提高作业率 机械性噪声比高锰钢衬板降低 2 5 声降低幅度虽不是很大，但对人耳响度感觉衰减达 15% 20%，改善了 工作环境；磁性衬板的厚度是锰钢衬板厚度的 70%，衬板减薄可使磨机有效容积增加 1.7 当于增加容积 根据其它选矿厂使用 金属磁性衬板的成功经验，建议公司在密地选矿厂第二段磨机上开展金属4 攀 钢 技 术 3 磁性衬板应用试验。为解决矿石颗粒被磁性衬板磁化后产生磁团聚现象，对下道工序分级 、分选带来不利影响的问题，可在第二段磨机排矿溜槽或矿浆输送管道上安装矿业公司自行研制的