半自磨技术在选矿厂中的应用

半自磨技术在选矿厂中的应用

随着富矿储量的匮乏和对金属的需求的增加，所处理的矿石数量日益增加，这要求采矿装置规模不断扩大，效率不高。选矿流程的关键作业之一是磨矿。磨矿工艺可以分为两大类:一类是传统的碎磨流程,另一类是(半)自磨工艺。传统的磨矿流程经多年的生产实践检验,表现出工艺流程长,所用设备型号和数量多,金属消耗量大,基建投资和生产费用高等缺点。而半自磨回路由于其流程简单(省去了两段破碎机及筛分设备),配置方便,投资省,在国内外已被越来越多的矿山所采用。它的优越性不仅在高吨位的选厂直接地显示出来,而且这种工艺正在越来越多地应用于3000t/d的中等或更小规模的选厂,特别是用于处理潮湿的、黏性的高黏土的矿石更具有优越性。1自磨、半自磨机磨矿自1880年出现圆筒式磨机并于1899年在金矿试用后,人们就发现了矿石可以自磨。世界上第一台自磨机于1932年制成。20世纪50年代末,自磨机开始应用于矿山生产。20世纪60年代后,加拿大、美国、前苏联、澳大利亚、挪威及我国的许多冶金矿山都陆续采用了全自磨流程。在自磨过程中,磨机中大于100mm的矿石起研磨介质的作用,小于80mm大于20mm的矿粒磨碎能力差,其本身也不易为大块矿石磨碎(这部分物料通常称为“难磨颗粒”),为了磨碎这部分物料有时往自磨机中加入占磨机容积4%～8%左右的大钢球,使磨矿效率大为提高,因而出现了半自磨。半自磨机属于圆筒形磨机,特点是重载荷,低转速,起动转矩大。我国于20世纪70年代初开始在工业上应用自磨、半自磨技术。20世纪90年代后,自磨、半自磨技术愈加成熟,越来越多的新建选矿厂采用自磨、半自磨机磨矿,且许多历史较长的矿山在改造后也采用了自磨、半自磨机磨矿。如美国奇诺矿业公司1982年投产的新选矿厂,处理能力37500t/d,采用2台Φ8.53m×3.51mA.C半自磨机。1988年9月完成改造的肯尼克特尤塔选矿厂,原采用常规破磨流程,后改用3台Φ10.36m×4.57m半自磨机,处理能力77000t/d。从1990年夏开始,肯尼克特公司又扩建其第四条半自磨作业线及浮选回路。1989年3月经改造后成为当时世界第二大铜矿的加拿大最大的铜矿——高原谷铜矿选矿厂,新安装了2台Φ10.4m×4.6m的Dominion半自磨机。扩建后于1989年生产的目前世界上最大的铜矿——丘基卡马塔铜矿新安装了2台Φ9.75m×4.57m的B.A半自磨机,处理能力增加51000t/d,使选矿厂生产能力从扩建前的102000t/d增到153000t/d。目前,世界上最大的磨机——直径为12.2m的半自磨机正在澳大利亚的卡地亚山矿山运转,其驱动功率为20MW。2自磨机和半自磨机的设计趋势2.1环形电动系统自磨和半自磨机的传动方式有两种:一种是通过小齿轮、齿圈装置向磨矿机传输动力,一种是通过无齿轮环形电动机向磨矿机传输动力。早期半自磨机在结构上采用齿轮驱动系统,受到作用于小齿轮上的功率的限制(500马力)。环形电动机系统的优点,是省去了小齿轮、小齿轮轴承和齿圈,也不需要齿轮润滑,取消了电动机轴承、且磨矿机转速可调。环形电动机的效率在所有变速驱动系统中是最高的,还有微动能力。而且,环形电动机系统的维修费用低,可靠性高。通过净现值费用计算和磨机传动方式优缺点的讨论说明,在半自磨机的这些驱动方式中,环形电机驱动是最佳驱动系统。2.2橡胶衬板的应用在自磨机和半自磨机问世之时,就出现了衬板的磨损问题,由于当时磨机直径小,自动化程度低,因此对衬板的磨损没有引起重视。随着磨机规格加大和自动化程度提高,衬板磨损问题已变得越来越突出,因衬板耐磨性差,导致频繁更换衬板,降低了设备运转率,提高了磨矿成本。目前制造自磨机和半自磨机衬板的主要材质是高锰钢,高锰钢衬板使用中受到的冲击力较小,很难产生高程度的加工硬化,因此耐磨性较低,不能满足生产要求。并且锰钢衬板寿命短、噪声大、能耗高,严重影响生产和环境。近20a来,橡胶衬板已在自磨机和半自磨机上取得了广泛的应用。橡胶衬板主要有以下优点:1)噪音低;2)橡胶衬板较轻,橡胶的比重约是钢铁的1/5,因此减轻了磨机的重量,减轻了更换衬板的劳动强度,降低了维修费用;3)橡胶衬板的能耗低;4)钢铁衬板的磨损由衬板的硬度和被磨物料的硬度来决定,而橡胶衬板的硬度比被磨物料软得多,其磨损基本与被磨物料的硬度无关,所以当矿石较硬时,采用橡胶衬板合适;5)使用橡胶衬板可降低磨矿成本。2.3新型筒体承接设计从20世纪60年代自磨机和半自磨兴起到20世纪80年代初,磨机一直被设计为以磨机端盖外伸部的耳轴为支承,基本类似于棒磨机和球磨机。20世纪80年代末,一种基于使用多滑靴轴承支承坐环的新型筒体支承设计出现了。该设计现在可与耳轴支承结构相匹敌。筒体支承设计的出现可能达到以下改进:1)制造成本减少:不再需要端盖和耳轴铸件工、车间检验和运输的成本;2)建设成本减少:由于磨机从给矿端到排矿端的整个长度减小,磨矿车间跨度减小,只需要更低成本的起重机械;3)严格的部件质量:重型结构铸件不用了,这表明发生结构故障的风险很小。4)改善给料斜槽的布置:磨机端盖是没有耳轴的竖直的圆形档板,极大地简化了给料斜槽的设计。2.4自调整的滑环表面支撑磨矿机的筒体,既可以用流体支压也可以用流体静压的轴承靴来运转。为使这些轴承无故障、无磨损的运行,所有的轴承靴必须具有自调整支撑,因而能够保持自己调整到平行于滑环的表面是很重要的。由于边棱支撑的结果,由挠曲、热变形、制造误差引起的滑环的摆动和偏心,可以被每个轴承靴独立的补偿,因而轴承缓冲垫不会过载。轴颈轴承套或轴承靴能自发地与旋转的滑环表面保持平行也很重要。与轴颈轴承靴相比,具有自调整支撑的滑块缓冲轴承靴,能够容易地完成任何调整动作,这种调整动作对摆动运行滑环是必不可少的。由于这个原因,滑动靴轴承设计比同样设计的轴颈轴承能承载更高的轴承载荷,因而实际上就能无磨损运行。2.5自磨机规格的提高自磨和半自磨设备大型化是降低基建投资和生产费用、提高劳动生产率的重要途径,也是自磨和半自磨技术发展的重要标志之一。自磨和半自磨工艺在工业上应用以来,自磨机的大型化一直是选矿界和设备制造部门的重要开发研究课题,并不断取得新进展。自磨机和半自磨机刚出现时规格较小。20世纪70年代中期10.75m(36英尺)自磨机被制造出来,并首先应用于美国希宾铁矿,这是当时最大规格的自磨机。由于受齿轮传动功率的限制,在此后一段较长时间内自磨机规格没有新的突破。直至20世纪90年代中期,随着无齿轮传动方式的应用相继制造了Φ11.58m和Φ12.19m(40英尺)的自磨机。直径为Φ12.20m,电动机动率为20MW,安装于澳大利亚卡地亚山的半自磨机是当今世界上最大的自磨机。据报道,更大规格的Φ12.80m～Φ13.50m的半自磨机正在设计中。由表1和表2可以看出自磨机规格的发展趋势是大型化。提高设备可靠性对扩大磨机规格具有重要意义。当使用几台大型设备时,不仅停机的费用较大,而且机械事故的费用也较高。为了保证大规模磨机的可靠性,制造厂家正在采用一些新技术,诸如有限元分析法,能精确快速地确定应力的形式和载荷的分布。这些分析促进了大型磨机的制造在机械上和经济上的可靠性。3种破碎、半自磨流程对全矿中小企业投资的影响分析常规碎磨和(半)自磨作为磨矿流程为不同选矿厂所采用,由于两者对矿石性质有不同的要求,设计时要根据选矿试验所提供的数据及设计的原始条件等因素,认真合理地进行取舍。但如果某种矿石用上述两种流程均可处理,这时就必须通过技术经济分析进行比较。美国的皮马选矿厂,在前三期工程中均采用了常规碎磨流程,而经过半工业试验后,在第四期工程中采用了半自磨流程。丙种碎磨流程比较,总钢耗是半自磨机回路省,生产费用同样是半自磨回路省。另外,通过对同是邯邢矿山局的符山铁矿和玉石洼铁矿选矿厂的投资和经营费的比较,以及对基司顿金矿和阳光金矿的投资和经营费的比较也表明:当矿石同时适应常规碎磨和(半)自磨两种流程时,采用(半)自磨流程比常规碎磨流程投资少,见效快,生产流程短,生产工艺对含泥量大的矿石适应性强,这些优点值得一些同类矿山在工艺流程合理的情况下建厂时优先考虑自磨、半自磨工艺。另外,自磨和半自磨流程建设周期短,生产操作人员数量相对较少,这种优势对于那些偏僻的地区特别值得考虑。4自我保养过程中存在的问题和解决办法4.1矿石性质对磨矿效率的影响与常规的棒磨机和球磨机回路比较,自磨机和半自磨机有很多的操作变量。自磨是靠所磨矿石自身作为磨矿介质进行研磨,半自磨则是在自磨的基础上添加少量钢球以弥补矿石自身作为介质的不足。因此,半自磨流程中磨矿效率受矿石的影响很大。由于矿石性质因矿体、矿段、成因不同而差异很大,往往使半自磨机的磨矿效率有很大的波动性,特别是矿石硬度的变化,严重影响磨机的生产稳定性。对于自磨机和半自磨机来说,当矿石可磨度改变时,给矿量必须大幅度调整,以免处理软矿石时发生过磨和硬矿石发生欠磨。4.2自磨机+颗粒研磨与常规碎磨相比,自磨机和半自磨机处理能力不但随矿石硬度和粒度的变化而变化,而且还有临界粒子的问题。在自磨回路中引入细碎机以破碎“临界砾石”,可消除由于循环负荷使其在自磨机中的聚集,这既可改变磨机内自然磨介(矿块)的粒度组成,又可防止有用矿物的过粉碎,有助于下段工艺所要求的粒度特性,达到提高自磨回路的生产能力和降低电耗的效果。研究表明,在半自磨前用圆锥破碎机对临界尺寸产品进行预先破碎,对提高半自磨机的处理量有很大作用。4.3半自磨、半自磨流程特点和应用情况国外磨矿专家认为,将破碎、棒磨甚至球磨等多段作业应完成的粉磨任务集中在一个作业来完成,即一段自磨或半自磨,在经济上是不合算的,磨矿效率也不会高,多主张两段作业。针对(半)自磨流程的特点和选别工艺的需要,经过几十年的应用实践,(半)自磨流程不断变化和完善,对不同的矿石类型采用不同的工艺流程,据报道目前用得较多的自磨、半自磨流程有:半自磨+球磨(SAB)流程:(半)自磨+球磨+破碎(ABC或SABC)流程;(半)自磨+砾磨流程(AP);自磨+砾磨+破碎流程(APC)。4.4半自磨流程特点实践表明,自磨、半自磨与常规磨矿相比,电耗一般较高。与球磨机相比,(半)自磨流程还有调试周期较长和