某3000t_d选厂磨矿分级优化研究.pdf

第 49 卷 2021 年第 12 期 编辑 翟晓华 破磨 23 某 3 000 t/d 选厂磨矿分级 优化研究 许道刚1，廖宁宁2，吴彩斌2，吕清纯1，谢加文1 1湖南柿竹园有色金属有限责任公司 湖南郴州 423037 2江西理工大学资源与环境工程学院 江西赣州 341000 摘要为了提高某选矿厂磨矿分级的综合效率及可操作性，针对一段磨矿分级磨机利用率不高、分级 返砂比及分级效率低，二段磨矿分级能力富余等问题，通过优化一段磨矿介质制度及一段旋流器结构 参数来实现一段磨矿分级循环负荷往二段磨矿分级转移，使球磨机的处理能力和利用系数以及水力旋 流器的分级质效率等指标都得到了优化，改善了磨矿分级中排矿、返砂和溢流中的粒级分布，降低了 一段球磨机的钢耗和电耗，节能降耗效果显著，为后续浮选作业提供了易选粒级的原料。 关键词磨矿分级；旋流器；粒度特性；循环负荷转移 中图分类号TD453 文献标志码A 文章编号1001-3954202112-0023-04 Research on optimization of grinding classification in a 3 000 t/d concentrator XU Daogang1, LIAO Ningning2, WU Caibin2, LYU Qingchun1, XIE Jiawen1 1Hunan Shizhuyuan Nonferrous Metals Co., Ltd., Chenzhou 423037, Hunan, China 2School of Resource cyclone; granularity property; transfer of circulation load 磨 矿分级是目前选厂必不可少的作业工序，磨 矿是矿石粒度进一步减小的过程，分级是矿石 粒度分离分级的过程，磨矿分级介于碎矿工序之后和 浮选工序之前，起着为浮选准备适宜粒度矿石的重要 作用[1-2]。磨矿分级是一个相辅相成的系统，单独调 节其中一个部分很难达到预想的效果[3]。球磨机是选 厂常用的磨矿设备，影响球磨机磨矿效果的因素总体 而言有 3 类矿石性质、磨机结构和操作因素。其中 矿石性质与磨机结构一般不易改变，而操作因素主要 包括磨矿介质的尺寸、配比、充填率及衬板结构，其 中较为直观的是钢球尺寸及配比。有研究表明，最佳 磨矿介质尺寸及配比可使磨矿效率提高 30 左右[4]。 作者简介许道刚，男，1988 年生，硕士，工程师，主要从事 选矿与资源综合利用研究工作。 万方数据 第 49 卷 2021 年第 12 期 编辑 翟晓华 破磨 24 旋流器是选厂常用的矿浆分级设备，矿浆以一定压力 从旋流器的进浆管切线方向给入旋流器，由于颗粒之 间存在粒度差，其在离心力、向心浮力、流体曳力和 重力等的共同作用下，大部分粗颗粒由底部的沉砂嘴 排出，而细颗粒则由上部的溢流管排出，从而达到分 离分级的目的[5-6]。针对湖南某多金属矿 3 000 t/d 选 厂的实际工艺，在不改变磨矿分级流程的前提下，笔 者对一段磨矿介质装补球制度和旋流器结构参数进行 优化，以达到提质增效的目的。 1 矿石性质及磨矿分级系统 该选矿厂矿石密度为 3.0 kg/m3，普氏硬度为 12 15，矿石性脆，主要有用矿物有辉钼矿、辉铋矿、 黄铁矿、磁铁矿、黑白钨和萤石等，主要脉石矿物有 石英、石榴子石、透辉石和碳酸钙等。如图 1 所示， 该选矿厂采用两段全闭路磨矿分级流程，一段磨矿分 级由 MQY4067 型球磨机与 1 组 FXφ660旋流器组成， 二段磨矿分级由 MQY4067 型球磨机与 1 组 FXφ500 旋流器组成。MQY4067 型球磨机装机功率为 1 600 kW，有效容积为 78 m3，转速为 16 r/min。 2 原磨矿分级回路粒度特征 原磨矿分级回路中产品粒度特性曲线如图 2 所 示，产品粒级分布如表 1 所列。 从图 2 及表 1 可以看出，破碎产品中 -12 mm 的 含量不高，只有 70 左右。一段沉砂、一段排矿和 一段溢流 P80 分别为 0.95、0.44 和 0.30 mm，一段排 矿中过粗及粗粒级颗粒较多，粒度均匀性较差，一 段分级溢流曲线和一段排矿曲线几乎重合，旋流器分 级效率较低；二段沉砂、二段排矿和二段溢流 P80 分 别为 0.310、0.230 和 0.078 mm，这 3 条曲线呈平行 状态，二段磨矿分级的破碎程度及分级效果不错， 且处理能力有富余；磨矿分级中球磨机排矿与溢流 中间粒级含量不理想，过磨现象严重，二段溢流产 品中 -0.074 mm 含量为 78.06，-0.010 mm 含量为 22.1。 3 磨矿分级优化试验 3.1 精确化装补球制度 球磨机中的钢球作为能量的媒介质将外界输入 的能量转变为对矿块的做功，实施磨碎任务[7-9]。精 确化装补球有利于优化磨矿介质的配比，进而利于解 离出更多更强的有活性位点的解离面。因此，在磨矿 过程中精确化装补球不但可以优化钢球对矿块的磨碎 力，达到优化磨矿产品质量的目的，还可以增大目的 矿物与捕收剂的作用能[10]。 通过球径半理论公式计算矿石粒度与钢球尺 图 2 原磨矿分级回路粒度分布特性曲线 Fig. 2 Granularity distribution characteristic curve of original grinding classification circuit 表 1 磨矿分级产品粒级分布 Tab. 1 Granularity distribution of grinding classification product 粒级/mm 2.0 -2.0 1.0 -1.0 0.5 -0.5 0.3 -0.3 0.2 -0.2 0.1 -0.100 0.074 -0.074 0.038 -0.038 0.019 -0.019 0.010 -0.010 合计 一段排矿 3.67 3.27 10.80 11.60 11.04 14.85 4.26 12.72 13.04 7.70 7.05 100.00 一段溢流 0 0.36 7.34 11.69 12.12 18.66 3.40 15.07 15.46 5.97 9.93 100.00 二段排矿 0 0 1.48 6.94 17.80 30.28 5.59 12.28 12.98 5.41 7.24 100.00 二段溢流 0 0 0 0 8.53 6.05 7.36 21.09 25.29 9.58 22.10 100.00 图 1 磨矿分级工艺流程 Fig. 1 Process flow of grinding classification 万方数据 第 49 卷 2021 年第 12 期 编辑 翟晓华 破磨 25 寸，结果如表 2 所列。根据图 1 中给矿与返砂的粒 度分布特性计算出待磨产率，运用破碎统计力学原 理进行精确化补加球计算，确定补加球比为 φ100 mm∶φ80 mm∶φ60 mm 10∶55∶35。 3.2 一段旋流器优化试验 旋流器主要由进料管、柱段、锥体、溢流管及沉 砂嘴等部件组成，不同的物料性质及分级要求需要配 置不同的旋流器结构参数，通过选型计算及现场实际 操作参数调整 如给料质量分数、压力、处理量等 可 得到最佳的结构参数配置[11-13]。在进行球磨机补加球 优化的同时，对旋流器的结构参数也要进行优化，主 要从沉砂嘴直径及溢流管直径这两方面进行优化。 3.2.1 沉砂嘴直径试验 在一定的旋流器给料质量分数及适合的给料压力 下，溢流管直径为 240 mm，溢流管插入深度为 387 mm，进行沉砂嘴直径分别为 90、100 及 120 mm 的 条件试验，试验结果如表 3 所列。 由表 3 可知，随着沉砂嘴直径的减小，沉砂产率 降低，球磨返砂量减少，磨矿效率提高，物料能够得 到较充分的细磨并从溢流排出，溢流细度及分级效率 有所提高，溢流量增加实现了负荷往二段磨矿分级转 移的目的，提高了二段磨矿分级效率。因此，结合现 场情况选择沉砂嘴直径为 90 mm。 3.2.2 溢流管直径试验 在一定的旋流器给料质量分数及适合的给料压 力下，沉砂嘴直径为 90 mm，溢流管插入深度为 387 mm，进行溢流管直径分别为 240、280 mm 的条件试 验，试验结果如表 4 所列。 从表 4 可知，随着溢流管直径增大，溢流量增 大，球磨返砂量减少，磨矿效率提高，优化一段磨矿 有利于提高粒度的均匀性；溢流量增加及粗粒级增加 有利于将负荷往二段磨矿分级转移，降低了一段磨矿 分级的负荷，提高了二段磨矿分级效率。因此，结合 现场情况选择溢流管直径为 280 mm。 4 试验结果分析 4.1 磨矿分级产品粒度特性 运用精确化磨矿理论进行补加球优化及旋流器结 构参数优化后，磨矿分级回路中产品的粒级分布如表 5 所列，与优化前的对比[14]结果如表 6 所列，产品粒 度分布特性曲线如图 3 所示。 从表 5、6 及图 3 可以看出，优化后，一段沉 砂、一段排矿和一段溢流 P80 分别为 0.73、0.56 和 0.18 mm，与优化前相比均有所降低，一段排矿中过 粗及粗粒级含量有明显改善，一段磨矿粒度均匀性 变好，一段分级溢流曲线和一段排矿曲线呈平行状 态，分级效率得到了较大的提高；二段沉砂、二段排 矿和二段溢流 P80 分别为 0.28、0.18 和 0.089 mm，与 优化前相比，沉砂与排矿有所降低，溢流有所升高， 这 3 条曲线呈平行状态，说明球磨机磨碎程度和分级 表 2 矿石粒度与钢球尺寸 Tab. 2 Ore granularity and grinding ball size mm 矿石粒级 -20 17 -17 13 -13 9 -9 适合球径 100 80 60 40 沉砂嘴 直径/ mm 90 100 120 质量 分数 58.82 58.29 59.07 细度 -0.074 mm 26.25 25.96 26.01 质量 分数 42.11 41.45 39.03 细度 -0.074 mm 51.54 49.92 48.55 质量 分数 77.34 78.01 77.83 细度 -0.074 mm 9.64 10.35 11.40 分级 效率 51.79 49.18 46.06 返砂 比 152.26 153.49 154.28 给料 溢流 沉砂 表 3 沉沙嘴直径试验结果 Tab. 3 Results of test for desilting nozzle diameter 溢流管 直径/ mm 240 280 质量 分数 59.82 58.97 细度 -0.074 mm 26.25 26.18 质量 分数 42.11 42.40 细度 -0.074 mm 51.54 50.65 质量 分数 77.34 78.11 细度 -0.074 mm 9.64 9.93 分级 效率 51.79 50.53 返砂 比 152.26 150.58 给料 溢流 沉砂 表 4 溢流管直径试验结果 Tab. 4 Results of test for overflow pipe diameter 表 5 优化后磨矿分级产品粒级分布 Tab. 5 Granularity distribution of grinding classification product after optimization 粒级/mm 0.500 -0.500 0.300 -0.300 0.200 -0.200 0.100 -0.100 0.074 -0.074 0.038 -0.038 0.019 -0.019 0.010 -0.010 合计 一段排矿 15.42 10.31 10.85 15.19 7.90 14.73 14.65 4.72 6.23 100.00 一段溢流 0 8.55 8.24 18.96 9.63 17.92 20.91 7.04 8.75 100.00 二段排矿 0 3.62 9.26 36.83 14.30 15.48 12.32 1.48 6.71 100.00 二段溢流 0 0 0 13.79 12.02 21.91 20.46 12.88 18.94 100.00 表 6 优化前后磨矿分级产品粒级分布对比 Tab. 6 Comparison of granularity distribution of grinding classification product before and after optimization 粒级/mm 0.10 -0.10 0.01 -0.01 合计 优化前 55.23 37.72 7.05 100.00 优化后 51.77 42.00 6.23 100.00 优化前 50.17 39.90 9.93 100.00 优化后 35.75 55.50 8.75 100.00 优化前 56.50 36.26 7.24 100.00 优化后 49.71 43.58 6.71 100.00 优化前 14.58 63.32 22.10 100.00 优化后 13.79 67.27 18.94 100.00 一段排矿 一段溢流 二段排矿 二段溢流 万方数据 第 49 卷 2021 年第 12 期 编辑 翟晓华 破磨 26 效果均较好；磨矿分级系统中球磨机排矿与溢流中间 粒级占比则有所增加，过磨量减少，二段溢流产品 中 -0.074 mm 含量降至 74.19，-0.010 mm 含量降至 18.94。 4.2 优化前后技术经济指标对比 为了更加准确地反映磨矿分级优化后各项指标变 化情况，通过粒度分布数据计算出优化前后各技术经 济指标，对比分析结果[15-16]如表 7 所列。 从表 7 可以看出，优化后，一段球磨机处理能 力提高了 7 t/h，提高幅度为 5.6；一段球磨机的利 用系数从 0.57 t/h m3 提升至 0.79 t/hm3，提升了 0.22 t/hm3；一段水力旋流器分级质效率从 29.39 提高到 50.53，提高了 21.14 个百分点；二段水力 旋流器分级质效率从 42.24 提高到 50.32，提高 了 8.08 个百分点；一段分级返砂比从 57.46 提高到 150.58，二段分级返砂比从 334.53 降至 202.56， 一段返砂比控制在 150 200、二段返砂比控制在 200 250 的最佳范围内；一段球磨机钢耗降低了 0.017 kg /t，磨机电耗降低了 0.53 kW h /t。 5 结论 根据矿石的力学性质及一段球磨分级给矿与返砂 的粒度特性，确定了一段球磨机补加球的球径和配 比，对一段旋流器结构参数进行优化，选择溢流管 直径为 280 mm，沉沙嘴直径为 90 mm，通过优化一 段磨矿分级系统来实现负荷往二段磨矿分级转移， 不仅提高了磨矿分级效率，改善了磨矿分级中排矿、 返砂、溢流中的粒级分布，同时还降低了一段球磨 机的钢球及电耗，节能降耗效果显著。最终磨矿产品 -0.074 mm 含量从 78.06 降至 74.19，-0.010 mm 含量从 22.1 下降至 18.94，降幅为 14.3，为后续 浮选作业提供了易选粒级的原料。 参 考 文 献 [1] 许道刚，吕清纯，邹 勤，等．球磨机产能优化改造及应用 [J]．中国钨业，2020，35236-39. [2] 肖庆飞，郭运鑫，黄胤淇，等．提高冬瓜山铜矿粗磨磨矿效 率的对比试验研究 [J]．矿产综合利用，20203100-104. [3] 王旭东，肖庆飞，张 谦，等．大坪选矿厂磨矿介质制度优 化试验研究 [J]．黄金，2019，40853-56. [4] 卢 涛，吴启明，张红华，等．大山选矿厂一段磨矿分级旋 流器优化研究 [J]．铜业工程，2020，163317-20. [5] 孙 伟，张雪娇，熊 伟，等．多金属选矿厂磨矿分级优化 控制研究与应用 [J]．矿冶工程，2018，38436-40. [6] 石贵明，吴彩斌，肖 良，等．柿竹园钨多金属矿优化磨矿 系统实验室研究 [J]．有色金属科学与工程，2013，4579- 84． [7] 曹亦俊，段希祥．粗磨球磨机球径精确化研究 [J]．有色金属 选矿部分，2001324-26． [8] 段希祥．碎矿与磨矿 [M]．北京冶金工业出版社，2012 134-139. [9] 肖庆飞，王国强，杨 芳，等．提高球磨机粗磨效率的试验 研究 [J]．轻金属，201741-3. [10] 马 帅，肖庆飞，张 谦，等．钢球配比及充填率的对比试验 研究 [J]．有色金属 选矿部分，2020564-67. [11] 徐冬林，王长艳，傅国辉，等．溢流管直径对旋流器流场和分 离影响研究 [J]．矿产保护与利用，2019，39164-68. [12] 姜程阳，王 磊，林晓峰，等．循环负荷转移技术对一段磨矿 两次分级工艺的优化 [J]．矿山机械，2021，49138-41. [13] 胡振涛，陆占国，孙长胜，等．齐大山铁矿粗细分级旋流器数 值优化试验研究 [J]．金属矿山，20215160-166. [14] 徐寒冰，刘 瑜，曾志飞，等．江西某钨矿选矿厂精确化磨矿 研究 [J]．矿冶工程，2019，39534-37. [15] 刘 磊，曹进成，吕 良，等．不同破碎方式下磨矿技术效率 [J]．中国有色金属学报，2015，2592565-2574. [16] 刘 瑜，杨 昊，邹春林，等．精确化磨矿对产品粒度分布及 能耗的影响 [J]．矿业研究与开发，2015，35753-57. □ 收稿日期2021-07-16 修订日期2021-09-23 图 3 优化后一段磨矿分级回路粒度分布特性曲线 Fig. 3 Granularity distribution characteristic curve of first-stage grinding classification circuit after optimization 表 7 优化前后磨矿分级技术经济指标对比 Tab. 7 Comparison of grinding classification before and after optimization in technical and economic inds 优化前 优化后 一段 57.46 150.58 二段 334.53 202.56 一段 0.57 0.79 二段 0.83 0.89 量效率 83.98 77.21 质效率 29.39 50.53 量效率 51.69 65.49 质效率 42.24 50.32 磨机处理量/ th-1 125 132 一段磨机钢球单耗/ kgt-1 0.333 0.316 一段磨机电耗/ kW h t-1 10.00 9.47 磨机利用系数/ th-1m-3 返砂比/ 一段分级效率/ 二段分级效率/ 万方数据