半自磨流程顽石返回和处理方式的设计探讨

2022-09-20石旭刘谊兵

矿山机械 2022年9期

石旭，刘谊兵

兰州有色冶金设计研究院有限公司甘肃兰州 730000

在有色行业，矿石碎磨流程有“三段一闭路”和半自磨两种方案。“三段一闭路”使用早，成熟稳定；半自磨流程则可以省去破碎工段的中、细碎环节，在缩短流程、缩小占地面积、促进环境友好、提高选矿自动化等方面优势显著，成为了中大型选厂的首选方案[1-2]。

近年来，半自磨流程在越来越多大型选矿厂实现了稳定应用，基于绿色矿山的建设要求，越来越多的中小型选厂也开始选择半自磨流程。据了解，2007年，规模仅为 450 t/d 的甘肃某金矿采用半自磨流程，实现了成功投产，且各项指标良好。由于矿料最大块度为 350 mm，磨矿细度 -200 目为 55%，该选厂同时省去了粗碎和球磨环节，即采用单段半自磨流程[2]。

尽管半自磨流程在生产中具有较多优点，但也存在一些缺点，其中顽石量的确定以及顽石处理方式的选择一直是难题。

顽石是指在半自磨作业过程中形成的难以磨细的块状矿石，这些块状矿石中往往含有大量有用矿物，如不加处理就随意丢弃不但会造成资源浪费，还会造成环境污染[3]。文献 [4] 表明，半自磨破碎顽石所占的能耗约为整个磨矿能耗的 20%。由于半自磨流程中顽石量无法通过试验准确获得，所以究竟要不要配置顽石破碎环节，顽石是自返还是用带式输送机返回，是在磨矿车间内还是车间外返回，在进行设计时，都应根据具体情况进行选择。

1 几种常见的顽石返回方式

1.1 利用自返式圆筒筛直接返回半自磨机

自返式圆筒筛是一种两层筛[5](见图 1)，半自磨物料通过格子板孔 (或排砾孔) 流入筛体后随着正向螺旋逐渐向前运动。在这个过程中，小于筛孔的颗粒会通过筛孔由漏斗给入旋流器泵池；大于筛孔的颗粒则继续向前螺旋运动，到筛子底部后再随着内层筛的反向螺旋向后运动，并最终通过半自磨机排料端中心孔返回半自磨机内。

图1 自返式圆筒筛示意Fig.1 Sketch of self-returning trommel

自返式圆筒筛是最简单、最经济的一种顽石返回方式，且不需要专门设置管理人员，适用于一些小规模或顽石量少的半自磨选厂。但对于规模稍大或顽石量较多的选厂，弊端就会显露：当顽石或碎钢球通过反向螺旋返回半自磨机后，它们往往尚未得到充分的冲击或研磨，就又通过格子板孔 (或排砾孔) 进入自返式圆筒筛，如此往复循环，对半自磨机的处理量和稳定性造成影响。因此，当决定用此方式进行顽石返回时，半自磨机选型要考虑一定的富余量[6]。

1.2 利用单螺旋分级机在磨矿车间内返回

螺旋分级机的优点是构造简单、工作稳定可靠、操作方便。水槽倾角一般为 12.0°～ 18.5°，分级粒度越细，倾角越小。其与磨机配置时，需同时考虑螺旋分级机的给料坡度 (一般 >15°) 和反砂槽的坡度 (一般 >30°)。甘肃某 500 t/d 金锑矿选厂采用φ4.0 m×1.4 m 半自磨机，利用 FLG2000 螺旋分级机进行顽石返回，水槽在标准基础上加长 2.7 m，安装倾角为 18.5°[7-8]。

当半自磨机直径大于 4 m 且配置螺旋分级机时，为满足反砂槽的坡度要求，除需要增加水槽长度外还需要增大水槽角度。增加水槽长度需要对设备进行定制，增大水槽角度则容易因沉降面积减小而造成“跑粗”。因此，利用单螺旋分级机返回顽石的方式目前只成功应用在φ4.0 m×1.4 m 半自磨机的选厂，其他更大型号的半自磨机应用实例未见报道。此外，利用螺旋分级机进行顽石返回，除对高差有要求外，对场地面积也有一定要求。

1.3 利用大倾角带式输送机在磨矿车间内返回

利用大倾角带式输送机在磨矿车间内进行顽石返回具有节约场地、利于统一管理的优点，适用于不需要顽石破碎的半自磨流程。图 2 所示是一种常见的配置方式，半自磨出料先通过一台直线筛，筛下物料直接进入砂泵泵池，筛上顽石通过一条 TD75 带式输送机给入大倾角带式输送机，大倾角带式输送机卸料漏斗直接插入半自磨给料输送带的卸料漏斗中。

图2 利用大倾角带式输送机进行顽石返回配置方案Fig.2 Configuration scheme for pebble return with largeobliquity belt conveyor

1.4 利用带式输送机和转运站在磨矿车间外返回

利用带式输送机和转运站 (顽石破碎间) 在磨矿车间外返回是适应性最广的一种配置方式，无论是否需要对顽石进行破碎都可采用该配置。如图 3 所示，直线筛或圆筒筛筛上顽石通过 1 号顽石输送带廊道给入 2 号顽石带式输送机或顽石破碎间内的圆锥破碎机缓冲仓，再汇入半自磨给料带式输送机。由于《有色金属选矿厂设计规范》规定“半自磨顽石角度不应大于 12°”，在选用该配置方案时，一定要设计好转运站距磨矿车间的距离及地坪标高。

图3 利用带式输送机和转运站 (顽石破碎间) 进行顽石返回配置方案Fig.3 Configuration scheme for pebble return with belt conveyor and transfer station (pebble crushing workshop)

一直以来，由于无法确定半自磨的顽石量，是否配置“顽石破碎”也较难判断。根据笔者近年来的设计经验，一般情况下，对于矿石硬度为中等及以上、规模 3 000 t/d 以上的选厂都宜设顽石破碎。同时，还需考虑给料矿石性质的变化，顽石处理宜设计成活流程，在同一选厂内既可进入圆锥破碎机，又可直接给入带式输送机，推荐的顽石破碎配置方案 (含顽石旁路系统) 如图 4 所示。

图4 推荐的顽石破碎配置方案Fig.4 Recommended configuration scheme for pebble crushing

2 顽石处理方式的发展

2.1 破碎后的顽石返回半自磨排料直线筛

云南某铅锌矿目前处理规模为 3 000 t/d，半自磨机型号为φ6.0 m×3.0 m，装机功率为 1 300 kW，负荷率在 90% 以上；球磨机型号为φ4.5 m×7.6 m，装机功率为 2 500 kW，负荷率为 82%。由于处理流程出现半自磨和球磨负荷不均衡的情况，现场进行了顽石返回改造，将未破碎顽石全部用大倾角带式输送机返回至二段球磨中，但顽石在球磨中难以破碎，不断累积，使球磨出现胀肚现象，该方案只运行三天就被迫中止。究其原因，球磨适宜的给料粒度为 12 mm 以下，而有的顽石粒度高达 70 mm，顽石外形圆滑，与钢球接触面积小 (点对点)，且球磨机所加钢球直径较小 (φ80 mm)，无法使顽石得到充分研磨。

因此，对于半自磨机负荷大于球磨机的流程，可尝试将顽石破碎后再返回球磨机，亦可尝试将顽石破碎后返回半自磨机的排料直线筛。这样既可控制球磨机的进料粒度，保证球磨机的磨矿效率；也可降低半自磨负荷，提高整个流程的处理量。选用此流程需注意的是，直线筛增加新的来料会对筛子选型及筛孔选择造成影响[9]。

2.2 利用 X 射线分选机处理顽石

甘肃某铅锌矿选厂处理能力为 5 000 t/d，设计考虑富裕系数为 1.2，实际处理能力为 6 000 t/d，采用单系列 SABC 流程，选用φ7.0 m×3.5 m 半自磨机、φ5.03 m×8.0 m 溢流型球磨机和 CH420 圆锥破碎机。起初顽石占有量约为 23.5%，顽石破碎机一直开启；后期矿石性质改变，顽石量减少，若现场破碎机开启，则会造成能耗的浪费，但直接弃用又会对半自磨的稳定性和处理量造成影响。鉴于此，现场决定尝试利用 X 射线分选机处理顽石。

使用 X 射线分选机时，粉尘会对分选造成不利影响，因此需先对顽石进行湿式作业，再通过调整筛孔和格子板孔 (或排砾孔)，将合适粒度 (10～ 60 mm)的顽石直接给入 X 射线分选机。此方案在该铅锌矿选厂应用时效果良好，平均抛废率达 50%，Pb、Zn 回收率在 94 %左右，抛出的废石累积后还可当作粗骨料进行售卖。

2.3 利用跳汰机进行顽石和介质的分离

有学者研究提出，对于 +50 mm 的矿石与介质宜在半自磨机中循环；对于 -10 mm 的物料，可以直接给入二段球磨机中进行细磨；但对于 +10 -50 mm 的物料，不能直接抛弃，若直接给入二段球磨当中，则会极大降低二段球磨的效率，大大增加磨矿工艺能耗。现试验将这部分物料通过怕细不怕粗的跳汰机进行顽石与介质的高效分离。试验结果表明，跳汰机排出的重产品只有介质，轻产品只有顽石，如此，再将顽石破碎后给入二段球磨机。该方案利用重选的方法，为解决 SABC 流程中磁力弧和除铁器除铁效果差的问题提供了一种新思路，同时也可解决有些半自磨选厂中存在的半自磨机与球磨机负荷分配不均的问题。