《武汉工程大学学报》  2015年12期 41-44   出版日期：2016-01-14   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ
胶磷矿碎磨系统提能降耗研究


０　引　言在目前的选矿工程中，碎矿磨矿是矿石加工必不可少的工艺过程，碎矿磨矿的目的是将矿石粉碎到合理的粒度，使矿石中有用矿物与脉石矿物单体解离，为选别的除杂提纯创造条件. 在工业上主要是利用机械力来碎矿磨矿，其最大的缺点就是能耗高，材料消耗高，产品特性不好等. 据统计［１］，用于矿石碎矿、磨矿工艺的电耗约占全国发电量的4%，且利用效率极低. 同时，机械设备碎矿磨矿过程中，每年消耗上百万吨钢材. 为了降低碎矿磨矿的能耗钢耗，提高能源利用效率，促使人们不断研究新的矿石粉碎方法. 经过５０多年的实践和总结［２］，通过碎矿与磨矿的能源利用与消耗、不同入磨粒度的磨矿成本与效益等不同方面和不同层次进行的碎矿与磨矿研究分析比较，发展碎矿磨矿新理论、粉碎设备及工艺来降低能耗、投资和生产费用，同时解决矿石强度软化和从连生体中选择性解离矿物的难题. 选矿工程领域正大力提倡“多碎少磨”的新工艺流程，即降低破碎产品最终粒度，提高细粒级在碎矿产品中的含量，进而增加磨机的处理能力，达到降低破碎、磨矿工序电耗钢耗、减少成本、增加经济效益，提高企业市场竞争力的目的［３］. 云南磷化集团海口磷业有限公司选矿厂座落在滇池西南岸，是云天化集团磷复肥产业重要的原料基地，设计生产规模年处理原矿２００万吨，该选矿厂自投料试车以来，已累计生产、销售合格磷精矿６１０多万吨，在生产工艺趋于稳定，产能逐年接近设计能力的过程中，由于破碎产品粒度较粗，导致磨机生产能力难以提高，制约着选矿厂产能进一步提升，同时该选矿厂碎矿、磨矿作业综合电耗较高. 为了解决此问题，通过现场实践，合理配置碎矿、磨矿作业工艺流程，改进现有破碎、筛分设备结构及进行生产参数优化，提高设备性能，简化和改革破碎工艺流程，确定了最佳入磨粒度［２］，使碎磨总成本降低. １　碎矿磨矿作业生产工艺流程简介１．１　碎矿作业碎矿作业采用两段一闭路碎矿工艺流程，来自采场的原矿由汽车运到原矿堆场，用装载机装入原矿仓，由重型板式给矿机给入振动筛进行预先筛分，筛上物料进入反击式破碎机粗碎，筛下物料和粗碎产品由胶带运输机转运到缓冲矿仓，再经中型板式给矿机给入高频振动筛进行预先检查筛分，筛上物料进入高效圆锥破碎机破碎后经胶带运输机返回缓冲矿仓再筛分，筛下物料由胶带运输机传送至露天粉矿堆场． 碎矿作业工艺流程见图１．图１　碎矿作业工艺流程图Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ １．２　磨矿作业磨矿作业采用两段一闭路磨矿工艺流程，破碎粉矿产品由装载机装入粉矿给料斗，由圆盘给矿机给入胶带运输机传送至磨矿机． 第一段为ＭＢＳ３２４５湿式溢流型棒磨机开路磨矿，第二段为ＭＱＹ４０６７湿式溢流型球磨机闭路磨矿，采用?准５００×８水力旋流器组进行分级，分级沉砂进入二段球磨机再磨矿，分级溢流自流至浮选搅拌槽，经加药搅拌后进入后续浮选作业． 磨矿作业工艺流程见图２． 图２　磨矿作业工艺流程图Ｆｉｇ．２　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ２　生产中存在的问题该选矿厂原设计处理入选原矿Ｐ２Ｏ５品位为２３％左右，杂质ＭｇＯ质量分数为４％～５％． 随着矿山开采向深部延伸，矿石原生程度不断增加，矿石品位逐步降低，杂质含量逐渐升高，矿石质量日益贫化，目前入选原矿Ｐ２Ｏ５品位已降至１８％～２１％，杂质以碳酸盐为主，适合采用单一反浮选流程［4－5］，由于矿石性质的变化，可磨性变差，该选矿厂目前集中暴露出以下两个问题． a.磨矿生产能力难以提高，碎矿、磨矿综合电耗高.原设计破碎工序为两段一闭路工艺流程，要求破碎产品粒度为－１５　ｍｍ的矿石含量大于８０％，因原矿物料含泥含水量大，造成破碎、筛分设备及下料漏斗等多个工艺点卡堵，产能达不到设计要求． 为缓解破碎工序与磨矿、浮选产能不匹配的问题，实际生产过程中采取放大破碎产品粒度，以提高破碎生产能力的办法，破碎最终产品粒度由设计的１５ ｍｍ提高到２５ ｍｍ，导致入磨粒度增大． 入磨原矿粒度增大，经常堵塞棒磨机进料口，造成磨矿台时处理量降低且波动较大，成为制约磨机处理能力提高的因素之一． 由于碎矿、磨矿作业电耗占选矿厂总耗电量的６０％～７０％，而其中磨矿电耗占碎矿、磨矿总电耗的８０％～９０％． 对比碎矿作业和磨矿作业，将相同粒度的矿石碎、磨到同样粒级的产品，磨矿作业所需的电耗为碎矿作业的４．７５倍，破碎机的电耗利用率比磨矿机更高效． 该选厂碎（磨）矿比由碎矿作业向磨矿作业转移，而磨矿作业单位电耗远高于碎矿作业，造成碎矿、磨矿作业综合电耗较高，达到１８．８９ ｋＷ·ｈ／ｔ，有悖于“多碎少磨”的选矿技术原则． b.矿石可磨性变差. 随着原矿入选品位逐年降低，杂质含量升高，浮选工序对磨矿单体解离度的要求大大提高，已由设计的－０．０７４ ｍｍ百分含量８０％提高到－０．０７４ ｍｍ百分含量８８％以上，浮选作业才能实现有用矿物与脉石矿物有效分离． 然而随着开采逐渐深入，原矿物料性质发生变化，矿石硬度和韧性增加，矿石可磨性变差，在同样的磨矿条件下，有用矿物和脉石矿物不能充分单体解离，成为制约提高磨矿台时处理量的瓶颈，并且大幅增加的入选杂质难以完全脱出，造成精矿指标波动，磷精矿质量难以满足下游客户要求． ３　提能降耗的技术方法和效果在生产过程中发现，破碎粉矿产品粒度粗是造成一段磨矿棒磨机进料口堵塞、磨矿台时负荷量难以提高的主要原因，同时导致磨矿作业给矿和产品粒度按新生成（－０．０７４　ｍｍ）级别计算的相对生产能力较低． 降低破碎粉矿产品粒度，既可解决一段磨矿进料堵塞问题，又能提高磨矿作业相对生产能力，提高磨矿台时负荷量． 为了解决上述问题，优化破碎生产组织方式和碎矿作业工艺流程，在粗碎作业前增加移动破碎锤，对进入粗碎作业的大块矿石进行破碎，降低粗碎反击式破碎机入料粒度，并将粗碎作业预先筛分棒条筛筛网规格由设计１２０　ｍｍ调整到８０　ｍｍ，将二段破碎前预先检查筛分的高频振动筛筛孔规格由３０　ｍｍ×３０　ｍｍ更换为１８　ｍｍ×２２　ｍｍ，优化改造后的破碎工艺流程见图３，破碎最终粉矿产品粒度控制在１５　ｍｍ左右（该选厂所处地区每年有２~３个月的雨季，雨季为保证粉矿供应量，继续使用３０　ｍｍ×３０　ｍｍ筛网）． 在旱季生产组织过程中，尽量将含水含泥量较重的原矿物料堆放在原矿堆场晒干后再集中破碎． 筛孔规格减小后，破碎最终粉矿产品中－１５　ｍｍ粒级含量增加了４１．３３％，－３　ｍｍ粒级含量增加了１７．９９％，－０．０７４　ｍｍ粒级含量增加了２．６５％．图３　优化改造后碎矿作业工艺流程图Ｆｉｇ．３　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ优化改造破碎生产组织方式和破碎作业流程后，在生产过程中发现，降低破碎粉矿产品粒度至１５ ｍｍ后，在相同的磨矿条件下，提高磨矿台时处理量至１６８ ｔ／ｈ，一段磨矿排矿中－３ ｍｍ粒级的含量增加了１．３９％；二段磨矿排矿中－０．０７４ ｍｍ粒级的含量达到３７．１５％，提高了１．７９％；返砂比由３４３．６６％降至３０６．５５％，降低了３７．１１％；旋流器溢流中－０．０７４ ｍｍ粒级的平均含量达到了８８％～９３％，且溢流浓度均在３０％以上，达到了下一道工序浮选作业工艺的要求［6］． 对比优化改造前后，破碎粉矿产品粒度由２５ ｍｍ降低到１５ ｍｍ，磨矿台时处理量由１３７ ｔ／ｈ提高到１６８ ｔ／ｈ，增幅２２．６３％，超出该选矿厂设计目标１３８．９ ｔ／ｈ． 在一定碎矿磨矿条件下，存在一个最佳入磨粒度，此时破碎、磨矿成本最低. 图４碎磨成本与入磨粒度关系［２］，表明入磨粒度如果大于最佳入磨粒度时，降低入磨粒度，破碎作业增加的成本小于磨矿作业降低的成本，碎磨总成本降低；如果把入磨粒度降得比最佳入磨粒度更小，则破碎作业增加的成本大于磨矿作业降低的成本，破碎、磨矿总成本增加. 统计对比优化改造前后６个月破碎作业和磨矿作业电耗情况发现，入磨粒度由２５ ｍｍ降低到１５ ｍｍ，碎矿单位电耗由１．５４ ｋＷ·ｈ/ｔ增加到１．７２ ｋＷ·ｈ/ｔ，增幅１１．６９％；磨矿单位电耗由１７．３５ ｋＷ·ｈ/ｔ降低到１４．２３ ｋＷ·ｈ/ｔ，降幅达１７．９８％，磨矿降低的成本大于破碎作业增加的成本，致使碎矿、磨矿作业综合电耗由原来的１８．８９ ｋＷ·ｈ/ｔ降低到１５．９５ ｋＷ·ｈ／ｔ，降幅达１５．５６％. 因此可以初步确定在海口磷业有限公司选矿厂工况条件下，合理的入磨粒度为１５ ｍｍ． 图４　碎磨成本与入磨粒度关系①一磨矿成本；②一破碎成本；③一破碎＋磨矿成本Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃｒｕｓｈｉｎｇ－ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃｏｓｔ ａｎｄ ｍｉｌｌ ｆｅｅｄ ｓｉｚｅ①ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃｏｓｔ； ②ｃｒｕｓｈｉｎｇ ｃｏｓｔ；③ｃｒｕｓｈｉｎｇ－ｇｒｉｎｄｉｎｇ ｃｏｓｔ４　结　语优化改造破碎生产组织方式和破碎作业流程后，碎矿产品粒度、磨矿台时处理量和碎矿磨矿作业综合电耗都得到了较大改善． 破碎作业粉矿产品粒度由２５ ｍｍ降至１５ ｍｍ，解决了一段磨矿进料堵塞问题，提高了磨矿作业给矿和产品粒度按新生成（－０．０７４ ｍｍ）级别计算的相对生产能力，磨矿台时处理能力提高了２２．６３％，同时，虽然碎矿作业电耗增加，但磨矿作业电耗降幅较大，碎矿、磨矿作业综合电耗降低１５．５６％． 致　谢本论文得到海口磷业有限公司各级领导的支持和选矿厂工程技术人员帮助，对此表示感谢！