冬瓜山铜选厂初步设计碎磨流程的选择与计算.doc

冬瓜山铜选厂初步设计碎磨流程的选择与计算
【摘要】：针对冬瓜山铜硫混合矿的矿石性质及半自磨试验结果，对选矿厂碎磨流程及其有关设备进行了选择与计算。并从投资和两个方面对碎磨流程作了技术经济比较。根据比较结果及国外类似性质选放厂的经验，冬瓜山铜选厂初步设计碎磨流程推荐半自磨+球磨流程……
夏菊芳
    中图分类号：TD928.2      文献标识码：A
    冬瓜山铜矿床属铜陵狮子山矿区深部的一个大型高硫矿床。该矿埋藏深、储量大、可回收的有用矿物多，是一座开采价值较高的铜矿，它对缓解华东地区铜冶炼厂来料短缺具有重要意义，并为华东及华北地区提供大量的化工原料硫精矿。自1976年矿床被发现后，进行了普查、详查及勘探和矿样可行性试验等前期工作。冬瓜山铜矿混合矿石自然类型多，含铜滑石蛇纹石类型矿石比例较大，矿石含泥量高，若采用常规碎磨流程易造成破碎及筛分等设备的堵塞，从而影响生产效率（正在生产的狮子山铜选厂与冬瓜山铜选厂的矿床相同，前者通过洗矿解决含泥高的问题）。而矿石有难选和易选之分，开采时不易分开，难易矿石的硬度相差甚大。冬瓜山铜选厂可行性研究时因未做相应的矿石半自磨试验，只是根据同类选厂的生产实践，把常规碎磨流程与半自磨+球磨流程做了简单的技术经济比较。目前初步设计已完成，选矿厂的生产规模为13000t/d。此前的半自磨试验给碎磨方案的确定提供了充分的技术依据。

表1  试验矿样粒级分析
矿样序号
7
17
粒度/mm
+150
-150+100
-100+38
-38
总计
重量/t
0.381
0.212
0.195
0.063
0.851
含量/%
44.8
24.8
23.0
7.4
100
重量/t
0.520
0.376
0.146
0.052
1.094
含量/%
47.5
34.4
13.4
4.7
100

    1、半自磨试验
    1999年12月，瑞典SVEDALA公司提交了冬瓜山铜矿半自磨小型批量试验报告。其矿样粒度组成及试验结果见表1、2.
    试验所用的半自磨机规格为Φ1829mm×305mm，内径1803mm，有效容积为1.106m3。磨机运转速度为23.3n/min，为理论临界转速的73.8%。磨机瞬间净功耗通过自动绘制的曲线记录下来。
    SVEDALA公司试验所做邦德球磨功指数为14.73kW·h/t。
由表2知，装球量6%～12%时，对应的100%-12.7mm净功耗为6.25～7.15kW·h/t。根据世界类似选矿厂的生产实践，其净功耗是比较低的（一般情况下，净功耗在6.58～9.87kW·h/t范围内采用半自磨流程是比较经济的）。说明冬瓜山铜矿石半自磨作业功率消耗不大，本设计采用半自磨+球磨的碎磨工艺流程在技术上是可行的。
表2  半自磨试验结果
序号
1
2
3
4
5
装矿量/t
装水量/t
Φ125mm球装球量/t
Φ100mm球装球量/t
Φ75mm球装球量/t
总装球量/t
装球率/%
磨机运转时间/min
充填率/%
净功耗/kW
100%-12.7mm净功耗
/（kW·h·t-1）
70%-74μm净功耗
/（kW·h·t-1）
最终-12.7mm固体含量/%
0.272
0.091
0
0
0
0
0
15
9.5
3.62
11.10

18.33

30.5
0.272
0.073
0.093
0.108
0.108
0.309
6
5
15.6
7.16
6.91

16.61

32.3
0.272
0.073
0.123
0.144
0.144
0.411
8
5
17.2
8.13
6.25

16.69

40.3
0.272
0.073
0.154
0.180
0.180
0.514
10
5
19.0
8.95
7.15

16.61

38.7
0.272
0.073
0.185
0.216
0.216
0.616
12
5
20.7
9.43
6.74

17.27
43.5

    2、半自磨机及球磨机的选择与计算
    瑞典SVEDALA公司通过对冬瓜山铜矿混合矿石进行小型批量试验后，选择1台Φ28ft×13ft半自磨机（1ft＝0.3048m），装机容量4850kW。与半自磨机配套的球磨机为1台Φ20ft×32ft，装机容量为6500kW。
鉴于Φ28ft×13ft半自磨机国内制造困难，设备质量难以保证，本设计决定采用瑞典SVEDALA公司生产的设备。在设备质量及性能可能的基础上，为节省投资，对与半自磨配套使用的粗磨球磨机用2台国产Φ5.03m×8.3m球磨机代替1台Φ20ft×32ft进口设备。此国产球磨机结构先进合理，能耗小，配有空气离合器，启动功率小，有自动喷雾润滑、静压浮动轴承等，并附有必要的自动保护装置，可保证磨矿机连续可靠地运转。但电机、电控等成磁辅助设施需从国内球磨机制造厂家刚进。有关半自磨机及配套粗磨球磨机的选择计算如下。
2.1半自磨机
    由瑞典SVEDALA公司进行半自磨试验，装球率为6%～12%时，对应100%-12.7mm的净功耗为6.25～7.15kW·h/t。本设计按最大净功耗7.15 kW·h/t计算半自磨机规格。
    考虑到电动机和减速机的效率，电动机单位输入功率需乘1.2的波动系数
7.15×1.2＝8.58（kW·h/t）
    则半自磨机电动机总额输入功率为
（1300/24）×8.58＝4647.5（kW）
    SVEDALA公司选用1台4850kW电动机半自磨机的驱动电机。
    2.2粗磨球磨机
    由瑞典SVEDALA公司试验，邦德球磨功指数。
Wi＝14.73kW·h/t
    根据同类铜选矿厂的经验，半自磨机排矿振动筛网尺寸为12.7mm（0.5in），由试验数据配套球磨机的F80＝1.7mm＝1700 μm，P80＝85μm，最终磨矿细度-74μm达70%～75%。
    由邦德功指数计算公式得
W＝11.35（kW·h/t）
    所需总功率为
（13000/24）×11.35＝6148（kW·h/t）
    拟选用2台溢流型球磨机，每台球磨机所需功率为
N1＝6148/2＝3074（kW·h/t）
    拟取球磨机直径为5.03m，其有效内径D＝4.85m，拟充填率Vp＝38%，球磨机转数占其临界转数的73%，最大球径64mm，则磨机介质支取为功率为
Kwb＝11.493kW·h
    球磨机装球量Qwb＝N1/Kwb=3074/11.493=267.46（t）
    球磨机容积V＝Qwb/（δb×Vp）=267.46/（4.6×0.38）=153（m3）
    球磨机长度L＝153[3.14×（4.85/22）]=8.28（m）
    选2台Φ5.03m×8.3溢流型球磨机，安装功率3300kW/台。
    2.3半自磨机及球磨机的规格、性能见表3

表3  半自磨、球磨（粗磨）设备选择计算表（功率法）

作业
名称
设备名称及规格
台数
Qa/
（t·h-1）
F80
/μm
P80
/μm
Wi/
（kW·t-1）
N计算
/（kW·台-1）
N设备/（kW·台-1）
备注
1
2
半自磨
球磨
Ф28ft×13ft
Ф5.03m×8.3m球磨机
1
2
541.7
541.7

1700
1700
85
8.58
14.73
4647.5
3074
4850
3300
进口设备
国产设备

    3、碎磨流程方案的比较
    冬瓜山铜选厂在可行性研究设计中，虽对半自磨+球磨和三段一闭路+球磨两种碎磨流程粗略作了技术经济比较，因未做半自磨试验，所以可行性研究最终推荐三段-闭路+球磨的碎磨流程。
    随着自动化控制技术的发展，半自磨+球磨的碎磨流程其优点也越来越明显。流程简单、建筑费用低，占地面积小，易于生产管理。尤其对冬瓜山铜矿这种含泥含水量较高的矿石，更有特殊的优点。通过对常规碎磨流程及半自磨+球磨流程所需设备及其配套设施作进一步的技术经济比较后知，半自磨+球磨流程工程造价节省1129万元，经营费用每年节省172万元。具体技术经济比较结果见表4、5。

表4  选矿厂碎磨流程主要设备比较
名称
三段一闭路+球磨流程
半自磨+球磨流程
规格
数量
/台
总重/t
安装功
率/kW
规格
数量/台
总重/t
安装功率/kW
洗矿分级机

高效浓缩机
中碎破碎机
细碎破碎机
双层筛
单层筛
半自磨机
球磨机
水力旋流器
直线振动筛
给矿砂泵
辅助设备
收尘设备
起重设备
增加浮选机
2FG-
ф2.4m×9.13m
ф20m
HP800
HP800
2YAH2460
YAH2460

ф5.03m×6.4m
ф5-660

14/12ST-AH
运输机、给矿机等
2

1
1
2
1

3
3

3
92

25
64
128
15
65

1236
27

43.5
460
41
96.6
66

7.5
600
1200
30
150

7800

945
850
561

ф28ft×13ft
ф5.03m×8.3m
6-ф660
ZKX3660
16/14TU-AH
运输机、给矿机等

1
2
2
1
2

635
934.4
17
20.2
32.2
238.3

83.9
136.8

4850
6600

45
900
582

736
   5、国外碎磨流程的研究
    大处理量的半自磨+球磨碎磨流程以共经济效益好、适应性强在国外已成功地运转了三十多年，尤其对处理湿而粘的矿石更优于常规碎磨流程。
    美国芒廷州立研究所开发中心研究顾问F·米尔顿·刘易斯（Milton Lewis）及J·L科伯恩（Coburn）对亚利桑那州的一个铜选厂，以18140t/d生产规模的不同碎磨流程进行了基建投资和生产费用的估算。为使投资和生产费用降到最低限度，两种流程均用大型设备来处理含泥水量较低的斑岩铜矿，天然矿泥（-20μm粘土矿物）含量很少。原矿含铜0.55%，密度2.8，球磨机增均功指数为14.3kw·h/t，磨损指数0.2，松散密度1.762。常规一段破碎流程破碎到-12.7mm，然后用球磨至最终磨矿产品粒度。

表5  选矿厂碎磨流程综合指标比较
方案
三段一闭路+球磨流程
半自磨+球磨流程
设备总重/t
安装总功率/kW
厂房建筑面积/m2
厂房容积/m3
设备购置及安装费/万元
建筑工程费/万元
合计工程费/万元
钢耗

电耗

工人工资

其它材料消耗
合计材料、电及人工消耗
工程费差价
材料、电及人工消耗费差值

1.25kg/t·原矿
4500元/t·钢球
17.04kW·h/t·原矿
0.45元/kW·h
51人
1000元/人·月
2293.1
12210
13070
175000
8250
2091
10341
5.625元/t·原矿

7.668元/t·钢球

0.143元/t·原矿

0.467元/t·原矿
13.903元/t·原矿

1.0kg/t·原矿
4500元/t·钢球
19.65 kW·h/t·原矿
0.45元/kW·h
21人
1000元/人·月
2097.8
13713
7888
101000
7950
1262
9212
4.5元/t·原矿

8.843元/t·原矿

0.0587元/t·原矿

0.10元/t·原矿
13.5017元/t·原矿
节省1129万元
节省172万元/
常规碎磨流程粗碎采用1台42in×70in旋回破碎机（1in＝2.54cm），中碎采用1台ф2135mm标准圆锥破碎机，细碎采用3台ф2135mm短头圆锥破碎机。筛分采用1台3.05m×6.10m双层振动筛、5台3.05m×6.10m单层振动筛。磨矿采用2台ф5.49m×7.93m湿式溢流型球磨机，电动机功率为3676kW，转速为临界转速的69%，装球量38%。每台球磨机用泵分别扬送至每组6台ф660mm旋流器中。最终磨矿细度为80%-220μm。

表6  基建投资额
项目
常规碎磨流程
半自磨＋球磨流程
粗碎
中细碎
半自磨
球磨
总计
9.15
41.19

49.65
100
9.15

30.47
29.47
69.10

    以常规碎磨流程投资额为100表示。
    半自磨+球磨流程粗碎采用1台42in×70in，旋回破碎机，采用1台Φ8.5m×4.3m半自磨机，装机容量为4411 kW。1台Φ5.5m×11m球磨机，装机容重也为4411kW。基建投资及生产费用比较见表6、表7.

表7  生产费用/（美元·t-1）
项目
常规碎磨流程
半自磨+球磨流程
生产管理费
工人工资
钢球
衬板及筛网
电费/（0.04美元·kw-1）
水费/（0.044美元·m-3）
维修费（设备费5%）
工资附加费35%
其他
总计
0.017
0.13
0.29
0.13
0.477
0.098
0.083
0.053
0.064
1.342
0.014
0.093
0.30
0.128
0.462
0.098
0.061
0.037
0.059
1.22

    由表6、7知，半自磨+球磨投资是常规碎磨流程投资的69.10%，且生产成本节省约7.6%，其基本原因为：（1）半自磨车间的投资低于第二段、第三段破碎车间投资。（2）半自磨流程中球磨机投资比常规碎磨流程中的球磨机投资低，因为半自磨产品比细碎产品细得多。
    半自磨流程生产费用略低于常规流程，其原因是：（1）尽管半自磨流程的直接动力消耗比常规流程高6%，但是将运输和收尘的动力消耗计入后，总动力消耗要低3%。（2）半自磨流程所需的设备少，清理问题少，因而劳务费用低。
    由于半自磨+球磨流程有其特殊的优越性，最近国外投产的上万吨规模的选矿厂一般都采用此碎磨流程。