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冶煉銅渣碎磨工藝及其系統(tǒng)優(yōu)化的探討

文檔作者：張萌1,2,3，姬建鋼1,2孫春寶，祖大磊 2，趙魏 2 ( 文檔來源： 1．礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗室 2．洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司 3．北京科技大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月24日
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第 316期卷 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 2015在
2 月
冶煉銅渣碎磨工藝及其系統(tǒng)優(yōu)化的探討
張 萌1,2,3，姬建鋼1,2孫春寶 ，祖大磊 2，趙 魏 2
(1．礦山重型裝備國家重點(diǎn)實(shí)驗室，河南洛陽471039；2．洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，河南
洛陽471039：3．北京科技大學(xué)。北京市100083)
[摘 要]國內(nèi)銅爐渣碎磨工藝已從傳統(tǒng)碎磨流程發(fā)展為以半自磨為主的碎磨工藝，但目前國內(nèi)對銅爐
渣半自磨碎磨工藝在應(yīng)用上存在著磨機(jī)規(guī)格偏大、功耗偏高、半自磨機(jī)與球磨機(jī)不匹配等問題；通過對銅爐
渣礦石性質(zhì)的分析，推測了這些問題的原因所在，認(rèn)為國內(nèi)銅爐渣半自磨碎磨工藝有巨大的優(yōu)化潛力。
[關(guān)鍵詞]銅爐渣；SAB碎磨工藝；半自磨流程；碎磨系統(tǒng)優(yōu)化
中圖分類號：TD92 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1004—4345(2014)06—0009—04
Discussion on Comminution Process of Smelting Copper Slag and its System Optimization
ZHANG Meng ， 一．jI Jiangang 一．SUN Chunbao3,ZU Dalei1,2 ZHAO Wei '
(1．State Key Laboratory of Heavy Mining Equipment，Luoyang，Henan 471039，China；2．Luoyang Minging Machinery Engineering
Design Institute Co．Ltd．，Luoyang，Henan 471039，China；3．University of Science&amp;amp;Technology Beijing，Beijing 100089，China)
Abstract Domestic copper furnace slag comminution process has been developed from traditional comminution process to SAGbased
comminution process，but there has some problems in domestic SAG comminution process，such as large mi11 specification，high
power consumption，unmatched SAG mill and ball mill；the paper speculates the canses by analyzing ore characteristic of copper
furnace slag，it concludes that domestic copper furnace slag SAG process has large optimization potentia1．
Keywords copper furn ace slag；SAB comminution process；SAG flow；optimization of comminution system
隨著我國銅冶煉工業(yè)的發(fā)展，銅冶煉爐渣處理
量逐年增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，處理總量已達(dá)到1．0xl0
kt／a。含銅品位在O．8％～3％之間。按平均品位1．4％、
回收率80％計算。可年產(chǎn)金屬銅112 kt，相當(dāng)于一個
特大型(如德興銅礦)銅礦山的年產(chǎn)量，占我國礦產(chǎn)銅
產(chǎn)量的8％。因此，銅冶煉爐渣選礦技術(shù)在選礦領(lǐng)域
占有非常重要的地位。
銅爐渣易碎難磨，其碎磨工藝從早期的常規(guī)
碎磨流程．發(fā)展為現(xiàn)在以半自磨流程為主的碎磨工
藝。通過翻閱文獻(xiàn)資料與現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分銅渣礦
的碎磨工藝中存在著磨機(jī)規(guī)格偏大、運(yùn)行功耗較高、
半自磨與球磨不匹配等問題。這些問題給選廠帶來
了投資大、運(yùn)行成本高以及能耗浪費(fèi)等弊端，不但影
響選廠的經(jīng)濟(jì)效益，而且與綠色節(jié)能型礦山的發(fā)展
方向不一致。為了推動促進(jìn)冶煉銅渣選礦工藝和設(shè)
備技術(shù)的發(fā)展．有必要對冶煉銅渣的碎磨工藝及其
系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行探討。
1 國內(nèi)銅爐渣碎磨工藝
目前世界上最主要的碎磨工藝有傳統(tǒng)碎磨流程
與半自磨流程。傳統(tǒng)碎磨流程主要為兩段或三段碎
礦+球磨磨礦流程l1l(2CB或3CB)。常見的半自磨流程
主要有：粗碎+自磨／半自磨+球磨~ (SAB／SABC)，如
圖l(a)；單段自磨／半自磨流程(SS SA或SS SAC)，如
圖1(b)。
傳統(tǒng)碎磨工藝體現(xiàn)了“多碎少磨”的節(jié)能理念。
在某種程度上可以靈活調(diào)配作業(yè)時間。此流程在我
國礦山選礦廠中普遍使用，生產(chǎn)經(jīng)驗豐富，達(dá)產(chǎn)期短，
但是常規(guī)碎磨流程多了中細(xì)碎及篩分作業(yè)，廠房占
地面積大和中間環(huán)節(jié)多，因此工藝流程長，設(shè)備數(shù)量
多，比較適于小規(guī)模選礦廠的應(yīng)用。而自磨／半自磨技
術(shù)在經(jīng)歷了半個世紀(jì)的摸索、改進(jìn)和研究后。日趨發(fā)
收稿日期：2014—07—22
作者簡介：張萌(1977一)，男，工程師，主要從事碎磨流程設(shè)計與優(yōu)化，碎磨設(shè)備設(shè)計工作等。
． 10． 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 第36卷
展為成熟可靠的技術(shù)。該工藝具有流程簡化，所需設(shè)
備少，占地面積少，適應(yīng)性強(qiáng)。便于實(shí)現(xiàn)選礦廠的自動
化，減輕勞動強(qiáng)度等特點(diǎn)。正是由于半自磨流程具有
這些優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)的銅渣礦碎磨工藝逐漸由傳統(tǒng)碎磨
流程發(fā)展為以半自磨為主的流程。國內(nèi)部分爐渣選
礦廠碎磨工藝與設(shè)備 如表1所示。
(a)SABC流程
(a)SS SAC流程
圖1 半自磨常見工藝流程
表1 國內(nèi)部分爐渣選礦廠碎磨工藝與設(shè)備
注：1．部分選廠未查實(shí)設(shè)計產(chǎn)能；2． 為未投產(chǎn)項目。
2 冶煉銅渣碎磨工藝特點(diǎn)
2．1 銅渣碎磨中半自磨機(jī)的特點(diǎn)
目前，在世界范圍內(nèi)，半自磨機(jī)主要有3種型式：
小長徑比的磨機(jī)，一般直徑為長度的1．5-3倍；“正
方”的磨機(jī)，直徑和長度大致相同；大長徑比的磨機(jī)，
一般長度為直徑的1．5～3倍。由表l可以看出，半自
磨在銅渣礦碎磨工藝的應(yīng)用中，其直徑與長度大多
相等，或長度略大，呈現(xiàn)為“正方”的磨機(jī)型式 而在金
屬礦山的選廠中，半自磨機(jī)多為小長徑比的型式 在
下文中，將分析半自磨機(jī)采用這種型式的原因。
2．2 設(shè)備規(guī)格與碎磨功耗
根據(jù)對部分選廠的調(diào)查 發(fā)現(xiàn)碎磨系統(tǒng)的實(shí)際
處理能力都大于設(shè)計產(chǎn)能。表2所示為國內(nèi)幾個銅
渣礦選廠的設(shè)計產(chǎn)能、實(shí)際產(chǎn)能的對比，以及選廠的
實(shí)際運(yùn)行功耗。
表2 國內(nèi)幾個渣選廠的設(shè)計產(chǎn)能與實(shí)際產(chǎn)能的對比
由表2可以看出，選廠1與選廠2雖然實(shí)際產(chǎn)
能與設(shè)計產(chǎn)能大致相當(dāng)，但是從磨機(jī)運(yùn)行功率上看，
半自磨機(jī)與球磨機(jī)都存在有較大的富裕能力。選廠1
半自磨機(jī)與球磨機(jī)的裝機(jī)功率比值為1：1．45。而運(yùn)行
功率的比值為1：1．27；選廠2也有同樣現(xiàn)象。選廠3的
實(shí)際產(chǎn)能則明顯高于設(shè)計產(chǎn)能。這說明在碎磨T藝設(shè)
計階段．一方面磨機(jī)規(guī)格的選擇偏大，另一方面半自磨
機(jī)與球磨機(jī)不太匹配。這種現(xiàn)象不僅造成了設(shè)備不必
要的浪費(fèi)，也增加了選廠的投資成本。
從表2有限的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，銅渣礦的碎磨功
耗約在50 kWh／t左右，而銅渣礦的碎磨功耗占總功
耗的65％左右。因此碎磨功耗過高也直接導(dǎo)致了處
理銅渣礦的單位電耗居高不下。若能對碎磨系統(tǒng)進(jìn)
行優(yōu)化，有助于更有效地發(fā)揮碎磨系統(tǒng)的最大潛能，
使其達(dá)到穩(wěn)定、良好的運(yùn)行狀況，將對選廠實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)
降耗、降低成本、提高生產(chǎn)率具有重要意義。某選廠
進(jìn)行磨礦系統(tǒng)技術(shù)改造后，在滿足工藝要求的條件
下，磨礦功耗由78．6 kWh／t降低到約60 kWh／t『 ?？?
以看出，半自磨技術(shù)在銅渣礦碎磨中的應(yīng)用推動了其
碎磨工藝的發(fā)展，但在應(yīng)用過程中，仍然存在著磨機(jī)選
型偏大、碎磨功耗過高以及半自磨機(jī)與球磨機(jī)不 配
等問題，有待設(shè)計人員對其進(jìn)行更為深人的分析探討，
為銅渣碎磨工藝的設(shè)計提供可靠的支撐或依據(jù)。
3 銅爐渣礦石性質(zhì)
3．1 礦石性質(zhì)
銅冶煉渣實(shí)際是一種“人造礦石”，一般呈黑褐
第1期 冶煉銅渣碎磨工藝及其系統(tǒng)優(yōu)化的探討 ．11．
色致密塊狀 主要礦物包括硅酸鐵、硅酸鈣和少量硫
化物和金屬元素等l 4l。水淬銅渣幾乎全部都是玻璃
相，只有極少數(shù)結(jié)晶相(石英、長石)出現(xiàn)。與原生銅礦
石相比，其性質(zhì)較為復(fù)雜，具有密度大，硬度大，有效選
別的最佳粒度大多在40～45 m，易碎難磨等特點(diǎn)。
國內(nèi)幾家銅渣礦礦石碎磨性質(zhì)的對比見表3。
表3 國內(nèi)幾家銅渣礦礦石性質(zhì)的對比
重 坌重型 互壁里 墼坌耋
代號很軟 軟 中軟 中 中硬 硬 很硬
A×6 >127 127～67 67～56 56～43 43～38 38~30 <30
t >1．38 1．38-0．65 0．65~0．54 0．54~0．41 0．41-0．35 0．35~0．24 <7>20
壘 二! 蘭二! 皇：! !： ：： ： ：二 竺
表3中。JK DW 實(shí)驗的 ×6參數(shù)表示礦石抗沖
擊破碎的能力， ×6值越小，表明礦石越難破碎；反
之 ×6值越大，表明礦石越易破碎。球磨功指數(shù)表示
礦石抗研磨破碎的能力，其值越小，表明礦石越易磨
碎：反之，礦石越難磨碎。表4所示為JK公司對礦石
性質(zhì)的大致分類。通過將表3中的銅爐渣礦石性質(zhì)
與表4中礦石性質(zhì)的分類進(jìn)行對比，可以看出銅爐
渣表現(xiàn)出明顯的易碎難磨的特點(diǎn)。
3．2 礦石性質(zhì)對磨機(jī)選型的影響
正是因為銅爐渣易碎難磨的特點(diǎn)，如果采用金
屬礦山常見的小長徑比f直徑大長度小)的半自磨機(jī)，
因為磨機(jī)直徑較大，能夠?qū)⑿源嘁灼扑榈你~渣礦很
快破碎成碎塊(<20～25 mm)；但是磨機(jī)長度較短，那
些小于格子孔的破碎碎塊將很快排出磨機(jī)，造成半
自磨的產(chǎn)品較粗，半自磨磨礦功耗低：而后續(xù)的球磨
則因為給料粒度較粗，同時球磨功指數(shù)高，導(dǎo)致球磨
的磨礦功耗很高。
在SAB碎磨流程設(shè)計中?？紤]到半自磨機(jī)與球
磨機(jī)功率的平衡分配，一般兩種磨機(jī)采用相同的裝
機(jī)功率，即利于磨機(jī)拖動電機(jī)的采購與備件準(zhǔn)備，也
有益于選廠的管理和維護(hù)。因此，可通過增加半自磨
的長度，減小半自磨產(chǎn)品細(xì)度，提高半自磨磨礦功耗，
降低球磨磨礦功耗，從而達(dá)到兩者功耗的均衡。但是。
一些設(shè)計人員較保守地認(rèn)為 用于銅渣礦的半自磨
應(yīng)堅持采用“方形”型式。其誤區(qū)主要來源于奧圖昆
普為貴溪冶煉廠設(shè)計的國內(nèi)第一家SAB流程，采用
5．2~5．2 m的半自磨機(jī)。實(shí)際上，奧圖昆普選擇“方形”
磨機(jī)正是為了半自磨與球磨之間的能耗平衡。但是，
不同的銅爐渣礦，其碎磨特性并非完全相同，應(yīng)該通過
科學(xué)的礦石碎磨實(shí)驗，獲取可靠的礦石性質(zhì)參數(shù)，再
針對各自的礦石性質(zhì)，選擇合理長徑比的磨機(jī)。
3．3 建立銅爐渣礦石性質(zhì)數(shù)據(jù)庫
銅渣礦作為一種人造礦石，與金屬礦在微觀的
組成結(jié)構(gòu)、結(jié)晶形態(tài)、節(jié)理及裂縫等都不類同閣。它在
宏觀上表現(xiàn)出易碎難磨的性質(zhì)：在微觀上，由于銅爐
渣大多呈玻璃體形式存在，其結(jié)晶晶粒之間的鍵力
與原生銅礦石有明顯差異。因此，銅渣礦在同樣的破
碎方式下。破碎后的產(chǎn)品粒度分布與原生銅礦石也
有所不同。這樣在同樣的磨礦方式下，其產(chǎn)品粒度分
布與能量利用效率與金屬礦也有不同的表現(xiàn)。
針對銅爐渣獨(dú)特的礦石性質(zhì)。需要建立銅渣礦
的破碎特性數(shù)據(jù)庫。參考常規(guī)金屬礦半自磨選型的
方法與思路，對其中影響到銅爐渣碎磨方面的因素
進(jìn)行修正，從而補(bǔ)充銅爐渣半自磨選型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
銅爐渣礦石性質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立，對后續(xù)選別工藝也
具有指導(dǎo)意義。
4 銅爐渣碎磨流程的優(yōu)化
在礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用中，碎礦磨礦作業(yè)的能
耗與鋼耗巨大，且磨礦的能量利用率很低。因此國內(nèi)
銅渣礦SAB碎磨工藝存在有巨大的優(yōu)化潛力。通過
對碎磨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，有效地發(fā)揮系統(tǒng)的最大潛能，
提高磨礦效率，降低功耗，是選廠增產(chǎn)增效、節(jié)能降耗
的一條新的富有成效的途徑。
4．1 優(yōu)化策略
半自磨機(jī)的影響因素可歸結(jié)為礦石性質(zhì)、磨機(jī)
結(jié)構(gòu)與運(yùn)行工況3個層面，每一層面下又有許多子
因素。這些影響因素之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，且存在多
變性及隨機(jī)性，因此大大增加了磨礦優(yōu)化的難度。只
有理解各因素的影響效果，有效地建立各因素之間
的聯(lián)系，才能對半自磨機(jī)或其系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，而這一
點(diǎn)對選礦廠實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)降耗、降低運(yùn)行成本、提高生產(chǎn)
率具有重要意義
4．2 計算機(jī)模擬優(yōu)化
國內(nèi)選廠大多采用生產(chǎn)試驗的方法，通過改變
單一的工藝參數(shù)，經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐，摸索出大致
的定性判斷。這種生產(chǎn)試驗的優(yōu)化方法不僅耗費(fèi)大
量的人力、物力與財力，而且時間漫長，一些工況條
件的隨機(jī)性變化又使得試驗方法難以確定。目前，國
． 12． 有 色 冶 金 設(shè) 計 與 研 究 第36卷
際上對磨礦優(yōu)化采用數(shù)學(xué)建模與計算機(jī)模擬技術(shù)相
結(jié)合的分析手段，通過數(shù)學(xué)算法將各因素的影響程
度與優(yōu)化目標(biāo)建立邏輯關(guān)系，研究、預(yù)測磨機(jī)的最佳
工作狀態(tài)，最終達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。
國際上認(rèn)可的碎磨流程模擬軟件為澳大利亞
JKMRC公司的JKSimMet模擬軟件。該軟件通過長
期積累的工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將碎磨過程中的各項作業(yè)
(破碎、磨礦、篩分、分級等)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并可以對
各個數(shù)學(xué)模型模塊進(jìn)行隨意組合，因而可以對幾乎
所有的碎磨流程進(jìn)行模擬分析。JK開發(fā)的半自磨磨
礦機(jī)理示意與半自磨數(shù)學(xué)模型的框架分別如圖3、
圖4所示
新給
f
圖3 半自磨機(jī)磨礦機(jī)理示意
粒 布
匝匝幽
人
黻
排礦
p；
篩
匠 甄豳
人
物料輸送函數(shù)分級函數(shù)
高能破碎參數(shù)A、b 低能破碎參數(shù)t
圖4 JK半自磨機(jī)數(shù)學(xué)模型框架
目前，中信重工在國內(nèi)首家引進(jìn)澳大利亞JKMRC
公司的JK落重試驗機(jī)(JK Drop Weight Tester)與碎
磨流程模擬軟件JKSimMet，經(jīng)過幾年的吸收與消化，
已充分理解半自磨機(jī)的工作原理與數(shù)學(xué)模型。2012
年底，中信重工獨(dú)家買斷SMCC公司100％知識產(chǎn)權(quán) ．．
SMCC公司由Stephen Morrell博士于2000年成立。
其發(fā)明的SMC Test算法已在全球礦業(yè)項目廣泛應(yīng)
用，至今已完成了20 000余份SMC Test報告 該算
法被業(yè)界認(rèn)為是現(xiàn)有礦石破碎試驗方法中最為有
效、最通用以及最節(jié)省成本的一種。將SMC試驗參
數(shù)輸入到相應(yīng)的破碎磨礦模擬軟件?？梢詾榈V業(yè)項
目的破碎流程設(shè)計、地質(zhì)冶金建模、破碎廠優(yōu)化、礦
用磨機(jī)研究、破碎建模與模擬、工藝實(shí)驗研究等發(fā)揮
重大促進(jìn)作用。該公司至今已為百余家客戶提供磨
機(jī)選型，近期，已經(jīng)對幾家選廠提供碎磨系統(tǒng)的優(yōu)化
服務(wù)
5 展望
綜合上述對國內(nèi)銅爐渣碎磨T藝特點(diǎn)、流程優(yōu)化
的分析，可以得出以下銅爐渣碎磨工藝的展望：1)目
前，國內(nèi)銅渣礦的處理量逐年增加，因為銅渣礦具有
獨(dú)特的礦石性質(zhì)，應(yīng)該盡快建立銅渣礦礦石性質(zhì)與
工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫；不但為碎磨系統(tǒng)，也為選別工藝等
實(shí)踐提供指導(dǎo)依據(jù)；21國內(nèi)銅渣礦碎磨系統(tǒng)具有巨
大的優(yōu)化潛能，對選廠提產(chǎn)降耗有著可觀的經(jīng)濟(jì)效
益，這也與綠色節(jié)能環(huán)保型礦山的發(fā)展方向相一致；
3)促使理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，加強(qiáng)對半自磨為主的
碎磨系統(tǒng)的研究，將促進(jìn)國內(nèi)碎磨工藝的發(fā)展和
進(jìn)步
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