我國自磨/半自磨技術歷史進程及新進展

    自20世紀50年代北美和南非工業上采用自磨工藝以來，自磨技術便得到迅速發展，目前已成為一種成熟并具有鮮明特點的磨礦工藝。本文論述了我國自磨技術在應用、設備大型化、流程與設備改進以及試驗技術等方面的現狀，特別是近年來半自磨技術的新發展，并結合相關工程實例介紹大型選礦廠有關設計情況，可為我國未來建設現代化選礦廠提供一定的借鑒。

自磨工藝應用的歷史進程

    20世紀50年代，國外工業型自磨機開始應用于礦業領域，我國于50年代末期研制出第一臺干式自磨機。20世紀60年代，國外自磨技術逐漸完善，有較多的礦山，主要是鐵礦采用了自磨工藝。我國在此期間研制出濕式自磨機，并先后對干式和濕式自磨工藝進行了試驗研究工作。

    20世紀70年代是自磨技術發展較快的時期。在國外，自磨工藝除在鐵礦使用外，銅礦及其他有色金屬礦山也得到較廣泛的應用。我國自第一個采用干式自磨工藝的密云鐵礦和第一個采用濕式自磨的歪頭山鐵礦分別于1970和1971年投產以來，許多新建礦山也紛紛采用了自磨工藝，如石人溝、金山店、東山、玉石洼以及吉山等鐵礦。

    20世紀80年代北美經濟蕭條，鋼鐵工業不景氣，新建鐵礦山較少，但在國外其他地區和有色金屬礦山仍有許多礦山采用了自磨工藝。我國自20世紀70年代末以來自磨技術日趨成熟，80年代又有許多礦山采用自磨工藝，例如德興銅礦，魯中、西石門、保國（二期）鐵礦、云浮硫鐵礦等。

    自20世紀90年代以來，世界各地又有大批采用自磨工藝的礦山投產或建設。國內外部分工程實例見表1及表2（表中只列出直徑大于10.97m自磨機應用）。

自磨設備大型化新進展

    自磨設備大型化是降低基建投資和生產費用以及提高勞動生產率的重要途徑，也是自磨技術發展的重要標志之一。自磨工藝在工業上應用以來，自磨機的大型化一直是選礦領域和設備制造部門的重要開發研究課題，并不斷取得新進展。

    20世紀50年代自磨工藝剛在工業上應用不久，自磨機規格較小；60年代出現了Ф9.75m自磨機，并先后應用于各大礦山；70年代中期Ф10.97m自磨機制造出來，并首先應用于美國希賓鐵礦，這是當時最大規格的自磨機。此規格自磨機采用常規的齒輪傳動。由于受齒輪傳動功率的限制，在此后一段較長時間內自磨機規格沒有新的突破。直至20世紀90年代中期，無齒輪傳動方式廣泛應用隨后相繼制造了Ф11.58m和Ф12.19m的自磨機。由中國設計和制造的Ф12.19×10.97m電機功率為28000kW的自磨機，即將安裝在澳大利亞Sino鐵礦，這是當今世界上最大的自磨機。據報道，更大規格的Ф12.80～13.50m自磨機正在研制設計過程中。

自磨機傳動系統及設備結構新進展

用環形電動機的無齒輪傳動

無齒輪傳動是將環形電動機的轉子固定在磨機筒體周圍，使磨機筒體成為電動機轉子的一部分。環形電動機為低速同步機，可采用變頻調速。無齒輪傳動與常規的齒輪傳動相比投資較高，但傳動功率大，常規的齒輪傳動每個小齒輪的最大傳動功率為8500kW，采用雙機傳動最大為17000kW，而無齒輪傳動可達到更高的傳動功率，這突破了常規齒輪傳動對功率的限制，為自磨機進一步大型化創造了條件；

方便于磨機調速；

運轉率較高，維修量較小，占地面積較小。

采用無齒輪傳動的磨機最先應用于水泥工業，20世紀90年代開始應用于自磨技術。至今，世界上有50多臺自磨機采用了無齒輪傳動，其中大部分為直徑10.97m及其以上的自磨機。圖1為美國Kennecott銅礦采用的無齒輪傳動的Ф10.97m自磨機外貌圖。

組合柔性傳動

    組合柔性傳動系統是改進了的齒輪傳動系統。它與常規齒輪傳動不同之處是每個減速系統有2個小齒輪與磨機大齒輪嚙合（如果是雙機傳動則有4個小齒輪與大齒輪嚙合）。小齒輪具有自調整功能，可以平衡大齒輪運轉偏差并使其具有相同的扭矩。由于實現了多點嚙合傳動，就可以使大齒輪寬度減小。據稱，這種傳動系統兼容了無齒輪傳動運轉率較高、維修量較小，以及常規齒輪傳動投資較低的優點。

    采用組合柔性傳動系統的自磨機由Polysius公司（即原Aerofall公司）制造，于20世紀90年代中期應用于伊朗某鐵礦（3臺Ф9.75×4.72m半自磨機，每臺功率2×4000kW）和澳大利亞某銅礦（1臺Ф10.36×5.18m半自磨機，功率2×5500kW）。這種傳動系統在大型球磨機上也有所應用。

筒體支撐軸承

    與支撐軸承在耳軸的傳統磨機不同，筒體支撐軸承是將軸承支撐在磨機筒體上。磨機本體、襯板和磨機充填物的負荷直接傳遞到軸承，其受力情況不像傳統磨機那樣，需要從磨機筒體經過端蓋轉移到耳軸軸承。這樣，磨機端蓋僅受較小的力，因此可用較輕的鋼結構件代替傳統的笨重端蓋部件。

    在磨機筒體周圍設有4個滑動墊軸承，所有軸承具有自調整功能。由各種原因引起的擺動和偏心可通過每個軸瓦的自調整功能進行校正。這種滑動軸承比相同的耳軸軸承能承受更高的負荷。在每個滑動軸承內設有負荷傳感器，以測定磨機負荷。采用這種軸承比耳軸軸承設置傳感器更為容易。Polysius公司將這種筒體支撐結構和組合柔性傳動系統一起應用于自磨機和球磨機。

自磨/半自磨工藝流程新進展

    自磨工藝流程除取決于礦石的嵌布粒度因素（決定磨礦段數）外，另一重要因素是礦石在自磨過程中能否產生及如何處理臨界粒度（難磨顆粒）物料的積累問題。解決臨界粒度物料積累問題，強化自磨作業除采取適當措施改善自磨機給礦粒度組成外，一般有以下幾種方法：采用半自磨（向磨機中添加部分鋼球）；從自磨機引出臨界粒度物料（格子板加開礫石窗）作為第二段礫磨機的磨礦介質；從自磨機引出臨界粒度物料，然后用專門的破碎機破碎后返回自磨機；對磁鐵礦石亦可在破碎前（或后）加干式磁選剔出部分廢石后再返回自磨機。

20世紀70年代以前多采用前兩種方法處理臨界粒度物料，形成了幾種自磨基本流程。70年代以后，特別是近10余年來自磨流程有了新的發展，上述第3種方法得到廣泛采用，有的廠同時采用其中的兩種方法，形成了改進的自磨流程。自磨流程分類及主要應用實例見表3。

    在金屬礦山，近年采用較多的主要有半自磨—球磨流程（SAB）、半自磨—球磨＋破碎流程（SABC）和自磨—球磨＋破碎流程（ABC）。

    國內近年新建（或在建）自磨選礦廠，大部分采用了半自磨—球磨流程，比如，銅陵冬瓜山銅礦、昆鋼大紅山鐵礦、內蒙古烏努格土山鉬礦、太鋼袁家村鐵礦（設計）等。      

    半自磨—球磨+破碎流程（SABC）同時采用了兩種強化磨礦措施，即半自磨和從磨機中引出礫石進行破碎，可有效解決難磨臨界粒度物料的積累問題。它是目前比較流行的流程，近年來世界上許多大型金屬礦山采用這種流程，比如澳大利亞的Cadia金礦、智利的Escondida銅礦（四期）、巴西Sossego銅礦及美國Kennecott銅礦（改造）等。

    對鐵礦石而言，由于受到“磁鐵礦除鐵”技術難題的限制，這種流程暫不宜采用。此流程采用半自磨（磨機中加鋼球），磨機排出的礫石中必然混入廢鋼球，為了保證礫石破碎機正常生產必須除掉廢鋼球。因為磁鐵礦為強磁性礦物，除鐵（廢鋼球）技術問題還沒有解決。因此，對鐵礦來說，一般多采用半自磨—球磨流程，或采用自磨—球磨+破碎流程。比如正在設計的中信Sino鐵礦（澳大利亞）、保國鐵礦等。

    新建礦山是否采用自磨（半自磨），采用哪種流程，必須以試驗為依據，經多方案比較后確定。

自磨/半自磨試驗新進展

    常規磨礦的磨礦介質一般為鋼棒（棒磨機）或鋼球（球磨機），其規格和添加量是可以控制的。自磨（或半自磨）不同于常規磨礦，其全部或部分介質為被磨物料本身，它是隨著給礦粒度組成及其物理特性的變化而變化的。因此自磨不能像常規磨礦那樣，僅憑礦石可磨性試驗（獲得礦石功指數）即可選擇計算磨礦設備，它需要進行更充分的試驗研究工作,其試驗結果直接影響自磨流程的選擇和設備規格的確定。

    20世紀50—60年代，由于試驗問題自磨的應用曾出現過某些偏差和教訓；70年代以來人們認識到這一問題，對自磨試驗工作更加重視，普遍認為新建礦山要采用自磨（半自磨）工藝，必須進行半工業規模的試驗。這一認識和做法一直延續到20世紀90年代。我國為進行自磨試驗曾引進和自制半工業試驗裝置數套，做了多個礦山自磨試驗，為選礦廠設計提供了可靠依據。

    自磨半工業試驗結果雖然可靠，但工作量大，費用高，并需要大量礦樣（從幾十噸到幾百噸）。對某些未開發礦山要采取如此多有代表性礦樣是相當困難甚至不可能的。為此，多年來國外許多公司和個人研究用少量礦樣的實驗室試驗代替半工業試驗。近10多年來，這方面的研究取得了顯著進展，國內外許多新建礦山根據實驗室自磨試驗結果，進行自磨（半自磨）工藝設計和建設。

    目前，常用的幾種實驗室自磨試驗如表4、表5所示，其中有的試驗可直接得出自磨（半自磨）單位礦石功耗（kW·h/t），用來選擇計算磨機；有的需要根據試驗結果和存有大量生產實際數據的數據庫資料進行模擬，模擬出不同條件下的單位礦石功耗（kW·h/t），并依此選擇和計算自磨（半自磨）機。

工程設計實例

澳大利亞Sino鐵礦

    （1） 礦石性質

     Sino鐵礦礦體賦存于Hamersley群Brockman含鐵構造的Joffre段和Dales Gorge段。礦體呈層狀，產狀與地層一致，走向NE150～200，傾向NW，傾角約45°，礦體水平厚度約750m。礦石以原生礦為主，屬低磷含硫中低品位單一酸性原生磁鐵礦，近地表40m厚的硅質角礫巖帶為氧化礦石。

    礦石中鐵礦物主要是磁鐵礦，其次為半假象/假象赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦；脈石礦物以石英為主，其次是鈉閃石（包括青石棉）、鐵白云石、云母類礦物、滑石、長石、黑硬綠泥石和綠泥石。

原礦多元素化學分析和物相分析結果分別列于表6和表7。

    （2）選礦試驗

    長沙礦冶研究院進行了實驗室試驗和擴大連選試驗, 擴大連選試驗結果見表8。

    （3）選礦廠規模及產品方案

    選礦廠年處理原礦8400萬t，生產TFe品位67.50%的鐵精礦2400萬t。

    （4）工藝流程

    選礦工藝為階段磨礦階段選別流程,其中碎磨系統采用自磨—球磨+礫石破碎(ABC)流程。工藝流程見圖2 。主要工藝指標見表 11。

    （5）主要工藝設備

    選礦工藝主要設備列于表12。

太鋼袁家村鐵礦

    （1）礦石性質

    袁家村鐵礦為沉積變質礦床。礦物組成：金屬礦物主要為磁鐵礦、赤（鏡）鐵礦及褐鐵礦，其次為菱鐵礦，另含微量黃鐵礦、黃銅礦及毒砂。脈石礦物主要為石英，鎂鐵閃石、陽起石、鐵滑石、綠泥石及鐵黑硬綠泥石等，其次為碳酸鹽類礦物，包括白云石、方解石等。

袁家村鐵礦按照礦石成因、礦物組成和典型構造劃分為石英型和閃石型，按工業類型可劃分為石英型原生礦、石英型氧化礦、閃石型原生礦和閃石型氧化礦。鐵礦石總儲量12t，其中原生礦和氧化礦幾乎各占一半，原生礦中主要為石英磁鐵貧礦、石英磁鐵次貧礦、閃石石英磁鐵貧礦、閃石石英磁鐵次貧礦，氧化礦中主要為石英假象赤鐵貧礦、石英假象赤鐵次貧礦、石英鏡（赤）鐵貧礦、石英鏡（赤）鐵次貧礦、閃石石英假象赤鐵貧礦、閃石石英假象赤鐵次貧礦、礫巖鐵礦貧礦和礫巖鐵礦次貧礦，其中閃石型氧化礦占總儲量的5%左右。

原礦多元素成分分析和鐵物相測定結果見表13、14。

    （2）選礦試驗

    長沙礦冶研究院進行了實驗室試驗和擴大連選試驗，擴大連選試驗結果見表15 。

磨礦試驗由SGS加拿大湖田研究所承擔，包括JKTech落重試驗、MacPherson自磨可磨度試驗、邦德低能沖擊試驗、邦德棒磨和球磨可磨度試驗、以及邦德磨蝕試驗。試驗結果摘錄見表16。

    SGS加拿大湖田研究所根據JKTech落重試驗結果對自磨工藝進行了模擬，并以此進行了自磨機的選擇。

    （3）選礦廠規模

    選礦廠年處理原礦2200萬t。

    （4）工藝流程

    選礦工藝采用兩段連續磨礦—弱磁—強磁—再磨—陰離子反浮選工藝流程，見圖3 。磨礦采用半自磨—球磨+再磨流程，見圖 4。