碎磨裝備是選礦工藝準(zhǔn)備作業(yè)的關(guān)鍵，能耗約占選礦廠的65％~ 70％，其中約90％為磨礦部分能耗。磨礦裝備投資..高，占選礦廠全部投資的60％以上。磨礦裝備主要有(半) 自磨機(jī)、球磨機(jī)、高壓輥磨機(jī)和立式攪拌磨機(jī)等。近20 年來，發(fā)展..快的磨礦工藝是半自磨-球磨工藝，而高壓輥磨機(jī)成為近幾年來碎磨流程需要考慮的重要裝備。目前，磨礦行業(yè)正朝著磨礦工藝流程多樣化、設(shè)備規(guī)格大型化、工藝設(shè)備系統(tǒng)化和設(shè)備操作智能化方向發(fā)展。

1　工藝流程多樣化  

1.1　碎磨工藝流程選擇基本原則

　　碎磨工藝流程的選擇與諸多因素相關(guān)，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：

　　(1) 采礦的方式和方法；

　　(2) 礦山規(guī)模；

　　(3) 礦體的賦存狀態(tài)；

　　(4) 有用礦物的嵌布粒度和構(gòu)造形態(tài)；

　　(5) 目的礦物的礦石性質(zhì)和產(chǎn)品粒度；

　　(6) 投資及運(yùn)營成本。

　　碎磨工藝流程的基本結(jié)構(gòu)主要有常規(guī)破碎磨礦流程、半自磨(自磨) 流程和高壓輥磨流程3 種。20 世紀(jì)80 年代，根據(jù)多碎少磨的原則，“三段破碎 + 球磨機(jī)”的碎磨流程得到廣泛普及，進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代，隨著礦山規(guī)模越來越大、半自磨 (自磨) 技術(shù)的成熟及礦山企業(yè)注重綜合效益，“粗碎 + 半自磨 (自磨) + 球磨機(jī)”的碎磨流程得到推廣，并在生產(chǎn)中創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。碎磨流程中，高壓輥磨機(jī)常取代第3 段細(xì)碎破碎機(jī)，或置于第 3 段破碎機(jī)之后進(jìn)行第4 段超細(xì)碎，用以處理低、中磨蝕性的硬而碎的礦石，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。半自磨 (自磨) 流程和高壓輥磨流程主要用來代替常規(guī)破碎流程中的中細(xì)碎作業(yè)。國內(nèi)外應(yīng)用..廣泛的碎磨工藝流程如表1 所列。

表 1　應(yīng)用..廣泛的碎磨工藝流程

1.2　國內(nèi)碎磨流程主要應(yīng)用情況

　　國內(nèi)碎磨流程主要應(yīng)用情況如表2 所列。

表 2　國內(nèi)碎磨流程主要應(yīng)用情況

2　設(shè)備規(guī)格大型化

2.1　原因

2.1.1　處理能力的要求　  

　　隨著能源開采費(fèi)用的增長和礦山品位的下降，降低建設(shè)投資和生產(chǎn)費(fèi)用是..各礦山面臨的一個(gè)重要問題。為了..大限度地降低選礦生產(chǎn)成本，提高競爭力，規(guī)模和效益是各個(gè)礦業(yè)公司的重要選擇。因此，選礦廠的規(guī)模越來越大，要求設(shè)備處理能力也越來越大。近幾年國內(nèi)..選礦廠的建設(shè)規(guī)模如表 2 所列，年處理千萬噸礦石的選礦廠已經(jīng)很常見，如此大規(guī)模的處理量必然要求大型化的破碎與磨礦設(shè)備。

2.1.2　投資和運(yùn)行成本的要求  

　　大型化可以節(jié)省初期投資，給用戶帶來直接利益。礦產(chǎn)資源開發(fā)商為了取得規(guī)模效益，必然要求設(shè)備大型化。以φ7.32 m×9.60 m 球磨機(jī)為例，裝機(jī)功率達(dá)10 000 kW，相當(dāng)于8 臺(tái)φ3.6 m×6.0 m 球磨機(jī)的功率，然而其建筑面積僅為后者的40%，大大減少了廠房建筑面積，降低了廠房建筑投資。其次，隨磨機(jī)配套的自動(dòng)化設(shè)施投資也可節(jié)省50%，且由于磨機(jī)數(shù)量的減少，較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。據(jù)國外資料顯示，φ6.7 m 以上的大型球磨機(jī)與小規(guī)格磨機(jī)相比，單位處理能力電耗可降低22.7%，球耗降低14%，耐磨材料單耗降低33%。因此，磨礦設(shè)備的大型化是選礦廠節(jié)能降耗的要求。

　　設(shè)備的大型化還可以優(yōu)化工藝流程，推動(dòng)整個(gè)選廠設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。如采用大型半自磨系統(tǒng)，可避免采用多段多系列破碎系統(tǒng)，簡化設(shè)備流程，降低勞動(dòng)力成本和運(yùn)行成本。

　　在磨礦設(shè)備大型化進(jìn)程中，以中信重工為代表的國內(nèi)碎磨設(shè)備供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，并且在很多領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到了....水平。

2.2　筒式磨機(jī)

2.2.1　半自磨機(jī)/自磨機(jī)

　　國內(nèi)外大型半自磨機(jī)/自磨機(jī)主要供應(yīng)商有4 家，分別為中信重工、FL-Smidth、Metso 和Outotec，所生產(chǎn)的大型半自磨機(jī)/自磨機(jī)的參數(shù)如表3 所列。近年來中信重工生產(chǎn)的部分半自磨機(jī)應(yīng)用情況如表4 所列。

表 3　大型半自磨機(jī)/自磨機(jī)參數(shù)

表 4　中信重工近幾年生產(chǎn)的部分半自磨機(jī)應(yīng)用情況

2.2.2　球磨機(jī)

　　國內(nèi)外大型球磨機(jī)主要供應(yīng)商有4 家，分別為中信重工、FL-Smidth、Metso 和Outotec，所生產(chǎn)的大型球磨機(jī)的參數(shù)如表5 所列。近年來中信重工生產(chǎn)的部分球磨機(jī)應(yīng)用情況如表6 所列。

表 5　主要球磨機(jī)供應(yīng)商大規(guī)格參數(shù)對(duì)比

表 6　中信重工近幾年部分球磨機(jī)應(yīng)用情況

2.3　立式攪拌磨機(jī)

　　國內(nèi)外大型立式攪拌磨機(jī)主要供應(yīng)商有Metso、EIRICH、中信重工、北方重工和長沙礦冶研究院等，所生產(chǎn)的大型立式攪拌磨機(jī)如表7 所列。近年來中信重工生產(chǎn)的部分大型立式攪拌磨機(jī)應(yīng)用情況如表8 所列。

表 7　主要立式攪拌磨供應(yīng)商大規(guī)格參數(shù)對(duì)比

表 8　中信重工近幾年部分大型立式攪拌磨應(yīng)用情況

　　長沙礦冶研究院在細(xì)磨和超細(xì)磨領(lǐng)域進(jìn)行了多年研究，所開發(fā)的立式攪拌磨機(jī)已在鐵礦、銅礦、鉬礦、鎳礦、銅鉬礦、銅鋅礦、銅錫礦、鉛鋅礦、化工礦山和非金屬礦等應(yīng)用600 多臺(tái)。如中國黃金烏山1 期和2 期、甲瑪1 期和2 期、德興銅礦、云南銅業(yè)、紫金礦業(yè)阿舍勒銅礦、西部礦業(yè)、凡口鉛鋅礦、馬鋼南山礦等，產(chǎn)品規(guī)格多為中小型(功率小于500 kW)，大規(guī)格立式攪拌磨機(jī)尚未見應(yīng)用報(bào)道，盡管如此，依然為金屬礦山的節(jié)能降耗和資源..回收作出了不小的貢獻(xiàn)。

3　工藝設(shè)備系統(tǒng)化

　　由于礦石碎磨性質(zhì)，試驗(yàn)硬件、軟件專業(yè)性強(qiáng)，門檻高，且設(shè)備規(guī)格在短短幾年內(nèi)越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往的尺寸。設(shè)備大型化之后帶來的并不是簡單的比例放大，所以碎磨流程設(shè)計(jì)及設(shè)備選型對(duì)于設(shè)計(jì)院與用戶來說已經(jīng)不能用傳統(tǒng)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比推斷。所以，碎磨設(shè)備市場需求在短時(shí)間內(nèi)迅速從單一設(shè)備向碎磨系統(tǒng)解決方案轉(zhuǎn)變。早在碎磨設(shè)備大型化之前，中信重工已經(jīng)在礦石性質(zhì)試驗(yàn)、設(shè)備選型計(jì)算和工業(yè)現(xiàn)場工藝運(yùn)行參數(shù)等方面做了大量的基礎(chǔ)工作，有了多年的技術(shù)積淀，已經(jīng)建立了完整的工藝設(shè)備系統(tǒng)化解決方案，如圖1 所示。

圖 1　碎磨系統(tǒng)解決方案

　　通過試驗(yàn)確定礦樣的可碎性和可磨性，應(yīng)用SMCC、中信重工和JK 三大計(jì)算模型對(duì)碎磨回路進(jìn)行計(jì)算，綜合三大模型之長，確定出碎磨設(shè)備規(guī)格及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，為用戶提供..佳碎磨工藝方案。

3.1　礦石性質(zhì)試驗(yàn)技術(shù)

　　礦石性質(zhì)試驗(yàn)技術(shù)主要包括自磨/半自磨落重試驗(yàn)技術(shù)，高壓輥磨試驗(yàn)技術(shù)，Bond 系列功指數(shù)試驗(yàn)技術(shù)，立式攪拌磨試驗(yàn)技術(shù)及干、濕法磨礦分級(jí)試驗(yàn)系統(tǒng)。礦山重型裝備..重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室可對(duì)礦石性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，并擁有一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫，用于設(shè)備選型，如表9 所列。

表 9　礦山重型裝備..重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室礦石性質(zhì)數(shù)據(jù)庫

3.2　碎磨流程設(shè)計(jì)及設(shè)備選型技術(shù)

3.2.1JKSimMet 技術(shù)

　　JKSimMet 是澳大利亞昆士蘭大學(xué)所屬研究機(jī)構(gòu) JKMRC 推出的碎磨流程模擬軟件。如圖2 所示，JKSimMet 通過流程模擬，可以研究選礦工藝流程中各個(gè)作業(yè)單元之間的相互聯(lián)系，分析各種參數(shù)對(duì)流程整體性能的影響。JKSimMet 軟件主要有三大工程功能：數(shù)質(zhì)量平衡、工藝流程設(shè)計(jì)與設(shè)備選型、生產(chǎn)流程的優(yōu)化與改造。全..超過500 家用戶使用該軟件。

圖 2　JKSimMet 碎磨流程仿真計(jì)算

3.2.2CITIC SMCC 技術(shù)

　　SMCC技術(shù)由澳大利亞Stephen Morrell 博士研發(fā)，并于2000 年成立了SMCC 技術(shù)公司。SMCC 在..上承擔(dān)了200 多個(gè)項(xiàng)目的碎磨流程設(shè)計(jì)和設(shè)備選型工作，積累了良好的聲譽(yù)，成為礦石粉磨領(lǐng)域的..者之一。2012 年12 月，中信重工全資收購SMCC 公司，..擁有SMCC 全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)和計(jì)算軟件，公司更名為CITIC SMCC。CITIC SMCC 主要有如下核心計(jì)算模型：

(1) 原礦粒度分布預(yù)測模型；

(2) 半自磨機(jī)給料粒度分布預(yù)測模型；

(3) 碎磨流程及設(shè)備比能耗預(yù)測模型；

(4) 轉(zhuǎn)筒磨機(jī)軸功率預(yù)測模型；

(5) 自磨機(jī)/半自磨機(jī)頑石產(chǎn)生量預(yù)測模型；

(6) 自磨機(jī)/半自磨機(jī)礦漿流量預(yù)測模型；

(7) 溢流型球磨機(jī)礦漿流速預(yù)測模型；

(8) 自磨機(jī)/半自磨機(jī)工業(yè)化模型。

3.2.3 CITIC 技術(shù)

　　中信重工擁有國內(nèi)外礦山物料性質(zhì)數(shù)據(jù)、碎磨流程工藝參數(shù)、碎磨流程設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行參數(shù)等全方位數(shù)據(jù)超過2 000 組，破碎、磨礦設(shè)備型譜超過1 000 臺(tái)。綜合SMCC 及JKSimMet 兩家計(jì)算模型的特長及多年來在破碎、磨礦領(lǐng)域里的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積淀，有自己獨(dú)特的核心技術(shù)。

　　JKSimMet技術(shù)、CITIC SMCC 技術(shù)和CITIC 技術(shù)共同組成了中信重工碎磨工藝及設(shè)備系統(tǒng)化平臺(tái)，該平臺(tái)擁有六大功能：

(1) 試驗(yàn)方案制定和試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析；

(2) 粉磨技術(shù)與設(shè)備選型；

(3) 新項(xiàng)目碎磨流程設(shè)計(jì)；

(4) 礦山碎磨流程模擬；

(5) 礦山碎磨流程評(píng)估；

(6) 礦山碎磨流程工藝優(yōu)化。

　　近年來，中信重工依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了400 余項(xiàng)國內(nèi)外項(xiàng)目的設(shè)備選型和技術(shù)方案制定，合同總額超過百億。表10 所列為中信重工試驗(yàn)+ 選型+ 設(shè)備系統(tǒng)化碎磨解決方案部分業(yè)績。

4　設(shè)備操作智能化

　　破碎、磨礦作業(yè)是選礦廠重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，直接影響后續(xù)工藝的效率及..終產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，其控制目標(biāo)是將礦漿溢流粒度穩(wěn)定在工藝要求范圍內(nèi)，同時(shí)提高磨機(jī)效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。但是在破碎、磨礦生產(chǎn)中，隨機(jī)干擾因素多，過程長，滯后大，需要控制的參數(shù)多且相關(guān)性強(qiáng)，同時(shí)物料性質(zhì)變化劇烈，生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，波動(dòng)大。隨著碎磨設(shè)備規(guī)格越來越大，運(yùn)行穩(wěn)定性要求越來越高，而國內(nèi)絕大多數(shù)碎磨生產(chǎn)過程還依賴人工操作，調(diào)節(jié)手段單一，調(diào)節(jié)滯后，生產(chǎn)效率低。碎磨裝備智能化成為行業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

　　目前，國內(nèi)外碎磨設(shè)備供應(yīng)商均有碎磨工藝流程智能化解決方案，如Metso Cisa 公司的OCS(Optimizing Control Software)系統(tǒng)、芬蘭Outotec公司的ACT (Advance Control Tools) 系統(tǒng)、中信重工的CSGS (CITIC Smart Grinding System) 系統(tǒng)等。這些智能化解決方案基本結(jié)構(gòu)及基本算法都較為類似，從功能上分為兩大類：一類是關(guān)鍵參數(shù)在線測量，能實(shí)現(xiàn)破碎礦石粒度、磨機(jī)負(fù)荷和溢流粒度等工藝參數(shù)在線測量；另一類是基于人工智能算法的模糊控制器，都是利用..系統(tǒng)、模糊糊推理算法等人工智能算法開發(fā)了專用的破碎、磨礦過程及選礦處理的..控制軟件。在智能控制系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)上，都位于DCS 或PLC 的上一級(jí)，即智能控制系統(tǒng)的作用是根據(jù)工況變化情況對(duì)磨機(jī)給料、磨機(jī)轉(zhuǎn)速及渣漿泵轉(zhuǎn)速的設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，DCS 或PLC 負(fù)責(zé)執(zhí)行。圖3 所示為中信重工CSGS 系統(tǒng)的基本框架。CSGS 系統(tǒng)從PLC/DCS 中采集功率、油壓、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，從在線測量儀表中采集磨機(jī)負(fù)荷、礦石粒度組成等參數(shù)，..系統(tǒng)獲得這些參數(shù)后，利用本身的智能算法進(jìn)行分析、判斷和計(jì)算，得出給料、轉(zhuǎn)速等調(diào)節(jié)量，發(fā)送給PLC/DCS 執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)自主感知、自主決策和自動(dòng)調(diào)控。CSGS 與PLC/DCS 的通信通常由OPC 來實(shí)現(xiàn)。

圖 3　中信重工 CSGS 系統(tǒng)框架

5　結(jié)語

　　磨礦行業(yè)隨著技術(shù)的進(jìn)步，帶來工藝流程多樣化。選礦廠規(guī)模越來越大，要求設(shè)備處理能力越來越大，且設(shè)備大型化可以降低投資和運(yùn)行成本。碎磨設(shè)備市場需求從單一設(shè)備向碎磨系統(tǒng)解決方案轉(zhuǎn)變，磨礦設(shè)備也向著智能化方向發(fā)展。工藝試驗(yàn)及設(shè)備開發(fā)系統(tǒng)化愈加緊密，多學(xué)科、多領(lǐng)域交叉發(fā)展不斷深化，機(jī)電一體化、控制技術(shù)、數(shù)字化、智能化水平不斷提高，一批..節(jié)能的新設(shè)備，如高壓輥磨機(jī)、立式攪拌磨機(jī)和艾薩磨機(jī)等受到廣泛應(yīng)用。磨礦設(shè)備正朝向大型化、智能化、..化和綠色節(jié)能化方向發(fā)展。

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