张成龙
（河北钢铁集团矿业有限公司）
摘要：为提高磨矿效率，减轻过磨现象，实现窄级别富集，达到节能降耗的目的，对中钢富全矿业和天宝集团福元矿业两个矿山增加艾砂磨机进行半工业试验研究。结果表明：中钢富全矿业公司增加艾砂磨机，磨矿产品18 μm含量比原三段磨矿低22.37个百分点，适宜选别粒度-45+25μm、-25+18μm含量分别高出 2.93和9.9个百分点，同时磨矿成本可降低241万元/年，实现了选择性磨矿，降低了过磨现象，提高了磨矿作业效率；在最佳磨矿浓度 45%左右时，艾砂磨排矿的精矿品位高出原三段磨矿精矿品位2.34个百分点。
关键词 ：艾砂磨机；磨矿效率；精矿品位；效益对比
艾砂磨机自 90 年代在澳大利亚Mount Isa 矿山应用以来，规格由 100L 发展到目前最大的 10000L，在国外已普遍应用于细磨、超细磨。艾砂磨机因其转速、介质比表面积为传统球磨机的数十倍，且矿物和磨矿介质都可按照粒径从小到大在磨机轴向筒体内壁径向分布，实现“大磨大，小磨小”的选择性磨矿，磨矿效率大大提高[1]。近两年在国内有色矿山得到积极应用，朝阳鑫都 、黑龙江多宝山[2]、紫金矿业均已投入生产，经济效益显著。
本研究分别对中钢富全矿业和天宝集团福元矿业两个矿山增加艾砂磨进行半工业试验研究，将艾砂磨与现有磨矿系统磨矿效果进行对比，并对经济效益进行分析，为矿山技术改造提供设计依据。
1 中钢富全矿业公司艾砂磨机三段磨矿试验
1.1矿山现状
中钢富全矿业有限公司是一座地下采选联合矿山企业，位于山东省济宁汶上县。矿山规模为136.4万t/a，铁精粉产量为32.3万t/a，精矿品位65.4%。选矿厂采用三段磨矿三次磁选一段淘洗阶段磨选工艺。
由于矿石嵌布粒度极细，现场实际磨矿细度-325目达95%以上，-800目高达 60%左右，过磨现象严重，因此造成选别过程中出现诸多问题。例如：细磨（MQY3600×6000 溢流型球磨机）效率低、消耗高；选厂选别指标不佳，精矿品位在65%左右；过滤指标不佳，精矿含水量达12%～13%等。
为解决中钢富全矿业生产过程中出现的问题，本次试验采用艾砂磨机替代 MQY3600×6000溢流型球磨机（三段磨矿），在保证实际生产指标的前提下，减轻过磨现象[3]，实现窄级别富集，同时实现节能降耗，提高磨矿效率的目的。
1.2试验方案
本次实验采用艾砂磨机规格为ALC-20L，布置安装地点与三段磨矿球磨机相邻。
矿浆从二段磁选机精矿分流到搅拌桶，给入搅拌桶的管口设置两层1mm 筛网进行隔粗，现场二磁精矿浓度偏高，添加补加水至搅拌桶内矿浆浓度符合试验需求后，由喂料泵给入艾砂磨机，艾砂磨机排矿与原三段磨矿排矿合并，进入原三段磨矿分级生产系统，流程图见图1，艾砂磨机矿浆流向见虚线部分。
取样：当艾砂磨运行稳定（电流、电压）后，预先测定流量和艾砂磨机排矿浓度，均衡时间取样 3~5 次后，待磨矿条件稳定后取样，取样点为二段磁精、三段旋流器溢流、艾砂磨机给矿（搅拌桶隔粗后矿样）、艾砂磨机排矿。
其中，因艾砂磨机属于内设分级装置开路磨矿，排矿浓度即为磨矿浓度。
图 1 中钢富全矿业艾砂磨机三段磨矿试验流程图
1.3试验结果与讨论
1.3.1艾砂磨机运行参数探索试验
进行了主机频率 40HZ、给矿频率 30HZ、磨矿浓度51.92%；主机频率 40HZ、给矿频率 40HZ、磨矿浓度 43.8%；主机频率 48HZ、给矿频率 48HZ、磨矿浓度 36.14%的三组探索试验。试验结果见表 1。
表 1 磨矿试验粒度筛析结果对比
|
序号 |
试验条件 |
名称 |
二段磁精 |
三段溢流 |
艾砂磨给矿 |
艾砂磨排矿 |
变化值 |
||
|
|
A |
B |
C |
D |
E=A-B |
F=C-D |
G=E-F |
||
|
第1组 |
主机频率 40HZ 给矿频率 30HZ |
粒级/目 浓度/% |
|
21.04 |
53.81 |
51.92 |
|
|
|
|
+325 |
|
5.28 |
35.50 |
4.92 |
-30.22 |
-30.58 |
0.36 |
||
|
-325～+500 |
|
13.74 |
19.29 |
7.40 |
-5.55 |
-11.89 |
6.34 |
||
|
-500～+800 |
|
15.43 |
8.43 |
2.07 |
7.00 |
-6.36 |
13.36 |
||
|
-800 |
|
65.55 |
36.78 |
85.61 |
28.77 |
48.83 |
-20.06 |
||
|
合计 |
|
100 |
100 |
100 |
|
|
|
||
|
第2组 |
主机频率 40HZ 给矿频率 40HZ |
粒级/目 浓度/% |
55.86 |
23.33 |
54.14 |
43.80 |
|
|
|
|
+325 |
47.41 |
8.96 |
39.46 |
11.52 |
-38.45 |
-27.94 |
-10.51 |
||
|
-325～+500 |
17.71 |
18.11 |
18.31 |
22.82 |
0.40 |
4.51 |
-4.11 |
||
|
-500～+800 |
7.25 |
26.94 |
14.44 |
23.49 |
19.69 |
9.05 |
10.64 |
||
|
-800 |
27.63 |
45.99 |
27.79 |
42.17 |
18.36 |
14.38 |
3.98 |
||
|
合计 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
|
|
||
|
第3组 |
主机频率 48HZ 给矿频率 48HZ |
粒级/目 浓度/% |
53.71 |
25.91 |
53.68 |
36.14 |
|
|
|
|
+325 |
35.53 |
7.06 |
37.93 |
4.46 |
-28.47 |
-33.47 |
5.00 |
||
|
-325～+500 |
23.24 |
15.39 |
21.48 |
16.42 |
-7.85 |
-5.06 |
-2.79 |
||
|
-500～+800 |
25.63 |
17.08 |
12.32 |
28.35 |
-8.55 |
16.03 |
-24.58 |
||
|
-800 |
15.60 |
60.47 |
28.27 |
50.77 |
44.87 |
22.50 |
22.37 |
||
|
合计 |
100 |
100 |
100 |
100 |
|
|
|
||
从表1可以看出，第1组由于磨矿浓度过高、且给矿量过少，艾砂磨排矿中-800目含量高达85.61%，比球磨旋流器组合三段溢流的65.55%高出20.06个百分点，比现场实际过磨严重；第2组艾砂磨排矿中-800目含量为42.17%，比三段溢流少3.98个百分点，减轻过磨开始显现；第3组艾砂磨排矿-800目含量比三段溢流低 22.37个百分点，同时，-500目～+800目富集比较为突出，减轻过磨现象明显。
通过上述探索试验，并结合有色矿、非金属矿实际应用，考虑铁选厂后续设备选型，确定艾砂磨机运行参数为：主机频率48HZ，给矿频率48HZ，调整给矿浓度，进行验证试验。
1.3.2验证试验
根据探索试验结果表明，在主机频率 48HZ，给矿频率 48HZ不变的条件下，调整给矿浓度 25%、30%、35%、40%、45%进行磨矿试验。
验证试验共分 6 组，同时将探索试验第 3 组亦作为验证试验，实际测定给矿浓度见表2。
表 2 各组试验实际测定给矿浓度
|
序号 |
第3组 |
第4组 |
第5组 |
第6组 |
第7组 |
第8组 |
第9组 |
|
浓度（艾砂磨排矿） |
36.14% |
25.59% |
31.16% |
44.28% |
41.14% |
41.92% |
41.38% |
试验结果详见表3。
表 3 艾砂磨排矿与三段旋流器溢流粒度分布对比表
|
名称 |
组别 粒级（目） |
+325 |
-325～+500 |
-500～+800 |
-800 |
合计 |
|
艾砂磨排矿 |
P3 |
4.46 |
16.42 |
28.35 |
50.77 |
100 |
|
P4 |
3.37 |
7.36 |
47.84 |
41.43 |
100 |
|
|
P5 |
3.37 |
9.05 |
58.27 |
29.31 |
100 |
|
|
P6 |
6.34 |
13.25 |
54.59 |
25.82 |
100 |
|
|
P7 |
6.08 |
12.99 |
16.01 |
64.92 |
100 |
|
|
P8 |
5.54 |
12.84 |
17.24 |
64.38 |
100 |
|
|
P9 |
6.27 |
12.38 |
21.96 |
59.39 |
100 |
|
|
三段旋流器溢流 |
Y3 |
7.06 |
15.39 |
17.08 |
60.47 |
100 |
|
Y4 |
4.79 |
14.07 |
24.43 |
56.71 |
100 |
|
|
Y5 |
6.89 |
16.48 |
13.83 |
62.80 |
100 |
|
|
Y6 |
5.85 |
12.83 |
19.49 |
61.83 |
100 |
|
|
Y7 |
6.53 |
14.55 |
14.85 |
64.07 |
100 |
|
|
Y8 |
2.14 |
10.72 |
19.21 |
67.93 |
100 |
|
|
Y9 |
2.17 |
10.39 |
20.26 |
67.18 |
100 |
|
|
比较 |
排矿平均 |
4.46 |
16.42 |
28.35 |
50.77 |
100 |
|
溢流平均 |
5.06 |
13.49 |
18.45 |
63.00 |
100 |
|
|
排矿-溢流 |
-0.60 |
2.93 |
9.90 |
-12.33 |
|
由表3可以看出，三段溢流产品粒度特性是随着粒级区间目数的不断增大而逐渐上升。而艾砂磨磨矿产品的粒度特性能够实现选择性磨矿，即-500～+800 目含量富集明显。艾砂磨排矿粒度比三段旋流器溢流平均少增加-800目12.23个百分点，适宜选别粒度-325～+500 目、-500～+800目含量分别高出 2.93和 9.9 个百分点，+325 含量较少0.06个百分点。通过上述试验还可看出，在主机频率48HZ、给矿频率48HZ不变的条件下，磨矿浓度在45%左右（第6组）时，磨矿效果最佳。艾砂磨机实现了选择性磨矿，降低了过磨现象，提高了磨矿作业效率。
1.3.3两种磨矿产品磁选试验指标分析与对比
将所取的艾砂磨排矿及三段溢流烘干后，用（GX）167 型鼓式磁选机，场强 1200GS，经过磁选机连续选别两次，获得一磁精矿、二磁精矿、一磁尾矿、二磁尾矿。试验结果见表 4。
表4 磁选指标对比
|
名称 |
艾砂磨排矿 |
三段溢流 |
艾砂磨排矿-三段溢流 |
|||||||||
|
品位 |
提高 |
产率 |
回收率 |
品位 |
提高 |
产率 |
回收率 |
品位 |
提高 |
产率 |
回收率 |
|
|
第3组 |
67.28 |
13.96 |
73.42 |
91.79 |
65.95 |
11.62 |
77.33 |
92.82 |
1.33 |
2.34 |
-3.91 |
-1.03 |
|
第4组 |
66.45 |
13.34 |
75.77 |
93.15 |
66.74 |
15.86 |
73.67 |
92.30 |
-0.29 |
-2.52 |
2.11 |
0.85 |
|
第5组 |
67.59 |
15.90 |
70.87 |
91.18 |
65.50 |
12.59 |
75.57 |
92.82 |
2.09 |
3.31 |
-4.70 |
-1.64 |
|
第6组 |
66.61 |
15.33 |
71.83 |
92.03 |
64.27 |
14.01 |
72.30 |
91.52 |
2.34 |
1.32 |
-0.47 |
0.51 |
|
第7组 |
64.59 |
12.63 |
75.20 |
91.82 |
64.32 |
11.72 |
76.92 |
92.39 |
0.27 |
0.91 |
-1.73 |
-0.57 |
|
第8组 |
63.48 |
11.74 |
76.10 |
92.08 |
63.32 |
12.65 |
79.19 |
93.44 |
0.16 |
-0.91 |
-3.09 |
-1.36 |
|
第9组 |
63.82 |
10.36 |
81.91 |
94.31 |
63.17 |
12.07 |
78.62 |
93.06 |
0.65 |
-1.71 |
3.30 |
1.25 |
|
平均 |
65.69 |
13.32 |
75.02 |
92.34 |
64.75 |
12.93 |
76.23 |
92.62 |
0.94 |
0.39 |
-1.21 |
-0.28 |
由表 4 可以看出，艾砂磨排矿的精矿品位平均高出三段溢流精矿品位0.94个百分点，与给矿品位相比，艾砂磨排矿平均高出 0.39 个百分点，回收率比溢流平均略低 0.28 个百分点。第4组试验艾砂磨排矿的二磁精矿品位（66.45%）低于三段溢流的二磁精矿品位(66.74%)0.29 个百分点，第 7、8、9 三组试验艾砂磨排矿和三段溢流所得的二磁精矿品位指标相近且较低，分析主要原因是试验期间矿石性质发生波动，导致精矿品位偏低，第 3、5、6 组试验二磁精矿品位都高出2个以上百分点，尤其第6组，在最佳磨矿浓度 45%左右时，艾砂磨排矿的精矿品位高出三段溢流2.34个百分点。
2 天宝集团福元矿业增加艾砂磨试验研究
2.1矿山现状
天宝集团福元矿业矿石属鞍山式变质贫磁铁矿， 主要金属矿物为磁铁矿，其次为赤铁矿和假象赤铁矿，偶尔发育有菱铁矿和磁黄铁矿。脉石矿物主要为石英和铁闪石，其次为镁铁闪石、透闪石和阳起石，石英含量一般 45～55%。矿物构造以条带状为主，磁铁矿呈不均匀嵌布，嵌布粒度宽，结晶粒度一般在 0.01～0.15mm 之间，属低品位磁铁矿石。福元矿业年产80万吨铁精矿，品位为 62.53%，试验前对福元矿业原有磨选生产工艺进行了为期 2 天的流程考察，考察数据见下表 5。
表 5 福元矿业原生产工艺流程考察指标
|
项目 |
原矿品 位(%) |
|
二磨排矿品位 |
旋流器品位% |
高频筛品位% |
浓磁选品位% |
||||
|
精矿 |
尾矿 |
沉砂 |
溢流 |
筛下 |
筛上 |
精矿 |
尾矿 |
|||
|
1 |
12.71 |
27.79 |
9.12 |
29.89 |
31.56 |
28.56 |
35.78 |
20.75 |
33.22 |
5.45 |
|
2 |
12.35 |
26.93 |
8.44 |
30.51 |
31.28 |
29.01 |
35.24 |
21.03 |
34.78 |
5.77 |
|
合计 |
12.53 |
27.36 |
8.78 |
30.2 |
31.42 |
28.8 |
35.51 |
20.89 |
34 |
5.61 |
|
项目 |
二粗选别品位% |
一精选别品位% |
二精选别品位 |
淘洗选别品位% |
总尾 矿% |
|
||||
|
精矿 |
尾矿 |
精矿 |
尾矿 |
精矿 |
尾矿 |
精矿 |
尾矿 |
|
||
|
1 |
55.12 |
7.13 |
59.15 |
8.75 |
60.85 |
10.58 |
62.57 |
14.02 |
8.02 |
|
|
2 |
54.48 |
6.03 |
58.45 |
7.97 |
60.01 |
10.26 |
62.13 |
13.12 |
7.78 |
|
|
合计 |
54.48 |
6.58 |
58.8 |
8.36 |
60.43 |
10.42 |
62.35 |
13.57 |
7.9 |
|
2.2试验方案
在现场安装一台ALC-3900L艾砂磨机，将二次粗精矿给入艾砂磨机，同时筛网筛孔由 0.12mm 换为 0.15mm，考察艾砂磨机的处理能力及磨选工艺指标。其工艺流程图见下图2，分两阶段转车，每阶段为期10天。
图 2 福元矿业艾砂磨机磨矿试验一、二阶段流程图
福元矿业生产处理的原矿有矿山开采的原生矿和天宝集团其他公司 的“精料”（原矿经高压辊压后预先抛尾后的尾矿再选精矿）， 基于“精料”难磨难选，需要细磨到-325 目>85%，精矿品位才能>63.50%，第一、第二阶段转车主要原料为矿山开采的原生矿，在第三阶段决定转车时按:原生矿：“精料”=1:1 比例配料，把全部二段粗精矿物料给入 ALC-3900L 艾砂磨机磨到-32目>85%，其设备负荷太大，故在艾砂磨机前+旋流器预先分级开路磨矿，旋流器沉砂给艾砂磨机，其排矿与旋流器溢流合并一起进入精选作业，其工艺流程图见下图 3，第三阶段转车时长也为10天。
图 3 福元矿业艾砂磨机磨矿试验三阶段流程图
2.3试验结果与讨论
艾砂磨三个阶段转车工艺指标见表6
表 6 三个阶段艾砂磨机转车合计指标
|
项目 |
原矿 品位% |
精矿 品位% |
尾矿 品位% |
给矿粒度 |
排矿粒度 |
艾砂磨机处理量t/h |
磨矿功耗 kWh/t |
球耗 g/t |
选矿比 |
||
|
-200目% |
-325目% |
-200目% |
-325目% |
||||||||
|
第一阶段 |
12.84 |
65.04 |
7.41 |
77.02 |
58.46 |
93.64 |
80.63 |
103.46 |
7.49 |
50.34 |
11.92 |
|
第二阶段 |
12.25 |
64.62 |
6.96 |
75.97 |
57.1 |
94.1 |
80.73 |
139.22 |
6.69 |
32.92 |
11.75 |
|
第三阶段 |
11.90 |
64.14 |
6.75 |
59.38 |
36.78 |
97.26 |
86.29 |
82.85 |
12.13 |
45.26 |
11.88 |
|
合计 |
12.33 |
64.60 |
7.04 |
70.79 |
50.78 |
95 |
82.55 |
108.51 |
8.77 |
42.84 |
11.85 |
由表6可知，三个阶段转车的平均指标为： 给料粒度-325 目 50.78%，艾砂磨机排矿粒度 82.55%，球耗为42.84g/t，电耗为8.77kWh/t,精矿品位为64.60%。
福元矿业艾砂磨机三个阶段转车与艾砂磨机不转车现场生产主要指标统计汇总对比见下表 7。
表 7艾砂磨机转车与不转车现场生产主要指标统计汇总对比表
|
项目 |
原矿品位（%） |
精矿品位（%） |
尾矿品位（%） |
精矿 产量 （吨） |
原矿处理量（吨） |
精矿产率（%） |
原矿磁性铁 |
尾矿磁 性铁 |
粒度-200 目（%） |
打捞精矿（%） |
选矿比 |
回收率 （%） |
|
艾砂磨机转车指标 |
12.33 |
64.6 |
7.04 |
2317 |
27455 |
8.44 |
4.43 |
0.6 |
94.42 |
19.86 |
11.85 |
44.21 |
|
现场生产指标 |
12.53 |
62.32 |
7.15 |
2347 |
27473 |
8.54 |
4.45 |
0.66 |
83.42 |
17.8 |
11.7 |
42.47 |
|
差值 |
-0.2 |
2.28 |
-0.11 |
-30 |
-18 |
-0.1 |
-0.02 |
-0.06 |
11 |
2.06 |
0.15 |
1.74 |
由表7可知，福元矿业艾砂磨转车比不转车原矿处理量基本相同，但艾砂磨转车精矿品位提高2.28个百分点，回收率高1.74个百分点，选别效果有明显提高。
3技改效益测算
3.1中钢富全矿业公司增加艾砂磨机效益测算
（1）艾砂磨机磨矿系统成本计算
年电耗：(750Kw+30Kw)×0.85×300d×24h×0.67 元/Kwh=319 万元；
年球耗：750Kw×0.85÷84t/h×4g/度电×0.035 元 /g×33 万t×1.38=57 万元；
年备件消耗 ：80 万元；
成本合计为456万元。
（2）原三段磨矿系统成本计算
年电耗：(1250Kw+75Kw)×0.85×300d×24h×0.67 元/Kwh=543 万元；
年球耗：142 万元；
年备件消耗：12 万元；
成本合计 697 万元。
（3）成本对比
艾莎磨机磨矿系统与原三段磨矿系统成本对比见表 8。
表 8艾莎磨机磨矿系统与原三段磨矿系统成本对比表
|
项目 |
年电耗 |
年球耗 |
年备件消耗 |
合计 |
|
艾砂磨系统 |
319 |
57 |
80 |
456 |
|
原三段磨矿系统 |
543 |
142 |
12 |
697 |
|
艾砂磨系统节省 |
224 |
82 |
-68 |
241 |
由表8可知，艾砂磨磨矿系统比原三段磨矿系统年节约成本 241 万元，有较高的经济效益。
3.2天宝集团福元矿业公司增加艾砂磨机效益测算
（1）新增成本计算
艾砂磨机转车增加的吨精矿成本，见下表9
表 9 ALC-3900L 艾砂磨机转车增加的吨精矿成本
|
磨矿功耗成本 |
球耗成本 |
备品备件 |
人工成本 |
增加的其他辅助设备 元/t |
合计 元/t |
|||||||
|
磨矿功耗 Kwh/t |
单价 元 /t |
合计 元/t |
球耗 克/t |
单价 元/kg |
合计 元 /t |
年消耗 万元/a |
吨耗 元 /t |
岗位人数 个 |
年工资 万元/a |
人工成本 元/t |
||
|
14.42 |
0.58 |
8.37 |
42.84 |
35 |
1.5 |
120 |
1.62 |
3 |
10 |
0.4 |
1.55 |
13.44 |
注：1、按每天生产2317吨铁精矿，精矿品位为64.6%，一年运转330天进行计算；
2、增加的其他辅助设备为泵、磁选机、旋流器、过滤机等；
3、按艾砂磨机给矿粒度-325目含量50.78%，排矿粒度-325目含量82.55%进行核算。
（2）经济效益计算
据福元矿业公司得知：精矿品位 62.5%的销售价位1115 元/吨，精矿品位每提高1个点，精矿单价增加25元。艾砂磨机转车精矿品位为64.60%，提高2.28个百分点，按2个百分点计算，精矿价格：1115+50=1165元/吨，每天精矿产量 2317 吨,年运转330天，则福元矿业艾砂磨机转车全年销售收入为：1165×2317×330=89077万元。
艾砂磨机转车增加的成本：13.44×2317×330=1027万元；
实际收入为：89077-1027=88050万元。
不运行艾砂磨机，每天生产2347吨，精矿品位62.32%的铁精矿，年运转330天，每吨精矿售价按 1115 元/吨，则年销售收入：1115×2347×330=86357万元；
运行艾砂磨机增加收入：88050-86357=1693万元。
综上福元矿业采用 ALC-3900L 艾砂磨机作为第三段磨矿提高精矿品位， 全年净增利润为1693万元。
4 结论
（1）中钢富全矿业公司增加艾砂磨，在主机频率 48HZ，给矿频率 48HZ不变的条件下，艾砂磨排矿-800目（18 μm）含量比三段溢流低 22.37 个百分点，适宜选别粒度-325~+500 目（-45+25μm）、-500~+800目（-25+18 μm）含量分别高出 2.93和9.9个百分点，明显富集，实现了选择性磨矿，降低了过磨现象，提高了磨矿作业效率。
（2）中钢富全矿业公司增加艾砂磨，在最佳磨矿浓度 45%左右（第6组）时，艾砂磨排矿的精矿品位高出三段溢流精矿品位2.34个百分点。
（3）中钢富全矿业公司用艾砂磨替换现有三段磨矿，磨矿成本可降低241万元/年。
（4）天宝集团福元矿业艾砂磨转车比不转车原矿处理量基本相同，但精矿品位提高2.28个百分点，回收率高1.74个百分点，选别效果有明显提高。
（5）天宝集团福元矿业采用 ALC-3900L 艾砂磨机作为第三段磨矿提高精矿品位， 全年净增利润为1693万元。
参考文献
[1]范富荣，赖桂华.艾砂磨机在多宝铜矿选矿厂的应用[J]黄金，2019（010）：52-56.
[2]彭艳荣，闫国英.典型搅拌磨工作原理及应用情况[J].现代矿业，2021(01)：194-195.
[3]许新跃,童伟,黄东福,等.艾砂磨机在细磨中的优势及其在有色金属选矿厂的应用[J].有色金属,2020(05):86-90.