黄金矿山大型球磨机综合节能

一般说来，对于有色金属矿山及黑色金属矿山来说∮5 m以上的球磨机一般称作大型球磨机^[1]，而对于黄金矿山来说∮4 m以上球磨机一般称作大型球磨机。三山岛金矿8000吨/日选矿厂磨矿为一段闭路磨矿流程，采用1台目前国内黄金矿山规格最大的mqy5.5×8.5m溢流型球磨机与φ710水力旋流器组组成闭路，磨机装机功率为4500kw。2013年选矿厂投产流程拉通以后，整个选矿系统经历了生产调试期，设备磨合期，现场整改期，短短的几个月稳定达产，生产技术指标稳定，但磨矿球磨机能耗指标偏高。选矿厂结合磨矿工艺理论及磨矿过程自动化，多渠道进行节能研究，经过半年多的努力，磨矿能耗从2013年10月的10.85kwh/t降至目前8.98kwh/t，降低了17.24%，大型球磨机节能工作取得了实际进展。

1．大型球磨机磨矿效能的影响因素及节能研究

球磨机的效率与磨矿能耗关系不是简单的函数或比例关系,影响因素很多,最直观的判定是以实际磨矿系统的能量消耗与达到工艺要求的磨矿效果相结合比较,任何一台球磨机只要在有限的磨矿功耗区间内达到了最大的磨矿效果,就说明磨机的效能比最佳,也即系统的运行状况最佳^[2]。因此对于一台球磨机mqy6.5m×9.65m与一台mqy4.57m×6.1m球磨机不能简单类比,其磨矿能效比较要综合考虑。

1.1磨矿工艺参数最佳化控制，有用功率优化球磨机节能

针对球磨机有用功率一直以来有许多研究者对此进行了大量的研究工作，东北大学的王泽红、陈炳辰得出了球磨机有用功率与工作参数关系方程^[3]： p=f(d、ψ、ø、øm、c、b、k、t), p 、d、ψ、ø、øm、c、b、k、t分别表示有用功率，球磨机几何尺寸、转速率、充填率、料球比、磨矿浓度、钢球质量及钢球配级、矿浆停留时间。实际湿式球磨机的有用功率影响因素更复杂，除公式中因素外，球磨机的结构、球磨机给排料粒度、球磨机衬板的形式与质量等等因素与球磨机有用功率有密切关系。

1.2 球磨机给、排料粒度控制优化磨矿能耗

球磨机给料粒度与排料粒度的控制对磨矿能力有直接的影响，在其它因素稳定的情况下，给料粒度f₈₀控制较细或者排料粒度p₈₀放粗（当然在工艺指标控制允许的范围内）磨矿能力愈高，相对磨矿的效能关系愈合理，球磨机的能耗相对就愈低。邦德提出了球磨机操作功指数（公式1） ^[4]及球磨机产量经验公式（2）：

n------球磨机功率,4500kw；wi-----磨矿功指数14.51kw.h/t^[5]，c_i-----设备及相关粉磨工艺的修正系数(i=1,2,…5),三山岛新立选矿厂mqy5.5*8.5m (1)磨机有效直径d的修正系数：c₁：(2．44/d)^0.2    0.90；(2)湿磨的修正系数：c₂：1．0；(3)闭路粉磨的修正系数：c₃取1.25；（4）c₄：入磨粒径f₈₀大于允许粒径（7800）f₀修正系数，取1.20；（5）c₅产品粒径（150um）p₈₀修正系数，计算为0.95；计算的操作功指数11.96 kw.h/t，计算的球磨机矿量为370.64 t/h。从产量公式及功指数计算来看，磨机产品粒度控制越细，产量就越低，功耗就越大，实际生产球磨机功耗规律也是如此，从mqy5.5*8.5m球磨机能效数据指标可以得到证实。

表1  mqy5.5*8.5m球磨机的现场测定数据与计算数据

1.3 球磨机充填率、钢球配级优化磨矿能耗

大型球磨机的充填率与钢球级配是选矿技术管理的一个基本的环节，一般的球磨机都有一个推荐的充填率，钢球级配公式有传统的计算方式，如邦德(f·c·bond)经验公式及诺克斯诺德公式^[6]，还有精确装补球新方法是昆明理工大学段希祥教授发明的球磨机球径半理论公式，这些都可以参考。

三山岛金矿选矿厂mqy5.5*8.5m球磨机，推荐的充填率为30-35%，但在实际生产中，由于三山岛金矿矿物的可选性及对粒度的要求，为发挥磨机会最大能效，球磨机的充填率范围控制在29%-32%。根据球磨机给料粒度范围，钢球的初装球级配为ø100：ø80： ø60 ：ø40=25：30：25：20。北京矿冶研究院bosa-1型矿石块度图像分析仪，显示的球磨机7月20日给料粒级情况见图1。

图1  球磨机给料粒级分析图

正常的生产补加球为ø100：ø80： ø60=3：5：2，后期由于生产工况发生变化，添加了5%的ø120钢球，试验结果表明磨机排矿中新生一74um粒级含量降低了3%，但仍然满足工艺要求，同时磨机处理能力提高了2.8%，磨矿单位能耗下降0.22kwh/t。

表2 三山岛金矿与国内外大型球磨机数据

表2为国内外一些大型球磨机数据的比较，从中也可以看出，给排料粒度控制对磨矿处理能力及单位能耗的影响规律。

1.4磨机中矿浆停留时间

矿浆在球磨机中的停留时间是球磨机选择计算以及考察球磨机效率的一个非常重要的参数之一。但在实际生产中矿浆在球磨机中的停留时间的确定非常复杂，它既与磨矿系统的工作性质有关，又受磨机的结构型式的影响^[7]。

同时因为这个工艺参数数值显示不是很直观，在目前的工艺理论研究中经常被忽视，但可以根据磨机的入口流速，给料嘴直径，给料口与矿浆面的高差、单位时间球磨机给料矿浆量等等一些参数粗略地推算出来，表3列举了部分选厂大型球磨机的矿浆停留时间。

表3  与国外几个矿山磨机停留时间的比较

2.大型球磨机的设计及参数的优化节能

2.1大型球磨机设计节能

大型球磨机的设计方面主要从启动方式、润滑方式、轴承类型、衬板结构及形式、磨机转速率等方面考虑节能设计。

2.1.1启动方式设计方面节能：软启动-气动离合器。实现同步电机—球磨机的分段起动,并可使电动机实现空载起动,达到稳定运行速度时,再使离合器结合,起动球磨机。这样可使电动机本身起动时间缩短,起动容易,减少起动电流对网路的冲击,也减小磨机的装机功率。

2.1.2静压轴承及静动压轴承设计节能

以动静压混合润滑承轴承代替普通轴承，这是目前大型球磨机常用设计。三山岛金矿选矿mqy5.5*8.5m球磨机主轴承采用纯静压轴承。

1.  在球磨机起动前,利用润滑油的高压力将轴颈浮起0.20～0.3mm, 可大大降低启动负荷，然后起动,这样可使轴颈与轴瓦被外界供给的一定压力的承载油膜完全隔开,启动以后,当轴颈达到足够转速时,即利用动压润滑轴承工作。

2.  在球磨机停机时,让压力油轴颈浮起缓慢落于轴瓦上,以免擦伤轴瓦。这样可保证轴颈在纯液体摩擦下起动工作。摩擦阻力小,功率消耗小,传动效率高。

2.1.3衬板结构设计节能

螺旋（波形）衬板替代普通衬板、新型耐磨轻衬板应用、橡胶衬板应用也一定程度体现出节能优势。球磨机的衬板使用寿命与矿厂性质、磨矿现场工况，衬板结构与材质等等有很大的关系，因此同一批次的衬板，实际使用寿命并不同步。三山岛金矿mqy5.5*8.5球磨机衬板为厂家配置波形衬板，总重量约160吨，其中筒体衬板约128吨左右，筒体三段（以法兰为界）衬板及端衬板的磨损同期差异较大，其中一段与三段及出料端衬板相关二个月，因此一套磨机衬板分四次更换，使磨机整个负荷重量减少约30吨，减轻了运转负荷约5.0%，磨机运转功率降低了约1.5%。

2.2.  磨机转速率

    磨机转速率对磨矿能耗影响较大，在一定范围内，磨机转速率提高，磨矿能耗增大，但处理量有一定程度的增加，如布干维尔铜公司直径为5.5x6.4(m)球磨机,投产初期球磨机临界转速为68%,1976年将临界转速提高到71%。结果表明增加电耗4%和在达到同样细度的情况下,球磨机处理量可提高3%^[8]。两者相比,一定范围内提高转速经经济上仍然是合算的。三山岛金矿mqy5.5*8.5m球磨机转速率为75%，因为大型球磨机一经设计制造与安装，球磨机的转速就已经确定了，生产中重新调整速比的代价很大，因此在只做一个简单的论述。

3.磨矿自动化及磨矿系统最大临界负荷节能 

大型球磨机负荷和运行状态是选矿生产最关注的设备信息，同时也是磨矿控制的关键^[9]。磨矿自动化技术能保持磨机稳定在最佳运行状态即最佳磨机临界负荷,对于提高大型球磨机运行的稳定性、经济性和节能降耗有着重要意义。三山岛金矿主要采用了北矿院研究的基于球磨机表面振动检测的磨机负荷在线分析系统。该系统可获取转动中磨机内物料的运动信息，分析衬板和提升板的磨损，优化磨机操作参数，减少磨矿作业的钢耗及能耗。利用该系统的协助，选矿厂合理匹配磨机循环负荷与磨机能力，根据工艺要求控制磨机循环负荷降低10-15%；根据当前的工况，确定了合理的最大磨矿能力时的球荷--磨机临界容积百分数，磨机充填率由35%降至30.5%，磨机台效提高约5.0%。

通过广泛的综合节能研究与技术跟进，三山岛金矿mqy5.5*8.5m球磨机有功功率由2013年10月4050kw降至2014二月的3900kw，又降至四月的3850 kw，球磨机单位能耗由2013年10的10.85kw.h/t降至4月的8.98kw.h/t，mqy5.5*8.5m球磨机综合节能效果明显。

4．结论

 我国是一个人均矿产资源相对贫乏的国家，矿产资源的综合利用率，资源的产业化、规模化一直也是行业发展趋势。球磨机作为一种关键的矿山装备，在建矿山项目与现有矿山大型球磨机的占有率越来越高，大型球磨机综合节能已成为行业降本增效新的经济增长点，大型球磨机能耗影响因素很多，综合节能的途径很广，如何选择适合于矿山自身的综合节能的有效方法仍然是亟待广大矿山人努力研究的课题。

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