碎磨裝備是選礦工藝準備作業(yè)的關鍵，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、球磨機、高壓輥磨機和立式攪拌磨機等。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、設備規(guī)格大型化、工藝設備系統(tǒng)化和設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，歸納起來主要有以下幾個方面：

　　(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造形態(tài)；

　　(5) 目的礦物的礦石性質和產品粒度；

　　(6) 投資及運營成本。

　　碎磨工藝流程的基本結構主要有常規(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80 年代，根據多碎少磨的原則，“三段破碎 + 球磨機”的碎磨流程得到廣泛普及，進入20 世紀90 年代，隨著礦山規(guī)模越來越大、半自磨 (自磨) 技術的成熟及礦山企業(yè)注重綜合效益，“粗碎 + 半自磨 (自磨) + 球磨機”的碎磨流程得到推廣，并在生產中創(chuàng)造了較高的經濟效益。碎磨流程中，高壓輥磨機常取代第3 段細碎破碎機，或置于第 3 段破碎機之后進行第4 段超細碎，用以處理低、中磨蝕性的硬而碎的礦石，以實現節(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)破碎流程中的中細碎作業(yè)。國內外應用..廣泛的碎磨工藝流程如表1 所列。

表 1　應用..廣泛的碎磨工藝流程

1.2　國內碎磨流程主要應用情況

　　國內碎磨流程主要應用情況如表2 所列。

表 2　國內碎磨流程主要應用情況

2　設備規(guī)格大型化

2.1　原因

2.1.1　處理能力的要求　  

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

2.1.2　投資和運行成本的要求  

　　大型化可以節(jié)省初期投資，給用戶帶來直接利益。礦產資源開發(fā)商為了取得規(guī)模效益，必然要求設備大型化。以φ7.32 m×9.60 m 球磨機為例，裝機功率達10 000 kW，相當于8 臺φ3.6 m×6.0 m 球磨機的功率，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，隨磨機配套的自動化設施投資也可節(jié)省50%，且由于磨機數量的減少，較容易實現自動化。據國外資料顯示，φ6.7 m 以上的大型球磨機與小規(guī)格磨機相比，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，磨礦設備的大型化是選礦廠節(jié)能降耗的要求。

　　設備的大型化還可以優(yōu)化工藝流程，推動整個選廠設備的技術進步。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)，簡化設備流程，降低勞動力成本和運行成本。

　　在磨礦設備大型化進程中，以中信重工為代表的國內碎磨設備供應商實現了跨越式發(fā)展，并且在很多領域已經達到了....水平。

2.2　筒式磨機

2.2.1　半自磨機/自磨機

　　國內外大型半自磨機/自磨機主要供應商有4 家，分別為中信重工、FL-Smidth、Metso 和Outotec，所生產的大型半自磨機/自磨機的參數如表3 所列。近年來中信重工生產的部分半自磨機應用情況如表4 所列。

表 3　大型半自磨機/自磨機參數

表 4　中信重工近幾年生產的部分半自磨機應用情況

2.2.2　球磨機

　　國內外大型球磨機主要供應商有4 家，分別為中信重工、FL-Smidth、Metso 和Outotec，所生產的大型球磨機的參數如表5 所列。近年來中信重工生產的部分球磨機應用情況如表6 所列。

表 5　主要球磨機供應商大規(guī)格參數對比

表 6　中信重工近幾年部分球磨機應用情況

2.3　立式攪拌磨機

　　國內外大型立式攪拌磨機主要供應商有Metso、EIRICH、中信重工、北方重工和長沙礦冶研究院等，所生產的大型立式攪拌磨機如表7 所列。近年來中信重工生產的部分大型立式攪拌磨機應用情況如表8 所列。

表 7　主要立式攪拌磨供應商大規(guī)格參數對比

表 8　中信重工近幾年部分大型立式攪拌磨應用情況

　　長沙礦冶研究院在細磨和超細磨領域進行了多年研究，所開發(fā)的立式攪拌磨機已在鐵礦、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用600 多臺。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)格立式攪拌磨機尚未見應用報道，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。

3　工藝設備系統(tǒng)化

　　由于礦石碎磨性質，試驗硬件、軟件專業(yè)性強，門檻高，且設備規(guī)格在短短幾年內越來越大，遠遠大于以往的尺寸。設備大型化之后帶來的并不是簡單的比例放大，所以碎磨流程設計及設備選型對于設計院與用戶來說已經不能用傳統(tǒng)的知識和經驗進行類比推斷。所以，碎磨設備市場需求在短時間內迅速從單一設備向碎磨系統(tǒng)解決方案轉變。早在碎磨設備大型化之前，中信重工已經在礦石性質試驗、設備選型計算和工業(yè)現場工藝運行參數等方面做了大量的基礎工作，有了多年的技術積淀，已經建立了完整的工藝設備系統(tǒng)化解決方案，如圖1 所示。

圖 1　碎磨系統(tǒng)解決方案

　　通過試驗確定礦樣的可碎性和可磨性，應用SMCC、中信重工和JK 三大計算模型對碎磨回路進行計算，綜合三大模型之長，確定出碎磨設備規(guī)格及相關技術參數，為用戶提供..佳碎磨工藝方案。

3.1　礦石性質試驗技術

　　礦石性質試驗技術主要包括自磨/半自磨落重試驗技術，高壓輥磨試驗技術，Bond 系列功指數試驗技術，立式攪拌磨試驗技術及干、濕法磨礦分級試驗系統(tǒng)。礦山重型裝備..重點實驗室可對礦石性質進行試驗，并擁有一個大型數據庫，用于設備選型，如表9 所列。

表 9　礦山重型裝備..重點實驗室礦石性質數據庫

3.2　碎磨流程設計及設備選型技術

3.2.1JKSimMet 技術

　　JKSimMet 是澳大利亞昆士蘭大學所屬研究機構 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作業(yè)單元之間的相互聯(lián)系，分析各種參數對流程整體性能的影響。JKSimMet 軟件主要有三大工程功能：數質量平衡、工藝流程設計與設備選型、生產流程的優(yōu)化與改造。全..超過500 家用戶使用該軟件。

圖 2　JKSimMet 碎磨流程仿真計算

3.2.2CITIC SMCC 技術

　　SMCC技術由澳大利亞Stephen Morrell 博士研發(fā)，并于2000 年成立了SMCC 技術公司。SMCC 在..上承擔了200 多個項目的碎磨流程設計和設備選型工作，積累了良好的聲譽，成為礦石粉磨領域的..者之一。2012 年12 月，中信重工全資收購SMCC 公司，..擁有SMCC 全部知識產權和計算軟件，公司更名為CITIC SMCC。CITIC SMCC 主要有如下核心計算模型：

(1) 原礦粒度分布預測模型；

(2) 半自磨機給料粒度分布預測模型；

(3) 碎磨流程及設備比能耗預測模型；

(4) 轉筒磨機軸功率預測模型；

(5) 自磨機/半自磨機頑石產生量預測模型；

(6) 自磨機/半自磨機礦漿流量預測模型；

(7) 溢流型球磨機礦漿流速預測模型；

(8) 自磨機/半自磨機工業(yè)化模型。

3.2.3 CITIC 技術

　　中信重工擁有國內外礦山物料性質數據、碎磨流程工藝參數、碎磨流程設備結構及運行參數等全方位數據超過2 000 組，破碎、磨礦設備型譜超過1 000 臺。綜合SMCC 及JKSimMet 兩家計算模型的特長及多年來在破碎、磨礦領域里的實踐經驗積淀，有自己獨特的核心技術。

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

(1) 試驗方案制定和試驗數據分析；

(2) 粉磨技術與設備選型；

(3) 新項目碎磨流程設計；

(4) 礦山碎磨流程模擬；

(5) 礦山碎磨流程評估；

(6) 礦山碎磨流程工藝優(yōu)化。

　　近年來，中信重工依據試驗數據，進行了400 余項國內外項目的設備選型和技術方案制定，合同總額超過百億。表10 所列為中信重工試驗+ 選型+ 設備系統(tǒng)化碎磨解決方案部分業(yè)績。

4　設備操作智能化

　　破碎、磨礦作業(yè)是選礦廠重要的生產環(huán)節(jié)，直接影響后續(xù)工藝的效率及..終產品的質量和產量，其控制目標是將礦漿溢流粒度穩(wěn)定在工藝要求范圍內，同時提高磨機效率，達到節(jié)能降耗的目的。但是在破碎、磨礦生產中，隨機干擾因素多，過程長，滯后大，需要控制的參數多且相關性強，同時物料性質變化劇烈，生產過程不穩(wěn)定，波動大。隨著碎磨設備規(guī)格越來越大，運行穩(wěn)定性要求越來越高，而國內絕大多數碎磨生產過程還依賴人工操作，調節(jié)手段單一，調節(jié)滯后，生產效率低。碎磨裝備智能化成為行業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

　　目前，國內外碎磨設備供應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構及基本算法都較為類似，從功能上分為兩大類：一類是關鍵參數在線測量，能實現破碎礦石粒度、磨機負荷和溢流粒度等工藝參數在線測量；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)架構實現上，都位于DCS 或PLC 的上一級，即智能控制系統(tǒng)的作用是根據工況變化情況對磨機給料、磨機轉速及渣漿泵轉速的設定值進行調整，DCS 或PLC 負責執(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、轉速等參數，從在線測量儀表中采集磨機負荷、礦石粒度組成等參數，..系統(tǒng)獲得這些參數后，利用本身的智能算法進行分析、判斷和計算，得出給料、轉速等調節(jié)量，發(fā)送給PLC/DCS 執(zhí)行，實現自主感知、自主決策和自動調控。CSGS 與PLC/DCS 的通信通常由OPC 來實現。

圖 3　中信重工 CSGS 系統(tǒng)框架

5　結語

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

引文格式： 

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