我国自磨/半自磨技术历史进程及新进展

    自20世纪50年代北美和南非工业上采用自磨工艺以来，自磨技术便得到迅速发展，目前已成为一种成熟并具有鲜明特点的磨矿工艺。本文论述了我国自磨技术在应用、设备大型化、流程与设备改进以及试验技术等方面的现状，特别是近年来半自磨技术的新发展，并结合相关工程实例介绍大型选矿厂有关设计情况，可为我国未来建设现代化选矿厂提供一定的借鉴。

自磨工艺应用的历史进程

    20世纪50年代，国外工业型自磨机开始应用于矿业领域，我国于50年代末期研制出第一台干式自磨机。20世纪60年代，国外自磨技术逐渐完善，有较多的矿山，主要是铁矿采用了自磨工艺。我国在此期间研制出湿式自磨机，并先后对干式和湿式自磨工艺进行了试验研究工作。

    20世纪70年代是自磨技术发展较快的时期。在国外，自磨工艺除在铁矿使用外，铜矿及其他有色金属矿山也得到较广泛的应用。我国自第一个采用干式自磨工艺的密云铁矿和第一个采用湿式自磨的歪头山铁矿分别于1970和1971年投产以来，许多新建矿山也纷纷采用了自磨工艺，如石人沟、金山店、东山、玉石洼以及吉山等铁矿。

    20世纪80年代北美经济萧条，钢铁工业不景气，新建铁矿山较少，但在国外其他地区和有色金属矿山仍有许多矿山采用了自磨工艺。我国自20世纪70年代末以来自磨技术日趋成熟，80年代又有许多矿山采用自磨工艺，例如德兴铜矿，鲁中、西石门、保国（二期）铁矿、云浮硫铁矿等。

    自20世纪90年代以来，世界各地又有大批采用自磨工艺的矿山投产或建设。国内外部分工程实例见表1及表2（表中只列出直径大于10.97m自磨机应用）。

自磨设备大型化新进展

    自磨设备大型化是降低基建投资和生产费用以及提高劳动生产率的重要途径，也是自磨技术发展的重要标志之一。自磨工艺在工业上应用以来，自磨机的大型化一直是选矿领域和设备制造部门的重要开发研究课题，并不断取得新进展。

    20世纪50年代自磨工艺刚在工业上应用不久，自磨机规格较小；60年代出现了Ф9.75m自磨机，并先后应用于各大矿山；70年代中期Ф10.97m自磨机制造出来，并首先应用于美国希宾铁矿，这是当时最大规格的自磨机。此规格自磨机采用常规的齿轮传动。由于受齿轮传动功率的限制，在此后一段较长时间内自磨机规格没有新的突破。直至20世纪90年代中期，无齿轮传动方式广泛应用随后相继制造了Ф11.58m和Ф12.19m的自磨机。由中国设计和制造的Ф12.19×10.97m电机功率为28000kW的自磨机，即将安装在澳大利亚Sino铁矿，这是当今世界上最大的自磨机。据报道，更大规格的Ф12.80～13.50m自磨机正在研制设计过程中。

自磨机传动系统及设备结构新进展

用环形电动机的无齿轮传动

无齿轮传动是将环形电动机的转子固定在磨机筒体周围，使磨机筒体成为电动机转子的一部分。环形电动机为低速同步机，可采用变频调速。无齿轮传动与常规的齿轮传动相比投资较高，但传动功率大，常规的齿轮传动每个小齿轮的最大传动功率为8500kW，采用双机传动最大为17000kW，而无齿轮传动可达到更高的传动功率，这突破了常规齿轮传动对功率的限制，为自磨机进一步大型化创造了条件；

方便于磨机调速；

运转率较高，维修量较小，占地面积较小。

采用无齿轮传动的磨机最先应用于水泥工业，20世纪90年代开始应用于自磨技术。至今，世界上有50多台自磨机采用了无齿轮传动，其中大部分为直径10.97m及其以上的自磨机。图1为美国Kennecott铜矿采用的无齿轮传动的Ф10.97m自磨机外貌图。

组合柔性传动

    组合柔性传动系统是改进了的齿轮传动系统。它与常规齿轮传动不同之处是每个减速系统有2个小齿轮与磨机大齿轮啮合（如果是双机传动则有4个小齿轮与大齿轮啮合）。小齿轮具有自调整功能，可以平衡大齿轮运转偏差并使其具有相同的扭矩。由于实现了多点啮合传动，就可以使大齿轮宽度减小。据称，这种传动系统兼容了无齿轮传动运转率较高、维修量较小，以及常规齿轮传动投资较低的优点。

    采用组合柔性传动系统的自磨机由Polysius公司（即原Aerofall公司）制造，于20世纪90年代中期应用于伊朗某铁矿（3台Ф9.75×4.72m半自磨机，每台功率2×4000kW）和澳大利亚某铜矿（1台Ф10.36×5.18m半自磨机，功率2×5500kW）。这种传动系统在大型球磨机上也有所应用。

筒体支撑轴承

    与支撑轴承在耳轴的传统磨机不同，筒体支撑轴承是将轴承支撑在磨机筒体上。磨机本体、衬板和磨机充填物的负荷直接传递到轴承，其受力情况不像传统磨机那样，需要从磨机筒体经过端盖转移到耳轴轴承。这样，磨机端盖仅受较小的力，因此可用较轻的钢结构件代替传统的笨重端盖部件。

    在磨机筒体周围设有4个滑动垫轴承，所有轴承具有自调整功能。由各种原因引起的摆动和偏心可通过每个轴瓦的自调整功能进行校正。这种滑动轴承比相同的耳轴轴承能承受更高的负荷。在每个滑动轴承内设有负荷传感器，以测定磨机负荷。采用这种轴承比耳轴轴承设置传感器更为容易。Polysius公司将这种筒体支撑结构和组合柔性传动系统一起应用于自磨机和球磨机。

自磨/半自磨工艺流程新进展

    自磨工艺流程除取决于矿石的嵌布粒度因素（决定磨矿段数）外，另一重要因素是矿石在自磨过程中能否产生及如何处理临界粒度（难磨颗粒）物料的积累问题。解决临界粒度物料积累问题，强化自磨作业除采取适当措施改善自磨机给矿粒度组成外，一般有以下几种方法：采用半自磨（向磨机中添加部分钢球）；从自磨机引出临界粒度物料（格子板加开砾石窗）作为第二段砾磨机的磨矿介质；从自磨机引出临界粒度物料，然后用专门的破碎机破碎后返回自磨机；对磁铁矿石亦可在破碎前（或后）加干式磁选剔出部分废石后再返回自磨机。

20世纪70年代以前多采用前两种方法处理临界粒度物料，形成了几种自磨基本流程。70年代以后，特别是近10余年来自磨流程有了新的发展，上述第3种方法得到广泛采用，有的厂同时采用其中的两种方法，形成了改进的自磨流程。自磨流程分类及主要应用实例见表3。

    在金属矿山，近年采用较多的主要有半自磨—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）。

    国内近年新建（或在建）自磨选矿厂，大部分采用了半自磨—球磨流程，比如，铜陵冬瓜山铜矿、昆钢大红山铁矿、内蒙古乌努格土山钼矿、太钢袁家村铁矿（设计）等。      

    半自磨—球磨+破碎流程（SABC）同时采用了两种强化磨矿措施，即半自磨和从磨机中引出砾石进行破碎，可有效解决难磨临界粒度物料的积累问题。它是目前比较流行的流程，近年来世界上许多大型金属矿山采用这种流程，比如澳大利亚的Cadia金矿、智利的Escondida铜矿（四期）、巴西Sossego铜矿及美国Kennecott铜矿（改造）等。

    对铁矿石而言，由于受到“磁铁矿除铁”技术难题的限制，这种流程暂不宜采用。此流程采用半自磨（磨机中加钢球），磨机排出的砾石中必然混入废钢球，为了保证砾石破碎机正常生产必须除掉废钢球。因为磁铁矿为强磁性矿物，除铁（废钢球）技术问题还没有解决。因此，对铁矿来说，一般多采用半自磨—球磨流程，或采用自磨—球磨+破碎流程。比如正在设计的中信Sino铁矿（澳大利亚）、保国铁矿等。

    新建矿山是否采用自磨（半自磨），采用哪种流程，必须以试验为依据，经多方案比较后确定。

自磨/半自磨试验新进展

    常规磨矿的磨矿介质一般为钢棒（棒磨机）或钢球（球磨机），其规格和添加量是可以控制的。自磨（或半自磨）不同于常规磨矿，其全部或部分介质为被磨物料本身，它是随着给矿粒度组成及其物理特性的变化而变化的。因此自磨不能像常规磨矿那样，仅凭矿石可磨性试验（获得矿石功指数）即可选择计算磨矿设备，它需要进行更充分的试验研究工作,其试验结果直接影响自磨流程的选择和设备规格的确定。

    20世纪50—60年代，由于试验问题自磨的应用曾出现过某些偏差和教训；70年代以来人们认识到这一问题，对自磨试验工作更加重视，普遍认为新建矿山要采用自磨（半自磨）工艺，必须进行半工业规模的试验。这一认识和做法一直延续到20世纪90年代。我国为进行自磨试验曾引进和自制半工业试验装置数套，做了多个矿山自磨试验，为选矿厂设计提供了可靠依据。

    自磨半工业试验结果虽然可靠，但工作量大，费用高，并需要大量矿样（从几十吨到几百吨）。对某些未开发矿山要采取如此多有代表性矿样是相当困难甚至不可能的。为此，多年来国外许多公司和个人研究用少量矿样的实验室试验代替半工业试验。近10多年来，这方面的研究取得了显著进展，国内外许多新建矿山根据实验室自磨试验结果，进行自磨（半自磨）工艺设计和建设。

    目前，常用的几种实验室自磨试验如表4、表5所示，其中有的试验可直接得出自磨（半自磨）单位矿石功耗（kW·h/t），用来选择计算磨机；有的需要根据试验结果和存有大量生产实际数据的数据库资料进行模拟，模拟出不同条件下的单位矿石功耗（kW·h/t），并依此选择和计算自磨（半自磨）机。

工程设计实例

澳大利亚Sino铁矿

    （1） 矿石性质

     Sino铁矿矿体赋存于Hamersley群Brockman含铁构造的Joffre段和Dales Gorge段。矿体呈层状，产状与地层一致，走向NE150～200，倾向NW，倾角约45°，矿体水平厚度约750m。矿石以原生矿为主，属低磷含硫中低品位单一酸性原生磁铁矿，近地表40m厚的硅质角砾岩带为氧化矿石。

    矿石中铁矿物主要是磁铁矿，其次为半假象/假象赤铁矿、镜铁矿、褐铁矿和菱铁矿；脉石矿物以石英为主，其次是钠闪石（包括青石棉）、铁白云石、云母类矿物、滑石、长石、黑硬绿泥石和绿泥石。

原矿多元素化学分析和物相分析结果分别列于表6和表7。

    （2）选矿试验

    长沙矿冶研究院进行了实验室试验和扩大连选试验, 扩大连选试验结果见表8。

    （3）选矿厂规模及产品方案

    选矿厂年处理原矿8400万t，生产TFe品位67.50%的铁精矿2400万t。

    （4）工艺流程

    选矿工艺为阶段磨矿阶段选别流程,其中碎磨系统采用自磨—球磨+砾石破碎(ABC)流程。工艺流程见图2 。主要工艺指标见表 11。

    （5）主要工艺设备

    选矿工艺主要设备列于表12。

太钢袁家村铁矿

    （1）矿石性质

    袁家村铁矿为沉积变质矿床。矿物组成：金属矿物主要为磁铁矿、赤（镜）铁矿及褐铁矿，其次为菱铁矿，另含微量黄铁矿、黄铜矿及毒砂。脉石矿物主要为石英，镁铁闪石、阳起石、铁滑石、绿泥石及铁黑硬绿泥石等，其次为碳酸盐类矿物，包括白云石、方解石等。

袁家村铁矿按照矿石成因、矿物组成和典型构造划分为石英型和闪石型，按工业类型可划分为石英型原生矿、石英型氧化矿、闪石型原生矿和闪石型氧化矿。铁矿石总储量12t，其中原生矿和氧化矿几乎各占一半，原生矿中主要为石英磁铁贫矿、石英磁铁次贫矿、闪石石英磁铁贫矿、闪石石英磁铁次贫矿，氧化矿中主要为石英假象赤铁贫矿、石英假象赤铁次贫矿、石英镜（赤）铁贫矿、石英镜（赤）铁次贫矿、闪石石英假象赤铁贫矿、闪石石英假象赤铁次贫矿、砾岩铁矿贫矿和砾岩铁矿次贫矿，其中闪石型氧化矿占总储量的5%左右。

原矿多元素成分分析和铁物相测定结果见表13、14。

    （2）选矿试验

    长沙矿冶研究院进行了实验室试验和扩大连选试验，扩大连选试验结果见表15 。

磨矿试验由SGS加拿大湖田研究所承担，包括JKTech落重试验、MacPherson自磨可磨度试验、邦德低能冲击试验、邦德棒磨和球磨可磨度试验、以及邦德磨蚀试验。试验结果摘录见表16。

    SGS加拿大湖田研究所根据JKTech落重试验结果对自磨工艺进行了模拟，并以此进行了自磨机的选择。

    （3）选矿厂规模

    选矿厂年处理原矿2200万t。

    （4）工艺流程

    选矿工艺采用两段连续磨矿—弱磁—强磁—再磨—阴离子反浮选工艺流程，见图3 。磨矿采用半自磨—球磨+再磨流程，见图 4。