碎磨装备是选矿工艺准备作业的关键，能耗约占选矿厂的65％~ 70％，其中约90％为磨矿部分能耗。磨矿装备投资..高，占选矿厂全部投资的60％以上。磨矿装备主要有(半) 自磨机、球磨机、高压辊磨机和立式搅拌磨机等。近20 年来，发展..快的磨矿工艺是半自磨-球磨工艺，而高压辊磨机成为近几年来碎磨流程需要考虑的重要装备。目前，磨矿行业正朝着磨矿工艺流程多样化、设备规格大型化、工艺设备系统化和设备操作智能化方向发展。

1　工艺流程多样化  

1.1　碎磨工艺流程选择基本原则

　　碎磨工艺流程的选择与诸多因素相关，归纳起来主要有以下几个方面：

　　(1) 采矿的方式和方法；

　　(2) 矿山规模；

　　(3) 矿体的赋存状态；

　　(4) 有用矿物的嵌布粒度和构造形态；

　　(5) 目的矿物的矿石性质和产品粒度；

　　(6) 投资及运营成本。

　　碎磨工艺流程的基本结构主要有常规破碎磨矿流程、半自磨(自磨) 流程和高压辊磨流程3 种。20 世纪80 年代，根据多碎少磨的原则，“三段破碎 + 球磨机”的碎磨流程得到广泛普及，进入20 世纪90 年代，随着矿山规模越来越大、半自磨 (自磨) 技术的成熟及矿山企业注重综合效益，“粗碎 + 半自磨 (自磨) + 球磨机”的碎磨流程得到推广，并在生产中创造了较高的经济效益。碎磨流程中，高压辊磨机常取代第3 段细碎破碎机，或置于第 3 段破碎机之后进行第4 段超细碎，用以处理低、中磨蚀性的硬而碎的矿石，以实现节能降耗。半自磨 (自磨) 流程和高压辊磨流程主要用来代替常规破碎流程中的中细碎作业。国内外应用..广泛的碎磨工艺流程如表1 所列。

表 1　应用..广泛的碎磨工艺流程

1.2　国内碎磨流程主要应用情况

　　国内碎磨流程主要应用情况如表2 所列。

表 2　国内碎磨流程主要应用情况

2　设备规格大型化

2.1　原因

2.1.1　处理能力的要求　  

　　随着能源开采费用的增长和矿山品位的下降，降低建设投资和生产费用是..各矿山面临的一个重要问题。为了..大限度地降低选矿生产成本，提高竞争力，规模和效益是各个矿业公司的重要选择。因此，选矿厂的规模越来越大，要求设备处理能力也越来越大。近几年国内..选矿厂的建设规模如表 2 所列，年处理千万吨矿石的选矿厂已经很常见，如此大规模的处理量必然要求大型化的破碎与磨矿设备。

2.1.2　投资和运行成本的要求  

　　大型化可以节省初期投资，给用户带来直接利益。矿产资源开发商为了取得规模效益，必然要求设备大型化。以φ7.32 m×9.60 m 球磨机为例，装机功率达10 000 kW，相当于8 台φ3.6 m×6.0 m 球磨机的功率，然而其建筑面积仅为后者的40%，大大减少了厂房建筑面积，降低了厂房建筑投资。其次，随磨机配套的自动化设施投资也可节省50%，且由于磨机数量的减少，较容易实现自动化。据国外资料显示，φ6.7 m 以上的大型球磨机与小规格磨机相比，单位处理能力电耗可降低22.7%，球耗降低14%，耐磨材料单耗降低33%。因此，磨矿设备的大型化是选矿厂节能降耗的要求。

　　设备的大型化还可以优化工艺流程，推动整个选厂设备的技术进步。如采用大型半自磨系统，可避免采用多段多系列破碎系统，简化设备流程，降低劳动力成本和运行成本。

　　在磨矿设备大型化进程中，以中信重工为代表的国内碎磨设备供应商实现了跨越式发展，并且在很多领域已经达到了....水平。

2.2　筒式磨机

2.2.1　半自磨机/自磨机

　　国内外大型半自磨机/自磨机主要供应商有4 家，分别为中信重工、FL-Smidth、Metso 和Outotec，所生产的大型半自磨机/自磨机的参数如表3 所列。近年来中信重工生产的部分半自磨机应用情况如表4 所列。

表 3　大型半自磨机/自磨机参数

表 4　中信重工近几年生产的部分半自磨机应用情况

2.2.2　球磨机

　　国内外大型球磨机主要供应商有4 家，分别为中信重工、FL-Smidth、Metso 和Outotec，所生产的大型球磨机的参数如表5 所列。近年来中信重工生产的部分球磨机应用情况如表6 所列。

表 5　主要球磨机供应商大规格参数对比

表 6　中信重工近几年部分球磨机应用情况

2.3　立式搅拌磨机

　　国内外大型立式搅拌磨机主要供应商有Metso、EIRICH、中信重工、北方重工和长沙矿冶研究院等，所生产的大型立式搅拌磨机如表7 所列。近年来中信重工生产的部分大型立式搅拌磨机应用情况如表8 所列。

表 7　主要立式搅拌磨供应商大规格参数对比

表 8　中信重工近几年部分大型立式搅拌磨应用情况

　　长沙矿冶研究院在细磨和超细磨领域进行了多年研究，所开发的立式搅拌磨机已在铁矿、铜矿、钼矿、镍矿、铜钼矿、铜锌矿、铜锡矿、铅锌矿、化工矿山和非金属矿等应用600 多台。如中国黄金乌山1 期和2 期、甲玛1 期和2 期、德兴铜矿、云南铜业、紫金矿业阿舍勒铜矿、西部矿业、凡口铅锌矿、马钢南山矿等，产品规格多为中小型(功率小于500 kW)，大规格立式搅拌磨机尚未见应用报道，尽管如此，依然为金属矿山的节能降耗和资源..回收作出了不小的贡献。

3　工艺设备系统化

　　由于矿石碎磨性质，试验硬件、软件专业性强，门槛高，且设备规格在短短几年内越来越大，远远大于以往的尺寸。设备大型化之后带来的并不是简单的比例放大，所以碎磨流程设计及设备选型对于设计院与用户来说已经不能用传统的知识和经验进行类比推断。所以，碎磨设备市场需求在短时间内迅速从单一设备向碎磨系统解决方案转变。早在碎磨设备大型化之前，中信重工已经在矿石性质试验、设备选型计算和工业现场工艺运行参数等方面做了大量的基础工作，有了多年的技术积淀，已经建立了完整的工艺设备系统化解决方案，如图1 所示。

图 1　碎磨系统解决方案

　　通过试验确定矿样的可碎性和可磨性，应用SMCC、中信重工和JK 三大计算模型对碎磨回路进行计算，综合三大模型之长，确定出碎磨设备规格及相关技术参数，为用户提供..佳碎磨工艺方案。

3.1　矿石性质试验技术

　　矿石性质试验技术主要包括自磨/半自磨落重试验技术，高压辊磨试验技术，Bond 系列功指数试验技术，立式搅拌磨试验技术及干、湿法磨矿分级试验系统。矿山重型装备..重点实验室可对矿石性质进行试验，并拥有一个大型数据库，用于设备选型，如表9 所列。

表 9　矿山重型装备..重点实验室矿石性质数据库

3.2　碎磨流程设计及设备选型技术

3.2.1JKSimMet 技术

　　JKSimMet 是澳大利亚昆士兰大学所属研究机构 JKMRC 推出的碎磨流程模拟软件。如图2 所示，JKSimMet 通过流程模拟，可以研究选矿工艺流程中各个作业单元之间的相互联系，分析各种参数对流程整体性能的影响。JKSimMet 软件主要有三大工程功能：数质量平衡、工艺流程设计与设备选型、生产流程的优化与改造。全..超过500 家用户使用该软件。

图 2　JKSimMet 碎磨流程仿真计算

3.2.2CITIC SMCC 技术

　　SMCC技术由澳大利亚Stephen Morrell 博士研发，并于2000 年成立了SMCC 技术公司。SMCC 在..上承担了200 多个项目的碎磨流程设计和设备选型工作，积累了良好的声誉，成为矿石粉磨领域的..者之一。2012 年12 月，中信重工全资收购SMCC 公司，..拥有SMCC 全部知识产权和计算软件，公司更名为CITIC SMCC。CITIC SMCC 主要有如下核心计算模型：

(1) 原矿粒度分布预测模型；

(2) 半自磨机给料粒度分布预测模型；

(3) 碎磨流程及设备比能耗预测模型；

(4) 转筒磨机轴功率预测模型；

(5) 自磨机/半自磨机顽石产生量预测模型；

(6) 自磨机/半自磨机矿浆流量预测模型；

(7) 溢流型球磨机矿浆流速预测模型；

(8) 自磨机/半自磨机工业化模型。

3.2.3 CITIC 技术

　　中信重工拥有国内外矿山物料性质数据、碎磨流程工艺参数、碎磨流程设备结构及运行参数等全方位数据超过2 000 组，破碎、磨矿设备型谱超过1 000 台。综合SMCC 及JKSimMet 两家计算模型的特长及多年来在破碎、磨矿领域里的实践经验积淀，有自己独特的核心技术。

　　JKSimMet技术、CITIC SMCC 技术和CITIC 技术共同组成了中信重工碎磨工艺及设备系统化平台，该平台拥有六大功能：

(1) 试验方案制定和试验数据分析；

(2) 粉磨技术与设备选型；

(3) 新项目碎磨流程设计；

(4) 矿山碎磨流程模拟；

(5) 矿山碎磨流程评估；

(6) 矿山碎磨流程工艺优化。

　　近年来，中信重工依据试验数据，进行了400 余项国内外项目的设备选型和技术方案制定，合同总额超过百亿。表10 所列为中信重工试验+ 选型+ 设备系统化碎磨解决方案部分业绩。

4　设备操作智能化

　　破碎、磨矿作业是选矿厂重要的生产环节，直接影响后续工艺的效率及..终产品的质量和产量，其控制目标是将矿浆溢流粒度稳定在工艺要求范围内，同时提高磨机效率，达到节能降耗的目的。但是在破碎、磨矿生产中，随机干扰因素多，过程长，滞后大，需要控制的参数多且相关性强，同时物料性质变化剧烈，生产过程不稳定，波动大。随着碎磨设备规格越来越大，运行稳定性要求越来越高，而国内绝大多数碎磨生产过程还依赖人工操作，调节手段单一，调节滞后，生产效率低。碎磨装备智能化成为行业发展亟待解决的问题。

　　目前，国内外碎磨设备供应商均有碎磨工艺流程智能化解决方案，如Metso Cisa 公司的OCS(Optimizing Control Software)系统、芬兰Outotec公司的ACT (Advance Control Tools) 系统、中信重工的CSGS (CITIC Smart Grinding System) 系统等。这些智能化解决方案基本结构及基本算法都较为类似，从功能上分为两大类：一类是关键参数在线测量，能实现破碎矿石粒度、磨机负荷和溢流粒度等工艺参数在线测量；另一类是基于人工智能算法的模糊控制器，都是利用..系统、模糊糊推理算法等人工智能算法开发了专用的破碎、磨矿过程及选矿处理的..控制软件。在智能控制系统架构实现上，都位于DCS 或PLC 的上一级，即智能控制系统的作用是根据工况变化情况对磨机给料、磨机转速及渣浆泵转速的设定值进行调整，DCS 或PLC 负责执行。图3 所示为中信重工CSGS 系统的基本框架。CSGS 系统从PLC/DCS 中采集功率、油压、转速等参数，从在线测量仪表中采集磨机负荷、矿石粒度组成等参数，..系统获得这些参数后，利用本身的智能算法进行分析、判断和计算，得出给料、转速等调节量，发送给PLC/DCS 执行，实现自主感知、自主决策和自动调控。CSGS 与PLC/DCS 的通信通常由OPC 来实现。

图 3　中信重工 CSGS 系统框架

5　结语

　　磨矿行业随着技术的进步，带来工艺流程多样化。选矿厂规模越来越大，要求设备处理能力越来越大，且设备大型化可以降低投资和运行成本。碎磨设备市场需求从单一设备向碎磨系统解决方案转变，磨矿设备也向着智能化方向发展。工艺试验及设备开发系统化愈加紧密，多学科、多领域交叉发展不断深化，机电一体化、控制技术、数字化、智能化水平不断提高，一批..节能的新设备，如高压辊磨机、立式搅拌磨机和艾萨磨机等受到广泛应用。磨矿设备正朝向大型化、智能化、..化和绿色节能化方向发展。

引文格式： 

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