铜炉渣破磨系统节能改造

吴 锡

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

铜炉渣破磨系统节能改造

吴 锡

（铜陵学院，安徽 铜陵 244000）

基于铜炉渣破磨系统的生产现状，采用400×900mm破碎机和滚动主轴承的新型溢流球磨机，改造现有二段磨渣（矿）生产系统，结果磨渣产品粒度更符合要求，处理量翻一番，破磨单耗由35kwh／t下降到7.5kwh／t左右，并大幅度减少钢球、材料和备件的消耗。

铜炉渣；球磨机；节能改造

图1铜炉渣破磨生产现状流程图

铜冶炼厂在炼铜过程中会产出大量的铜炉渣，仅铜陵两座冶炼厂每年产炉渣在30万吨以上。铜炉渣不仅含有铜而且还含有金银等贵金属元素，如何把炉渣中的金属元素分离出来使之变废为宝，最常用也是最简单的方法就是像处理原铜矿石那样将炉渣破碎浮选。目前铜陵有两座矿山建有铜炉渣选厂，共同处理冶炼厂铜炉渣，它们都是与铜原硫金矿石共用的常规三段一闭路破碎浮选生产工艺；采用Φ2.7×3.6m格子（溢流）球磨机粗细二段磨渣生产系统，处理量均为15万吨／年，相继投入生产近20年。若将现有二段磨渣生产系统按四维磨矿理论[1]和专利[2][3]，把现用粗磨格子型球磨机，改造为实际充填率达60%以上的新型溢流型球磨机，并且加大钢球和加快转速，单台球磨机就能完成30万吨／年的磨渣生产任务，节能降耗经济效益显著。现介绍如下：

1.粗细（二段）磨渣生产现状

1.1 铜炉渣的性质

铜炉渣密度在4.1t／m3，硬度系数为18，炉渣中不含泥易脆裂；炉渣中，铜和金的粒度富集范围为 0.02～0.06mm。磨渣产品粒度＜0.073mm含量在85%左右，且难选微粒＜0.01mm的含量较少；浮选铜和金的经济技术指标较好。

1.2 粗细（二段）磨渣生产现状

铜炉渣一般粒度＜350mm，经与铜原矿石共用的三段破碎生产系统破碎后，粒度＜6mm占70%以上，由胶带输送至粗细（二段）磨渣生产设备Φ2.7×3.6m格子（溢流）球磨机中，其生产流程如图1所示。现用的粗磨Φ2.7×3.6m格子型球磨机，有效内半径Ra＝1.28m；临界转速26.5r／min，筒体实际转速约20r／min；滑动主轴承半径R主=0.45m，摩擦系数q滑=0.06；筒体自重质量G0=6×104kg。筒体内等量装Φ100、Φ80、Φ60mm等三种钢球，装球率在45%左右，并按0.7kg／t补加Φ100mm钢球。按23t／h给料，磨渣浓度约为75%，负荷达395kw；在球磨机排渣浆槽内加水，流入Φ1.6m双螺旋分级机沉淀分级，分级机溢流浆渣为粗磨产品，浓度约为28%，粒度＜0.073mm约占70%，粗磨球磨机的破粉碎比在71左右；粗磨单耗17kwh／t，破粉碎效果比值为4.2t／kwh，磨渣效果较差。

螺旋分级机溢流由砂泵送入细磨Φ2.7×3.6m溢流型球磨机。该机为磁性筒体衬板，等量装Φ60、Φ45、Φ30mm三种钢球，装球率30%左右，并按0.5kg／t补加Φ60mm钢球。排浆渣浓度约为28%，由砂泵送入Φ500mm旋流器分级；旋流器溢流浆渣（细渣粒）浓度约为25%，为粗细磨渣的最终产品，粒度＜0.073mm约占80%，细磨球磨机的破粉碎比只有1.3，细磨生产单耗 15kwh ／t，破粉碎效果比值不足 0.1t／kwh；细磨球磨机磨渣效果极差。

2.铜炉渣碎磨特性研究

2.1 炉渣易破碎难磨的现场考察

2.1.1 炉渣与矿石碎磨对比试验

我们在矿山选厂现场将炉渣和矿石进行冲击破碎和锉削（研磨）对比试验。用大锤砸粒度均为250mm左右的炉渣块和矿块，砸同样的次数结果得到粒度＜10mm的碎炉渣粒是矿石粒的5倍多，这说明炉渣比矿石易冲击破粉碎。用锉刀分别锉削炉渣块和矿块，结果发现锉削炉渣比矿石要困难得多。试验时锉炉渣块和矿块同样次数，得到炉渣粉比矿石粉少许多，这说明炉渣比矿石难研磨粉碎。

2.1.2 炉渣与矿石破碎现场考察

某矿用同一常规三段破碎生产流程设备，破碎炉渣和矿石。它们在破碎前粒度基本相同。经400×900mm破碎机粗碎后，炉渣粒度＜50mm占60%，矿石粒度＜80mm占60%。经三段破碎后炉渣粒度＜6mm占70%以上，矿石粒度＜10mm不足70%。破碎炉渣生产单耗3kwh／t，矿石破碎生产单耗4kwh／t。这证实炉渣比矿石易挤压冲击破粉碎。

2.2 球磨机加大钢球产生的冲击力，能有效破粉碎炉渣

如文献［1］所述，筒体旋转，一部分钢球和炉渣（浆）受筒体承托，作相对滑滚动，它们所占筒体的比率叫动态混合充填率。另一部分钢球和炉渣（浆）抛落，砸在动态充填表面上的炉渣（浆）和钢球上，产生冲击力F＝f冲MU冲＝把炉渣冲击破粉碎。

式中：f冲——冲击力系数，与球渣比和磨渣浓度等有关；

U冲——下落冲击平均速度，与球磨机规格、转速和充填率有关；

M——钢球和炉渣的单个抛落自重质量；

当所用球磨机及其工况确定，则f冲和U冲基本不变，铜炉渣比钢球的密度和体积都小。主要靠钢球抛落产生的冲击力把炉渣砸粉碎。粗磨球磨机现用Φ100mm钢球，钢球抛落产生的冲击力不能有效冲击破粉碎炉渣，加大钢球而加大冲击力有效冲击破粉碎炉渣，就可大幅度提高磨渣能力，使磨渣产品粒度更佳和处理量增加。

3.粗细 （二段）磨渣生产系统节能改造

根据铜炉渣易破碎难研磨的特点，将现有粗细二段磨渣生产系统进行改造，用 1台 400×900mm破碎机破碎炉渣，产品粒度＜50mm占60%，把粗磨 Φ2.7×3.6m 格子型球磨机，改为新型溢流型球磨机；配Φ500mm旋流器分级。改造后的生产流程如图2所示。

3.1 改造措施及相关数据

3.1.1 将粗磨Φ2.7×3.6m格子型球磨机改为滚动主轴承的新型溢流球磨机

在二段磨渣系统中的粗磨Φ2.7×3.6m格子型球磨机中，用239／900型圆柱滚子调心轴承替代巴氏合金滑动主轴承。摩擦阻力系数由q滑＝0.06减少为q滚＝0.004，回转半径由R滑＝0.45m加大为R滚＝0.51m；这样就可节电10%左右。

按文献［2］所述，制作全推送给料器，替代Φ2.7×3.6m格子型球磨机的进料口，去掉鼓形（联合）给料器。按文献［3］所述，以动态充填率η0＝45%，设计制作螺旋溢流分级出料器，替代球磨机的出料口；去掉出料端大小格子板和中心衬板；出料提升斗帮高割留60mm左右。使之改为实际混合充填率在60%左右的滚动主轴承新型Φ2.7×3.6m溢流球磨机，筒体自重质量减少为G0＝5.6×104kg。并确保进料端不吐料，出料端不跑粗。

3.1.2 球磨机的转速加快到n＝26r／min

图2铜炉渣破磨生产系统改造流程图

按文献［5］提高球磨机转速能有效提高处理量,把现用传动小齿轮齿数由23齿换成25齿；把现用400kw、转速500r／min电机换成400kw、转速600r／min的电机。则球磨机转速由 n1=20r ／min 加快到 20×（600÷500）×（25÷23）＝26.1r／min。

3.1.3 钢球由d1＝100mm加大到d2＝180mm

按文献［4］所述，钢球加大处理量增加系数K球的计算公式：K球＝0.5K渣（d2/d1）3+0.5。公式中K渣为铜炉渣自磨的影响系数，取 K渣＝0.8。代入得 K球＝0.5×0.8（180÷150）3+0.5≈2.8

3.1.4 单独破碎炉渣系统

由上所述，炉渣易破碎，只在矿石和炉渣共用的破碎系统旁，安装1台新型400×900mm破碎机，就可单独完成30万t／a以上的破碎炉渣的生产任务。粒度＜150mm占100%，＜50mm占60%左右。

3.1.5 配用Φ500mm旋流器分级，停用螺旋分级机、细磨溢流型球磨机及配套的Φ300mm旋流器

3.2 新型Φ2.7×3.6m溢流球磨机处理量和能耗

3.2.1 冲击破碎和磨粉碎能力消耗系数及相关数据选取

以原粗磨Φ2.7×3.6m格子型球磨机生产实际（装球率45%，负荷390kw，粗磨产品粒度＜0.073mm占70%，处理量23t／h）为基准，按文献［6］推算破粉碎能力消耗系数Bth和磨粉碎能力消耗系数Cth。

按文献［4］所述，处理量与产品平均粒度成反比。按上所述粗磨球磨机强化分级的产品粒度由现工况下的平均粒度0.04mm减小为平均粒度0.03mm。其处理量由23t／h减少为23×（0.03÷0.04）＝17t／h。

以内半径 Ra＝1.28m、转速n＝20r／min、动态充填率 η0＝40%、动态安息角 β＝25°、相对滑滚动系数 q2＝0.15、混合密度r＝5.2t／m3和处理量 A＝17t／h，按文献［6］所述计算得 Bth=7.2m2hs-3和 Cth=12.3mhs-2。

3.2.2 计算处理量

使用上述新型溢流球磨机相关数据，即Ra＝1.28m、n＝26r／min、η0＝45%、β＝25°、r＝5t／m3（装填率40%和实际混合充填率 60%推算）、Bth＝7.2m2hs-3和 Cth＝12.3mhs-2和 K球＝2.8，按文献［6］计算得新型溢流球磨机的处理量A＝58t／h。

3.2.3 计算负荷和破粉碎效果比值

把新型溢流球磨机出料器端筛板筛孔中排出浓度在28%左右的渣浆，由安装在其下的流量为200m3／h和扬程为25m的渣浆泵，送入安装在新型溢流球磨机给料平台上的Φ500mm旋流器分级。旋流器沉渣浆（粗粒）流入球磨机再破磨粉碎，旋流器溢流（细粒）渣浆为磨渣产品。其粒度＜0.073mm占85%以上，＜0.05mm占60%以上，破粉碎比在1000以上。

将以上计算处理量获得的有关数据，代入文献［7］所给的球磨机负荷计算公式得：

主轴承摩擦阻力矩负荷N1＝6 kw，偏心力矩负荷N2＝225kw。

冲击合力矩负荷N3＝68kw，计算负荷N＝299kw。

渣浆泵效率按60%、扬程25m、流量0.056m3／s（即200m3／h） 计算负荷为 23kw，磨渣单耗（299+23）÷58＝5.6kwh／t。则破粉碎效果比值由现用粗磨球磨机4.2t／kwh增加到 1000÷5.6＝179t／kwh。

3.3 粗细（二段）磨渣生产系统实施改造的经济效益和社会效益

由上所述，若把“三碎二磨”改为“一碎一磨”处理铜炉渣，磨渣产品粒度＜0.073mm含量由目前80%左右增加到占85%以上，处理量由目前23t／h增加到58t／h；磨渣单耗由32kwh／t下降到5.6kwh／t，破碎炉渣单耗由3kwh／t下降到1kwh／t。为留有充分余地，按50t／h处理量操作，磨渣单耗为（299+23）÷50＝6.5kwh ／t，则破磨炉渣单耗由 35kwh ／t下降到7.5kwh／t；一座选厂就可处理铜炉渣30万吨／年；全年就可节电约825万千瓦时。

钢球单耗与钢球大小成反比，钢球加大到Φ180mm，钢球单耗由 1.2kg ／t下降到 0.7×（100÷180）+0.5×（60÷180）＝0.56kg ／t；全年可节省钢球（1.2－0.56）×10-3×30×104＝192t。

减少中、细二段破碎机、螺旋分级机和细磨球磨机等设备维修，全年可节省费用约100万元左右。

综上所述，对现有粗细（二段）磨渣生产系统改造后一座选厂单独就能完成破磨铜炉渣30万吨／年的生产任务，成倍减少了噪音和粉尘的排放。不仅可获得节能降耗的巨大经济效益，而且可获得保护环境的社会效益。

［1］唐新民.提高磨机处理能力与能源利用率的研究[J].矿山机械，2003，（1）.

［2］唐新民.磨机全推送给送料器[P].中国专利：200820008836·6，2009-01-21.

［3］唐新民.湿式磨机螺旋溢流分级出料器[P].中国专利：2009201721 05·X，2010-02-03.

［4］沈金水.进口Φ8.35×3.96m半自磨机节能改造[J].矿山机械，2009,（21）.

［5］吴照银.球磨机超临界转速工况的研究[J].铜陵学院学报，2003，（4）.

［6］唐新民.天马山矿格子型球磨机节能改造[J].矿业装备，2009,（3）.

［7］唐新民.破粉碎生产流程设备现状与节能途径[J].中国非金属矿工业导刊，2009,（3）.

Energy Saving of Crushing and Milling System of Copper Slag

Wu Xi
（Tongling University，Tongling Anhui 244000，China）

This article presents the current production status of crushing and milling system of copper slag.The two section production system is transformed by employing the feeder,discharge device and new type crusher with 400×900mm diameter,it is proved that granularity of slag is more suitable for the requirements,and handling capacity goes doubled.As a result,the unit consumption of crushing and milling is down to 7.5kwh／t and the consumption of steel ball,materials and spare parts is dramatically reduced.

copper slag;ball mill;energy saving

TF811

A

1672-0547（2011）05-0098-03

2011－09-06

吴 锡（1982－），男，安徽安庆人，铜陵学院助教，硕士。