自20世紀(jì)50年代北美和南非工業(yè)上采用自磨工藝以來(lái)，自磨技術(shù)便得到迅速發(fā)展，目前已成為一種成熟并具有鮮明特點(diǎn)的磨礦工藝。本文論述了我國(guó)自磨技術(shù)在應(yīng)用、設(shè)備大型化、流程與設(shè)備改進(jìn)以及試驗(yàn)技術(shù)等方面的現(xiàn)狀，特別是近年來(lái)半自磨技術(shù)的新發(fā)展，并結(jié)合相關(guān)工程實(shí)例介紹大型選礦廠有關(guān)設(shè)計(jì)情況，可為我國(guó)未來(lái)建設(shè)現(xiàn)代化選礦廠提供一定的借鑒。

自磨工藝應(yīng)用的歷史進(jìn)程

    20世紀(jì)50年代，國(guó)外工業(yè)型自磨機(jī)開(kāi)始應(yīng)用于礦業(yè)領(lǐng)域，我國(guó)于50年代末期研制出第一臺(tái)干式自磨機(jī)。20世紀(jì)60年代，國(guó)外自磨技術(shù)逐漸完善，有較多的礦山，主要是鐵礦采用了自磨工藝。我國(guó)在此期間研制出濕式自磨機(jī)，并先后對(duì)干式和濕式自磨工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究工作。

    20世紀(jì)70年代是自磨技術(shù)發(fā)展較快的時(shí)期。在國(guó)外，自磨工藝除在鐵礦使用外，銅礦及其他有色金屬礦山也得到較廣泛的應(yīng)用。我國(guó)自第一個(gè)采用干式自磨工藝的密云鐵礦和第一個(gè)采用濕式自磨的歪頭山鐵礦分別于1970和1971年投產(chǎn)以來(lái)，許多新建礦山也紛紛采用了自磨工藝，如石人溝、金山店、東山、玉石洼以及吉山等鐵礦。

    20世紀(jì)80年代北美經(jīng)濟(jì)蕭條，鋼鐵工業(yè)不景氣，新建鐵礦山較少，但在國(guó)外其他地區(qū)和有色金屬礦山仍有許多礦山采用了自磨工藝。我國(guó)自20世紀(jì)70年代末以來(lái)自磨技術(shù)日趨成熟，80年代又有許多礦山采用自磨工藝，例如德興銅礦，魯中、西石門(mén)、保國(guó)（二期）鐵礦、云浮硫鐵礦等。

    自20世紀(jì)90年代以來(lái)，世界各地又有大批采用自磨工藝的礦山投產(chǎn)或建設(shè)。國(guó)內(nèi)外部分工程實(shí)例見(jiàn)表1及表2（表中只列出直徑大于10.97m自磨機(jī)應(yīng)用）。

自磨設(shè)備大型化新進(jìn)展

    自磨設(shè)備大型化是降低基建投資和生產(chǎn)費(fèi)用以及提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要途徑，也是自磨技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一。自磨工藝在工業(yè)上應(yīng)用以來(lái)，自磨機(jī)的大型化一直是選礦領(lǐng)域和設(shè)備制造部門(mén)的重要開(kāi)發(fā)研究課題，并不斷取得新進(jìn)展。

    20世紀(jì)50年代自磨工藝剛在工業(yè)上應(yīng)用不久，自磨機(jī)規(guī)格較小；60年代出現(xiàn)了Ф9.75m自磨機(jī)，并先后應(yīng)用于各大礦山；70年代中期Ф10.97m自磨機(jī)制造出來(lái)，并首先應(yīng)用于美國(guó)希賓鐵礦，這是當(dāng)時(shí)最大規(guī)格的自磨機(jī)。此規(guī)格自磨機(jī)采用常規(guī)的齒輪傳動(dòng)。由于受齒輪傳動(dòng)功率的限制，在此后一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)自磨機(jī)規(guī)格沒(méi)有新的突破。直至20世紀(jì)90年代中期，無(wú)齒輪傳動(dòng)方式廣泛應(yīng)用隨后相繼制造了Ф11.58m和Ф12.19m的自磨機(jī)。由中國(guó)設(shè)計(jì)和制造的Ф12.19×10.97m電機(jī)功率為28000kW的自磨機(jī)，即將安裝在澳大利亞Sino鐵礦，這是當(dāng)今世界上最大的自磨機(jī)。據(jù)報(bào)道，更大規(guī)格的Ф12.80～13.50m自磨機(jī)正在研制設(shè)計(jì)過(guò)程中。

自磨機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備結(jié)構(gòu)新進(jìn)展

用環(huán)形電動(dòng)機(jī)的無(wú)齒輪傳動(dòng)

無(wú)齒輪傳動(dòng)是將環(huán)形電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子固定在磨機(jī)筒體周圍，使磨機(jī)筒體成為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的一部分。環(huán)形電動(dòng)機(jī)為低速同步機(jī)，可采用變頻調(diào)速。無(wú)齒輪傳動(dòng)與常規(guī)的齒輪傳動(dòng)相比投資較高，但傳動(dòng)功率大，常規(guī)的齒輪傳動(dòng)每個(gè)小齒輪的最大傳動(dòng)功率為8500kW，采用雙機(jī)傳動(dòng)最大為17000kW，而無(wú)齒輪傳動(dòng)可達(dá)到更高的傳動(dòng)功率，這突破了常規(guī)齒輪傳動(dòng)對(duì)功率的限制，為自磨機(jī)進(jìn)一步大型化創(chuàng)造了條件；

方便于磨機(jī)調(diào)速；

運(yùn)轉(zhuǎn)率較高，維修量較小，占地面積較小。

采用無(wú)齒輪傳動(dòng)的磨機(jī)最先應(yīng)用于水泥工業(yè)，20世紀(jì)90年代開(kāi)始應(yīng)用于自磨技術(shù)。至今，世界上有50多臺(tái)自磨機(jī)采用了無(wú)齒輪傳動(dòng)，其中大部分為直徑10.97m及其以上的自磨機(jī)。圖1為美國(guó)Kennecott銅礦采用的無(wú)齒輪傳動(dòng)的Ф10.97m自磨機(jī)外貌圖。

組合柔性傳動(dòng)

    組合柔性傳動(dòng)系統(tǒng)是改進(jìn)了的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。它與常規(guī)齒輪傳動(dòng)不同之處是每個(gè)減速系統(tǒng)有2個(gè)小齒輪與磨機(jī)大齒輪嚙合（如果是雙機(jī)傳動(dòng)則有4個(gè)小齒輪與大齒輪嚙合）。小齒輪具有自調(diào)整功能，可以平衡大齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)偏差并使其具有相同的扭矩。由于實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)嚙合傳動(dòng)，就可以使大齒輪寬度減小。據(jù)稱，這種傳動(dòng)系統(tǒng)兼容了無(wú)齒輪傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)率較高、維修量較小，以及常規(guī)齒輪傳動(dòng)投資較低的優(yōu)點(diǎn)。

    采用組合柔性傳動(dòng)系統(tǒng)的自磨機(jī)由Polysius公司（即原Aerofall公司）制造，于20世紀(jì)90年代中期應(yīng)用于伊朗某鐵礦（3臺(tái)Ф9.75×4.72m半自磨機(jī)，每臺(tái)功率2×4000kW）和澳大利亞某銅礦（1臺(tái)Ф10.36×5.18m半自磨機(jī)，功率2×5500kW）。這種傳動(dòng)系統(tǒng)在大型球磨機(jī)上也有所應(yīng)用。

筒體支撐軸承

    與支撐軸承在耳軸的傳統(tǒng)磨機(jī)不同，筒體支撐軸承是將軸承支撐在磨機(jī)筒體上。磨機(jī)本體、襯板和磨機(jī)充填物的負(fù)荷直接傳遞到軸承，其受力情況不像傳統(tǒng)磨機(jī)那樣，需要從磨機(jī)筒體經(jīng)過(guò)端蓋轉(zhuǎn)移到耳軸軸承。這樣，磨機(jī)端蓋僅受較小的力，因此可用較輕的鋼結(jié)構(gòu)件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的笨重端蓋部件。

    在磨機(jī)筒體周圍設(shè)有4個(gè)滑動(dòng)墊軸承，所有軸承具有自調(diào)整功能。由各種原因引起的擺動(dòng)和偏心可通過(guò)每個(gè)軸瓦的自調(diào)整功能進(jìn)行校正。這種滑動(dòng)軸承比相同的耳軸軸承能承受更高的負(fù)荷。在每個(gè)滑動(dòng)軸承內(nèi)設(shè)有負(fù)荷傳感器，以測(cè)定磨機(jī)負(fù)荷。采用這種軸承比耳軸軸承設(shè)置傳感器更為容易。Polysius公司將這種筒體支撐結(jié)構(gòu)和組合柔性傳動(dòng)系統(tǒng)一起應(yīng)用于自磨機(jī)和球磨機(jī)。

自磨/半自磨工藝流程新進(jìn)展

    自磨工藝流程除取決于礦石的嵌布粒度因素（決定磨礦段數(shù)）外，另一重要因素是礦石在自磨過(guò)程中能否產(chǎn)生及如何處理臨界粒度（難磨顆粒）物料的積累問(wèn)題。解決臨界粒度物料積累問(wèn)題，強(qiáng)化自磨作業(yè)除采取適當(dāng)措施改善自磨機(jī)給礦粒度組成外，一般有以下幾種方法：采用半自磨（向磨機(jī)中添加部分鋼球）；從自磨機(jī)引出臨界粒度物料（格子板加開(kāi)礫石窗）作為第二段礫磨機(jī)的磨礦介質(zhì)；從自磨機(jī)引出臨界粒度物料，然后用專門(mén)的破碎機(jī)破碎后返回自磨機(jī)；對(duì)磁鐵礦石亦可在破碎前（或后）加干式磁選剔出部分廢石后再返回自磨機(jī)。

20世紀(jì)70年代以前多采用前兩種方法處理臨界粒度物料，形成了幾種自磨基本流程。70年代以后，特別是近10余年來(lái)自磨流程有了新的發(fā)展，上述第3種方法得到廣泛采用，有的廠同時(shí)采用其中的兩種方法，形成了改進(jìn)的自磨流程。自磨流程分類及主要應(yīng)用實(shí)例見(jiàn)表3。

    在金屬礦山，近年采用較多的主要有半自磨—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）。

    國(guó)內(nèi)近年新建（或在建）自磨選礦廠，大部分采用了半自磨—球磨流程，比如，銅陵冬瓜山銅礦、昆鋼大紅山鐵礦、內(nèi)蒙古烏努格土山鉬礦、太鋼袁家村鐵礦（設(shè)計(jì)）等。      

    半自磨—球磨+破碎流程（SABC）同時(shí)采用了兩種強(qiáng)化磨礦措施，即半自磨和從磨機(jī)中引出礫石進(jìn)行破碎，可有效解決難磨臨界粒度物料的積累問(wèn)題。它是目前比較流行的流程，近年來(lái)世界上許多大型金屬礦山采用這種流程，比如澳大利亞的Cadia金礦、智利的Escondida銅礦（四期）、巴西Sossego銅礦及美國(guó)Kennecott銅礦（改造）等。

    對(duì)鐵礦石而言，由于受到“磁鐵礦除鐵”技術(shù)難題的限制，這種流程暫不宜采用。此流程采用半自磨（磨機(jī)中加鋼球），磨機(jī)排出的礫石中必然混入廢鋼球，為了保證礫石破碎機(jī)正常生產(chǎn)必須除掉廢鋼球。因?yàn)榇盆F礦為強(qiáng)磁性礦物，除鐵（廢鋼球）技術(shù)問(wèn)題還沒(méi)有解決。因此，對(duì)鐵礦來(lái)說(shuō)，一般多采用半自磨—球磨流程，或采用自磨—球磨+破碎流程。比如正在設(shè)計(jì)的中信Sino鐵礦（澳大利亞）、保國(guó)鐵礦等。

    新建礦山是否采用自磨（半自磨），采用哪種流程，必須以試驗(yàn)為依據(jù)，經(jīng)多方案比較后確定。

自磨/半自磨試驗(yàn)新進(jìn)展

    常規(guī)磨礦的磨礦介質(zhì)一般為鋼棒（棒磨機(jī)）或鋼球（球磨機(jī)），其規(guī)格和添加量是可以控制的。自磨（或半自磨）不同于常規(guī)磨礦，其全部或部分介質(zhì)為被磨物料本身，它是隨著給礦粒度組成及其物理特性的變化而變化的。因此自磨不能像常規(guī)磨礦那樣，僅憑礦石可磨性試驗(yàn)（獲得礦石功指數(shù)）即可選擇計(jì)算磨礦設(shè)備，它需要進(jìn)行更充分的試驗(yàn)研究工作,其試驗(yàn)結(jié)果直接影響自磨流程的選擇和設(shè)備規(guī)格的確定。

    20世紀(jì)50—60年代，由于試驗(yàn)問(wèn)題自磨的應(yīng)用曾出現(xiàn)過(guò)某些偏差和教訓(xùn)；70年代以來(lái)人們認(rèn)識(shí)到這一問(wèn)題，對(duì)自磨試驗(yàn)工作更加重視，普遍認(rèn)為新建礦山要采用自磨（半自磨）工藝，必須進(jìn)行半工業(yè)規(guī)模的試驗(yàn)。這一認(rèn)識(shí)和做法一直延續(xù)到20世紀(jì)90年代。我國(guó)為進(jìn)行自磨試驗(yàn)曾引進(jìn)和自制半工業(yè)試驗(yàn)裝置數(shù)套，做了多個(gè)礦山自磨試驗(yàn)，為選礦廠設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

    自磨半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果雖然可靠，但工作量大，費(fèi)用高，并需要大量礦樣（從幾十噸到幾百噸）。對(duì)某些未開(kāi)發(fā)礦山要采取如此多有代表性礦樣是相當(dāng)困難甚至不可能的。為此，多年來(lái)國(guó)外許多公司和個(gè)人研究用少量礦樣的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)代替半工業(yè)試驗(yàn)。近10多年來(lái)，這方面的研究取得了顯著進(jìn)展，國(guó)內(nèi)外許多新建礦山根據(jù)實(shí)驗(yàn)室自磨試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行自磨（半自磨）工藝設(shè)計(jì)和建設(shè)。

    目前，常用的幾種實(shí)驗(yàn)室自磨試驗(yàn)如表4、表5所示，其中有的試驗(yàn)可直接得出自磨（半自磨）單位礦石功耗（kW·h/t），用來(lái)選擇計(jì)算磨機(jī)；有的需要根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和存有大量生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)資料進(jìn)行模擬，模擬出不同條件下的單位礦石功耗（kW·h/t），并依此選擇和計(jì)算自磨（半自磨）機(jī)。

工程設(shè)計(jì)實(shí)例

澳大利亞Sino鐵礦

    （1） 礦石性質(zhì)

     Sino鐵礦礦體賦存于Hamersley群Brockman含鐵構(gòu)造的Joffre段和Dales Gorge段。礦體呈層狀，產(chǎn)狀與地層一致，走向NE150～200，傾向NW，傾角約45°，礦體水平厚度約750m。礦石以原生礦為主，屬低磷含硫中低品位單一酸性原生磁鐵礦，近地表40m厚的硅質(zhì)角礫巖帶為氧化礦石。

    礦石中鐵礦物主要是磁鐵礦，其次為半假象/假象赤鐵礦、鏡鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦；脈石礦物以石英為主，其次是鈉閃石（包括青石棉）、鐵白云石、云母類礦物、滑石、長(zhǎng)石、黑硬綠泥石和綠泥石。

原礦多元素化學(xué)分析和物相分析結(jié)果分別列于表6和表7。

    （2）選礦試驗(yàn)

    長(zhǎng)沙礦冶研究院進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和擴(kuò)大連選試驗(yàn), 擴(kuò)大連選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表8。

    （3）選礦廠規(guī)模及產(chǎn)品方案

    選礦廠年處理原礦8400萬(wàn)t，生產(chǎn)TFe品位67.50%的鐵精礦2400萬(wàn)t。

    （4）工藝流程

    選礦工藝為階段磨礦階段選別流程,其中碎磨系統(tǒng)采用自磨—球磨+礫石破碎(ABC)流程。工藝流程見(jiàn)圖2 。主要工藝指標(biāo)見(jiàn)表 11。

    （5）主要工藝設(shè)備

    選礦工藝主要設(shè)備列于表12。

太鋼袁家村鐵礦

    （1）礦石性質(zhì)

    袁家村鐵礦為沉積變質(zhì)礦床。礦物組成：金屬礦物主要為磁鐵礦、赤（鏡）鐵礦及褐鐵礦，其次為菱鐵礦，另含微量黃鐵礦、黃銅礦及毒砂。脈石礦物主要為石英，鎂鐵閃石、陽(yáng)起石、鐵滑石、綠泥石及鐵黑硬綠泥石等，其次為碳酸鹽類礦物，包括白云石、方解石等。

袁家村鐵礦按照礦石成因、礦物組成和典型構(gòu)造劃分為石英型和閃石型，按工業(yè)類型可劃分為石英型原生礦、石英型氧化礦、閃石型原生礦和閃石型氧化礦。鐵礦石總儲(chǔ)量12t，其中原生礦和氧化礦幾乎各占一半，原生礦中主要為石英磁鐵貧礦、石英磁鐵次貧礦、閃石石英磁鐵貧礦、閃石石英磁鐵次貧礦，氧化礦中主要為石英假象赤鐵貧礦、石英假象赤鐵次貧礦、石英鏡（赤）鐵貧礦、石英鏡（赤）鐵次貧礦、閃石石英假象赤鐵貧礦、閃石石英假象赤鐵次貧礦、礫巖鐵礦貧礦和礫巖鐵礦次貧礦，其中閃石型氧化礦占總儲(chǔ)量的5%左右。

原礦多元素成分分析和鐵物相測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表13、14。

    （2）選礦試驗(yàn)

    長(zhǎng)沙礦冶研究院進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和擴(kuò)大連選試驗(yàn)，擴(kuò)大連選試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表15 。

磨礦試驗(yàn)由SGS加拿大湖田研究所承擔(dān)，包括JKTech落重試驗(yàn)、MacPherson自磨可磨度試驗(yàn)、邦德低能沖擊試驗(yàn)、邦德棒磨和球磨可磨度試驗(yàn)、以及邦德磨蝕試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果摘錄見(jiàn)表16。

    SGS加拿大湖田研究所根據(jù)JKTech落重試驗(yàn)結(jié)果對(duì)自磨工藝進(jìn)行了模擬，并以此進(jìn)行了自磨機(jī)的選擇。

    （3）選礦廠規(guī)模

    選礦廠年處理原礦2200萬(wàn)t。

    （4）工藝流程

    選礦工藝采用兩段連續(xù)磨礦—弱磁—強(qiáng)磁—再磨—陰離子反浮選工藝流程，見(jiàn)圖3 。磨礦采用半自磨—球磨+再磨流程，見(jiàn)圖 4。