礦石泥化的破磨工藝

礦石泥化的破磨工藝

黑金屬、有色金屬和鑄鐵通常含有泥漿。泥漿主要來源于礦渣礦中的粘土礦，或與粘土結(jié)合形成的薄粒度礦。一些亞粘土礦風(fēng)化或變質(zhì)產(chǎn)物在采礦過程中被粉碎，并在地下礦山中掉落。礦石中含泥會影響破碎、選礦流程的暢通以及選別指標(biāo)。國內(nèi)外對碎磨流程進行了大量的研究工作,破碎-棒磨-球磨流程、破碎-球磨-球磨流程、破碎-棒磨-礫磨流程、破碎-單段球磨流程、單段自磨流程、自磨-球磨流程、自磨-球磨-破碎流程、自磨-礫磨流程、單段半自磨流程、半自磨-球磨流程、半自磨-球磨-破碎流程等都應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。許多礦山在建設(shè)初期就充分考慮了礦石泥化對工藝流程的影響,也有不少礦山由于開采條件等方面的變化,在生產(chǎn)過程中礦石出現(xiàn)泥化或泥化嚴(yán)重,不得不考慮改造破磨系統(tǒng)。目前國內(nèi)外選礦廠在解決礦石泥化問題時,通常考慮采用(半)自磨工藝或洗礦工藝,也有一些礦山對破碎設(shè)備進行升級改造,來解決礦石泥化問題。1重視自磨工藝的研制和改造泥質(zhì)易堵塞破碎和篩分,使用常規(guī)破磨工藝存在困難,常使流程不暢,采用自磨或半自磨工藝最有效。自磨、半自磨技術(shù)目前已成為選礦碎磨工藝的發(fā)展趨勢,是當(dāng)今西方礦業(yè)大國大型選礦廠新建和改造所普遍采用的碎磨流程。上世紀(jì)80年代以來,國外在許多新建選礦廠項目中,不管最終是否采用自磨、半自磨工藝,在設(shè)計中都將其作為一個重要方案來考慮,一些原來采用傳統(tǒng)碎磨工藝的選廠,也在技術(shù)改造中擴建或改造為自磨、半自磨。自磨就是使用礦石研磨或加球助磨(半自磨)的方法處理礦石。自磨技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備是自磨機,自磨機是一種一機兼有破碎和粉磨兩種性能的磨礦設(shè)備,其工作原理是利用欲處理的物料(如礦石)本身作為介質(zhì),在適宜轉(zhuǎn)速的筒體內(nèi),物料受離心力、摩擦力作用被帶到一定的高度后,在重力作用下,物料呈瀉落或拋落狀態(tài)運動,彼此之間產(chǎn)生沖擊和磨削作用,物料按解理破碎,達到粉碎的目的。半自磨磨機機理與全自磨工作原理基本相同。而半自磨添加部分鋼球的目的,一是補充礦石中磨礦介質(zhì)的不足;二是磨碎臨界粒子(頑石)部分;三是適應(yīng)性強,不論礦石粒度、硬度、濕度等如何,可以順利地磨碎任何物料,生產(chǎn)出合格粒度的磨礦產(chǎn)品;四是提高自磨機的處理能力;五是穩(wěn)定生產(chǎn)操作,減少波動,不易產(chǎn)生漲肚現(xiàn)象。在幾十年的實踐中,人們在自磨工藝方面積累了豐富的經(jīng)驗。目前自磨流程有以下幾種:單段自磨流程、自磨-球磨流程、自磨-球磨-破碎流程、自磨-礫磨流程、單段半自磨流程、半自磨-球磨流程、半自磨-球磨-破碎流程等。1.2自磨和半自磨自1932年制造出世界上第一臺自磨機至今,礦石自磨技術(shù)經(jīng)不斷地試驗和應(yīng)用,現(xiàn)在已經(jīng)取得了很大的發(fā)展。特別是近20年來,半自磨-球磨工藝成為發(fā)展最快的碎磨工藝。隨著加工制造能力和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展,自磨機朝著超大型化和高度自動化方向發(fā)展。根據(jù)統(tǒng)計資料,僅METSO公司在世界各地的自磨和半自磨設(shè)備裝機功率總計就已經(jīng)超過110萬HP。目前世界上正在運行的處理不同礦石的選礦廠中,共有裝機容量1.5萬HP以上的(半)自磨機24臺,全部是1987年以后投產(chǎn)的,其中裝機容量2萬HP以上的10臺,全部是1996年以后投產(chǎn)的。目前世界上最大規(guī)格的半自磨機是METSO公司生產(chǎn)的12.2m×7.31m,裝機功率為21000kW,安裝在智利的Collahuasi銅礦,系統(tǒng)處理能力達到65000t/d,于2005年一季度投入運行。我國從1956年開始對干式自磨機進行研究,1965年開展了濕式自磨的試驗。至今已在鐵礦、銅礦、黃金礦山、鈾礦和磨料廠得到應(yīng)用,自磨機的規(guī)格也發(fā)展到7.5m。但與國外自磨技術(shù)發(fā)展進程一樣,我們也有過痛苦的教訓(xùn),由于試驗的不充分和設(shè)計的不合理,導(dǎo)致了作業(yè)率低和電耗高的缺陷。20世紀(jì)80年代中期,常規(guī)破磨流程和自磨工藝流程進行了長時間的爭論。自磨技術(shù)在國內(nèi)幾乎處于停滯狀態(tài)。近年來,自磨技術(shù)在國內(nèi)已有所復(fù)蘇,在含泥含水礦石使常規(guī)碎磨流程不能暢通、生產(chǎn)無法正常的礦山又啟用了自磨工藝。但整個技術(shù)水平與國外相比,差距太大。截止目前,我國運行的最大規(guī)格自磨機是安裝在安徽銅陵銅都銅業(yè)公司的METSO8.53m×3.96m半自磨機,該機2004年10月投入運行。1.3(半)自磨工藝特點自磨是所磨礦石作為磨礦介質(zhì)在磨礦機中進行研磨,半自磨則是在自磨基礎(chǔ)上,在磨礦機中添加少量(6%~14%)的鋼球以彌補礦石作為介質(zhì)的不足。礦山開采出的礦石經(jīng)過一段破碎機破碎到小于250~300mm后,直接給入(半)自磨機-球磨機磨礦回路。因此,當(dāng)?shù)V石對兩種流程都適應(yīng)時,和常規(guī)破碎-磨礦流程相比,(半)自磨工藝具有以下特點:(1)流程簡單,易于操作。半自磨流程省去了常規(guī)的二、三段破碎及篩分作業(yè),解決了常規(guī)流程處理濕而黏的礦石易導(dǎo)致流程不暢的難題,省去了破碎產(chǎn)生的粉塵回收及處理,同時也為整個流程的控制自動化創(chuàng)造了條件。一個半自磨-球磨系列的生產(chǎn)能力可達到6.5萬t/d,而常規(guī)磨礦單系列的生產(chǎn)能力不超過1.5萬t/d。(2)投資和運營費用低。(半)自磨具有沖擊破碎和研磨兼有的磨礦特點,使其設(shè)備不斷大型化,為大型選礦廠的投資和運營費用降低提供了更大的空間。與常規(guī)的碎磨流程相比,在同比價格下,(半)自磨流程由于省去了中細碎廠房、篩分廠房和多條帶式輸送機及其相應(yīng)的收塵設(shè)備、設(shè)施等,在基建投資、占地面積方面具有優(yōu)越性。在運營費用方面,和常規(guī)的碎磨流程相比,(半)自磨流程的單位能耗高,但其金屬消耗較低。美國的Pima選礦廠采用常規(guī)碎磨流程和半自磨流程處理同樣的礦石,從1974到1977年進行了4年的比較。結(jié)果表明,半自磨流程和常規(guī)流程相比,電力消耗高15.5%,但襯板消耗低6.7%,球的消耗低14.5%,平均鋼耗低13.5%,總的生產(chǎn)費用低。冬瓜山銅礦選礦廠碎磨流程主要設(shè)備比較見表1,綜合指標(biāo)比較見表2。(3)改善了礦漿的電化學(xué)性質(zhì),有利于礦物的選別。與常規(guī)碎磨流程相比,采用礦石自身作為磨礦介質(zhì),在處理復(fù)雜的硫化礦時,銅、鎳、鈷、金、鉬、鉛、鋅等礦物的浮選回收率都相應(yīng)的提高,可能是采用鋼球作為介質(zhì)磨礦時,剝蝕下來的Fe2+易在礦漿中形成Fe(OH)2,Fe(OH)2吸附到礦物表面,使礦物表面的電化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而受到抑制,影響可浮性。而采用半自磨工藝,特別是對多金屬礦石,可以減少磨礦介質(zhì)給礦物浮選帶來的不利影響。(4)要求的自動控制水平高。自磨機磨礦效率受所磨礦石性質(zhì)的影響很大,由于礦石性質(zhì)因礦體、礦段、成因不同而差異很大,同時給入礦石的粒度、含泥量等的變化,都會導(dǎo)致磨機的處理能力波動,因此,要求給礦量和磨礦能力均能進行調(diào)節(jié),以適應(yīng)礦石性質(zhì)(硬度、粒度)的變化。生產(chǎn)實踐中為了更好地穩(wěn)定(半)自磨機的工作狀態(tài),除(半)自磨機的給礦量可以靈活調(diào)節(jié)外,大多數(shù)的(半)自磨機采用了變速驅(qū)動裝置,可以根據(jù)給入礦石的硬度和粒度調(diào)節(jié)磨機轉(zhuǎn)速,保持磨礦產(chǎn)品的性質(zhì)穩(wěn)定。例如奇諾選礦廠,兩年的生產(chǎn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,由于礦石硬度的影響,其半自磨機給礦量變化范圍為275~1175t/h。因此自磨機生產(chǎn)的穩(wěn)定性遠非人工所能控制。(5)不是所有的礦石都適合自磨。礦石性質(zhì)及其變化對自磨效率影響最大,不是所有的礦石都適合自磨工藝,某些礦石會對自磨造成困擾,使自磨效率不高。根據(jù)自磨功指數(shù),大體上可把礦石分為:軟礦——自磨功指數(shù)小于7或8,處理時需添加鋼球或硬礦石。自磨的——自磨功指數(shù)介于8~12,不用加球,自磨效率總是很高的。中等的——自磨功指數(shù)介于12~18,為了高效研磨可添加少量鋼球。硬礦——自磨功指數(shù)大于18,需添加鋼球或排出礫石作第二段磨礦或經(jīng)破碎后返回(半)自磨機中。除了礦石的性質(zhì)是否適合自磨外,礦床礦石性質(zhì)的變化對自磨的影響也非常大。因此,自磨技術(shù)的應(yīng)用,一般都要進行小型試驗和半工業(yè)性試驗,甚至要進行工業(yè)試驗。2破碎洗礦設(shè)施在處理含泥較多的氧化礦或其它含泥含水較多的礦石時,容易堵塞破碎篩分設(shè)備、礦倉、溜槽、漏斗,使破碎機生產(chǎn)能力顯著下降,甚至影響正常生產(chǎn),此時破碎流程就要考慮設(shè)置洗礦設(shè)施。一般認為原礦含水量大于5%、含泥大于5%~8%,就應(yīng)該考慮洗礦,并以開路破碎為宜。2.1提升產(chǎn)品質(zhì)量除去礦石中黏土質(zhì)物料的過程叫洗礦。設(shè)置洗礦作業(yè)的目的是:(1)防止堵塞:當(dāng)處理含泥含水較多的礦石時,容易堵塞礦倉、溜槽、漏斗以及破碎篩分等設(shè)備,使破碎篩分設(shè)備處理量下降。堵塞嚴(yán)重時,生產(chǎn)無法正常進行,此時往往考慮洗礦。(2)獲取精礦:有些礦石,通過洗礦可以使有用礦物富集而獲得合格精礦,例如有些沉積錳礦、磷灰石礦和氧化鐵礦等。(3)提高產(chǎn)品質(zhì)量:冶煉用石灰石通過洗礦可以清除礦泥、提高質(zhì)量,以滿足冶煉要求。按碎散含泥物料的方法,洗礦設(shè)備可分為兩類,其一是借高壓水流的動力作用來碎散含泥物料,如洗礦溜槽、水力洗礦床和各式平面篩等;或者是在低壓水流中,借礦塊彼此間和礦塊與機械表面的摩擦來碎散含泥物料的,如圓筒洗礦機、擦洗機等。其二是完全靠設(shè)備的機械作用來完成的,如槽式洗礦機、機械分級機和打擊式洗礦機。洗礦設(shè)備的選型及處理量,主要取決于礦石的可洗性。礦石的可洗性可按黏土塑性指數(shù)、洗礦時間、比能耗及洗礦效率等指標(biāo)來評定。礦石可洗性與選用洗礦設(shè)備關(guān)系見表3。2.2礦泥含泥企業(yè)國內(nèi)外洗礦工藝和設(shè)備基本相同。除了常用的洗礦溜槽、水力洗礦床、平面篩、圓筒洗礦機和槽式洗礦機外,在前蘇聯(lián)的某些鐵、錳礦石的洗礦中,還采用了打擊式洗礦機和塔式洗礦機兩種洗礦設(shè)備,其特點是工作很平穩(wěn),礦石能得到充分的洗滌,而磨剝又很小。日本有一種類似于浮選機的摩擦洗礦機,主要用于處理已經(jīng)碎散了的硅酸鹽物料,以清除含泥雜質(zhì)對硅酸鹽選別的影響。在我國長江流域中下游一帶的有色金屬礦山一般都有洗礦設(shè)施。這是由于原礦石中都不同程度地含有黏土類礦物和造泥礦物,且又地處溫濕多雨地區(qū),致使進入選礦廠的原礦含泥含水,甚至黏結(jié)成團。極易造成碎礦系統(tǒng)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)(漏斗、排礦口、篩孔等)的堵塞,使生產(chǎn)流程不能暢通,影響正常作業(yè)。許多選礦廠都是在投產(chǎn)后被迫增建了洗礦設(shè)施的。對于氧化、混合礦石,除了礦石中含泥含水更多外,尚有一定數(shù)量的可溶性金屬離子有待回收。礦泥和可溶性金屬離子不僅影響到碎磨流程的暢通、金屬部件的腐蝕,而且還干擾選別作業(yè),降低產(chǎn)品質(zhì)量。目前我國普遍采用的洗礦流程是:振動篩或洗礦篩-螺旋分級機-濃縮機。入洗的物料大多為粗碎后產(chǎn)品或粗碎前條格篩的篩下產(chǎn)品。入洗礦石的粒度為小于200mm,采用連續(xù)設(shè)置或重疊配置的兩段振動篩或洗礦篩。第一段為重型振動篩,篩孔為50(75)mm;第二段為普通結(jié)構(gòu)的平面振動篩,篩孔為15(20)mm。在給料漏斗中和篩面上噴加高壓水(水壓為0.6~1kPa)。兩段振動篩的篩上物料匯集一起進行破碎。第二段的篩下物料與洗礦水混成礦漿進入螺旋分級機,分級機沉砂可直接運往粉礦倉,或直接給入球磨機,分級機溢流進入濃縮機。濃縮機溢流返回作洗礦水,有的則需要進一步回收其中的金屬離子。濃縮機底流可直接揚送至選別作業(yè)。倘若粒度較粗,就揚送至單獨的礦泥處理系統(tǒng)。江西武山銅礦屬中溫?zé)嵋何◣r中大型銅硫礦床,由南北兩個礦帶組成:北礦帶為含銅黃鐵礦礦床,南礦帶為含銅矽卡巖礦床。武山銅礦選礦廠90年代以前使用的生產(chǎn)流程見圖1。破碎流程為三段一閉路加洗礦。2.3洗礦機、過濾機與濃度機的配合使用(1)洗礦可以消除礦泥對破碎作業(yè)的影響和危害,改善破碎作業(yè)的工藝條件,提高作業(yè)效率和獲得良好的選別指標(biāo)。但是要良好地完成洗礦任務(wù),并非單個的洗礦機械所能勝任,往往要多種洗礦機、篩分(分級)機和濃密機等配合使用,對于規(guī)模大的選礦廠要處理濕而黏的物料,洗礦是極其復(fù)雜、困難的作業(yè),就應(yīng)當(dāng)考慮采用自磨工藝。(2)洗礦過程用水量都很大,因而將排出大量的污水。在考慮采用洗礦作業(yè)時,必須同時考慮污水的處理和循環(huán)利用,否則將會給環(huán)境帶來惡劣的影響。(3)實施洗礦工藝后,還要考慮泥砂分選,一般還要增設(shè)礦泥處理設(shè)施,才能取得好的分選指標(biāo)。針對礦泥量的經(jīng)常變化,濃密脫水設(shè)備、儲礦設(shè)施應(yīng)有足夠大的緩沖能力。3進口橢圓破碎處理一些礦山在碎礦系統(tǒng)中使用了進口高性能圓錐破碎機來處理含泥礦石,也取得了成功。同時,一些礦山由于開采條件等方面的變化,在生產(chǎn)過程中礦石出現(xiàn)泥化,破碎流程不再暢通,為了將系統(tǒng)改造對正常生產(chǎn)的影響降到最小,也考慮對破碎設(shè)備進行升級改造。部分進口圓錐破碎機,由于動錐角度較陡和破碎腔較長,礦石通過性能好,適合處理含水和含泥量較大的礦石。其在國內(nèi)的應(yīng)用也證明了這一點。甘肅金川有色公司2002年新建6500t/d選廠時,選用了進口圓錐破碎機處理原礦含水率達5%、同時含黏土礦的鎳銅礦石,細碎破碎機排礦口設(shè)定為10mm,碎礦系統(tǒng)處理能力達到700t/h。實踐證明破碎機的處理能力和排礦粒度完全滿足礦山要求。廣西平果鋁廠二期工程,也選用了這種類型的進口圓錐破碎機。平果鋁礦為露天開采的鋁土礦,地處南方,雨水較多,礦石含水率