矿石泥化的破磨工艺

矿石泥化的破磨工艺

黑金属、有色金属和铸铁通常含有泥浆。泥浆主要来源于矿渣矿中的粘土矿，或与粘土结合形成的薄粒度矿。一些亚粘土矿风化或变质产物在采矿过程中被粉碎，并在地下矿山中掉落。矿石中含泥会影响破碎、选矿流程的畅通以及选别指标。国内外对碎磨流程进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-砾磨流程、破碎-单段球磨流程、单段自磨流程、自磨-球磨流程、自磨-球磨-破碎流程、自磨-砾磨流程、单段半自磨流程、半自磨-球磨流程、半自磨-球磨-破碎流程等都应用于生产实践。许多矿山在建设初期就充分考虑了矿石泥化对工艺流程的影响,也有不少矿山由于开采条件等方面的变化,在生产过程中矿石出现泥化或泥化严重,不得不考虑改造破磨系统。目前国内外选矿厂在解决矿石泥化问题时,通常考虑采用(半)自磨工艺或洗矿工艺,也有一些矿山对破碎设备进行升级改造,来解决矿石泥化问题。1重视自磨工艺的研制和改造泥质易堵塞破碎和筛分,使用常规破磨工艺存在困难,常使流程不畅,采用自磨或半自磨工艺最有效。自磨、半自磨技术目前已成为选矿碎磨工艺的发展趋势,是当今西方矿业大国大型选矿厂新建和改造所普遍采用的碎磨流程。上世纪80年代以来,国外在许多新建选矿厂项目中,不管最终是否采用自磨、半自磨工艺,在设计中都将其作为一个重要方案来考虑,一些原来采用传统碎磨工艺的选厂,也在技术改造中扩建或改造为自磨、半自磨。自磨就是使用矿石研磨或加球助磨(半自磨)的方法处理矿石。自磨技术的关键设备是自磨机,自磨机是一种一机兼有破碎和粉磨两种性能的磨矿设备,其工作原理是利用欲处理的物料(如矿石)本身作为介质,在适宜转速的筒体内,物料受离心力、摩擦力作用被带到一定的高度后,在重力作用下,物料呈泻落或抛落状态运动,彼此之间产生冲击和磨削作用,物料按解理破碎,达到粉碎的目的。半自磨磨机机理与全自磨工作原理基本相同。而半自磨添加部分钢球的目的,一是补充矿石中磨矿介质的不足;二是磨碎临界粒子(顽石)部分;三是适应性强,不论矿石粒度、硬度、湿度等如何,可以顺利地磨碎任何物料,生产出合格粒度的磨矿产品;四是提高自磨机的处理能力;五是稳定生产操作,减少波动,不易产生涨肚现象。在几十年的实践中,人们在自磨工艺方面积累了丰富的经验。目前自磨流程有以下几种:单段自磨流程、自磨-球磨流程、自磨-球磨-破碎流程、自磨-砾磨流程、单段半自磨流程、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台自磨机至今,矿石自磨技术经不断地试验和应用,现在已经取得了很大的发展。特别是近20年来,半自磨-球磨工艺成为发展最快的碎磨工艺。随着加工制造能力和自动控制技术的不断发展,自磨机朝着超大型化和高度自动化方向发展。根据统计资料,仅METSO公司在世界各地的自磨和半自磨设备装机功率总计就已经超过110万HP。目前世界上正在运行的处理不同矿石的选矿厂中,共有装机容量1.5万HP以上的(半)自磨机24台,全部是1987年以后投产的,其中装机容量2万HP以上的10台,全部是1996年以后投产的。目前世界上最大规格的半自磨机是METSO公司生产的12.2m×7.31m,装机功率为21000kW,安装在智利的Collahuasi铜矿,系统处理能力达到65000t/d,于2005年一季度投入运行。我国从1956年开始对干式自磨机进行研究,1965年开展了湿式自磨的试验。至今已在铁矿、铜矿、黄金矿山、铀矿和磨料厂得到应用,自磨机的规格也发展到7.5m。但与国外自磨技术发展进程一样,我们也有过痛苦的教训,由于试验的不充分和设计的不合理,导致了作业率低和电耗高的缺陷。20世纪80年代中期,常规破磨流程和自磨工艺流程进行了长时间的争论。自磨技术在国内几乎处于停滞状态。近年来,自磨技术在国内已有所复苏,在含泥含水矿石使常规碎磨流程不能畅通、生产无法正常的矿山又启用了自磨工艺。但整个技术水平与国外相比,差距太大。截止目前,我国运行的最大规格自磨机是安装在安徽铜陵铜都铜业公司的METSO8.53m×3.96m半自磨机,该机2004年10月投入运行。1.3(半)自磨工艺特点自磨是所磨矿石作为磨矿介质在磨矿机中进行研磨,半自磨则是在自磨基础上,在磨矿机中添加少量(6%~14%)的钢球以弥补矿石作为介质的不足。矿山开采出的矿石经过一段破碎机破碎到小于250~300mm后,直接给入(半)自磨机-球磨机磨矿回路。因此,当矿石对两种流程都适应时,和常规破碎-磨矿流程相比,(半)自磨工艺具有以下特点:(1)流程简单,易于操作。半自磨流程省去了常规的二、三段破碎及筛分作业,解决了常规流程处理湿而黏的矿石易导致流程不畅的难题,省去了破碎产生的粉尘回收及处理,同时也为整个流程的控制自动化创造了条件。一个半自磨-球磨系列的生产能力可达到6.5万t/d,而常规磨矿单系列的生产能力不超过1.5万t/d。(2)投资和运营费用低。(半)自磨具有冲击破碎和研磨兼有的磨矿特点,使其设备不断大型化,为大型选矿厂的投资和运营费用降低提供了更大的空间。与常规的碎磨流程相比,在同比价格下,(半)自磨流程由于省去了中细碎厂房、筛分厂房和多条带式输送机及其相应的收尘设备、设施等,在基建投资、占地面积方面具有优越性。在运营费用方面,和常规的碎磨流程相比,(半)自磨流程的单位能耗高,但其金属消耗较低。美国的Pima选矿厂采用常规碎磨流程和半自磨流程处理同样的矿石,从1974到1977年进行了4年的比较。结果表明,半自磨流程和常规流程相比,电力消耗高15.5%,但衬板消耗低6.7%,球的消耗低14.5%,平均钢耗低13.5%,总的生产费用低。冬瓜山铜矿选矿厂碎磨流程主要设备比较见表1,综合指标比较见表2。(3)改善了矿浆的电化学性质,有利于矿物的选别。与常规碎磨流程相比,采用矿石自身作为磨矿介质,在处理复杂的硫化矿时,铜、镍、钴、金、钼、铅、锌等矿物的浮选回收率都相应的提高,可能是采用钢球作为介质磨矿时,剥蚀下来的Fe2+易在矿浆中形成Fe(OH)2,Fe(OH)2吸附到矿物表面,使矿物表面的电化学性质发生变化而受到抑制,影响可浮性。而采用半自磨工艺,特别是对多金属矿石,可以减少磨矿介质给矿物浮选带来的不利影响。(4)要求的自动控制水平高。自磨机磨矿效率受所磨矿石性质的影响很大,由于矿石性质因矿体、矿段、成因不同而差异很大,同时给入矿石的粒度、含泥量等的变化,都会导致磨机的处理能力波动,因此,要求给矿量和磨矿能力均能进行调节,以适应矿石性质(硬度、粒度)的变化。生产实践中为了更好地稳定(半)自磨机的工作状态,除(半)自磨机的给矿量可以灵活调节外,大多数的(半)自磨机采用了变速驱动装置,可以根据给入矿石的硬度和粒度调节磨机转速,保持磨矿产品的性质稳定。例如奇诺选矿厂,两年的生产统计数据表明,由于矿石硬度的影响,其半自磨机给矿量变化范围为275~1175t/h。因此自磨机生产的稳定性远非人工所能控制。(5)不是所有的矿石都适合自磨。矿石性质及其变化对自磨效率影响最大,不是所有的矿石都适合自磨工艺,某些矿石会对自磨造成困扰,使自磨效率不高。根据自磨功指数,大体上可把矿石分为:软矿——自磨功指数小于7或8,处理时需添加钢球或硬矿石。自磨的——自磨功指数介于8~12,不用加球,自磨效率总是很高的。中等的——自磨功指数介于12~18,为了高效研磨可添加少量钢球。硬矿——自磨功指数大于18,需添加钢球或排出砾石作第二段磨矿或经破碎后返回(半)自磨机中。除了矿石的性质是否适合自磨外,矿床矿石性质的变化对自磨的影响也非常大。因此,自磨技术的应用,一般都要进行小型试验和半工业性试验,甚至要进行工业试验。2破碎洗矿设施在处理含泥较多的氧化矿或其它含泥含水较多的矿石时,容易堵塞破碎筛分设备、矿仓、溜槽、漏斗,使破碎机生产能力显著下降,甚至影响正常生产,此时破碎流程就要考虑设置洗矿设施。一般认为原矿含水量大于5%、含泥大于5%~8%,就应该考虑洗矿,并以开路破碎为宜。2.1提升产品质量除去矿石中黏土质物料的过程叫洗矿。设置洗矿作业的目的是:(1)防止堵塞:当处理含泥含水较多的矿石时,容易堵塞矿仓、溜槽、漏斗以及破碎筛分等设备,使破碎筛分设备处理量下降。堵塞严重时,生产无法正常进行,此时往往考虑洗矿。(2)获取精矿:有些矿石,通过洗矿可以使有用矿物富集而获得合格精矿,例如有些沉积锰矿、磷灰石矿和氧化铁矿等。(3)提高产品质量:冶炼用石灰石通过洗矿可以清除矿泥、提高质量,以满足冶炼要求。按碎散含泥物料的方法,洗矿设备可分为两类,其一是借高压水流的动力作用来碎散含泥物料,如洗矿溜槽、水力洗矿床和各式平面筛等;或者是在低压水流中,借矿块彼此间和矿块与机械表面的摩擦来碎散含泥物料的,如圆筒洗矿机、擦洗机等。其二是完全靠设备的机械作用来完成的,如槽式洗矿机、机械分级机和打击式洗矿机。洗矿设备的选型及处理量,主要取决于矿石的可洗性。矿石的可洗性可按黏土塑性指数、洗矿时间、比能耗及洗矿效率等指标来评定。矿石可洗性与选用洗矿设备关系见表3。2.2矿泥含泥企业国内外洗矿工艺和设备基本相同。除了常用的洗矿溜槽、水力洗矿床、平面筛、圆筒洗矿机和槽式洗矿机外,在前苏联的某些铁、锰矿石的洗矿中,还采用了打击式洗矿机和塔式洗矿机两种洗矿设备,其特点是工作很平稳,矿石能得到充分的洗涤,而磨剥又很小。日本有一种类似于浮选机的摩擦洗矿机,主要用于处理已经碎散了的硅酸盐物料,以清除含泥杂质对硅酸盐选别的影响。在我国长江流域中下游一带的有色金属矿山一般都有洗矿设施。这是由于原矿石中都不同程度地含有黏土类矿物和造泥矿物,且又地处温湿多雨地区,致使进入选矿厂的原矿含泥含水,甚至黏结成团。极易造成碎矿系统各个生产环节(漏斗、排矿口、筛孔等)的堵塞,使生产流程不能畅通,影响正常作业。许多选矿厂都是在投产后被迫增建了洗矿设施的。对于氧化、混合矿石,除了矿石中含泥含水更多外,尚有一定数量的可溶性金属离子有待回收。矿泥和可溶性金属离子不仅影响到碎磨流程的畅通、金属部件的腐蚀,而且还干扰选别作业,降低产品质量。目前我国普遍采用的洗矿流程是:振动筛或洗矿筛-螺旋分级机-浓缩机。入洗的物料大多为粗碎后产品或粗碎前条格筛的筛下产品。入洗矿石的粒度为小于200mm,采用连续设置或重叠配置的两段振动筛或洗矿筛。第一段为重型振动筛,筛孔为50(75)mm;第二段为普通结构的平面振动筛,筛孔为15(20)mm。在给料漏斗中和筛面上喷加高压水(水压为0.6~1kPa)。两段振动筛的筛上物料汇集一起进行破碎。第二段的筛下物料与洗矿水混成矿浆进入螺旋分级机,分级机沉砂可直接运往粉矿仓,或直接给入球磨机,分级机溢流进入浓缩机。浓缩机溢流返回作洗矿水,有的则需要进一步回收其中的金属离子。浓缩机底流可直接扬送至选别作业。倘若粒度较粗,就扬送至单独的矿泥处理系统。江西武山铜矿属中温热液矽卡岩中大型铜硫矿床,由南北两个矿带组成:北矿带为含铜黄铁矿矿床,南矿带为含铜矽卡岩矿床。武山铜矿选矿厂90年代以前使用的生产流程见图1。破碎流程为三段一闭路加洗矿。2.3洗矿机、过滤机与浓度机的配合使用(1)洗矿可以消除矿泥对破碎作业的影响和危害,改善破碎作业的工艺条件,提高作业效率和获得良好的选别指标。但是要良好地完成洗矿任务,并非单个的洗矿机械所能胜任,往往要多种洗矿机、筛分(分级)机和浓密机等配合使用,对于规模大的选矿厂要处理湿而黏的物料,洗矿是极其复杂、困难的作业,就应当考虑采用自磨工艺。(2)洗矿过程用水量都很大,因而将排出大量的污水。在考虑采用洗矿作业时,必须同时考虑污水的处理和循环利用,否则将会给环境带来恶劣的影响。(3)实施洗矿工艺后,还要考虑泥砂分选,一般还要增设矿泥处理设施,才能取得好的分选指标。针对矿泥量的经常变化,浓密脱水设备、储矿设施应有足够大的缓冲能力。3进口椭圆破碎处理一些矿山在碎矿系统中使用了进口高性能圆锥破碎机来处理含泥矿石,也取得了成功。同时,一些矿山由于开采条件等方面的变化,在生产过程中矿石出现泥化,破碎流程不再畅通,为了将系统改造对正常生产的影响降到最小,也考虑对破碎设备进行升级改造。部分进口圆锥破碎机,由于动锥角度较陡和破碎腔较长,矿石通过性能好,适合处理含水和含泥量较大的矿石。其在国内的应用也证明了这一点。甘肃金川有色公司2002年新建6500t/d选厂时,选用了进口圆锥破碎机处理原矿含水率达5%、同时含黏土矿的镍铜矿石,细碎破碎机排矿口设定为10mm,碎矿系统处理能力达到700t/h。实践证明破碎机的处理能力和排矿粒度完全满足矿山要求。广西平果铝厂二期工程,也选用了这种类型的进口圆锥破碎机。平果铝矿为露天开采的铝土矿,地处南方,雨水较多,矿石含水率