半自磨工藝頑石與介質(zhì)高效分離試驗(yàn)研究①

劉誼兵，朱 寧

（1.蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.云南恩菲科技集團(tuán)有限公司，云南 昆明 650000）

金屬非金屬礦物選別工藝中，磨礦是能量消耗極大的工序。相比常規(guī)破碎磨礦工藝，半自磨工藝在控制企業(yè)投資成本、縮短工藝流程、提高設(shè)備運(yùn)行效率、降低磨機(jī)鋼耗等方面有著極大優(yōu)勢(shì)［1?2］，并已普遍應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大中型選礦廠。在半自磨工藝生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)難以通過(guò)磨礦作業(yè)磨到合格細(xì)度的礦石粒子，即“頑石”［3］。大量頑石累積會(huì)造成磨機(jī)運(yùn)行功率下降，嚴(yán)重影響半自磨機(jī)產(chǎn)量。此外，頑石中還含有大量目的礦物，如果不加以處理就隨意丟棄，會(huì)造成礦產(chǎn)資源浪費(fèi)，也會(huì)造成環(huán)境污染。

處理頑石的常規(guī)工藝是再配置一套相應(yīng)的頑石破碎流程，但這會(huì)使得流程加長(zhǎng)，且磨機(jī)排礦端配置的圓筒篩篩上產(chǎn)品中的頑石一直在半自磨機(jī)中反復(fù)循環(huán)，降低了半自磨磨礦效率。為了解決該工藝難題，國(guó)內(nèi)部分廠礦采用SABC流程（即振動(dòng)篩?頑石破碎），但如果礦石硬度大幅增加，半自磨機(jī)處理能力就會(huì)降低，造成整個(gè)磨礦系統(tǒng)處理量下降，因礦石可磨性變化不大，最終造成球磨機(jī)處理能力相對(duì)富裕。此外，鑒于磨機(jī)排出的頑石中還有一定含量的介質(zhì)（鋼球），介質(zhì)對(duì)后段破碎機(jī)設(shè)備損耗嚴(yán)重，即便有些破碎設(shè)備設(shè)置了過(guò)鐵保護(hù)裝置，但出現(xiàn)問(wèn)題后還是需要停機(jī)清理介質(zhì)，致使設(shè)備無(wú)法連續(xù)工作。因此，尋找一種簡(jiǎn)單高效的方式將頑石和介質(zhì)分離是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。

國(guó)內(nèi)工程技術(shù)人員針對(duì)頑石與介質(zhì)分離主要提出了兩種解決方案：一是利用鋼球和礦物的磁性差異，使用除鐵器分離鋼球，但高鉻鋼球和高錳鋼球都不具鐵磁性，選礦廠只好使用耐磨性較差的普通鑄造鋼球作為介質(zhì)，因而造成鋼耗急速增加、生產(chǎn)成本增加。此外，就算通過(guò)使用除鐵器多次除鐵，也仍有部分鐵件無(wú)法清理，在物料進(jìn)入頑石破碎工藝時(shí)出現(xiàn)破碎機(jī)過(guò)鐵的情況，輕則損傷破碎機(jī)襯板、縮短使用壽命，重則造成破碎設(shè)備故障，流程停滯；當(dāng)目的礦物為磁鐵礦時(shí)，由于礦物本身有磁性，不能使用除鐵器剔除物料中的鋼介質(zhì)。二是使用人工揀選的方式將這部分混合產(chǎn)品經(jīng)過(guò)脫泥后上揀選皮帶，在輸送皮帶上人工手動(dòng)揀出介質(zhì)，該方案不僅占用較大的場(chǎng)地和大量勞動(dòng)力，效率也極低。此外，針對(duì)磁鐵礦等磁性礦物，也有采用磁力?。?］的工藝，也就是在磨礦排礦端設(shè)置強(qiáng)力的永久磁鐵除去介質(zhì)，但由于設(shè)備本身在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝、使用時(shí)都會(huì)對(duì)周邊產(chǎn)生極強(qiáng)的磁場(chǎng)，且使用設(shè)備時(shí)仍有部分介質(zhì)無(wú)法排出，同樣會(huì)影響后續(xù)流程。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了一種新型半自磨工藝頑石與介質(zhì)高效分離技術(shù)，根據(jù)重選理論，利用礦物和介質(zhì)的比重差異進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比、工藝技術(shù)研發(fā)，最終提出一種可靠、節(jié)能并能投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的新型工藝技術(shù)。

1 礦樣性質(zhì)及試驗(yàn)設(shè)備

1.1 礦樣性質(zhì)

試驗(yàn)礦樣分別取自云南大紅山［5］和江西銀山礦業(yè)選礦廠，分別為磁鐵礦半自磨工藝頑石（以下簡(jiǎn)稱A礦樣）和硫化礦半自磨工藝頑石（以下簡(jiǎn)稱B礦樣）。

試驗(yàn)樣品的準(zhǔn)備：物料用清水清洗，分別用10 mm和50 mm篩網(wǎng)將－10 mm粒級(jí)物料和＋50 mm粒級(jí)物料隔除，－50＋10 mm粒級(jí)物料晾曬后備用。

將半自磨機(jī)排礦的－50＋10 mm粒級(jí)物料分別通過(guò)20 mm、30 mm、40 mm篩網(wǎng)，分為樣品1（－20＋10 mm）、樣品2（－30＋20 mm）、樣品3（－40＋30 mm）和樣品4（－50＋40 mm）共4個(gè)樣品，測(cè)定各樣品中介質(zhì)含量，結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)每個(gè)粒度中均含有介質(zhì)，且介質(zhì)含量隨著粒度增大有所增加。

表1 礦樣中介質(zhì)含量

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備詳見(jiàn)表2。

表2 主要試驗(yàn)設(shè)備

2 試驗(yàn)研究

2.1 原則流程

A礦樣頑石中富含磁鐵礦，在整個(gè)半自磨工藝中未使用除鐵器剔除介質(zhì)等鐵質(zhì)（以下簡(jiǎn)稱介質(zhì)），排出的頑石當(dāng)中混雜大量介質(zhì)；B礦樣頑石中磁性產(chǎn)品含量極低，在整個(gè)半自磨工藝中使用了多次除鐵器剔除介質(zhì)，但頑石中仍有介質(zhì)混入。由于頑石與介質(zhì)在密度、粒度、形狀等各方面存在差異，其在水等介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)速率和方向不同，顆粒沉降末速也不同。有著相同沉降速度的等降顆粒的粒徑之比稱為等降比，等降比越大越易分選。針對(duì)本文樣品，最大粒徑礦粒沉降末速要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最小粒徑介質(zhì)沉降末速，輕重礦物可按照沉降速度差實(shí)現(xiàn)按密度分離。

采用跳汰機(jī)，將半自磨機(jī)排礦中－50＋10 mm粒級(jí)物料進(jìn)行頑石與介質(zhì)分離。水流通過(guò)篩板進(jìn)入跳汰室，使床層升起不大的高度并略呈松散狀態(tài)，密度大的顆粒（介質(zhì)）因局部壓強(qiáng)及沉降速度較大而進(jìn)入底層，密度小的顆粒（頑石?難磨粒子）在水流中的沉降速度慢，處于物料上層。由于頑石與介質(zhì)的密度差異，密度小的物料很難透過(guò)密度大的物料層進(jìn)入下部空間，進(jìn)入跳汰機(jī)的物料會(huì)分為兩個(gè)物料層，重礦物透過(guò)篩網(wǎng)進(jìn)入精礦槽，輕礦物進(jìn)入尾礦槽排出，實(shí)現(xiàn)頑石與介質(zhì)的有效分離，即跳汰機(jī)的重產(chǎn)品中不含頑石，輕產(chǎn)品中不含介質(zhì)。試驗(yàn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)流程

2.2 跳汰機(jī)重選條件試驗(yàn)

2.2.1 床層厚度條件試驗(yàn)

跳汰機(jī)處理密度差大的礦物原料時(shí)可采用薄一些的床層，以加速分層；處理密度差較小的原料或在要求得到高質(zhì)量精礦的情況下，床層可厚一些。跳汰機(jī)床層的總厚度習(xí)慣上用篩面至尾堰高度來(lái)表示。改變堰板高度，床層厚度也隨之改變。在隔膜跳汰機(jī)處理粗粒原料時(shí)，床層厚度應(yīng)不小于給礦中最大顆粒直徑的5～10倍，一般在120～300 mm之間。上升水壓2 MPa條件下，進(jìn)行了跳汰機(jī)床層厚度條件試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 床層厚度條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可見(jiàn)，隨著床層厚度增加，2個(gè)礦樣的跳汰精礦中介質(zhì)含量均呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，床層厚度250 mm時(shí)，2個(gè)精礦中介質(zhì)含量均為最低。選擇床層厚度250 mm。

2.2.2 上升水壓條件試驗(yàn)

床層厚度250 mm條件下，進(jìn)行了跳汰機(jī)上升水壓條件試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 上升水壓條件試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可見(jiàn)，隨著上升水壓升高，2個(gè)礦樣精礦中介質(zhì)含量均呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，上升水壓2.0 MPa時(shí)，2個(gè)精礦中介質(zhì)含量均為0。選擇上升水壓2.0 MPa。

2.3 跳汰試驗(yàn)

將2種礦樣中的樣品1～4分別在上升水壓2.0 MPa、床層厚度250 mm條件下進(jìn)行跳汰重選，分別記錄分離后輕產(chǎn)品中的介質(zhì)含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各粒級(jí)樣品跳汰重選后所得精礦中均不含介質(zhì)，說(shuō)明跳汰重選工藝是分離半自磨工藝中頑石與介質(zhì)的高效分離技術(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過(guò)流程工藝處理后的礦樣其介質(zhì)和頑石得到了有效分離，使用跳汰重選來(lái)完成半自磨工藝中頑石與介質(zhì)分離技術(shù)可行。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，跳汰重選不僅對(duì)非磁性礦物適用，對(duì)磁性礦物也同樣適用，因?yàn)樵摴に嚴(yán)玫氖堑冉当仍恚瑹o(wú)論介質(zhì)磁性如何，對(duì)各類(lèi)半自磨處理工藝流程均有較好的適應(yīng)性，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有推廣價(jià)值。

選用跳汰機(jī)進(jìn)行半自磨工藝頑石與介質(zhì)的分離工藝為：物料經(jīng)半自磨流程磨礦，排礦進(jìn)入分級(jí)設(shè)備進(jìn)行分級(jí)，10～50 mm粒級(jí)物料進(jìn)入跳汰機(jī)進(jìn)行礦石和頑石分離作業(yè)，分離后的頑石排出，礦石則進(jìn)入破碎系統(tǒng)進(jìn)行破碎；－10 mm粒級(jí)物料已經(jīng)達(dá)到球磨機(jī)入磨粒度要求，可以直接送入二段球磨系統(tǒng)直接處理，不再進(jìn)行頑石和介質(zhì)分離；＋50 mm粒級(jí)物料因礦物還屬于半自磨的待磨物料范圍，不宜排出磨機(jī)，介質(zhì)部分屬于有效介質(zhì)，在半自磨機(jī)中仍然有磨礦作用，不宜排出磨機(jī)。各廠礦普遍將半自磨機(jī)的格子板尺寸設(shè)置為不大于50 mm，故半自磨機(jī)在設(shè)備完好的情況下不會(huì)排出＋50 mm粒級(jí)物料，半自磨機(jī)格子板損壞后，會(huì)有極少量＋50 mm粒級(jí)物料排出，也會(huì)在跳汰過(guò)程中得到較好的處理，其中會(huì)有極少部分頑石進(jìn)入介質(zhì)產(chǎn)品中跟隨介質(zhì)一同返回半自磨，另外一部分會(huì)跟隨礦物產(chǎn)品一同進(jìn)入頑石破碎機(jī)破碎；對(duì)于＋50 mm粒級(jí)介質(zhì)部分則全部進(jìn)入介質(zhì)產(chǎn)品，通過(guò)皮帶運(yùn)輸機(jī)返回半自磨機(jī)中。

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)，該工藝方案對(duì)傳統(tǒng)半自磨主工藝設(shè)計(jì)基本沒(méi)有影響，僅需在原有半自磨流程后增加一個(gè)旁路分離處理流程，即將半自磨頑石排出的物料經(jīng)過(guò)篩分（篩孔10 mm振動(dòng)篩）流程分級(jí)后，將篩上產(chǎn)品用皮帶運(yùn)輸至跳汰機(jī)中處理；經(jīng)跳汰重選后的頑石產(chǎn)品可以直接送至傳統(tǒng)工藝的頑石破碎機(jī)進(jìn)行破碎，破碎至－10 mm后給入二段球磨系統(tǒng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

按照重選工藝，選擇跳汰機(jī)解決半自磨工藝中頑石與介質(zhì)的分離難題，取得了較理想效果。該工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、安裝方便，可在低投資、低運(yùn)營(yíng)成本的前提下應(yīng)用于企業(yè)新生產(chǎn)線；同樣可應(yīng)用于一些存在半自磨流程頑石處理不暢的企業(yè)流程改造，流程改造既不會(huì)影響原有半自磨工藝運(yùn)行，又無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)增加額外操作人員，最終可以保證全系統(tǒng)流程通暢，提高磨機(jī)處理能力，穩(wěn)步提升生產(chǎn)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。