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选矿厂释放磨机能力研究与应用浅述
2020-02-28
简述了破碎与磨矿的作用及能耗关系,分别从碎矿与筛分、磨前分级与预抛尾,磨矿与 分级、选别工艺与设备等4 个方面探讨了释放磨机产能的可行性,为选矿厂降低成本、增产提质工艺 改造与优化提供参考。
Serial No. 609 January 2020 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 609期 2020 年 1 月第 1 期 选矿厂释放磨机能力研究与应用浅述 魏建民ꢀ 朱ꢀ 涛ꢀ 赵永成 ( 河钢矿业司家营北区分公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 简述了破碎与磨矿的作用及能耗关系,分别从碎矿与筛分、磨前分级与预抛尾,磨矿与 分级、选别工艺与设备等 4 个方面探讨了释放磨机产能的可行性,为选矿厂降低成本、增产提质工艺 改造与优化提供参考。 关键词ꢀ 破碎ꢀ 磨矿ꢀ 筛分ꢀ 磨前分级ꢀ 预抛尾ꢀ 磨矿分级ꢀ 选别ꢀ 增产提质 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2020. 01. 079 ꢀ ꢀ 追求合法经济效益的最大化是冶金矿山企业的 1. 1ꢀ 通过降低碎矿机台时能力、缩小筛孔尺寸来降 低入磨粒度 主要目标,主要手段有降低成本、增产提质、选矿技术 进步等。 ꢀ ꢀ 由 于 选 矿 厂 设 计 时 碎 矿 作 业 一 般 采 用 5. 5 ~ 6 h / 班×3 班/ d 的作业制度,而磨矿则采用 8 h / 班 选矿是为冶炼服务的,是冶炼的上一道工序。 因 为矿山开采出来的矿石绝大部分不能直接入高炉进 行冶炼,需要经过选矿去除杂质,加工成人造富矿后 才入炉冶炼,以改善冶炼的技术经济指标,最终实现 × 3 班/ d 的作业制度,所以可以通过降低碎矿机台时 能力、增加碎矿工作时间来获得相同的日产量;缩小 筛孔尺寸、增加筛分循环量来降低产品粒度,实现质 与量的平衡。 这样既保证了入磨量又降低了入磨粒 度,可提高磨机处理能力,降低磨矿单耗。 例如,首钢 某选矿厂在 20 世纪 80 年代就采用过该手段,将入磨 粒度由约ꢁ15 mm 降至ꢁ10 mm,磨机处理能力增加了 [ 1] 合理利用资源的目的 。 一般来说,选矿过程包括 选别前的准备、选别、精矿脱水、尾矿处理与堆存等作 业。 其中的碎矿与磨矿是矿石粉碎的过程,而且碎矿 是磨矿的准备阶段。 [ 4] 。 25% 左右 粉碎作业是高能量消耗的过程,要提高经济效 益,强化粉碎工艺和粉碎设备的技术进步非常重要。 通过对粉碎作业能耗的深入调研和对粉碎能耗理论 的深入研究,发现碎矿作业的能耗低、能量利用效率 高,磨矿作业的能耗高、能量利用效率低,碎磨能耗比 1 . 2ꢀ 通过采用新型破碎机来降低入磨粒度 传统圆锥破碎机的工作原理是:当动锥靠近定锥 时,处于两锥体之间的矿石被破碎;动锥离开定锥时, 矿石靠重力经排矿口排出。 矿石主要是受挤压作用 而破碎,同时也受弯曲作用而折断。 [ 2] 约为 15 ∶85 ,因此,降低磨矿能耗成为各大矿企关 注的重点。 新型圆锥破碎机改变了破碎腔结构,其工作原理 与传统圆锥破碎机也有所差异。 如美卓 HP 系列破 碎机,其工作时,破碎腔“充满” 物料,在动锥和定锥 挤压矿石时,物料之间也存在相互挤压。 这种破碎的 优势是:整个破碎腔内同时发生破碎进行,改变了传 统圆锥破碎机的条带破碎过程,破碎效率大大提高, 生产过程得到质的飞跃;由于物料之间相互挤压,使 得破碎产品粒度大大降低(峨口铁矿使用标准圆锥 破碎机时,产品ꢁ50 mm 粒级产率不足 40% ;而使用 HP 破碎机后,其产品ꢁ50 mm 粒级产率接近 80% ); 物料之间的挤压和能量传递会使有用矿物与脉石矿 物结合面产生“微裂隙”,这有利于下道破碎作业,对 磨矿单体解离度的提高意义更大,这得到镜像观察或 声波测试等的证明。 本文将从碎矿筛分、磨前预抛尾、磨矿分级和选 别等 4 个方面探讨释放磨机能力、降低磨矿消耗、提 高磨机效率的研究及应用情况。 1 ꢀ 碎矿与筛分对磨机能力的影响分析 大量的研究和生产实践表明,碎矿能耗和磨矿能 耗存在巨大差异。 所以,降低入磨产品粒度是粉碎作 业增产、节能、降耗的重要途径。 选矿界将这一重要 思想归纳为“多碎少磨,以碎代磨”。 这一思想已成 为指导粉碎工程领域工艺研究、生产和设备研制的重 [ 3] 要原则 。 1 . 3ꢀ 通过采用高压辊磨机来降低入磨粒度 ꢀ ꢀ 魏建民(1967—),男,教授级高级工程师, 063700 河北省滦县。 高压辊磨机是基于静压粉碎理论发展起来的一 2 60 ꢀ ꢀ 魏建民ꢀ 朱ꢀ 涛等:选矿厂释放磨机能力研究与应用浅述ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2020 年 1 月第 1 期 种新型、节能、高效的粉碎矿石的设备,可使粉碎系统 能耗下降 20% ~ 30% ,生产能力提高 30% ~ 40% ,钢 耗降至球磨机 10% 左右,并提高了矿石的可选性,是 3. 2ꢀ 衬板研究 衬板对磨矿能力的影响主要表现在其形状上,如 波浪型和 T 型衬板。 值得一提的是角螺旋衬板,其 优点有提高磨机处理量、降低电耗和球耗、延长传动 系统的使用寿命、减少过粉碎和噪音小等。 但是,同 比磨机有效容积小、充填率低,而且安装费时,应用并 不理想。 [ 5] 当今粉磨工业中的首选设备 。 世界著名高压辊磨 机公司有德国伯利休斯、洪堡公司、魁伯恩公司,美国 [ 6] 。 富勒公司,丹麦的史密斯公司等 与传统的粉碎设备相比,高压辊磨机具有破碎效 率高、工作可靠、破碎比大、产品粒度细而且均匀、设 备占地面积小、能耗与钢耗低、处理能力高、噪声小等 3 . 3ꢀ 磨矿机组的自动化控制 现在,磨矿机组的自动化控制应用较普遍。 磨矿 [ 7] 机组的自动化控制可以使操作更稳定、参数更合理, 处理量更高,能耗更低。 据国外报道,磨矿回路的自 优点 。 河钢矿业司家营北区分公司研山铁矿使用 高压辊磨机,其产品与其他碎矿设备产品在实验室做 可磨性对比试验,在相同磨矿产品细度下,高压辊磨 机处理量可提高 20% 左右。 [ 11] 动化控制可提高产量 2. 5% ~ 10% . 4ꢀ 助磨剂 助磨剂是微粉碎和超微粉碎作业的一种辅助材 。 3 2 ꢀ 入磨前分级和预抛尾对磨机能力的影响 料,由于多是一些有机或无机的化学药品,亦称化学 粉碎助剂。 在助磨剂的研究方面,东北大学的研究成 果较多。 在磨矿过程中,添加微量的助磨剂,往往可 以提高磨矿效率和生产能力,或者提高粉碎产品细 度,减少磨矿能耗,收益颇大。 其主要通过改善粉体 物料的流动性、填充性、分散性、贮存稳定性或防止物 入磨前分级可以将合格粒级提前分出,提高磨机 的有效处理能力,有利于减少过粉碎,提高选别指标。 磨前预选抛尾,可以提高入磨品位,改善分选效果。 2 . 1ꢀ 入磨前分级 有些入磨矿石含泥质物或细粒物较多,通过入磨 前的分级,可减少入磨总量,提高有效台时处理能力, 增加产量,同时,减少过粉碎,改善选别指标。 笔者在 对丰润某粗精矿再选厂进行设计时采用入磨前分级, 将其原设计采用的 ϕ1 800 mm×7 000 mm 球磨机改 为 ϕ1 500 mm×4 000 mm 球磨机,球磨机有效容积降 低 60% ,仍获得相同质、量的精矿。 [ 12] 料凝聚和粘壁等来实现助磨 ,但应用并不广泛。 3 . 5ꢀ 高效分级设备 绝大多数选矿厂的磨矿均采用闭路磨矿,因而分 级设备的工作效率直接影响磨机能力的发挥。 分级 设备主要有分级机、旋流器和细筛等。 常见设备有海 王平底旋流器、德瑞克高频细筛和仿德瑞克高频细 筛。 司家营铁矿一段分级改造采用平底旋流器后,分 级效率明显改善,台时处理能力明显提高。 国内某铁 2 . 2ꢀ 磨前预选 从应用的普遍程度看,磨前预选大多应用在磁铁 矿选矿厂。 干式预选有传统的磁滑轮和现在普遍采 用的磁悬浮干选机等;湿式预选有筛下磁选和全粒级 磁选,最大选别粒度可达 15 mm。 通过预选不仅可以 选矿厂采用平底旋流器前台时处理能力为 110 t,改 [13] 造后提高了 18. 8 t 。 4 ꢀ 选别工艺和设备对磨机能力的影响 [ 8] 提高入磨品位,还能提高精矿产量 18 万 t 。 选别工艺和设备对磨机能力的影响也是选矿工 3 ꢀ 磨矿与分级对磨机能力的影响 磨矿主要分析磨机本体,从改变磨机和其介质运 作者一直研究的问题,应用也很普遍。 最常见的如磁 铁矿石的阶段磨矿阶段选别抛尾、重选预提合格精矿 和部分抛尾,这些工艺都可以释放部分磨机产能、提 高台时处理能力;此外,还包括对连生体(中矿)进行 集中处理来释放磨机产能。 动状态方面分析,如介质形状、介质合理补加、衬板形 状、助磨剂和磨矿过程自动化等方面。 分级主要围绕 高效旋流器和高效细筛等方面展开。 3 . 1ꢀ 磨矿介质 磨矿介质对磨矿的影响包括介质级配、补加比 由于对连生体进行集中处理来释放磨机产能的 实践较多,因此着重介绍。 例、充填率等,也包括介质形状、材质等。 很多选矿厂 的磨矿,特别是二、三段细磨效率普遍较低。 磨矿介 质是影响磨矿效果的主要因素,在其他条件一定的情 况下,介质的形状、尺寸和级配对磨矿效果都有很大 的影响。 国内外对磨矿介质的研究一直没有停止。 如段希祥的钢球半理论公式和新型细磨介质研究应 连生体产生的原因是矿石嵌布粒度不均匀和磨 矿的随机性。 矿石嵌布粒度不均匀属普遍现象,如研 山铁矿原生矿石中的铁矿物嵌布粒度粗细相差悬殊, 粗粒可达 0. 59 mm 以上,较细粒在 0. 02 mm 以下,粒 度变化范围为 0. 01 ~ 0. 83 mm,多集中在 0. 076 ~ [ 14] 0. 295 mm,平均粒径为 0. 096 mm 。 所以,在磨矿 [ 9-10] 用等 。 过程中,一些细粒嵌布的矿物颗粒很难达到单体解 2 61 总第 609 期 现代矿业 2020 年 1 月第 1 期 离。 从磨矿的随机性上讲,无论何种球磨设备,介质 对个体矿粒的“磨剥” 都有随机性,而且由于颗粒大 小与结晶情况不同,也不可能完全按有用矿物和脉石 矿物的解离面剥离矿物。 因此,在磨矿过程中,会出 现一定量的连生体,且从经济角度上讲,矿物 100% 单体解离也没有必要。 (4)使用高效磨机和分级设备,采用合理的磨矿 介质、衬板形式,运用磨矿机组自动化控制系统,添加 助磨剂均可以实现释放磨机产能的目的。 (5)选别工艺和设备对磨机能力的影响较大,磁 铁矿石的阶段磨矿阶段抛尾、重选预提合格精矿和部 分抛尾都可以释放磨机产能。 通过连生体的富集与 再磨是释放磨机产能的有效手段。 由于有用矿物单体解离的程度直接影响选别作 业的效果、精矿质量和有用矿物回收率,所以,选择合 适的 单 体 解 离 度 很 关 键。 以 司 家 营 研 山 铁 矿 为 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ 15] [1]ꢀ 李士玲. 炼铁工艺[M]. 北京:兵器工业出版社,2003. 例 ,其一段磨矿后进行粗细分级分选,沉砂进入重 选,溢 流 进 入 浮 选。 重 选 给 矿 ꢁ 200 目 含 量 不 足 0% ,可以得到合格精矿,加上中强磁机抛尾,在投产 [ [ [ [ [ 2]ꢀ 赵昱东. 高压辊磨机在国内外金属矿山的应用现状和发展前景 J]. 矿山机械,2011(9):65-68. [ 4 3]ꢀ 吴建明. 国际粉碎工程领域的新进展[J]. 有色设备,2007(1): 4-7. 不久,一二段磨矿实现了“二对一”改造,减少了二段 球磨机运行数量。 螺旋溜槽给矿中有用矿物、脉石和 连生体比例一定,重选提取部分合格精矿后,重选尾 矿连生体和脉石单体含量增加,再经中强磁机抛尾 后,连生体大都富集在中强磁机精矿中,仅对中强磁 机精矿进行再磨,可以大幅度减少磨矿量,释放磨机 能力。 浮选前进行弱磁选—强磁选预富集,浮选给矿 中就主要是有用矿物单体和连生体,浮选提取有用矿 物单体后,连生体就富集在尾矿中,可通过再磨提高 有用矿物的单体解离度。 因此,中矿再磨是释放磨机 产能的有效手段。 4]ꢀ 殷学文. 西部某铁矿选厂技术改造实践[ J]. 现代矿业,2017 ( 7):234-235. 5]ꢀ 袁领群. 两种新型搅拌磨的研究与应用与实践[J]. 中国非金属 矿工业导刊,2002(6):23-24. 6]ꢀ 吴建明. 粉碎节能理论与辊压机[ J]. 国外金属矿选矿,1993 (10):36-42. [7] ꢀ MAXTON D,MORLEY C,BEARMAN R. A quantification of the benefits of high pressure rolls crushing in a operating environment [ J]. Minerals Engineering,2003(16):827-838. 8]ꢀ 周ꢀ 咏. 某选矿厂磨前预选抛尾试验[J]. 现代矿业,2017(10): 32-133. [ [ [ 1 9]ꢀ 段希祥. 球磨机钢球尺寸的理论计算研究[ J]. 中国科学,1989 (8):856-863. 淘洗机对磁铁矿来说是最有代表性的产出连生 体的设备,是释放磨机产能的重要设备。 10]ꢀ 段希祥. 新型细磨介质应用研究[ D]. 昆明:昆明理工大学学 报,1998. 5 ꢀ 结ꢀ 论 [ [ 11]ꢀ 杨稼文. 选矿工程师手册[M]. 北京:冶金工业出版社,2010. 12]ꢀ 韩跃新. 助磨剂的作用及作用机理研究[ J]. 有色矿冶,2004 ( 1)碎矿和磨矿是为选别准备解离充分但过粉 碎轻的物料。 粉碎过程是高能耗过程,为了提高经济 效益,对粉碎工艺和设备提出了越来越高的要求。 ( 2):11-13. [13]ꢀ 刘ꢀ 伟,王ꢀ 磊,袁广春. 柱式平底旋流器及其应用[J]. 现代 矿业,2016(10):198-199. ( 2)基于碎矿作业的能耗低、能量利用效率高, [ 14]ꢀ 中冶北方工程技术有限公司. 河北钢铁集团矿业公司司家营研 山铁矿低品位混合矿磁铁矿选矿工程说明书[R]. 大连:中冶北 方工程技术有限公司,2014. 磨矿作业的能耗高、能量利用效率低的特点,多碎少 磨,以碎代磨就是重要努力方向。 ( 3)入磨前分级,将合格粒级提前提出,可提高 [ 15]ꢀ 郑可心,周ꢀ 咏. 某赤铁矿选矿厂二段磨矿—分级工艺优化改 造[J]. 现代矿业,2018(12):137-138. 磨机处理能力,减少过粉碎,提高选别效果;磨前预选 可以提高入磨品位,改善分选效果。 (收稿日期 2019-11-18) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ [ 3]ꢀ 新疆汇祥永金矿业有限公司. 新疆汇祥永金矿业有限公司 2019 年董事会工作报告[R]. 克孜勒苏柯尔克孜:新疆汇祥永金矿业 有限公司,2019. ( 上接第 239 页)“绿水青山就是金山银山”的发展理 念和生态优先的环境价值观,在矿山资源开发效益测 算时,要充分考虑环境效益和社会效益,承担应有的 社会责任。 [ [ 4]ꢀ 国土资源部. 全国矿山环境保护与治理规划(2010—2015)[R]. 北京:国土资源部,2011. 5]ꢀ 国土资源部. 关于贯彻落实全国矿产资源规划发展绿色矿业建 设绿色矿山工作的指导意见(国土资发【119】号)[R]. 北京:国 土资源部,2010. 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ [ 1]ꢀ 新疆汇祥永金矿业有限公司. 萨热克铜矿绿色矿山建设规划 R]. 克孜勒苏柯尔克孜:新疆汇祥永金矿业有限公司,2018. [ [6]ꢀ 自然资源部. 有色金属行业绿色矿山建设规范( DZ/ T 0320— 2018)[S]. 北京:自然资源部,2018. 2]ꢀ 大冶有色金属集团控股有限公司. 大冶有色金属集团控股有限 公司“十三五”发展规划[ R]. 黄石:大冶有色金属集团控股有 限公司,2016. ( 收稿日期 2019-11-18) 2 62
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