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高压辊磨机在铜冶炼炉渣选矿中的应用探讨
2020-06-23
为了分析高压辊磨机在铜冶炼炉渣选矿中应用的可行性,从理论及经济上进行了分析、 研究。 结果表明:①铜冶炼炉渣硬度高、脆性大、韧性强,理论上来说采用高压辊磨机作为最后一段破 碎设备可以显著地降低碎磨系统的能耗,比较适应此类物料的处理;②从投资及运营成本上看,应用 高压辊磨机具有一定的优势,这也证明了高压辊磨机在此类矿石处理上具有较大的潜力;③虽然目前 尚未有高压辊磨机应用在铜冶炼炉渣选矿中的报道,今后应加大此方面的研究,特别对于大型的铜冶 炼炉渣选矿厂,其将成为相关企业实现节能降耗、绿色发展的关键技术。
Serial No. 612 April 2020 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 612期 2020 年 4 月第 4 期 高压辊磨机在铜冶炼炉渣选矿中的应用探讨 熊ꢀ 锋 中国瑞林工程技术股份有限公司矿物加工所) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为了分析高压辊磨机在铜冶炼炉渣选矿中应用的可行性,从理论及经济上进行了分析、 研究。 结果表明:①铜冶炼炉渣硬度高、脆性大、韧性强,理论上来说采用高压辊磨机作为最后一段破 碎设备可以显著地降低碎磨系统的能耗,比较适应此类物料的处理;②从投资及运营成本上看,应用 高压辊磨机具有一定的优势,这也证明了高压辊磨机在此类矿石处理上具有较大的潜力;③虽然目前 尚未有高压辊磨机应用在铜冶炼炉渣选矿中的报道,今后应加大此方面的研究,特别对于大型的铜冶 炼炉渣选矿厂,其将成为相关企业实现节能降耗、绿色发展的关键技术。 关键词ꢀ 铜冶炼炉渣ꢀ 高压辊磨ꢀ 节能ꢀ 应用 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2020. 04. 072 ꢀ ꢀ 1985 年,世界上首台高压辊磨机研制成功,其后 表 1ꢀ 不同冶炼工艺铜熔炼渣的化学成分分析结果 % [ 1-2] 在水泥行业得到广泛的应用 。 随着耐磨技术的进 各成分含量 SiO2 Al2 O3 不同冶炼 工艺的炉渣 步,2000 年前后高压辊磨机开始推广应用到金属矿 山行业,其应用水平也越来越成熟,特别在中硬矿石 的矿山领域,大有取代半自磨而成为大型矿山项目首 选的趋势。 笔者注意到,到目前为止,世界上没有任 何一家铜冶炼炉渣选矿厂应用此设备,也没有试验单 位开展过在铜冶炼炉渣选矿中的应用研究。 铜冶炼 炉渣具有硬度高、质地脆、邦德功指数非常高(通常 超过 20 kWh / t) 的特点,理论上说,高压辊磨机适用 于此类炉渣的破碎。 本文将对高压辊磨机在铜冶炼 炉渣的应用进行探讨,以期从理论及经济上分析高压 辊磨机在铜冶炼炉渣选矿中应用的可行性。 Cu Fe S CaO 奥托昆普闪速炉渣(贫化) 0. 77 44. 16 1. 30 28. 70 7. 70 0. 50 密闭鼓风炉渣 0. 41 28. 00 37. 00 7. 40 11. 20 奥托昆普闪速炉渣(不贫化) 1. 40 44. 30 1. 50 26. 70 双闪炉渣 Inco 闪速炉渣 诺兰达炉渣 白银炉渣 1. 32 39. 43 0. 45 30. 19 2. 17 3. 87 0. 80 44. 05 1. 21 33. 05 4. 73 1. 74 4. 59 42. 15 1. 87 23. 48 2. 55 5. 35 0. 46 35. 08 0. 75 35. 06 3. 88 7. 05 0. 74 34. 12 2. 78 31. 12 7. 63 5. 12 1. 32 40. 92 0. 47 35. 23 3. 79 2. 20 4. 45 42. 58 1. 23 23. 70 1. 50 1. 41 0. 69 38. 34 1. 12 14. 62 1. 12 2. 24 奥斯麦特炉渣 电炉渣 转炉渣 合成炉渣 艾萨熔炼渣(电炉贫化) 0. 68 42. 23 3. 86 3. 68 1 ꢀ 铜冶炼炉渣性质 铜冶炼炉渣的密度一般为 3. 5 ~ 4. 2 t/ m ,其化 3 冷却组成,这个过程有利于含铜物相结晶颗粒的增 大。 后期水喷淋的冷却方式一定程度上决定了此类 矿物脆性较强的特点。 总的来看,铜冶炼炉渣的物理 特性为硬度高、韧性强、脆性大,这也决定了此类炉渣 易碎难磨的特性。 学成分主要有 Cu、Fe、SiO2 、Al2 O3 、CaO、S 等。 通常来 说,不同工艺的铜冶炼炉渣,各成分含量有所差别,不 同类型的铜冶炼炉渣化学成分见表 1。 ꢀ ꢀ 从表 1 可以看出,铜冶炼炉渣含铁量最大,进一 张萌等对国内几家铜冶炼炉渣的性质进行了对 步的分析表明,其主要以磁铁矿、磁黄铁矿及铁橄榄 石等形式存在,其次是硅酸盐类矿物,这两类矿物总 含量高达 75% 左右,这就决定了铜冶炼炉渣具有硬 度高、韧性强的特点。 另一方面,一些新建的铜冶炼 炉渣选厂的原料是从铜冶炼炉中排出的熔融状态炉 渣通过渣包缓冷方式形成的。 这种缓冷方式主要由 前期一定时间的自然冷却和后期一定时间的水喷淋 [ 3] 比研究,结果见表 2 ,其中 JK-DW 实验的 A×b 值表 示矿石破碎的难易程度,其值越小,表示矿石越难破 碎;其值越大,表示矿石越容易破碎。 球磨功指数则 表示矿石的可磨蚀性,值越小,表示矿石越易磨;值越 大,表示矿石越难磨。 ꢀ ꢀ Napler-Munn 等通过 A×b 值来对矿石的软硬进 [4] 行大致分类,其结果见表 3 。 ꢀ ꢀ 从表 2 可以看出,铜冶炼炉渣的 A×b 值在 51 ~ ꢀ ꢀ 熊ꢀ 锋(1980—),男,工程师,330031 江西南昌红角洲前湖大道 88 号。 7 3,球磨功指数在 22 kWh / t左右,与表3对比可知, 8 2 70 ꢀ ꢀ 熊ꢀ 锋:高压辊磨机在铜冶炼炉渣选矿中的应用探讨ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2020 年 4 月第 4 期 表 2ꢀ 国内几家冶炼厂的铜渣性质对比 其较易破碎而比较难磨。 铜渣 密度 类型 / (t/ m ) JK-DW 实验参数 球磨功指数/ (kWh / t) 2ꢀ 高压辊磨机对铜冶炼炉渣的适应性 3 A×b 值 72. 80 51. 70 ta 按ꢁ40 μm 计 按ꢁ106 μm 计 2 . 1ꢀ 理论上的适应性 1 2 3 3. 82 4. 02 0. 40 0. 28 22. 57 21. 14 23. 70 通过铜冶炼炉渣的性质可知,此类原料最大的特 点就是易碎难磨,且硬度高、脆性大、韧性强,若能减 小磨矿阶段的入磨粒度,则节能降耗作用明显。 表 3ꢀ JK 公司对矿石性质的大致分类 不同硬度矿石对应的参数值 参数 很软 软 127 ~ 67 1. 38 ~ 0. 65 7 ~ 9 中软 中 56 ~ 43 0. 54 ~ 0. 41 9 ~ 14 中硬 43 ~ 38 硬 很硬 <30 A×b ta >127 >1. 38 <7 67 ~ 56 38 ~ 30 0. 65 ~ 0. 54 0. 41 ~ 0. 35 0. 35 ~ 0. 24 14 ~ 20 <0. 24 >20 BWi f <2 2 ~ 4 4 ~ 6 6 ~ 9 9 ~ 13 13 ~ 17 17 ~ 20 ꢀ ꢀ 澳大利亚昆士兰大学曾对不同种类、不同性质的 磨功指数为其标准邦德功指数的 0. 8 倍。 ③根据其 他工程应用经验,高压辊磨机的辊面寿命为 6 000 ~ 16 000 h,本次假设其寿命为 7 500 h,约每年更换 1 次。 ④由于铜冶炼炉渣选厂基本都建在冶炼厂区内, 因此所有方案都考虑为平地建厂。 物料进行了单一球磨工艺和高压辊磨—球磨工艺的 能耗对比试验,其结果见表 4。 表 4ꢀ 不同物料的 2 种磨矿工艺的能耗对比 各工艺总能耗 各工艺产品细度 高压辊磨— 球磨节能 (ꢁ0. 015 mm) / % / (kWh/ t) 在以上假设情况下,碎磨系统可选流程有:粗碎 物料 + 半自磨+球磨流程(方案 1)、粗碎+中碎+圆锥破碎 高压辊磨 —球磨 高压辊磨 球磨 / % 球磨 —球磨 机细碎+球磨流程(方案 2)、粗碎+中碎+高压辊磨机 超细碎+球磨流程(方案 3), 花岗岩 108. 8 39. 3 63. 9 23. 5 68. 6 48. 0 75. 8 49. 6 76. 7 68. 3 81. 1 84. 3 79. 1 79. 8 79. 9 79. 7 80. 1 80. 1 80. 4 79. 6 80. 1 79. 2 79. 5 80. 0 80. 3 79. 6 80. 7 79. 0 80. 3 79. 9 79. 7 80. 3 白色大理石 33. 6 25. 7 15. 5 41. 1 95. 7 23. 7 34. 6 61. 2 130. 7 对比结果见表 5(粗碎设备相同,不列示)。 绿泥石 砂岩 49. 4 79. 1 ꢀ ꢀ 由表 5 可以看出,方案 1 和方案 2 的总安装功率 相当,但方案 1 的总投资比方案 2 少 705 万元;方案 3 的投资大于方案 1,略小于方案 2,其总安装功率最 小。 因此,从总安装功率和总投资来看,方案 1 和方 案 3 都要优于方案 2,但方案 1 和方案 3 各有优劣,下 面再从电耗及材料消耗等方面对比 3 个方案的优劣, 结果见表 6。 灰绿岩 煤 395. 5 47. 0 石灰岩 148. 3 磁体石灰岩 192. 8 绿色大理岩 692. 2 石英闪长玢岩1 186. 6 185. 8 ꢀ ꢀ 从表 6 可以看出,方案 3 的可比经营费用最低, ꢀ ꢀ 从表 4 可以看出,在磨矿产品细度相当的情况 下, 高 压 辊 磨—球 磨 工 艺 较 单 一 球 磨 工 艺 节 能 3. 5% ~ 84. 3% ;硬度越高的矿石,其节能效果越明 主要体现在电耗相对低、磨机钢耗相对较少。 经过以上对比,综合来看,采用高压辊磨机为细 碎设备的第 3 方案具有一定的可行性和优势。 2 显。 这也从另一个方面论证了高压辊磨机应用在铜 冶炼炉渣的碎磨上会很大程度上降低整个碎磨系统 的能耗。 3 ꢀ 结ꢀ 语 ( 1)铜冶炼炉渣硬度高、脆性大、韧性强,理论上 来说采用高压辊磨机作为最后一段破碎设备可以显 著地降低碎磨系统的能耗,比较适应此类物料的处 理。 2 . 2ꢀ 经济上的合理性 为了更好地揭示高压辊磨机在铜冶炼炉渣碎磨 上应用的可能性,下面列举案例从投资以及生产成本 上进行对比。 对比基础:①生产规模为 3 000 t/ d,工 作制度为 330 d / a,碎矿系统运行 18 h / d,磨矿系统 ( 2)从投资及运营成本上看,应用高压辊磨机具 有一定的优势,这也证明了高压辊磨机在此类矿石处 理上具有较大的潜力。 2 4 h / d。 ②结合表 4 可知,铜冶炼炉渣的邦德球磨功 ( 3)目前尚未有高压辊磨机应用在铜冶炼炉渣 指数最接近白色大理石,其采用辊磨—球磨工艺后节 能 23. 5% ;同时,根据其他工程高压辊磨机应用的经 验数据, 经 辊 磨 后, 邦 德 球 磨 功 指 数 降 低 15% ~ 选矿中的报道,今后应加大此方面的研究,特别对于 大型的铜冶炼炉渣选矿厂,其将成为相关企业实现节 能降耗、绿色发展的关键技术。 2 5% ,因此,本次假设铜冶炼炉渣经辊磨后其邦德球 2 71 Serial No. 612 April 2020 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 612期 2020 年 4 月第 4 期 表 5ꢀ 3 种方案投资及装机功率对比 方案 1 价格 (万元/ 台) / (kW/ 台) 方案 2 方案 3 价格 / (万元/ 台) / (kW/ 台) 设备与 项目 安装功率 规格及 数量 规格及 数量 价格 / (万元/ 台) / (kW/ 台) 安装功率 规格及 数量 安装功率 中碎机 细碎机 HP300,1 台 HP300,2 台 320 320 200 200 HP300,1 台 320 200 高压辊磨 ϕ15 / 10,1 台 850 630+630 37+37 筛分机 2. 4 m×4. 8 m,1 台 半自磨 ϕ5. 5 m×5. 5 m,1 台 球磨机 ϕ5. 2 m×8. 5 m,1 台 45 15 3. 0 m×6. 0 m,1 台 2 600 70 37+37 3. 0 m×6. 0 m,1 台 120 1 100 1 500 3 800 ϕ4. 8 m×7. 6 m,2 台 950 2 800 ϕ4. 5 m×6. 5 m,2 台 750 2 100 220 胶带等其他 辅助设备 给料机及 胶带机械 给料机及 胶带机械 给料机及 胶带机械 250 120 350 220 380 半自磨排料ꢁ200 目约 40% 最终磨矿产品ꢁ325 目 80% 破碎产品粒度 P80 =8 mm, 破碎产品粒度 P80 =5 mm, 产品粒度 最终磨矿产品粒度ꢁ325 目 80% 最终磨矿产品粒度ꢁ325 目 80% 除尘设备 土建费用 合计 15 25 35 78 35 78 1 000 3 910 1 300 4 615 1 200 4 405 6 560 6 572 6 032 表 6ꢀ 可比经营费用对比 万元 / a 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 各方案各项目可比经营费 经营费可比项目 [ [ [ [ 1]ꢀ 罗主平,刘建华. 高压辊磨机在我国金属矿山的应用与前景展 望(一)[J]. 现代矿业,2009(2):33ꢁ37. 方案 1 方案 2 3 316 234 方案 3 电耗 3 300 216 3 034 192 2]ꢀ 刘建远,黄瑛彩. 高压辊磨机在矿物加工领域的应用[J]. 金属 矿山,2010(6):1ꢁ8. 磨机衬板 钢耗 438 536 402 3]ꢀ 张ꢀ 萌,姬建钢,孙春宝. 冶炼铜渣碎磨工艺及其系统优化的探 讨[J]. 有色冶金设计与研究,2015(1):9-12. 中细碎圆锥破碎机衬板 90 筛网 胶带 6 0. 9 15 6 1. 4 4] ꢀ NAPLER MUNN,MORRELL S,MORRISON R D,et al. Mineral commnution circuits: Their operation and optimisation [ M]. Bris- bane:JKMRC,University of Queensland,1999. 1. 4 人工费 合计 6 32 32 3 966. 9 4 224. 4 3 667. 4 ( 收稿日期 2020-03-06) ■ ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ( 上接第 249 页)段球磨机采用磁性衬板的优势体现 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 在 4 方面:其一,降低磨矿电力单耗约 11% ;其二,衬 板使用寿命可延长 6 ~ 9 倍;其三,降低衬板使用费用 至锰钢衬板的 70% 左右;其四,减少衬板更换次数, 提高球磨机作业率。 总之,刘塘坊矿业公司选矿厂一 段球磨机使用磁性衬板技术上可行,经济上合理,应 予推广应用。 [1]ꢀ 王ꢀ 勇. 金属磁性衬板在金山店铁矿的应用实践[ J]. 现代矿 业,2013(9):149-150. [ 2]ꢀ 梅向阳. 金属磁性衬板在鑫阳选矿厂的生产应用[ J]. 矿山机 械,2010(13):88-90. [ 3]ꢀ 尚焕成. 浅谈球磨机磁性衬板的研究及应用[ J]. 铜业工程, 2010(2):70-73. ( 收稿日期 2020-02-28) ■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■ ( 上接第 251 页)ϕ60 mm、ϕ50 mm、ϕ40 mm 钢球质量 得到合理的补装球方案:ϕ60 mm、ϕ50 mm、ϕ40 mm 钢球质量配比为 40 ∶35 ∶25。 配比 40 ∶35 ∶25。 4 ꢀ 结ꢀ 论 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 ( 1)段式球径半理论公式可以精确计算出粗磨 过程所需初装钢球的球径,再结合破碎统计力学原 理,得出初装钢球的配比,从而可以获得更加准确的 初装球方案。 [1]ꢀ 曹亦俊,段希祥. 球磨机装补球理论的现状及发展趋势[J]. 有 色金属:选矿部分,1999(4):34-35. [ 2]ꢀ 段希祥. 球磨机钢球尺寸的理论计算研究[ J]. 中国科学,1989 8):859-860. ( ( 2)通过段氏球径半理论公式和破碎统计力学 [ 3]ꢀ 肖庆飞. 两端磨矿精确化装补球方法的开发及应用研究[D]. 昆 明:昆明理工大学,2008. 原理,得出该选矿厂的初装球方案为:ϕ60 mm、ϕ50 mm、ϕ40 mm、ϕ30 mm 钢球质量配比为 10 ∶35 ∶30 ∶25。 ( 收稿日期 2020-03-05) ꢀ ꢀ 曹ꢀ 锋(1987—),男,工程师,721706 陕西省宝鸡市凤县坪坎镇。 (3)确定初装球精确球径后,再通过作图法可以 2 72
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