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        干擾床分選機(jī)分選螢石礦的試驗(yàn)研究

        2015-10-26 14:48:16黃亞飛
        選煤技術(shù) 2015年6期
        關(guān)鍵詞:螢石粒級選礦

        黃亞飛

        (1.中煤科工集團(tuán)唐山研究院有限公司,河北 唐山 063012;2.河北省煤炭洗選工程技術(shù)研究中心,河北 唐山 063012)

        螢石的成分是氟化鈣,是工業(yè)上氟元素的主要來源。中國螢石資源豐富,分布廣泛,礦床類型繁多,資源儲量、生產(chǎn)量和出口量均居世界首位。螢石的用途十分廣泛,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,其應(yīng)用前景越來越廣闊,螢石及其加工品的用途已涉足30多個工業(yè)領(lǐng)域[1]。目前,我國螢石礦山普遍采用的選礦方法有手選、跳汰選和浮游選礦等,其中手選主要用于各種不同品級的易于肉眼鑒別的螢石礦,是一種最簡便、最經(jīng)濟(jì)的選礦方法,但工作效率低下,工作環(huán)境惡劣;跳汰選礦主要用于選別礦石品位較高、粒徑在6~20 mm的粒子礦,多適用于自身品質(zhì)較高,嵌布粒度較粗的螢石礦選礦,可獲得粗粒冶金級螢石精礦[2-3];浮選法適用于低品位細(xì)粒浸染螢石礦的選礦,也是獲得高品質(zhì)螢石精礦的有效方法[4-5],但其投資較大,運(yùn)營成本高,對環(huán)境污染嚴(yán)重,因而新型的螢石重選法和重選設(shè)備正逐步代替浮選工藝和設(shè)備。

        由于跳汰分選螢石礦的分選粒度一般都在6 mm以上,無法有效分選3 mm以下的礦粒,而浮選是對0.3 mm以下礦粒的分選,因此需尋求適宜的分選設(shè)備對二者都無法有效分選的螢石礦粒進(jìn)行分選。干擾床分選機(jī)恰好可滿足此粒度區(qū)間的分選需求,可由其先對粗顆粒高品質(zhì)螢石礦進(jìn)行重選提純,然后再經(jīng)磨礦進(jìn)入浮選,可減少浮選的負(fù)擔(dān),大大降低選礦成本。

        1 干擾床分選機(jī)分選螢石礦的可行性分析

        干擾床分選機(jī) (圖1)是根據(jù)不同的密度、粒度或形狀的物料在水中沉降速度的差異進(jìn)行分離的,它既可以用于基于粒度差異的分級,也可以用于基于密度差異的分選。若入料粒度在一定范圍內(nèi),物料將按密度進(jìn)行分選;若入料密度在一定范圍內(nèi),物料將按粒度進(jìn)行分級。物料的密度和粒度不同,在同一介質(zhì)流中的沉降速度不同,高密度粗顆粒具有較大的沉降速度,低密度細(xì)顆粒的沉降速度比較小。提供一個上升流體速度,使其介于低密度細(xì)粒的沉降速度和高密度粗粒的沉降速度之間,則高密度粗粒將在該上升流體中沉降,而低密度細(xì)粒將上浮,從而實(shí)現(xiàn)粒群按密度和粒度實(shí)行分離[6-7]。

        圖1 干擾床分選機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of teetered bed separator

        干擾床分選機(jī)沒有傳動部件,是一種結(jié)構(gòu)簡單、單位處理量大的分級分選設(shè)備,唯一的分選動力就是穩(wěn)定的上升水流。其優(yōu)點(diǎn)是:基建投資、安裝費(fèi)與生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用較低,操作簡便,生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)自動化,入料量和入料組成的變化可自動調(diào)整,產(chǎn)品質(zhì)量不受影晌,可最大限度地減輕操作工的工作量。另外,該分選系統(tǒng)也易于納入現(xiàn)有選礦廠的工藝流程,可減輕跳汰系統(tǒng)或浮選系統(tǒng)的工作負(fù)荷,提高分選效率。

        最初,干擾床分選機(jī)主要用于物料的分級,1934年,世界上第一臺干擾床分選機(jī)開始應(yīng)用于石英砂的分級作業(yè)。21世紀(jì)以來,干擾床分選機(jī)普遍應(yīng)用于我國選煤廠中的粗煤泥分選作業(yè),并取得了良好效果[8]。借鑒干擾床分選機(jī)在我國粗煤泥分選中的經(jīng)驗(yàn),嘗試將其應(yīng)用于對2~0.3 mm粒級螢石礦粒的分選,對于解決螢石礦洗選遭遇的發(fā)展瓶頸,是一種非常有意義的嘗試。

        2 分選試驗(yàn)

        2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

        螢石干擾床分選系統(tǒng)如圖2所示,主要由螢石干擾床分選機(jī) (稱螢石分選機(jī))、上升水泵、循環(huán)水桶、精礦桶、尾礦桶、流量計、管路、閥門等組成。其中:螢石分選機(jī)結(jié)構(gòu)特征是根據(jù)螢石礦顆粒性質(zhì)、上升水流速度等因素決定的,試驗(yàn)樣機(jī)是截面為300 mm×300 mm方筒,筒體高度1800 mm,底流口采用錐體方式;根據(jù)螢石分選機(jī)循環(huán)水量大小,制造了φ1200 mm循環(huán)水桶;分選機(jī)精礦桶底及尾礦桶底均為0.3 mm篩網(wǎng),以便于直接取樣。此外,根據(jù)螢石分選機(jī)內(nèi)流場密度波動范圍,還設(shè)置了PID密度閉環(huán)控制系統(tǒng),并且在分選機(jī)內(nèi)合適高度設(shè)置密度計,底流口設(shè)置電動調(diào)節(jié)蝶閥,閥門開度根據(jù)密度計波動控制;頂水采用DN65管路,由手動蝶閥和一臺DN65電磁流量計控制循環(huán)水量。

        圖2 螢石分選試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 Testing system of fluorite separation

        試驗(yàn)過程為:首先開啟螢石分選機(jī)循環(huán)水泵,使分選機(jī)分選系統(tǒng)正常循環(huán),觀察給水量,使水量穩(wěn)定后,將攪拌混合后的一定濃度的螢石顆粒給入到螢石分選機(jī)中;在底部上升水流的作用下,進(jìn)入分選機(jī)的螢石顆粒被分選成精礦、尾礦兩種產(chǎn)品;分選機(jī)底流精礦濃度較高,直接進(jìn)入精礦桶中,經(jīng)過濾得到精礦樣品,過濾后的水介質(zhì)由清水泵抽入循環(huán)水桶中;分選機(jī)溢流濃度較低,最終進(jìn)入尾礦桶中,經(jīng)篩網(wǎng)過濾后得到尾礦樣品,過濾后的水介質(zhì)循環(huán)流入循環(huán)水桶,最終回到螢石分選系統(tǒng)閉路循環(huán)。考慮到試驗(yàn)過程中水流的跑、冒、滴、漏,清水需不斷補(bǔ)充到循環(huán)水桶中,使循環(huán)水桶保持一定量的溢流。

        在試驗(yàn)過程中,頂水水量保持恒定。此外,為了保持床層的穩(wěn)定性,系統(tǒng)配制了一套PID控制儀表,對螢石分選機(jī)床層實(shí)現(xiàn)自動控制。

        2.2 試驗(yàn)方案

        在螢石分選系統(tǒng)入料濃度與螢石分選機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)不變的情況下,影響螢石分選機(jī)分選效果的主要因素為上升水流速、螢石礦顆粒粒度。試驗(yàn)采用2~0.2 mm、2~1.25 mm、1.25~0.5 mm、0.5~0.2 mm四個粒級的螢石礦顆粒作為分選試樣,以研究在不同頂水速度下的螢石顆粒的分選效果。

        試驗(yàn)方案如表1所示,每個粒度級別對應(yīng)較好分選效果的一組試驗(yàn)。

        表1 螢石分選系統(tǒng)試驗(yàn)方案Table 1 Test scheme of fluorite separation system

        3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        試驗(yàn)采用的螢石試樣采自河北承德一座螢石礦。將試驗(yàn)樣品破碎,得到 2~0.2 mm、2~1.25 mm、1.25~0.5 mm、0.5~0.2 mm四個粒度級別的螢石礦顆粒。利用試驗(yàn)系統(tǒng),對四個粒度級的螢石試樣在不同上升介質(zhì)流速條件下進(jìn)行了試驗(yàn)研究,最終分選結(jié)果如表2所示。

        表2 各粒級螢石礦顆粒分選試驗(yàn)結(jié)果匯總表Table 2 The results of each fraction fluorite ore separation test %

        本試驗(yàn)中,精礦回收率反映了精礦匯總有用成分的質(zhì)量與原礦中該有用成分質(zhì)量之比,有用成分回收率是評定分選過程質(zhì)量效率的數(shù)量指標(biāo),回收率越高,表示選礦過程中回收的有用成分越多,是評定分選效果的量的指標(biāo)。但是,選礦質(zhì)量在回收率中并沒有反映出來[9],因此螢石分選機(jī)采用回收率和質(zhì)量效率兩個指標(biāo)來評定螢石分選機(jī)分選效果,計算公式為:

        由各粒度級試驗(yàn)結(jié)果可知:

        (1)原礦品位從0.5~0.2 mm粒級到2~1.25 mm粒級逐漸降低,質(zhì)量變差,說明螢石精礦在破碎過程中較脆,相比尾礦更容易破碎,細(xì)碎度高,導(dǎo)致小粒度級別原礦品位較高,高于平均品位。

        (2)在螢石分選機(jī)分選過程中,較窄粒度級別的螢石礦顆??梢缘玫捷^好的分選效果,從表中可以看出,2~1.25 mm、1.25~0.5 mm、0.5~0.2 mm粒級螢石礦顆粒在不同上升介質(zhì)流速條件下都能獲得很好的分選效果,分選質(zhì)量效率在20%左右,分選效果較好。當(dāng)粒度級別為2~0.2 mm的較寬級別時,螢石顆粒分選效果急劇變差,分選質(zhì)量效率急劇變小,雖然精礦回收率較高,但精礦品位、尾礦品位及原礦品位相差無幾,這說明螢石顆粒的干擾沉降速度不僅取決于顆粒自身的密度,還和粒度關(guān)系很大,粒級范圍越寬,粒度的影響越顯著,分選效果則變差,導(dǎo)致上升介質(zhì)流中高密度小顆粒和低密度大顆粒在分選過程中發(fā)生錯配現(xiàn)象,高密度小顆粒螢石與低密度大顆粒尾礦一起從螢石分選機(jī)溢流堰排出,從而提高了尾礦品位,同時低密度大顆粒則容易沉入底流,污染精礦,從而導(dǎo)致分選效果變差,降低了精礦品位。這說明在一定范圍內(nèi),入料粒度范圍越窄,分選效果越好。

        (3)上升流的流速是一個影響精礦品位和產(chǎn)率的重要操作手段。在正常范圍內(nèi),隨著上升流流速的提高,精礦品位由低到高,又由高到低變化,螢石顆粒的分選在合適的上升流流速范圍內(nèi)可得到較好的分選效果;同時,隨著上升流速的提高,尾礦產(chǎn)率提高,精礦回收率降低。

        4 結(jié)論與展望

        (1)在螢石分選機(jī)選礦過程中,上升介質(zhì)流的流速調(diào)節(jié)可作為生產(chǎn)中的重要調(diào)試手段。

        (2)利用螢石分選機(jī)分選螢石顆粒,必須控制合適的粒度范圍,才能得到較好的分選效果,使螢石礦得到富集。

        (3)從分選效果來看,螢石分選機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)基本合理,如深入對其研究開發(fā),可投入工業(yè)應(yīng)用。

        本研究為螢石礦洗選擴(kuò)展了思路,也拓展了干擾床分選機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。試驗(yàn)研究過程中發(fā)現(xiàn),干擾床分選機(jī)分選出的精礦品位明顯提升。這樣,大部分亟待提高品位的螢石礦粒經(jīng)過細(xì)碎、分級后,可入干擾床分選機(jī)進(jìn)行分選,得到的精礦可以直接利用,亦可進(jìn)入浮選進(jìn)一步提高品質(zhì),不僅可降低選礦成本,且可減輕環(huán)境污染。

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        [3]沈張峰,丁 幸,任倩倩,等.螢石礦物選礦的技術(shù)創(chuàng)新[J].中國非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊,2012(2):67-70.

        [4]盧冀偉,王乃玲,印萬忠,等.我國螢石礦選礦進(jìn)展與展望[C] //王運(yùn)敏.中國采選技術(shù)十年回顧與展望,北京:冶金工業(yè)出版社,2012:50-53.

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        [8]黃亞飛.應(yīng)用PIV技術(shù)對上升流水力分選機(jī)流場的試驗(yàn)研究[D].北京:煤炭科學(xué)研究總院,2009:15-18.

        [9]謝廣元.選礦學(xué) [M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001:330-333.

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