劉誼兵，朱 寧

（1.蘭州有色冶金設(shè)計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.云南恩菲科技集團有限公司，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)備運行效率、降低磨機鋼耗等方面有著極大優(yōu)勢［1?2］，并已普遍應(yīng)用于國內(nèi)大中型選礦廠。在半自磨工藝生產(chǎn)運行過程中，會出現(xiàn)難以通過磨礦作業(yè)磨到合格細度的礦石粒子，即“頑石”［3］。大量頑石累積會造成磨機運行功率下降，嚴重影響半自磨機產(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，會造成礦產(chǎn)資源浪費，也會造成環(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，但這會使得流程加長，且磨機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，國內(nèi)部分廠礦采用SABC流程（即振動篩?頑石破碎），但如果礦石硬度大幅增加，半自磨機處理能力就會降低，造成整個磨礦系統(tǒng)處理量下降，因礦石可磨性變化不大，最終造成球磨機處理能力相對富裕。此外，鑒于磨機排出的頑石中還有一定含量的介質(zhì)（鋼球），介質(zhì)對后段破碎機設(shè)備損耗嚴重，即便有些破碎設(shè)備設(shè)置了過鐵保護裝置，但出現(xiàn)問題后還是需要停機清理介質(zhì)，致使設(shè)備無法連續(xù)工作。因此，尋找一種簡單高效的方式將頑石和介質(zhì)分離是解決問題的關(guān)鍵。

國內(nèi)工程技術(shù)人員針對頑石與介質(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，就算通過使用除鐵器多次除鐵，也仍有部分鐵件無法清理，在物料進入頑石破碎工藝時出現(xiàn)破碎機過鐵的情況，輕則損傷破碎機襯板、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，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)過脫泥后上揀選皮帶，在輸送皮帶上人工手動揀出介質(zhì)，該方案不僅占用較大的場地和大量勞動力，效率也極低。此外，針對磁鐵礦等磁性礦物，也有采用磁力弧［4］的工藝，也就是在磨礦排礦端設(shè)置強力的永久磁鐵除去介質(zhì)，但由于設(shè)備本身在生產(chǎn)、運輸、安裝、使用時都會對周邊產(chǎn)生極強的磁場，且使用設(shè)備時仍有部分介質(zhì)無法排出，同樣會影響后續(xù)流程。針對以上問題，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)的比重差異進行試驗，通過數(shù)據(jù)對比、工藝技術(shù)研發(fā)，最終提出一種可靠、節(jié)能并能投入實際生產(chǎn)應(yīng)用的新型工藝技術(shù)。

1 礦樣性質(zhì)及試驗設(shè)備

1.1 礦樣性質(zhì)

試驗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（以下簡稱A礦樣）和硫化礦半自磨工藝頑石（以下簡稱B礦樣）。

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

將半自磨機排礦的－50＋10 mm粒級物料分別通過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個樣品，測定各樣品中介質(zhì)含量，結(jié)果見表1。可見每個粒度中均含有介質(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 試驗設(shè)備

試驗所用設(shè)備詳見表2。

表2 主要試驗設(shè)備

2 試驗研究

2.1 原則流程

A礦樣頑石中富含磁鐵礦，在整個半自磨工藝中未使用除鐵器剔除介質(zhì)等鐵質(zhì)（以下簡稱介質(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)中的運動速率和方向不同，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。針對本文樣品，最大粒徑礦粒沉降末速要遠遠小于最小粒徑介質(zhì)沉降末速，輕重礦物可按照沉降速度差實現(xiàn)按密度分離。

采用跳汰機，將半自磨機排礦中－50＋10 mm粒級物料進行頑石與介質(zhì)分離。水流通過篩板進入跳汰室，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)）因局部壓強及沉降速度較大而進入底層，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密度大的物料層進入下部空間，進入跳汰機的物料會分為兩個物料層，重礦物透過篩網(wǎng)進入精礦槽，輕礦物進入尾礦槽排出，實現(xiàn)頑石與介質(zhì)的有效分離，即跳汰機的重產(chǎn)品中不含頑石，輕產(chǎn)品中不含介質(zhì)。試驗流程見圖1。

圖1 試驗流程

2.2 跳汰機重選條件試驗

2.2.1 床層厚度條件試驗

跳汰機處理密度差大的礦物原料時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。跳汰機床層的總厚度習(xí)慣上用篩面至尾堰高度來表示。改變堰板高度，床層厚度也隨之改變。在隔膜跳汰機處理粗粒原料時，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，進行了跳汰機床層厚度條件試驗，結(jié)果見圖2。

圖2 床層厚度條件試驗結(jié)果

由圖2可見，隨著床層厚度增加，2個礦樣的跳汰精礦中介質(zhì)含量均呈現(xiàn)先降后升的趨勢，床層厚度250 mm時，2個精礦中介質(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

床層厚度250 mm條件下，進行了跳汰機上升水壓條件試驗，結(jié)果見圖3。

圖3 上升水壓條件試驗結(jié)果

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

2.3 跳汰試驗

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)各粒級樣品跳汰重選后所得精礦中均不含介質(zhì)，說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 試驗結(jié)果及分析

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

由試驗結(jié)果可知，跳汰重選不僅對非磁性礦物適用，對磁性礦物也同樣適用，因為該工藝利用的是等降比原理，無論介質(zhì)磁性如何，對各類半自磨處理工藝流程均有較好的適應(yīng)性，對實際生產(chǎn)具有推廣價值。

選用跳汰機進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，排礦進入分級設(shè)備進行分級，10～50 mm粒級物料進入跳汰機進行礦石和頑石分離作業(yè)，分離后的頑石排出，礦石則進入破碎系統(tǒng)進行破碎；－10 mm粒級物料已經(jīng)達到球磨機入磨粒度要求，可以直接送入二段球磨系統(tǒng)直接處理，不再進行頑石和介質(zhì)分離；＋50 mm粒級物料因礦物還屬于半自磨的待磨物料范圍，不宜排出磨機，介質(zhì)部分屬于有效介質(zhì)，在半自磨機中仍然有磨礦作用，不宜排出磨機。各廠礦普遍將半自磨機的格子板尺寸設(shè)置為不大于50 mm，故半自磨機在設(shè)備完好的情況下不會排出＋50 mm粒級物料，半自磨機格子板損壞后，會有極少量＋50 mm粒級物料排出，也會在跳汰過程中得到較好的處理，其中會有極少部分頑石進入介質(zhì)產(chǎn)品中跟隨介質(zhì)一同返回半自磨，另外一部分會跟隨礦物產(chǎn)品一同進入頑石破碎機破碎；對于＋50 mm粒級介質(zhì)部分則全部進入介質(zhì)產(chǎn)品，通過皮帶運輸機返回半自磨機中。

進行現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程設(shè)計時，該工藝方案對傳統(tǒng)半自磨主工藝設(shè)計基本沒有影響，僅需在原有半自磨流程后增加一個旁路分離處理流程，即將半自磨頑石排出的物料經(jīng)過篩分（篩孔10 mm振動篩）流程分級后，將篩上產(chǎn)品用皮帶運輸至跳汰機中處理；經(jīng)跳汰重選后的頑石產(chǎn)品可以直接送至傳統(tǒng)工藝的頑石破碎機進行破碎，破碎至－10 mm后給入二段球磨系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

按照重選工藝，選擇跳汰機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)備簡單、安裝方便，可在低投資、低運營成本的前提下應(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，流程改造既不會影響原有半自磨工藝運行，又無需在現(xiàn)場增加額外操作人員，最終可以保證全系統(tǒng)流程通暢，提高磨機處理能力，穩(wěn)步提升生產(chǎn)指標(biāo)，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益最大化。