石旭,劉誼兵
蘭州有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅蘭州 730000
在有色行業(yè),礦石碎磨流程有“三段一閉路”和半自磨兩種方案?!叭我婚]路”使用早,成熟穩(wěn)定;半自磨流程則可以省去破碎工段的中、細(xì)碎環(huán)節(jié),在縮短流程、縮小占地面積、促進(jìn)環(huán)境友好、提高選礦自動化等方面優(yōu)勢顯著,成為了中大型選廠的首選方案[1-2]。
近年來,半自磨流程在越來越多大型選礦廠實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定應(yīng)用,基于綠色礦山的建設(shè)要求,越來越多的中小型選廠也開始選擇半自磨流程。據(jù)了解,2007年,規(guī)模僅為 450 t/d 的甘肅某金礦采用半自磨流程,實(shí)現(xiàn)了成功投產(chǎn),且各項(xiàng)指標(biāo)良好。由于礦料最大塊度為 350 mm,磨礦細(xì)度 -200 目為 55%,該選廠同時(shí)省去了粗碎和球磨環(huán)節(jié),即采用單段半自磨流程[2]。
盡管半自磨流程在生產(chǎn)中具有較多優(yōu)點(diǎn),但也存在一些缺點(diǎn),其中頑石量的確定以及頑石處理方式的選擇一直是難題。
頑石是指在半自磨作業(yè)過程中形成的難以磨細(xì)的塊狀礦石,這些塊狀礦石中往往含有大量有用礦物,如不加處理就隨意丟棄不但會造成資源浪費(fèi),還會造成環(huán)境污染[3]。文獻(xiàn) [4] 表明,半自磨破碎頑石所占的能耗約為整個(gè)磨礦能耗的 20%。由于半自磨流程中頑石量無法通過試驗(yàn)準(zhǔn)確獲得,所以究竟要不要配置頑石破碎環(huán)節(jié),頑石是自返還是用帶式輸送機(jī)返回,是在磨礦車間內(nèi)還是車間外返回,在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),都應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
自返式圓筒篩是一種兩層篩[5](見圖 1),半自磨物料通過格子板孔 (或排礫孔) 流入篩體后隨著正向螺旋逐漸向前運(yùn)動。在這個(gè)過程中,小于篩孔的顆粒會通過篩孔由漏斗給入旋流器泵池;大于篩孔的顆粒則繼續(xù)向前螺旋運(yùn)動,到篩子底部后再隨著內(nèi)層篩的反向螺旋向后運(yùn)動,并最終通過半自磨機(jī)排料端中心孔返回半自磨機(jī)內(nèi)。
圖1 自返式圓筒篩示意Fig.1 Sketch of self-returning trommel
自返式圓筒篩是最簡單、最經(jīng)濟(jì)的一種頑石返回方式,且不需要專門設(shè)置管理人員,適用于一些小規(guī)?;蝾B石量少的半自磨選廠。但對于規(guī)模稍大或頑石量較多的選廠,弊端就會顯露:當(dāng)頑石或碎鋼球通過反向螺旋返回半自磨機(jī)后,它們往往尚未得到充分的沖擊或研磨,就又通過格子板孔 (或排礫孔) 進(jìn)入自返式圓筒篩,如此往復(fù)循環(huán),對半自磨機(jī)的處理量和穩(wěn)定性造成影響。因此,當(dāng)決定用此方式進(jìn)行頑石返回時(shí),半自磨機(jī)選型要考慮一定的富余量[6]。
螺旋分級機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單、工作穩(wěn)定可靠、操作方便。水槽傾角一般為 12.0°~ 18.5°,分級粒度越細(xì),傾角越小。其與磨機(jī)配置時(shí),需同時(shí)考慮螺旋分級機(jī)的給料坡度 (一般 >15°) 和反砂槽的坡度 (一般 >30°)。甘肅某 500 t/d 金銻礦選廠采用φ4.0 m×1.4 m 半自磨機(jī),利用 FLG2000 螺旋分級機(jī)進(jìn)行頑石返回,水槽在標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上加長 2.7 m,安裝傾角為 18.5°[7-8]。
當(dāng)半自磨機(jī)直徑大于 4 m 且配置螺旋分級機(jī)時(shí),為滿足反砂槽的坡度要求,除需要增加水槽長度外還需要增大水槽角度。增加水槽長度需要對設(shè)備進(jìn)行定制,增大水槽角度則容易因沉降面積減小而造成“跑粗”。因此,利用單螺旋分級機(jī)返回頑石的方式目前只成功應(yīng)用在φ4.0 m×1.4 m 半自磨機(jī)的選廠,其他更大型號的半自磨機(jī)應(yīng)用實(shí)例未見報(bào)道。此外,利用螺旋分級機(jī)進(jìn)行頑石返回,除對高差有要求外,對場地面積也有一定要求。
利用大傾角帶式輸送機(jī)在磨礦車間內(nèi)進(jìn)行頑石返回具有節(jié)約場地、利于統(tǒng)一管理的優(yōu)點(diǎn),適用于不需要頑石破碎的半自磨流程。圖 2 所示是一種常見的配置方式,半自磨出料先通過一臺直線篩,篩下物料直接進(jìn)入砂泵泵池,篩上頑石通過一條 TD75 帶式輸送機(jī)給入大傾角帶式輸送機(jī),大傾角帶式輸送機(jī)卸料漏斗直接插入半自磨給料輸送帶的卸料漏斗中。
圖2 利用大傾角帶式輸送機(jī)進(jìn)行頑石返回配置方案Fig.2 Configuration scheme for pebble return with largeobliquity belt conveyor
利用帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站 (頑石破碎間) 在磨礦車間外返回是適應(yīng)性最廣的一種配置方式,無論是否需要對頑石進(jìn)行破碎都可采用該配置。如圖 3 所示,直線篩或圓筒篩篩上頑石通過 1 號頑石輸送帶廊道給入 2 號頑石帶式輸送機(jī)或頑石破碎間內(nèi)的圓錐破碎機(jī)緩沖倉,再匯入半自磨給料帶式輸送機(jī)。由于《有色金屬選礦廠設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定“半自磨頑石角度不應(yīng)大于 12°”,在選用該配置方案時(shí),一定要設(shè)計(jì)好轉(zhuǎn)運(yùn)站距磨礦車間的距離及地坪標(biāo)高。
圖3 利用帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)運(yùn)站 (頑石破碎間) 進(jìn)行頑石返回配置方案Fig.3 Configuration scheme for pebble return with belt conveyor and transfer station (pebble crushing workshop)
一直以來,由于無法確定半自磨的頑石量,是否配置“頑石破碎”也較難判斷。根據(jù)筆者近年來的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),一般情況下,對于礦石硬度為中等及以上、規(guī)模 3 000 t/d 以上的選廠都宜設(shè)頑石破碎。同時(shí),還需考慮給料礦石性質(zhì)的變化,頑石處理宜設(shè)計(jì)成活流程,在同一選廠內(nèi)既可進(jìn)入圓錐破碎機(jī),又可直接給入帶式輸送機(jī),推薦的頑石破碎配置方案 (含頑石旁路系統(tǒng)) 如圖 4 所示。
圖4 推薦的頑石破碎配置方案Fig.4 Recommended configuration scheme for pebble crushing
云南某鉛鋅礦目前處理規(guī)模為 3 000 t/d,半自磨機(jī)型號為φ6.0 m×3.0 m,裝機(jī)功率為 1 300 kW,負(fù)荷率在 90% 以上;球磨機(jī)型號為φ4.5 m×7.6 m,裝機(jī)功率為 2 500 kW,負(fù)荷率為 82%。由于處理流程出現(xiàn)半自磨和球磨負(fù)荷不均衡的情況,現(xiàn)場進(jìn)行了頑石返回改造,將未破碎頑石全部用大傾角帶式輸送機(jī)返回至二段球磨中,但頑石在球磨中難以破碎,不斷累積,使球磨出現(xiàn)脹肚現(xiàn)象,該方案只運(yùn)行三天就被迫中止。究其原因,球磨適宜的給料粒度為 12 mm 以下,而有的頑石粒度高達(dá) 70 mm,頑石外形圓滑,與鋼球接觸面積小 (點(diǎn)對點(diǎn)),且球磨機(jī)所加鋼球直徑較小 (φ80 mm),無法使頑石得到充分研磨。
因此,對于半自磨機(jī)負(fù)荷大于球磨機(jī)的流程,可嘗試將頑石破碎后再返回球磨機(jī),亦可嘗試將頑石破碎后返回半自磨機(jī)的排料直線篩。這樣既可控制球磨機(jī)的進(jìn)料粒度,保證球磨機(jī)的磨礦效率;也可降低半自磨負(fù)荷,提高整個(gè)流程的處理量。選用此流程需注意的是,直線篩增加新的來料會對篩子選型及篩孔選擇造成影響[9]。
甘肅某鉛鋅礦選廠處理能力為 5 000 t/d,設(shè)計(jì)考慮富裕系數(shù)為 1.2,實(shí)際處理能力為 6 000 t/d,采用單系列 SABC 流程,選用φ7.0 m×3.5 m 半自磨機(jī)、φ5.03 m×8.0 m 溢流型球磨機(jī)和 CH420 圓錐破碎機(jī)。起初頑石占有量約為 23.5%,頑石破碎機(jī)一直開啟;后期礦石性質(zhì)改變,頑石量減少,若現(xiàn)場破碎機(jī)開啟,則會造成能耗的浪費(fèi),但直接棄用又會對半自磨的穩(wěn)定性和處理量造成影響。鑒于此,現(xiàn)場決定嘗試?yán)?X 射線分選機(jī)處理頑石。
使用 X 射線分選機(jī)時(shí),粉塵會對分選造成不利影響,因此需先對頑石進(jìn)行濕式作業(yè),再通過調(diào)整篩孔和格子板孔 (或排礫孔),將合適粒度 (10~ 60 mm)的頑石直接給入 X 射線分選機(jī)。此方案在該鉛鋅礦選廠應(yīng)用時(shí)效果良好,平均拋廢率達(dá) 50%,Pb、Zn 回收率在 94 %左右,拋出的廢石累積后還可當(dāng)作粗骨料進(jìn)行售賣。
有學(xué)者研究提出,對于 +50 mm 的礦石與介質(zhì)宜在半自磨機(jī)中循環(huán);對于 -10 mm 的物料,可以直接給入二段球磨機(jī)中進(jìn)行細(xì)磨;但對于 +10 -50 mm 的物料,不能直接拋棄,若直接給入二段球磨當(dāng)中,則會極大降低二段球磨的效率,大大增加磨礦工藝能耗。現(xiàn)試驗(yàn)將這部分物料通過怕細(xì)不怕粗的跳汰機(jī)進(jìn)行頑石與介質(zhì)的高效分離。試驗(yàn)結(jié)果表明,跳汰機(jī)排出的重產(chǎn)品只有介質(zhì),輕產(chǎn)品只有頑石,如此,再將頑石破碎后給入二段球磨機(jī)。該方案利用重選的方法,為解決 SABC 流程中磁力弧和除鐵器除鐵效果差的問題提供了一種新思路,同時(shí)也可解決有些半自磨選廠中存在的半自磨機(jī)與球磨機(jī)負(fù)荷分配不均的問題。
(1) 頑石問題是半自磨流程中不得不面對的一大難題,頑石量的多少既影響半自磨機(jī)的選型,又影響整個(gè)選廠的配置方案,對頑石的處理方式還關(guān)系到整個(gè)流程的處理量、能耗和穩(wěn)定性等。因此,在設(shè)計(jì)前應(yīng)充分研究分析礦石性質(zhì),類比同類型礦山磨礦功指數(shù)等都是半自磨設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。
(2) 在實(shí)際生產(chǎn)中推薦頑石在車間外返回,頑石破碎設(shè)計(jì)成帶有旁路系統(tǒng)的活流程;對于鉛鋅礦 (或鎢礦) 而言,對頑石進(jìn)行 X 射線分選是一種較為經(jīng)濟(jì)的方案。
(3) 半自磨流程已成為有色領(lǐng)域大中型選廠的首選碎磨流程。但由于半自磨存在能耗高、操作水平及自動化要求高的問題,在金礦領(lǐng)域只有中小型選廠才選用半自磨流程。相信隨著生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累,鋼球襯板等耗材材質(zhì)的發(fā)展,半自磨能耗、成本等問題可得到有效解決,半自磨流程會在各種類型的礦山中得到越來越多的應(yīng)用。