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        黑龍江多寶山銅礦浮選機(jī)動(dòng)力學(xué)考察

        2023-08-29 06:51:34許培燕
        礦山機(jī)械 2023年8期

        許培燕

        西藏巨龍銅業(yè)有限公司 西藏拉薩 850212

        礦石性質(zhì)的變化對(duì)選廠當(dāng)前的工藝、流程和設(shè)備運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。浮選機(jī)動(dòng)力學(xué)考察與流程考察類似,是對(duì)浮選設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一種檢測(cè)手段,是對(duì)選廠現(xiàn)有生產(chǎn)情況的一次梳理,將抽象的選礦過(guò)程數(shù)字化,對(duì)選礦工作人員的經(jīng)驗(yàn)具體化,最終目的則是在對(duì)后續(xù)生產(chǎn)指標(biāo)不好的情況下,有基礎(chǔ)的對(duì)比數(shù)據(jù)和參照物,有利于快速解決問(wèn)題,恢復(fù)正常生產(chǎn)[1-2]。通常而言,浮選機(jī)動(dòng)力學(xué)考察應(yīng)用于選廠改建、擴(kuò)產(chǎn)擴(kuò)建,為設(shè)備的選型提供依據(jù),將現(xiàn)有的生產(chǎn)狀況復(fù)制到新建選廠,從而協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)快速達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo);同時(shí)也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的槽體結(jié)構(gòu)型式、葉輪-定子結(jié)構(gòu)型式及溢流堰型式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[3]。浮選機(jī)動(dòng)力學(xué)考察的最終目的則是從設(shè)備及工藝兩方面全面分析現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題,有針對(duì)性地給選廠提供解決方案;必要時(shí),提供的解決方案需要在實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,確保方案的可行性[4-5]。

        多寶山銅礦位于黑龍江省嫩江市,屬多金屬低品位大型斑巖銅礦,主要金屬包括銅、鉬、金、銀等多種有用元素,是一座大型銅、鉬等多金屬礦床。選廠設(shè)計(jì)初期規(guī)模為日處理礦石量 25 000 t,采用常規(guī)三段一閉路的碎礦工藝,中間破碎前加預(yù)篩,粗磨后采用鉬銅等可浮再分離—強(qiáng)化選銅工藝流程[6-7]?,F(xiàn)場(chǎng)工藝流程如圖1 所示,浮選機(jī)動(dòng)力學(xué)考察集中在銅鉬等可浮粗選、強(qiáng)化銅粗選及強(qiáng)化銅掃選作業(yè)。

        圖1 現(xiàn)場(chǎng)選礦工藝流程Fig.1 On site beneficiation process flow

        1 研究?jī)?nèi)容及方法

        1.1 充氣量及氣含率測(cè)試

        充氣量表征的是浮選機(jī)內(nèi)充入氣量的多少,空氣分散度表征的是浮選機(jī)氣體分散均勻程度。在氣液固三相體系中,氣量多少及分散均勻程度直接影響氣泡的碰撞礦化過(guò)程、浮選速率、工藝指標(biāo)和浮選藥劑的用量。實(shí)踐和理論研究都證明,增大充氣量,可以大幅度提高浮選機(jī)的生產(chǎn)能力,在一定范圍內(nèi)改善浮選指標(biāo)。每一種礦石都有自己合適的充氣量,在未達(dá)到合適充氣量前增加浮選機(jī)充氣量,使槽體中氣泡分布越均勻,礦粒與氣泡發(fā)生碰撞、接觸和黏連的機(jī)會(huì)越多,浮選指標(biāo)越好;但充氣量過(guò)大,容易造成漿液面翻花嚴(yán)重,形成不穩(wěn)定的泡沫層,藥劑和礦物顆粒的作用效果不佳,降低藥劑的利用效率。藥劑單耗量以及槽體內(nèi)含氣率的增加,減少了浮選有效容積,惡化了選別效果,最終造成浮選指標(biāo)不理想。

        一般采用排水集氣法測(cè)試浮選機(jī)充氣量和計(jì)算空氣分散度,測(cè)試方法如圖2 所示。在浮選機(jī)內(nèi)選擇若干個(gè)具有代表性的測(cè)量點(diǎn),用一個(gè)標(biāo)定高度的、一端封閉的有機(jī)玻璃管,在每個(gè)測(cè)點(diǎn)先充滿水,然后垂直倒置插入清水或礦漿中,要保證管口低于液面。當(dāng)液面下降到第 1 個(gè)刻度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),到第 2 個(gè)標(biāo)定高度時(shí)停止計(jì)時(shí),并記錄下所用時(shí)間。以同樣的方法進(jìn)行下一點(diǎn)的測(cè)量,直到所有的測(cè)點(diǎn)全部測(cè)完。為保證測(cè)試的準(zhǔn)確性,每個(gè)測(cè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)量?jī)纱?,如果兩次測(cè)量時(shí)間相差較大,則進(jìn)行第 3 次測(cè)量。

        圖2 排水集氣法充氣量測(cè)試Fig.2 Aeration volume test by draining water and gathering gas method

        浮選機(jī)的充 (吸) 氣量用 1 min 內(nèi)通過(guò)槽體 1 m2橫截面的空氣體積來(lái)表示,測(cè)量時(shí)用排開(kāi)水的體積代表空氣的體積。

        式中:Q為測(cè)量點(diǎn)充 (吸) 氣量,m3/(m2·min);V為從測(cè)量工具中排開(kāi)清水的體積,m3;T為測(cè)量時(shí)間,min;S為測(cè)量工具的截面積,m2;L為有效測(cè)量段的長(zhǎng)度,m;t為測(cè)量時(shí)間,s。

        1.2 氣泡負(fù)載率測(cè)試

        氣泡負(fù)載率是指礦漿相中的礦化氣泡單位氣泡面積所攜帶礦物顆粒的質(zhì)量,一般單位為 g/m2;也可用單位體積氣泡所攜帶礦物顆粒的質(zhì)量表示,單位為 g/L,即氣泡攜帶礦物的總質(zhì)量m和氣泡的總體積V的比值,L=m/V。

        礦化氣泡的形成和運(yùn)動(dòng),一定程度上影響最終的選別指標(biāo)。礦化氣泡形成后,在礦漿相中會(huì)上升一段距離后至泡沫礦漿界面,最后穿過(guò)界面進(jìn)入到泡沫層。整個(gè)過(guò)程中,貫穿著礦化氣泡的碰撞黏附、脫附和再吸附過(guò)程;因此,了解礦化氣泡在礦漿相中的碰撞黏附的微觀表現(xiàn),對(duì)浮選過(guò)程的調(diào)控具有較大的意義。

        礦化氣泡的形成及運(yùn)動(dòng)過(guò)程是由多方面因素共同作用的結(jié)果,包括藥劑作用及微觀的流體動(dòng)力學(xué)特性作用。礦化氣泡的微觀作用過(guò)程很難直觀地進(jìn)行觀測(cè)及統(tǒng)計(jì),目前所采用的評(píng)價(jià)方法為泡沫負(fù)載率測(cè)試儀測(cè)試法,所使用的儀器為北礦機(jī)電科技有限責(zé)任公司開(kāi)發(fā)的氣泡負(fù)載率測(cè)試儀,如圖3 所示。測(cè)試過(guò)程中,礦化氣泡通過(guò)收集管進(jìn)入礦化氣泡收集器內(nèi),在錐形導(dǎo)流器的導(dǎo)流作用下分散至四周,在壓差及自然破碎下沉降至收集器底部;一定時(shí)間后,將收集到的顆粒從排礦口卸出,對(duì)試樣樣品進(jìn)行篩析及化驗(yàn),獲取不同高度位置礦化氣泡的粒度組成和品位變化,最終評(píng)估碰撞礦化效果。

        圖3 氣泡負(fù)載率測(cè)試Fig.3 Bubble loading rate test

        1.3 礦漿懸浮能力

        礦漿懸浮能力表征的是礦物顆粒在浮選機(jī)內(nèi)的懸浮效果,充分的礦物懸浮是獲得良好浮選指標(biāo)的先決條件之一。礦漿懸浮能力在一定程度上影響礦物顆粒與藥劑的混合效果、顆粒與氣泡的碰撞概率,保證礦物的離底懸浮也是浮選機(jī)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則之一。通常采用深槽取樣器對(duì)槽體內(nèi)不同深度方向的礦漿進(jìn)行取樣測(cè)試化驗(yàn),如圖4 所示。

        圖4 深槽取樣示意Fig.4 Diagram of deep groove sampling

        1.4 泡沫徑向方向取樣測(cè)試

        泡沫層的厚度影響精礦的品質(zhì)及回收率,泡沫層太薄,不利于提升精礦品位;泡沫層太厚,則導(dǎo)致泡沫的停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),不利于提升回收率。通過(guò)在泡沫層不同深度方向的取樣,考察泡沫品位和泡沫產(chǎn)品粒級(jí)回收效果,最終評(píng)判不同礦物、不同作業(yè)時(shí)的最佳泡沫層厚度,從而指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

        通常在浮選機(jī)徑向方向選取若干點(diǎn)進(jìn)行取樣,如圖5 所示,沿泡沫徑向表面布置 ①~⑥ 號(hào) 6 個(gè)測(cè)點(diǎn)。

        圖5 取樣點(diǎn)布置Fig.5 Layout of sampling points

        2 測(cè)試結(jié)果及分析

        2.1 充氣量及氣含率測(cè)試結(jié)果分析

        粗、掃選每個(gè)作業(yè)的第 1 槽 KYF-130 浮選機(jī)充氣量在 0.23~1.09 m3/(m2·min),測(cè)試結(jié)果如表1 所列。掃選Ⅰ第 1 槽充氣量偏小,僅為 0.23 m3/(m2·min)。

        表1 充氣量測(cè)試結(jié)果Tab.1 Results of aeration volume test

        各作業(yè)單臺(tái)浮選機(jī)充氣量大小的設(shè)置與礦石性質(zhì)、處理量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有用礦物品位、精礦產(chǎn)率、泡沫層厚度、起泡劑含量以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。實(shí)踐證明,實(shí)際充氣量的大小一般遵循以下操作原則。

        (1) 降低充氣量有利于形成穩(wěn)定的泡沫層,減少大氣量對(duì)泡沫層的干擾,一定程度上增加泡沫層的厚度。而當(dāng)泡沫層太厚時(shí),為保證粗粒礦物的碰撞礦化概率及上升過(guò)程中的運(yùn)輸能力,則應(yīng)適當(dāng)增加充氣量。

        (2) 當(dāng)出現(xiàn)旋流器跑粗的情況時(shí),為避免較大顆粒物料在浮選機(jī)內(nèi)沉積,影響整體浮選容積及浮選時(shí)間,則應(yīng)適當(dāng)減小充氣量,增加浮選機(jī)的攪拌懸浮能力,從而保證粗顆粒礦物從浮選機(jī)內(nèi)排出。

        (3) 一般而言,硫化礦用選礦浮選機(jī)充氣量大小控制在 1.0 m3/(m2·min) 左右;氧化礦用選礦浮選機(jī)充氣量偏小,一般在 0.4 m3/(m2·min),但具體需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)工藝條件進(jìn)行微調(diào)。

        (4) 一般而言,粗掃選作業(yè)充氣量應(yīng)逐漸增加,精選作業(yè)充氣量應(yīng)適當(dāng)減?。煌蛔鳂I(yè)內(nèi),浮選機(jī)充氣量逐臺(tái)適當(dāng)增加 5%~10%。

        2.2 氣泡負(fù)載率測(cè)試結(jié)果分析

        等可浮作業(yè)第 1 臺(tái) KYF-130 浮選機(jī)礦漿相中 3 個(gè)不同深度氣泡負(fù)載大小和品位變化如表2 所列。礦化氣泡上升過(guò)程中,氣泡負(fù)載率逐漸減小,550 mm 處氣泡負(fù)載率為 16.06 g/L,220 mm 處氣泡負(fù)載率為 6.87 g/L;銅礦物的品位從 8.81% 提高至 18.65%。這表明在上升過(guò)程中,銅礦物富集效果較好,脈石礦物不斷從氣泡上脫落,有用銅礦物則不斷在富集。

        表2 氣泡負(fù)載率測(cè)試結(jié)果Tab.2 Results of bubble loading rate test

        對(duì)3 個(gè)不同深度的氣泡負(fù)載率取樣進(jìn)行了粒級(jí)篩析,篩析結(jié)果如表3~表5所列。

        表3 距溢堰 220 mm 氣泡負(fù)載物料取樣篩析結(jié)果Tab.3 Sampling and sieve analysis results of bubble loading materials at a distance of 220 mm from overflow weir

        表4 距溢堰 350 mm 氣泡負(fù)載物料取樣篩析結(jié)果Tab.4 Sampling and sieve analysis results of bubble loading materials at a distance of 350 mm from overflow weir

        表5 距溢堰 550 mm 氣泡負(fù)載物料取樣篩析結(jié)果Tab.5 Sampling and sieve analysis results of bubble loading materials at a distance of 550 mm from overflow weir

        從粒級(jí)產(chǎn)率看:氣泡攜帶礦物由距溢流堰 550 mm 升至 350 mm 過(guò)程中,同一粒級(jí)產(chǎn)率基本保持不變;而由 350 mm 升至 220 mm 時(shí),-0.038 mm 粒級(jí)產(chǎn)率降低明顯;粒度主要集中在 -0.074 mm+0.038 mm 和 -0.038 mm 2 個(gè)粒級(jí),產(chǎn)率達(dá) 88% 以上。

        從粒級(jí)銅品位看:粒級(jí)越粗,銅品位越低。氣泡攜帶礦物由距溢流堰 550 mm 升至 220 mm 過(guò)程中,各粒級(jí)銅品位均升高,-0.074 mm+0.038 mm 粒級(jí)和 -0.038 mm 粒級(jí)升高幅度相對(duì)較大;-0.038 mm 粒級(jí)品位升高最大,銅品位由 9.59% 升高至 24.36%。

        從粒級(jí)銅金屬分布率看:金屬多數(shù)分布在 -0.038 mm 和 -0.074 mm+0.038 mm 2 個(gè)粒級(jí),占 94% 以上;在不同深度,同一粒級(jí)的金屬分布率基本保持不變。

        該測(cè)試結(jié)果表明:礦化氣泡從距溢流堰深度 550 mm 運(yùn)動(dòng)到 220 mm 的過(guò)程中,單位體積氣泡攜帶的干礦量從 16.06 g/L 降低至 6.87 g/L,銅礦物的品位從 8.81% 提高至 18.65%。這表明,在上升過(guò)程中,銅礦物富集效果較好,脈石礦物不斷從氣泡上脫落,有用銅礦物在不斷富集。

        2.3 礦漿懸浮能力測(cè)試

        不同作業(yè) 5 臺(tái)浮選機(jī)礦漿懸浮能力測(cè)試結(jié)果如表6 所列。由此可知:各作業(yè)浮選機(jī)內(nèi),不同深度方向礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 27%~30% 之間,分布均勻,未出現(xiàn)分層現(xiàn)象。這表明浮選機(jī)內(nèi)輸入的能量合理,實(shí)現(xiàn)了礦物的離底懸浮和均分分散,為碰撞礦化過(guò)程提供良好的浮選動(dòng)力學(xué)條件。

        表6 5 臺(tái)浮選機(jī)礦漿懸浮能力測(cè)試結(jié)果Tab.6 Test results of pulp suspension capacity test of 5 flotation machines

        詳細(xì)分析等可浮粗選第 1 臺(tái)浮選機(jī)懸浮能力可知,從距溢流堰 3 500 mm 到距溢流堰 200 mm 不同深度位置,礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不變;從距溢流堰 3 500 mm 上升至距溢流堰 800 mm 過(guò)程中,品位基本不變,品位在 0.214%~0.234%;從距溢流堰 800 mm 上升至距溢流堰 200 mm 過(guò)程中,品位升高,達(dá) 0.309%,這表明上升過(guò)程中礦漿相銅礦物品位得到一定的提高。強(qiáng)化銅粗選第 1 臺(tái)浮選機(jī)隨著距溢流堰深度變化,礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化不大;在距溢流堰 3 500 mm 上升至距溢流堰 200 mm 過(guò)程中,銅品位逐漸升高,由 0.096% 升至 0.135%,礦漿相銅礦物品位提高效果較好。掃選Ⅰ第 1 槽、掃選Ⅱ第 1 槽和掃選Ⅲ第 1 槽在不同深度上,礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)和品位基本保持不變。

        2.4 泡沫徑向方向測(cè)試

        等可浮粗選第 1 槽、強(qiáng)化銅粗選第 1 槽、掃選Ⅰ第 1 槽這 3 槽不同取樣點(diǎn)泡沫品位如圖6 所示。推泡錐至外溢流堰的泡沫銅品位較推泡錐至內(nèi)溢流堰的泡沫銅品位略高;泡沫從推泡錐到溢流堰移動(dòng)過(guò)程中,銅礦物存在一定的富集,銅品位升高;掃選Ⅰ第 1 槽取樣點(diǎn) 6 銅品位略低,這主要是由于溢流堰處礦漿外溢造成的。

        圖6 不同作業(yè)流程中浮選機(jī)徑向泡沫取樣結(jié)果Fig.6 Radial foam sampling results of flotation machine in different operation processes

        3 槽泡沫粒級(jí)品位分析結(jié)果表明,粒級(jí)品位變化趨勢(shì)一致。但隨著粒級(jí)變細(xì),銅品位升高,與礦漿懸浮能力測(cè)試的粒級(jí)銅品位走勢(shì)不一致,說(shuō)明浮選機(jī)將品位較高的粗粒級(jí)銅礦物輸送至溢流堰附近后,回收效果并不理想。這主要是由于藥劑對(duì)粗粒級(jí)銅礦物捕收作用較差,礦漿擾動(dòng)使粗粒級(jí)礦物易于從礦化氣泡上脫落,致使粗粒級(jí)銅礦物未能得到及時(shí)有效回收。

        3 結(jié)論

        (1) 充氣量測(cè)試結(jié)果表明:各作業(yè)單臺(tái)浮選機(jī)氣量設(shè)計(jì)較為合理,粗、掃選各作業(yè)的第 1 臺(tái)浮選機(jī)充氣量在 0.23~1.09 m3/(m2·min);掃選Ⅰ第 1 槽充氣量偏小,僅為 0.23 m3/(m2·min)。建議在生產(chǎn)過(guò)程中適當(dāng)增大充氣量至 0.5 m3/(m2·min),以保證礦物的回收。

        (2) 各作業(yè)浮選機(jī)內(nèi)礦漿懸浮能力較好,無(wú)明顯分層現(xiàn)象,為礦物顆粒與氣泡的碰撞礦化提供了良好的懸浮保障。

        (3) 氣泡負(fù)載測(cè)試表明:礦化氣泡上升過(guò)程中,有用銅礦物的富集、脈石礦物的脫附現(xiàn)象較為明顯。建議適當(dāng)增加捕收劑藥劑用量,以保證礦化氣泡的穩(wěn)定性。等可浮粗選第 1 槽中,礦化氣泡從距溢流堰深度 550 mm 運(yùn)動(dòng)至 220 mm 上升過(guò)程中,銅品位由 8.81% 富集到 18.65%。

        (4) 泡沫從推泡錐到溢流堰移動(dòng)過(guò)程中,銅礦物存在一定的富集,銅品位升高,泡沫層起到了一定的再富集效果。但進(jìn)一步分析粒級(jí)組成、品位和金屬量分布可知,粗顆粒在向溢流堰移動(dòng)的過(guò)程中有所脫落。建議在生產(chǎn)過(guò)程中,可以將單一銅捕收劑調(diào)整為組合捕收劑,可嘗試單添加 Z200,在兼顧常規(guī)粒級(jí)回收的同時(shí),增加粗顆粒的回收效果。

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