王振銀 段帥康 李 賀 張志兵 沈金靈 李相良
(北方礦業(yè)有限責(zé)任公司)
METSIM 是一款工藝模擬軟件,目前廣泛應(yīng)用于濕法冶金、火法冶金及選礦等領(lǐng)域[1-3]。該軟件中含有豐富的元素?cái)?shù)據(jù)庫、工藝設(shè)備模塊及運(yùn)算邏輯方式等,具有較強(qiáng)的計(jì)算仿真功能,通過對輸入物料、設(shè)備反應(yīng)過程、物質(zhì)流走向和邏輯控制器等的編輯,進(jìn)行穩(wěn)動(dòng)態(tài)模擬、物料平衡以及熱平衡等計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)全流程工藝的模擬仿真,便于進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、工藝診斷、生產(chǎn)優(yōu)化等工作[4-5]。蘇丹東北部某金礦根據(jù)開發(fā)生產(chǎn)需求,使用Metsim 軟件對其工藝流程進(jìn)行模擬計(jì)算,以期為合理性設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供參考依據(jù)。
某金礦金品位為2.60 g/t,金為唯一有價(jià)元素。將礦石磨至P80=75 μm 進(jìn)行診斷浸出試驗(yàn),以確定金的被包裹狀態(tài),其診斷浸出試驗(yàn)結(jié)果見表1。
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該金礦的有機(jī)碳含量低于0.04%,炭劫金現(xiàn)象不顯著。在礦石粒度P80=75 μm、礦漿濃度45%、室溫25 ℃、NaCN用量0.60 kg/t、pH值10.5~11.0和浸出時(shí)間36 h 的條件下,對該礦石進(jìn)行全泥氰化浸出試驗(yàn),金浸出率為92.92%,表明該礦石具有較好的可浸性。
根據(jù)礦石性質(zhì)擬采用炭漿工藝[6]對該金礦進(jìn)行開發(fā)生產(chǎn),設(shè)計(jì)處理礦量110 萬t/a,生產(chǎn)工藝流程見圖1。
根據(jù)試驗(yàn)確定各工序工藝參數(shù),并作為METSIM軟件對炭漿工藝各工序建立工藝模型的依據(jù)。設(shè)計(jì)工藝參數(shù)見表2。
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METSIM 數(shù)據(jù)庫中自帶許多元素和化合物的物理化學(xué)及熱量數(shù)據(jù),可為模型計(jì)算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),但往往缺少一些不常見或復(fù)雜化合物的數(shù)據(jù),例如金礦炭漿工藝中涉及的氰化浸出產(chǎn)物NaAu(CN)2等,需要手動(dòng)將其分子式、摩爾質(zhì)量、相態(tài)等輸入到數(shù)據(jù)庫中。在數(shù)據(jù)庫中選擇或手動(dòng)輸入相關(guān)化合物數(shù)據(jù)后,建立該模型的化合物數(shù)據(jù)庫(圖2)。
選擇METSIM 軟件中破碎、半自磨、球磨、濃密機(jī)、氰化浸出槽、炭漿吸附槽、活性炭解吸柱、電積槽等模塊,添加相應(yīng)的物質(zhì)流和邏輯控制器,構(gòu)建工藝流程模型(圖3)。原礦經(jīng)破碎后進(jìn)入半自磨和球磨工序,產(chǎn)出磨礦細(xì)度P80為75 μm 的原礦漿,經(jīng)濃密機(jī)濃縮成45%的礦漿,進(jìn)入五級氰化浸出槽,每級浸出槽均通入富氧,將濃度25%的NaCN 溶液加入第一級浸出槽。氰化浸出后礦漿進(jìn)入炭漿吸附工序,浸出礦漿進(jìn)入第一級吸附槽,活性炭從最后一級吸附槽加入,浸出礦漿與活性炭逆向流動(dòng),充分混合,尾礦從吸附槽最后一級排出,經(jīng)濃縮后使用Na2S2O5破氰處理排入尾礦庫。載金炭從第一級吸附槽提出進(jìn)入洗脫和電積工序,產(chǎn)出金泥。
根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝參數(shù),對各操作反應(yīng)模塊進(jìn)行編輯,設(shè)定其反應(yīng)方程及程度、物料停留時(shí)間、溫度和pH值等參數(shù),并對進(jìn)料物質(zhì)流的成分、流量、溫度等進(jìn)行編輯。根據(jù)設(shè)計(jì)的物質(zhì)流量大小和反應(yīng)產(chǎn)物量、成分等情況,在相應(yīng)物質(zhì)流或反應(yīng)單元的邏輯控制器中輸入控制函數(shù)命令,完成模型邏輯控制和計(jì)算準(zhǔn)備工作。炭漿工藝模型控制邏輯的編輯設(shè)置過程見圖4、圖5。
輸入物料為原礦漿,過程產(chǎn)物為浸出和碳吸附后的礦漿、載金炭、洗脫液,最終產(chǎn)物為破氰尾礦、貧炭、電積后液和金泥。對模型進(jìn)行運(yùn)算后,原料、過程產(chǎn)物和最終產(chǎn)物的金屬量平衡輸出結(jié)果見表3。輸入的金的金屬量為656.53 g,輸出最終產(chǎn)物的破氰尾礦金屬量為51.83 g,貧炭金屬量為1.55 g,金泥中金屬量為599.83 g,電積后液中金屬量為3.32 g,金屬量平衡,金的回收率為91.36%。破氰尾礦中的NaCN 含量為0.31 mg/L,可滿足國內(nèi)含氰化物尾礦排放標(biāo)準(zhǔn)。
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(1)利用METSIM 軟件對某金礦炭漿工藝流程進(jìn)行了模擬,得出了全過程金屬量平衡運(yùn)算結(jié)果。該金礦年處理礦量110 萬t,原礦金品位2.60 g/t,采用氰化浸出—炭漿吸附—載金炭解吸—電積工藝,獲得的金回收率為91.36%,尾礦經(jīng)破氰處理后的NaCN 含量為0.31 mg/L,具有較可觀的經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值,且尾礦滿足國內(nèi)排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
(2)METSIM 模型的建立,使得工藝過程的物料平衡等計(jì)算更加直觀便利,但建模的工況條件比較單一理想化,實(shí)際生產(chǎn)中例如浸出工序、浸出率往往受礦石性質(zhì)、浸出溫度、浸出劑濃度、反應(yīng)時(shí)間和磨礦粒度等多種因素耦合影響。
(3)新建立的METSIM 模型如用于生產(chǎn)工藝優(yōu)化,還需大量的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比修正,后期需采集實(shí)時(shí)監(jiān)測生產(chǎn)數(shù)據(jù)并建立不同工況和不同礦石性質(zhì)下的反應(yīng)率和生產(chǎn)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫。模型計(jì)算時(shí),調(diào)用數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)工況下的指標(biāo)參數(shù),計(jì)算得出各工序的物料走向情況和在設(shè)備中的反應(yīng)程度等,可為生產(chǎn)工藝診斷和優(yōu)化提供支持。