姜志學(xué), 郝朋越, 何 軍, 劉國清

(1.中國恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038; 2.湖南有色新田嶺鎢業(yè)有限公司, 湖南 郴州 423000)

1 前言

揀選工藝是在目的礦物與脈石礦物未充分解離的情況下,利用礦物自身的物料特性,借助外界手段,實(shí)現(xiàn)脈石礦物與目的礦物分離的一種選礦方式[1-2]。

揀選最初是依靠人工進(jìn)行,利用礦物表面顏色、光澤度等物理特性的差異,從原煤、錫、鎢、銻等礦物表面特性差異明顯的礦物中分選原礦或剔除廢(矸)石。近年來隨著科技的進(jìn)步,XRT、XRF等光電技術(shù)也應(yīng)用于礦物的揀選工藝中。XPT技術(shù)是利用礦物受X射線照射后所激發(fā)出的特征X射線(二次X射線)來礦物分選的,自1995年世界上第一臺工業(yè)用X射線輻射分選機(jī)在俄羅斯面世之后,經(jīng)過數(shù)十年的技術(shù)更新與迭代,目前X射線揀選設(shè)備在煤炭、有色金屬、無機(jī)非金屬領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用。

國內(nèi)某鎢礦為某鎢業(yè)集團(tuán)下屬的重點(diǎn)礦山,日采選處理能力3 500 t,礦山服務(wù)年限25年。由于礦山建設(shè)時興建的尾礦庫庫容不足,面臨國家日益收緊的環(huán)保政策,尋求預(yù)先揀選拋廢、尾礦綜合利用的選礦新工藝,成為該礦山面臨的首要問題。國內(nèi)多個光電揀選設(shè)備廠商先后進(jìn)駐該礦進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)試驗,根據(jù)該礦光電揀選工業(yè)試驗期間揀選設(shè)備參數(shù)的選取與調(diào)整,針對工業(yè)試驗過程中揀選設(shè)備與工藝存在的問題進(jìn)行分析研究,探索影響光電揀選工藝穩(wěn)定性的相關(guān)因素與異常數(shù)據(jù)的癥結(jié)所在[3-4]。

2 原礦性質(zhì)

為查明該礦原礦中鎢的賦存狀態(tài)及其與脈石礦物的共伴生關(guān)系,在中碎出料皮帶上定時定量取中碎出料礦樣5 t,混合均勻、縮分制樣后,采用MAL、X熒光光譜半定量、化學(xué)成分分析等手段,對其做詳細(xì)的工藝礦物學(xué)研究,查明原礦中的主要礦物含量見表1,原礦中的化學(xué)多元素分析結(jié)果見表2,原礦中目的礦物鎢的物相分析結(jié)果見表3。

表1 原礦中主要礦物的含量

表2 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果

表3 原礦中鎢的物相分析結(jié)果

由表1、表2、表3可知,原礦中的主要目的礦物為白鎢礦,品位0.30%,石榴石和石英為主要脈石礦物,品位分別為54.86%和15.42%;原礦中可供回收目的礦物的主要組分是WO3,品位為0.30%,其中以白鎢礦的形式存在的WO3分布率為93.00%,以黑鎢礦形式賦存的WO3為4.33%,鎢華中WO3分布率為2.677%,上述為原礦中鎢的總體分布狀態(tài)。

3 揀選工藝流程及條件試驗

3.1 光電揀選試驗工藝流程

該鎢礦原礦處理階段采用的是“三段一閉路”破碎工藝,原礦從井口提升到地面后,給入粗碎前的緩沖料倉,粗碎采用的是C100顎式破碎機(jī),顎式破碎機(jī)出料經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶給入GP200S中碎圓錐破碎機(jī),中碎圓錐出料給入2DYK3675重型振動篩進(jìn)行篩分(上層篩孔可調(diào)節(jié)試驗時采用的是40 mm,下次篩孔12 mm×25 mm),-10 mm粒級物料直接給入粉礦倉,+10 mm粒級物料經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶給入HP400細(xì)碎圓錐;中細(xì)碎圓錐破碎機(jī)出料共用一條皮帶,將出料給入重型振動篩分機(jī)。因該礦中碎采用的是S型圓錐,中碎出料粗粒級含量較多,部分礦物粒級超出了光電揀選設(shè)備的給料范圍;而細(xì)碎圓錐出料中-10 mm粒級物料當(dāng)前的光電揀選設(shè)備難以處理,因此采用2DYK3675重型振動篩上下兩層篩中間物料作為光電揀選的入料,光電揀選設(shè)備采用國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的K-108智能揀選設(shè)備,光電揀選工藝流程如圖1所示。

圖1 光電揀選工藝流程圖

3.2 光電揀選粒度試驗

光電揀選工藝是在原礦破碎階段進(jìn)行的,即是在礦物未充分解離的工況條件下,實(shí)現(xiàn)目的礦物的相對富集,故此在確定原礦拋廢粒度之前,對原礦中的目的礦物的堪布粒度及賦存狀態(tài)采用MAL進(jìn)行分析;在掃描電鏡下可見,白鎢礦多為不規(guī)則粒狀,粒度不均勻,粗者可至0.15 mm左右,細(xì)小者小于0.001 mm,一般0.005～0.08 mm,產(chǎn)出形式較為簡單,大部分呈單體產(chǎn)出,其余部分主要與石榴石、石英、方解石、綠泥石、輝石和閃石等礦物連生,而與黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦等金屬礦物的嵌連關(guān)系并不密切,鎢礦堪布情況如圖2、圖3所示。

圖2 白鎢礦單體在掃描電鏡背散射電子成像

圖3 微小粒白鎢礦與脈石礦石(石榴石、石英)連生結(jié)構(gòu)成像

根據(jù)白鎢礦在原礦中大部分呈單體產(chǎn)出的粒度堪布特性,在光電揀選粒度確定過程中,選擇10～40 mm、10～60 mm、20～80 mm三個粒級為光電揀選入料粒度,在其他條件保持不變的情況下進(jìn)行拋廢試驗,試驗結(jié)果見表4。

表4 光電揀選粒度試驗結(jié)果

由表4可知,在拋廢率保存不變,只改變給料粒度的情況下,隨光電揀選給料粒度的增加,其拋廢尾礦中鎢的品位亦逐漸增加,拋廢精礦鎢金屬回收率逐漸降低;雖上述三組試驗中原礦品位受現(xiàn)場配礦的影響有所波動,但給料粒度試驗的尾礦總體變化趨勢符合原礦粒度越小、鎢礦物解離度越好的規(guī)律。故選擇10～40 mm粒級作為光電揀選工業(yè)試驗的給料粒級。

3.3 原礦拋廢率試驗

在相同入料粒度的情況,原礦的拋廢率直接決定了揀選工藝的經(jīng)濟(jì)效益與可行性;在保證目的礦物回收率的前提下,盡可能多地拋出脈石礦物與部分低品位礦物,即可有效減少后續(xù)選礦工藝的入磨入選量,降低磨浮作業(yè)過程中的藥劑、耗材、備品備件及能量的消耗,又可以降低在相同處理能力的情況下的脈石礦物進(jìn)入尾礦庫的量,有效延長尾礦庫的服務(wù)年限,減少尾礦堆存與處理所產(chǎn)生的相關(guān)費(fèi)用,同時拋出的廢石又可以作為一般建材使用,提升廢石利用的附加值[5-7]。在粒度試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行拋廢率試驗,為盡量降低原礦品位的波動對拋廢率的影響,將拋廢率試驗安排在同一天內(nèi)進(jìn)行,雖原礦品位仍有一定的波動,但同一批次的原礦大體上品位變化不大,試驗結(jié)果見表5。

表5 拋廢率試驗結(jié)果

從表5可知,在給礦粒度不變的情況下,隨著原礦拋廢率的增加,尾礦中的鎢含量呈上升趨勢,精礦鎢金屬回收也逐漸降低,當(dāng)拋廢率為25%時,尾礦中鎢品位為0.038%,拋廢精礦鎢金屬回收率為97.821%;拋廢尾礦品位已經(jīng)接近浮選尾礦水平,當(dāng)拋廢率為30%時,拋廢尾礦鎢品位為0.062%,拋廢尾礦中鎢金屬損失率過高,故按25%的拋廢率來進(jìn)行后續(xù)試驗。

3.4 原礦處理能力的試驗

當(dāng)揀選入料粒度、拋廢率確定之后,影響揀選機(jī)生產(chǎn)能力主要有以下幾方面的因素[8-9];一是入選物料平均粒度值,因原礦自身物料特性及破碎時采用的設(shè)備等因素的影響,進(jìn)入光電揀選設(shè)備的相同粒級物料的粒徑平均值也不相同,在物料密度一定的情況下,原礦的處理能力與入選礦物粒徑的平方成正比;二是揀選設(shè)備的給礦速度,當(dāng)前所采用的揀選設(shè)備通常利用皮帶給料,故此給料皮帶的運(yùn)行速度決定了單位時間內(nèi)礦物通過揀選設(shè)備的量;三是揀選礦物在給料皮帶上的覆蓋率(鋪滿率),X射線揀選設(shè)備是對單體礦物識別、揀選的設(shè)備,當(dāng)給礦皮帶高速運(yùn)行時,既要保證待揀選礦物在皮帶上實(shí)現(xiàn)一段加速后的相對靜止,又要為便于礦物識別保證礦物的單?；?同時還要避免礦物之間的相互重疊與覆蓋,待揀選礦物在給料皮帶上的覆蓋率決定了單位時間內(nèi)皮帶的運(yùn)輸量;四是揀選設(shè)備的識別與分離系統(tǒng)的數(shù)目,揀選設(shè)備對待揀選礦物進(jìn)行快速的識別和及時的分離是揀選質(zhì)量的有效保證。本次試驗在確定揀選給料粒度和拋廢率的前提下,為測試該型號揀選設(shè)備處理能力,對其進(jìn)行了相關(guān)試驗,試驗結(jié)果見表6。

表6 原礦處理能力試驗

從表6可知,在原礦拋廢率、給礦粒度已定的前提下,隨著光電揀選處理能力的增加,拋廢尾礦品位呈逐步遞增的趨勢,精礦金屬回收率逐漸降低,故該設(shè)備廠K-108型設(shè)備在10～40 mm給料粒度、拋廢率25%的工況條件下,針對該鎢礦的原礦處理能力為50 t/h較為適宜。

3.5 原礦水洗試驗

光電揀選給料過程中,若原礦中含泥含水量過高,礦物在分選給礦過程中易形成團(tuán)聚與相互覆蓋,嚴(yán)重影響礦物的揀選效果。同時大多數(shù)有色金屬礦物在原礦中堪布粒度細(xì),在原礦破碎、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中形成的粉礦中目的礦物含量往往比顆粒礦物中的要高。該鎢礦也面臨這樣的問題,為驗證該礦中的粉礦中鎢金屬品位與10～40 mm粒級中鎢品位的差異,特對上述兩種礦物取樣化驗,結(jié)果見表7。由于該礦地處潮濕多雨的南方地區(qū),原礦含水量大,在揀選過程中高品位礦粉附著在廢石表面,既容易造成揀選設(shè)備的誤判,又造成了揀選廢石中部分鎢金屬的流失,故此對揀選入料進(jìn)行洗礦處理[10]。

表7 -10 mm粒級粉礦與10～40 mm粒級品位對比

該揀選洗礦采用在振動給料機(jī)上增設(shè)噴淋水的方式進(jìn)行,沖洗水壓0.2～0.3 MPa(2～3 kg/cm2),水耗1～2 m3/t。由于部分-10 mm粒級礦物進(jìn)入沖洗水中,洗礦后礦漿采用渣漿泵直接打入球磨機(jī)出料泵池。

4 工業(yè)試驗及數(shù)據(jù)分析

4.1 揀選工業(yè)試驗

給料粒度、拋廢率、單機(jī)小時處理能力工藝條件確定后,該礦于11月18日—11月30日進(jìn)行為期12天的連續(xù)工業(yè)試驗,試驗采用每日兩班制作業(yè),試驗結(jié)果見表8。

表8 工業(yè)試驗結(jié)果

從表8中可知,工業(yè)試驗連續(xù)生產(chǎn)24個小班,整體尾礦品位最高0.048%,最低0.038%,拋廢率最高為24.6%,最低為20.74%,處理能力最高為51.64 t/h,最低為47.78 t/h。從工業(yè)試驗生產(chǎn)報表中可以發(fā)現(xiàn)兩個問題:一是個別班次的拋廢精礦品位低于原礦品位、計算拋廢精礦金屬回收率超過100%;二是連續(xù)四個小班的尾礦品位超過0.050%,遠(yuǎn)高于其他生產(chǎn)班。

4.2 工業(yè)試驗異常數(shù)據(jù)分析

對工業(yè)試驗生產(chǎn)報表中的異常數(shù)據(jù)表現(xiàn)出來的問題進(jìn)行深入地分析研究,形成上述問題的根本原因有以下幾方面。

(1)揀選精礦品位低于原礦品位、揀選精礦的金屬回收過高是由質(zhì)檢人員取樣操作不規(guī)范造成的。工業(yè)試驗過程中,由于揀選作業(yè)連續(xù)生產(chǎn),取樣時各物料轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶正常運(yùn)行,質(zhì)檢人員采用刮板取樣的方法,按一定的時間間隔隨機(jī)刮取一段皮帶上的物料做分析礦樣。部分班次質(zhì)檢人員在取樣過程中未按取樣規(guī)范操作,只刮取精礦皮帶上的少許表層粗顆粒礦物(底層品位相對較高的細(xì)顆粒礦物未取到),同時為減少礦樣的搬運(yùn)、制樣工作,人為減少精礦取樣量(試驗礦樣量遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)定要求),造成了某些班次的精礦礦樣代表性較差,出現(xiàn)揀選精礦品位低于原礦品位的現(xiàn)象,揀選精礦金屬回收率過高的現(xiàn)象。

(2)尾礦品位連續(xù)偏高的班次,取11月20日早班副樣與11月23日早班副樣采用熒光照射的方法進(jìn)行分析。照射圖片如圖4所示。

圖4 原礦在熒光燈下的照射圖片

圖4中上方為11月20日早班副樣在熒光照射下的鎢礦在原礦中的賦存狀態(tài),圖片下方為11月23日早班副樣在熒光照射下的鎢礦賦存狀態(tài)。從圖片中可以明顯看出原礦鎢金屬堪布粒度變細(xì),在當(dāng)前的揀選入選粒度情況下,礦廢解離相對較差,造成尾礦中的鎢品位偏高。

4.3 揀選循環(huán)負(fù)荷對工藝的影響

本次工業(yè)試驗采用的工藝流程是在礦方原有的生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上改造而成的,光電揀選入料為中碎和細(xì)碎破碎機(jī)出料中10～40 mm粒級的物料,揀選精礦因粒度問題不能直接給入后續(xù)的磨礦作業(yè)段,而是經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)皮帶給入了細(xì)碎作業(yè);由于破碎、篩分設(shè)備作業(yè)效率的問題,造成一部分物料多次經(jīng)過光電揀選設(shè)備,這就形成了揀選作業(yè)段的閉路循環(huán)及循環(huán)負(fù)荷量,這一問題也是借助原破碎流程增設(shè)光電揀選作業(yè)的選廠所面臨的普遍問題。

光電揀選在小試試驗階段,通常采用開路試驗方式,不牽涉循環(huán)負(fù)荷的問題。帶循環(huán)負(fù)荷的光電揀選流程,在相同給礦量的情況下,同一批礦石經(jīng)過光電揀選設(shè)備進(jìn)行多次重復(fù)揀選,將會造成揀選設(shè)備的實(shí)際拋廢率低于小試拋廢率的現(xiàn)象。

本次工業(yè)試驗過程中,條件試驗時由于給礦量較小、作業(yè)時間較短,揀選精礦返回破碎系統(tǒng)中時受細(xì)碎前緩沖倉的影響,進(jìn)入揀選設(shè)備的循環(huán)量較小甚至尚未進(jìn)入揀選系統(tǒng)循環(huán),故此條件試驗時,拋廢率25%的情況下,尾礦品位可達(dá)0.038%;進(jìn)入工業(yè)試驗時,由于整班連續(xù)運(yùn)行,部分揀選精礦多次進(jìn)入揀選系統(tǒng)、并逐漸形成穩(wěn)定的循環(huán)負(fù)荷,造成實(shí)際拋廢率降低(工業(yè)試驗實(shí)際拋廢率為21.84%)。條件試驗拋廢率(無循環(huán)負(fù)荷)與工業(yè)試驗拋廢率(帶循環(huán)負(fù)荷)對比見表9。

表9 有無循環(huán)負(fù)荷拋廢率對比

5 結(jié)論

(1)通過條件試驗和工業(yè)試驗可知,該鎢礦在原礦揀選入料品位0.22%,入料粒度10～40 mm的情況下,采用K-108光電揀選設(shè)備,可獲得鎢品位0.26%的鎢精礦,揀選尾礦鎢品位為0.046%,揀選拋廢率21.84%;光電揀選工藝對該鎢礦揀選效果明顯。

(2)光電揀選生產(chǎn)過程中,質(zhì)檢取樣工作必須要嚴(yán)格按照相應(yīng)的操作規(guī)范進(jìn)行,否則將會出現(xiàn)揀選精礦品位低于原礦品位,揀選精礦金屬回收率過高的錯誤結(jié)果。

(3)光電揀選生產(chǎn)過程中拋廢率低于條件試驗的拋廢率,是由揀選工藝中循環(huán)負(fù)荷量造成的,在相同給料粒度、處理能力的前提下,部分揀選精礦多次通過揀選設(shè)備,勢必會對揀選拋廢率造成影響。