某高海拔大型銅多金屬礦浮選粗掃選設(shè)備的選擇

李小健,黃易柳,黃光洪

(長沙有色冶金設(shè)計研究院,湖南長沙 410011)

某高海拔大型銅多金屬礦浮選粗掃選設(shè)備的選擇

李小健,黃易柳,黃光洪

(長沙有色冶金設(shè)計研究院,湖南長沙 410011)

針對西藏某大型銅多金屬礦規(guī)模大、建設(shè)場地海拔高的特點,通過對現(xiàn)有大型浮選設(shè)備的調(diào)研和國內(nèi)外大型銅礦的生產(chǎn)實踐的考察,著重介紹了該項目粗掃選設(shè)備的選擇。

浮選機;浮選柱;銅多金屬選礦;高海拔選礦;大型選廠

近年來,隨著經(jīng)濟的發(fā)展,世界各國都面臨著高品位礦體日益減少,礦產(chǎn)資源日益枯竭,礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用逐步向邊遠地區(qū)、高海拔地區(qū)進軍,大量低品位礦體也正在被開發(fā)利用。為了滿足人們對礦產(chǎn)資源的需求,選礦規(guī)模不斷擴大,從日處理幾千噸礦石發(fā)展到幾萬噸,甚至十幾萬噸。各大制造商為了適應(yīng)市場的需求,紛紛研制新型、高效、低耗的浮選設(shè)備,規(guī)格從50 m3到300 m3不等。長沙有色冶金設(shè)計研究院設(shè)計的某大型銅多金屬礦地處我國西藏高原,礦山海拔高達5 000余m,選礦廠海拔也在4 300 m左右,且規(guī)模特大,設(shè)計日處理原礦10萬t,礦漿流量大,選擇適合的浮選設(shè)備做粗掃選是一個重要課題。

1 項目概況

該銅多金屬礦屬于斑巖型銅礦床,礦石礦物組成比較復(fù)雜,金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦為主,輝鉬礦次之,再次是黝銅礦、自然銅、白鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、孔雀石、藍銅礦、銅藍、斑銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等;非金屬礦物主要為石英、長石、黑云母、絹云母、綠泥石、方解石、硬石膏、石膏、高嶺石等。礦石的礦物共生組合:地表為孔雀石-藍銅礦-高嶺石-褐鐵礦-銅藍,深部主要為黃銅礦-黃鐵礦-石英組合和輝鉬礦-石英組合。原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果列于表1[1]。

原礦中銅主要以黃銅礦,其次為藍輝銅礦、銅藍及輝銅礦等銅的獨立礦物存在,它們的占有率為95.30%。原礦中鉬礦物主要以輝鉬礦的形式存在,占有率為98.50%。

表1 原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 %

設(shè)計工藝流程為鉬銅等可浮選-銅浮選工藝。礦石經(jīng)碎礦和磨礦至65%-0.074 mm,首先等可浮選鉬-銅;其次浮選銅。銅-鉬混合精礦再磨(75%-0.038 mm)后進行鉬-銅分離,經(jīng)一粗二掃五精得到鉬精礦和銅精礦1;銅粗精礦再磨(70%-0.038 mm)后進行銅精選,經(jīng)一粗三掃三精得到銅精礦2。銅精礦1和銅精礦2合并為銅精礦[2]。

2 粗選浮選機設(shè)計選型考慮因素

根據(jù)原礦性質(zhì)和設(shè)計選礦工藝流程,結(jié)合項目特點,粗掃選浮選設(shè)備設(shè)計選型考慮以下因素(本文所說粗掃選是指鉬銅等可浮選-銅浮選工藝的粗選作和掃選作業(yè)):

1.滿足選礦工藝要求,該礦為銅多金屬礦,原礦品位較低,銅只有 0.4%～0.5%,粗磨礦粒度為65%-0.074 mm,屬中等粒級低品位礦石的浮選。

2.設(shè)備規(guī)格與選廠規(guī)模相適應(yīng),因該項目處理規(guī)模特大,根據(jù)目前國內(nèi)外選礦設(shè)備規(guī)格來看,單系列配置無法滿足選廠生產(chǎn)能力要求。本工程磨礦設(shè)計為四個系列,為了保持磨浮系統(tǒng)生產(chǎn)系列的一致性,減少分礦作業(yè),粗選浮選設(shè)備也按四個系列進行設(shè)備選型。

3.設(shè)備性能滿足高海拔的要求,有足夠的充(吸)氣量。有高海拔的良好使用業(yè)績,設(shè)備技術(shù)先進,性能可靠,經(jīng)濟合理。

4.高效節(jié)能,運行成本低,設(shè)備磨損少,維修費用低。

3 浮選設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)狀簡述

各大制造商的選礦設(shè)備研究人員針對礦石的特點,朝著大型化、多品種、低能耗的方向發(fā)展,研究出了一系列構(gòu)思新穎的浮選設(shè)備。通過市場調(diào)查和對國內(nèi)外大型銅礦的生產(chǎn)實踐的調(diào)查了解,用于銅礦或銅多金屬礦最先進的大型浮選設(shè)備主要有:

1.威姆科Smart Cell自吸式浮選機,它是自吸氣機械攪拌式浮選機,主要用于粗選和掃選,規(guī)格有42 m3、70 m3、100 m3、130 m3、160 m3、257 m3等多種規(guī)格。智利Mineral Los Plumbers銅礦,使用11臺WEMCO 257 m3Smart Cell(自吸式浮選機),智利ESCONDIDA銅礦,海拔3 100 m,使用94臺WEMCO 160 m3SmartCell自吸式浮選機。智利 Collahuasi銅鉬礦,海拔4 500 m,使用59臺WEMCO 130 m3Smart Cell自吸式浮選機。2002年,我國銅陵銅礦18臺130 m3Smart Cell,目前已正常運行3 a。2005年,洛陽欒川鉬業(yè)集團萬噸選廠用8臺130 m3Smart Cell。國內(nèi)尚未生產(chǎn)50 m3以上的大型機械攪拌式浮選機。其主要特點:(1)威姆科自吸氣機械攪拌式浮選機可自動吸入浮選所需要的氣量,不需要充氣風(fēng)機,操作控制簡單平穩(wěn),這不僅減少風(fēng)機、建筑、管線、閥門儀表和隔音設(shè)備的投資,而且每年可節(jié)約大量的風(fēng)機運行維護費用;(2)威姆科自吸式浮選機轉(zhuǎn)子位置比充氣式高,其所受磨損也較輕,使用壽命一般為充氣式轉(zhuǎn)子的3～5倍,并且所有浮選機轉(zhuǎn)動設(shè)備可實現(xiàn)在線更換,更換時系統(tǒng)中的其它浮選機仍可正常運行,而且當(dāng)系統(tǒng)因其它設(shè)備停止運行后,也不需要將浮選機內(nèi)的漿液排空,在停機一段時間內(nèi)仍可帶料直接啟動,這在實際生產(chǎn)中具有很高的實用性;(3)威姆科浮選機的轉(zhuǎn)子接近槽體表面,一旦目的礦物顆粒同氣泡黏附,可在較短的時間到達泡沫排放槽,減少顆粒和氣泡分離的機會,提高回收率。礦石浮選的目的就是將有價值的顆粒從礦漿中分離出來,通過增加顆粒同氣泡接觸機會,減少黏附后脫落,可使目的礦物的回收率最大。一旦目的礦物顆粒同氣泡黏附,盡可能減少將氣泡排出設(shè)備的時間,可達到提高回收率的目的;(4)提升的轉(zhuǎn)子可使?jié){液在槽體表面由里向外流動,可促使浮選泡沫流入泡沫排放槽。

2.奧圖泰的Tank Cell浮選機,它是充氣機械攪拌式浮選機,主要用于粗選和掃選。世界上最大的浮選機——奧圖泰的 TANKCELLR○-300浮選機2009年已在智利Codelco公司丘基卡馬塔分部成功通過測試[3]。在昆士蘭Zinifex Certtury鋅選礦廠使用的最大 Tackle浮選機的容積為200 m3,10臺200 m3的浮選機在澳大利亞的Cowal金選礦廠中被使用。奧圖泰的Tank Cell@浮選機的特點:(1)利用鼓風(fēng)機,在任何海拔高度上都可以實現(xiàn)最佳的充氣; (2)基于礦物學(xué)和動力學(xué)的研究,Tank Cell@在任何情況下都具有最優(yōu)化的泡沫表面積。Tank Cell浮選機被設(shè)計用來為特定的浮選任務(wù),處理最大、運載率和泡沫負(fù)荷。滿載下易啟動;(3)圓柱形 Tank Cell @浮選機作為粗選、掃選和精選設(shè)備,是理想的浮選設(shè)備,它使礦粒和氣泡碰撞幾率最大,并且減少了短路;(4)底部安裝的轉(zhuǎn)子,使?jié){液向軸向流動,氣泡遠離排放槽。

3.美卓礦機RCS型浮選機,它也是充氣機械攪拌式浮選機,主要用于粗選和掃選,從5 m3到200 m3共12個規(guī)格。美卓礦機RCS型浮選機槽體為圓柱形,受專利保護的DVTM(深葉片)攪拌機構(gòu)由具有獨特布置的垂直的下邊緣收縮的葉片和空氣分散擱板組成。DVTM(深葉片)攪拌機構(gòu)在浮選槽內(nèi),最大化地使顆粒-泡沫接觸,使固體顆粒充分懸浮,并使空氣充分分散和分布。浮選機構(gòu)被設(shè)計成能夠使礦漿徑向強流向浮選槽壁,并再強回流向葉輪下面,避免發(fā)生任何礦砂沉槽。另外,也是這種葉輪設(shè)計,使礦漿盡量能再回流到上葉輪部分。垂直分散器葉片促進徑向流動,完全消除了礦漿在槽中旋轉(zhuǎn)。

4.Bateman集團公司Bateman Round(BQR)浮選機,它也是充氣機械攪拌式浮選機。這種浮選機的特點是采用了一種已獲專利的浮選機構(gòu),這種機構(gòu)可以方便地調(diào)節(jié)固體懸浮液,而且還能產(chǎn)生巨大的剪切力來強化氣泡向顆粒上的附著。該設(shè)備的開放的轉(zhuǎn)子和懸掛的定子由聚氨酯制造,在正常的工作條件下可連續(xù)工作2～4 a。此設(shè)備調(diào)節(jié)氣流和泡沫很簡單,機構(gòu)可實現(xiàn)動態(tài)平衡,以限制機構(gòu)對浮選槽的振動。通過頂部密閉的內(nèi)部暗閥來控制礦漿水平,可以保證在操作中顆粒不下沉,并創(chuàng)造一定阻塞流作用。給料箱和排料箱與浮選機整體相連,以提高結(jié)構(gòu)強度。箱子還有一個60°的斜坡。一排浮選機中第一臺浮選機安裝一個整體的半圓形的給料箱,以減少廠房的長度。該浮選機最大規(guī)格為150 m3。

5.北京礦冶研究總院研制的 KYF-Ⅱ型浮選機,它也是充氣機械攪拌式浮選機,主要用于粗選和掃選,規(guī)格有50 m3、70 m3、100 m3、130 m3、160 m3、200 m3。2007年,金川有色公司新建14 000 t/d選礦廠應(yīng)用22臺KYFⅡ-160浮選機,中國黃金集團公司在內(nèi)蒙某銅鉬礦使用KYF-160浮選機32臺; 2009年KYF-200浮選機的工業(yè)試驗在國內(nèi)某大型銅礦完成[4]。YF-Ⅱ型浮選機創(chuàng)新點在于獨特之處是采用了單壁后傾葉片倒錐臺狀葉輪和多孔圓筒型氣體分配器和較小的懸空式定子。槽體結(jié)構(gòu)有“U”型、圓柱形,一般大于50 m3的浮選機采用圓柱形槽體結(jié)構(gòu)。

6.加拿大工藝技術(shù)公司研制的CPT浮選柱,是一種具有柱型槽體的無機械攪拌充氣式浮選設(shè)備。CPT浮選柱的主要特點為正方形或圓形截面,直徑最大達到6 m,高度為8～16 m。在柱底部附近安裝可從柱體外部拆裝檢修的 Slamjet氣體分散器。Slamjet在浮選柱運行的情況下都易于插入和抽出,檢查、維修方便。SlamJet氣體分散器等新技術(shù),解決了充氣器易結(jié)鈣堵塞等技術(shù)難題,提高了自動控制程度,使CPT浮選柱在世界上得到普遍應(yīng)用,已有超過500臺的浮選柱和無數(shù)的氣體分散器系統(tǒng)在南非、巴西、秘魯、澳大利亞、智利、墨西哥、美國、俄羅斯、中國和加拿大等30多個國家使用,主要用于精選作業(yè)。

7.美卓礦機CISA型浮選柱由圓柱和氣泡發(fā)生器構(gòu)成。CISA的氣泡發(fā)生器由嵌入式靜態(tài)混合器和一臺離心泵組成。CISA的氣泡發(fā)生器起源于MicrocelTM專利技術(shù),該氣泡發(fā)生器在根據(jù)品位-回收率曲線調(diào)整浮選操作方面的高度靈活性可使選礦指標(biāo)得到提高。礦漿從浮選柱的底部經(jīng)由靜態(tài)混合器泵出,在靜態(tài)混合器里空氣和礦漿在高剪切條件下混合,從而產(chǎn)生彌射泡沫。當(dāng)空氣和礦漿的混合物通過位于靜態(tài)混合器內(nèi)部的固定葉片時,空氣受其強力攪拌作用被剪切成非常小的氣泡,氣泡發(fā)生器所產(chǎn)生的細(xì)小、均勻氣泡的典型尺寸在400～1 200 μm之間。氣泡礦漿懸浮液從浮選柱底部進入后,氣泡會上升穿過浮選柱富集區(qū)。

8.長沙有色冶金設(shè)計研究院研制的CCF型浮選柱,屬于高柱體逆流無充填式浮選柱,包括給礦裝置、排尾裝置、柱體、充氣裝置、泡沫淋洗水裝置以及工業(yè)自動控制系統(tǒng)等主要部件。CCF浮選柱工作時,礦漿由給礦分配器均勻給入,然后沿浮選柱的整個斷面緩慢流動?？諌簷C輸出的高壓氣體通過噴槍式微孔發(fā)泡器噴出,高速氣流霧化產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡,均勻地分布在整個斷面上,在逆流的條件下與含有藥劑的礦粒接觸碰撞,實現(xiàn)氣泡的礦化。礦化氣泡升浮至柱體上部形成礦化泡沫層,自溢至精礦槽中,非泡沫產(chǎn)品則由與柱底相連的尾礦管中排出。其工作液面高度和充氣量由自控系統(tǒng)進行操作和管理。在柿竹園礦和洛鉬集團等項目的成功應(yīng)用表明:CCF浮選柱在浮選工藝中完全可以代替浮選機用于粗選和掃選作業(yè);一段CCF浮選柱選別可以代替浮選機一段粗選和多段掃選作業(yè)。

9.澳大利亞Jameson浮選機的基本原理是利用表面疏水性礦物顆粒向氣泡表面附著的作用回收礦物顆粒,這與其它浮選設(shè)備的浮選原理相同。但其氣泡形成及礦物顆粒向氣泡附著的礦化過程與傳統(tǒng)的機械式浮選機和浮選柱有著根本的區(qū)別。Jameson浮選機利用流體剪切的原理產(chǎn)生吸氣作用和發(fā)生氣泡。在完成浮選過程中,著重考慮的是氣泡的礦化,而與礦漿在下沖管中的停留時間幾乎無關(guān)。在礦化區(qū)(即下沖管)內(nèi),完成礦物顆粒向氣泡表面附著的礦化過程,即礦化過程只需要很短的時間,經(jīng)測試時間為5～7 s。

10.FCMC系列旋流-靜態(tài)微泡浮選柱。旋流浮選柱包括浮選段、旋流段和氣泡發(fā)生器三部分。浮選段又分兩個區(qū):旋流段和入料點之間的捕集區(qū)(又稱礦化區(qū))及入料點與溢流口之間的泡沫區(qū)(又稱精選區(qū))。在浮選段頂部設(shè)有沖水裝置和泡沫精煤收集槽。給礦管位于柱頂約三分之一處,最終尾礦從旋流器的底流口排出。氣泡發(fā)生器位于柱體外部,沿切線方向與旋流段相銜接。氣泡發(fā)生器上設(shè)有空氣入管和起泡劑添加管。氣泡發(fā)生器利用循環(huán)礦漿加壓噴射的同時吸入空氣與起泡劑,進行混合和粉碎氣泡,并通過壓力降低釋放、析出大量微泡,然后沿切線方向進入旋流段。氣泡發(fā)生器在產(chǎn)生合適氣泡的同時,也為旋流段提供旋流力場。含氣、固、液三相的循環(huán)礦漿沿切線高速進入旋流段后,在離心力作用下作旋流運動,氣泡和已礦化的氣固絮團向旋流中心運動,并迅速進入浮選段。氣泡與從上部給入的礦漿反向運動、碰撞并礦化實現(xiàn)分選。旋流段的作用是對在浮選段未及分選的煤粒進行掃選,以提高精煤產(chǎn)率。礦化氣泡在柱體內(nèi)上升到柱體上部較厚的泡沫層中,由于沖洗水的噴淋作用,上升的泡沫不斷受到清洗,清除夾帶的高灰雜質(zhì),使精礦的品位進一步提高。該設(shè)備大量應(yīng)用于選煤,精煤產(chǎn)率高、灰分低,且可降低柱體高度。

4 粗掃選浮選設(shè)備選型與規(guī)格確定

從國內(nèi)外實際應(yīng)用情況來看,浮選柱作粗掃選設(shè)備在一些規(guī)模10 000 t/d左右的選廠有應(yīng)用實例,應(yīng)用于規(guī)模達到50 000～100 000 t/d的選廠作粗掃選暫時沒有先例。主要原因是浮選柱規(guī)格偏小,最大規(guī)格僅為6 m直徑,單臺處理能力小,要作粗選,設(shè)備臺數(shù)太多,系統(tǒng)配置復(fù)雜。有鑒于此,本項目粗掃選設(shè)備按浮選機考慮。

根據(jù)設(shè)計的工藝流程和工藝參數(shù)計算出粗選所需要的浮選機有效8 897.32 m3,考慮波動系數(shù)后,計算浮選機的數(shù)量和裝機功率列于表2,充氣式浮選機單獨計算了鼓風(fēng)機所需的功率。

表2 浮選機的數(shù)量和裝機功率表

由于海拔高達4 300 m,大氣壓僅有59.27 kPa,僅為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的58.5%,嚴(yán)重影響鼓風(fēng)機的效率。高海拔對電機一是影響空氣的絕緣強度,二是影響散熱。對于低壓電機,可以不考慮空氣的絕緣強度問題,但必須考慮其散熱的影響。海拔4 300 m時,空氣密度大約只有1 000 m以下的58.5%左右,使電機工作時的散熱大打折扣,如果按海拔1 000 m以下使用環(huán)境設(shè)計的電機要直接用于高海拔,必須降容使用,降容的幅度一般取每1 000 m降3%～15%,具體要看電機的冷卻設(shè)計。當(dāng)然也可以采取加大冷卻風(fēng)扇的風(fēng)量來彌補空氣密度的降低,使高海拔運行時少降容或者不降容。

從表2可以看出,采用自吸氣式浮選機的總機功率僅為充氣式浮選機52%左右。從節(jié)能角度考慮,設(shè)計選用自吸氣式浮選機。

通過對130 m3、160 m3、200 m3和257 m3等多種規(guī)格的浮選機選型在數(shù)量、裝機功率、占地面積和設(shè)備價格等多方面進行比較后可以看出,采用大型浮選機能降低生產(chǎn)成本,減少廠房面積,降低比能耗,簡化廠房配置,簡化浮選工段及降低維修費用。設(shè)計確定該工程選用257 m3的浮選機40臺。自吸氣式浮選機的投資比較列于表3。

5 結(jié) 語

1.由于浮選柱目前生產(chǎn)的設(shè)備規(guī)格偏小,最大規(guī)格僅為6 m直徑,單臺處理能力小,要作粗掃選,設(shè)備臺數(shù)太多,系統(tǒng)配置復(fù)雜;同時浮選柱應(yīng)用于特大型選礦廠作粗掃選也暫無先例,故本次高海拔銅多金屬浮選粗掃選設(shè)備選擇未預(yù)考慮。

表3 浮選機規(guī)格比較表

2.通過對現(xiàn)有大型浮選設(shè)備的調(diào)研和國內(nèi)外大型銅礦的生產(chǎn)實踐的考察,在高海拔銅多金屬浮選粗掃選設(shè)備選擇中,采用大型浮選設(shè)備已有成功的生產(chǎn)應(yīng)用。

3.針對本項目,選用40臺257 m3的自吸氣式浮選機作為100 000 t/d銅選廠的粗掃選設(shè)備,既滿足了高海拔選礦工藝的要求,又達到了減少廠房面積和簡化廠房配置、減少建設(shè)投資、降低生產(chǎn)成本和降低能耗的目的。

[1] 北京礦冶研究總院.西藏驅(qū)龍銅鉬礦選礦工藝技術(shù)研究小型試驗報告[R].北京:北京礦冶研究總院,2009.

[2] 長沙有色冶金設(shè)計研究院.西藏巨龍銅業(yè)有限公司驅(qū)龍銅多金屬礦可行性研究[R].長沙:長沙有色冶金設(shè)計研究院, 2009.

[3] K·卡斯蒂爾.浮選的進展[J].國外金屬礦選礦,2006,(4):10 -13.

[4] 史帥星,羅時軍,楊麗君,等.200 m3超大型充氣機械攪拌式浮選機工業(yè)試驗研究[J].有色金屬(選礦部分),2009,(3):34-37.

Selection of Roughing and Scavenging Equipments for the Large-scale Copper Polymetallic Ore Flotation in Higher Elevation Zones

LI Xiao-jian,HUANGYi-liu,HUANGGuang-hong

(Changsha Engineering and Research Institute of Nonferrous Metallurgy,Changsha410011,China)

Based on the investigations of applications of large equipments used at present and production practices of large copper ore dressing plants in and abroad,according to the characteristics of the large reserve copper polymetallic ore at high elevations in Tibet,selecting situations of roughing and scavenging equipments of this project were introduced in this paper.

flotation cell;flotation column;copper polymetallic ore flotation;separation at higher elevation; large-scale ore dressing plants

TD928.1

A

1003-5540(2010)06-0042-05

李小健(1965-),男,高級工程師,主要從事選礦廠設(shè)計和研究工作。

2010-09-12