選礦節(jié)能降耗技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張迎棋

（新疆有色金屬工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 烏魯木齊 830000）

選礦節(jié)能降耗技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

張迎棋

（新疆有色金屬工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 烏魯木齊 830000）

隨著中國鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展，選礦技術(shù)裝備水平也不斷提升，但在能源的有效利用方面，國內(nèi)和國外先進(jìn)的選礦企業(yè)還存在著較大的差距。本文闡述了選礦節(jié)能降耗的一些生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。指出選礦企業(yè)應(yīng)依靠科技進(jìn)步，采用節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備、優(yōu)化工藝流程及強(qiáng)化節(jié)能管理等措施，以達(dá)到節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本的目的。

選礦 節(jié)能降耗 發(fā)展

目前，鐵精粉價(jià)格大幅下挫，能否降低生產(chǎn)成本，是關(guān)系到冶金礦山企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵問題，這必然對(duì)選礦廠提出更高的要求。而我國金屬礦選礦廠能耗指標(biāo)比世界先進(jìn)水平高出50%以上，因此選礦廠必須響應(yīng)節(jié)能降耗這一基本國策，依靠科技進(jìn)步，通過選擇高效新型節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，優(yōu)化和縮短工藝流程，提高單位電耗的使用率，最大幅度的降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。

1 選礦廠能耗概況

選礦廠能耗中電耗約占90%，電耗占選礦廠直接生產(chǎn)成本的50%～60%。其中碎磨作業(yè)電耗占總電耗的60%～70%，磨礦能耗占碎磨總能耗的80%～90%；尾礦輸送電耗占總電耗的20%以上；脫水作業(yè)電耗占總電耗的10%左右，某鐵礦選礦廠各作業(yè)電耗概況如圖1所示。此外，磨機(jī)襯板和磨礦介質(zhì)的損耗費(fèi)占選礦廠總損耗費(fèi)的90%以上，碎磨作業(yè)的生產(chǎn)費(fèi)用占礦山礦石運(yùn)輸和選礦的總生產(chǎn)費(fèi)用的80%。因此，選礦廠節(jié)能降耗的重點(diǎn)應(yīng)放在碎磨礦作業(yè)，其次為尾礦輸送、脫水作業(yè)。

圖1 某鐵礦選礦廠各作業(yè)電耗概況

2 選礦廠節(jié)能降耗的技術(shù)

2.1 應(yīng)用循環(huán)流水作業(yè)技術(shù)

在露天礦場進(jìn)行粗碎、利用干線運(yùn)輸機(jī)與高傾角皮帶運(yùn)輸機(jī)將礦石運(yùn)送到選礦廠的工藝稱為循環(huán)流水作業(yè)工藝。根據(jù)國外實(shí)踐資料，與利用露天采場的自卸汽車或鐵路運(yùn)輸?shù)墓に囅啾?，循環(huán)流水作業(yè)工藝礦石輸送方案經(jīng)濟(jì)6～10倍[1]。

2.2 強(qiáng)化預(yù)選拋尾技術(shù)

礦石在進(jìn)入破碎或磨礦作業(yè)前，應(yīng)先對(duì)礦石進(jìn)行預(yù)選拋尾。礦石經(jīng)過預(yù)選拋尾，不僅可以提高原礦品位，而且避免了廢石的運(yùn)輸、破碎、磨礦和進(jìn)一步的選礦處理，從而節(jié)省了大量的能源，并且選出的廢石可就地作充填材料或建筑材料，基本不造成環(huán)境污染。為了擴(kuò)大預(yù)選拋尾的經(jīng)濟(jì)效果，有的礦山甚至把預(yù)選拋尾作業(yè)安排在井下，選出的廢石就地充填，免去這些廢石的提升。此外，預(yù)選拋尾還可部分取代效率低而成本高的選擇性開采方法，可使一些低品位的表外礦石變?yōu)橛杏觅Y源，延長礦山的服務(wù)年限。

2.3 強(qiáng)化破碎工藝，降低入磨粒度

破碎是利用機(jī)械能擠壓礦石使其碎裂解理，而磨礦是利用機(jī)械能沖擊、剪切和研磨使礦石碎裂、剝蝕達(dá)到解離。根據(jù)破碎理論，達(dá)到同一破碎比采用破碎所消耗的能量明顯低于采用磨礦所消耗的能量，所以應(yīng)盡量降低破碎最終產(chǎn)品(即入磨)的粒度，因而現(xiàn)在普遍認(rèn)同“多碎少磨”原則有助于降低破磨總費(fèi)用。

J.C.Farrant認(rèn)為當(dāng)破碎的粒度為9～12mm時(shí)，破磨的總能耗最低，而國內(nèi)公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)粒度范圍為10～15mm。

資料表明，將入磨粒度由20、15、12mm降低到8、5、3mm以下，就可降低破磨總能耗的15%～30%[2,3]。近年來，根據(jù)“多碎少磨”和“料層粉碎”這兩個(gè)節(jié)能原理，國內(nèi)外公司制造了一系列結(jié)構(gòu)完善的破碎設(shè)備。

2.4 降低磨礦作業(yè)能耗

由圖1可知，降低磨礦電耗和鋼耗是降低選礦廠總能耗的關(guān)鍵，也是降低選礦成本的有效途徑。

（1）選擇大型、高效磨礦設(shè)備。大型磨機(jī)普遍采用液壓動(dòng)力和靜壓軸承、氣胎離合器、齒輪潤滑使用噴油裝置等新技術(shù)，使磨機(jī)整體技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益得到較大提高，單位電耗平均下降20%，生產(chǎn)能力增加10%，鋼耗下降40%。采用大型球磨機(jī)不僅在節(jié)能降耗方面成效顯著，而且在穩(wěn)定磨礦細(xì)度、穩(wěn)定生產(chǎn)工藝和提高生產(chǎn)效率方面優(yōu)勢明顯。

（2）采用先進(jìn)的襯板、磨礦介質(zhì)。首先應(yīng)積極推廣橡膠襯板和磁性襯板技術(shù)，橡膠襯板具有獨(dú)特的彈性和突出的抗腐蝕性能，可降低電耗10%～15%；磁性襯板壽命長、厚度薄、重量輕、鋼耗少，在不同型號(hào)的磨機(jī)內(nèi)應(yīng)用磁性襯板可降低能耗5%～10%。其次磨礦介質(zhì)應(yīng)選用耐磨損、沖擊韌性強(qiáng)的貝氏體鋼球。此外，掌握介質(zhì)磨損規(guī)律作到合理補(bǔ)加，對(duì)降低鋼耗有重要作用。

（3）強(qiáng)化分級(jí)作業(yè)，提高分級(jí)效率。芬蘭海諾寧教授研究表明：分級(jí)效率從51%提高到80%，可使磨礦效率提高25%，電耗減少20%。因此，強(qiáng)化分級(jí)作業(yè)，提高分級(jí)效率，減少磨礦循環(huán)負(fù)荷是降低電耗的重要措施。在磨礦分級(jí)閉路環(huán)節(jié)中，應(yīng)廣泛采用水力旋流器，因其分級(jí)效率比螺旋分級(jí)機(jī)高出15%～30%。另外細(xì)篩與磨機(jī)組成磨礦分級(jí)組的分級(jí)效率和分級(jí)能力更高，也是節(jié)能降耗的重要措施[4,5]。

（4）實(shí)施自動(dòng)控制。球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)能自動(dòng)檢測磨機(jī)音頻、磨機(jī)功率及分級(jí)機(jī)電流，分析磨機(jī)工作狀態(tài)，采用模糊算法和模糊推理，優(yōu)化磨礦分級(jí)控制模型，實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)給礦自動(dòng)控制、磨礦濃度自動(dòng)控制、分級(jí)溢流粒度自動(dòng)控制，充分發(fā)揮磨礦分級(jí)效率，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)處理能力最大化。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)表明，磨礦分級(jí)回路實(shí)行自動(dòng)控制后磨機(jī)產(chǎn)量和選礦金屬回收率可提高5%，相應(yīng)電耗和鋼耗下降5%～10%，且生產(chǎn)工藝穩(wěn)定。

2.5 降低選別作業(yè)能耗

（1）選擇新型高效設(shè)備。新型高效選別設(shè)備的使用，是實(shí)現(xiàn)選別節(jié)能降耗關(guān)鍵之一。目前，各類浮選設(shè)備層出不窮，質(zhì)量優(yōu)劣不同，在選用時(shí)應(yīng)根據(jù)不同情況，進(jìn)行方案比較。

（2）選擇新型高效藥劑。選礦藥劑在選礦中具有極其重要的作用。高效選礦藥劑可節(jié)省藥劑用量1/3～1/2，顯著地降低藥劑費(fèi)用，大大降低選礦成本，同時(shí)改善精礦的品位，提高金屬回收率3%～5%。

2.6 強(qiáng)化精礦高效脫水

精礦脫水盡管流程簡單、設(shè)備少、投資少，但是其工藝和設(shè)備的合理與否，直接影響選廠的經(jīng)濟(jì)效益。脫水流程應(yīng)盡量借助先進(jìn)設(shè)備采用兩段脫水(濃縮+過濾)。傳統(tǒng)的脫水通常采用以過濾介質(zhì)為濾布的盤式真空過濾機(jī)、折帶式真空過濾機(jī)、內(nèi)濾式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)和外濾式轉(zhuǎn)鼓真空過濾機(jī)。其普遍存在真空低、能耗高、產(chǎn)能低、濾餅水分高、維修工作量大等問題[6]。

2.7 尾礦高濃輸送及再選

（1）實(shí)現(xiàn)尾礦高濃輸送。尾礦輸送電耗占選礦總電耗的20%以上，故尾礦輸送的濃度大小對(duì)于能耗指標(biāo)有決定性影響。我國尾礦排放濃度普遍低(15%～25%)，造成了尾礦輸送能耗大，經(jīng)營費(fèi)用高。通過高效濃縮設(shè)備和變頻調(diào)速尾礦輸送泵，實(shí)現(xiàn)45%以上高濃度輸送，可節(jié)省能耗30%～50%。同時(shí)可提高循環(huán)水的利用。

（2）尾礦再選。過去受思想認(rèn)識(shí)和技術(shù)條件的限制，有的礦山由于選礦回收率不高，礦產(chǎn)綜合利用程度不足，致使現(xiàn)已堆存甚至正在排出的尾礦中含豐富的有用元素。一些磁鐵礦尾礦，仍含鐵20%，經(jīng)強(qiáng)磁選機(jī)回收可獲得品位達(dá)60%的鐵精礦[7]。

2.8 完善選礦廠自動(dòng)化

隨著自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)檢測儀表、信息處理技術(shù)的發(fā)展，選礦全流程自動(dòng)控制技術(shù)正在被越來越多的選礦廠所采用。選礦全流程自動(dòng)控制技術(shù)是由生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和多媒體監(jiān)控系統(tǒng)組成，通過這3個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度和管理，使整個(gè)選礦生產(chǎn)過程處于最佳狀態(tài)，最大限度地提高產(chǎn)量、精礦品位和金屬回收率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、減人增效、節(jié)能降耗的目的。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，選礦廠采用全流程自動(dòng)控制技術(shù)可使能耗降低10%左右[8]。

2.9 優(yōu)化縮短工藝流程

工藝流程與技術(shù)、設(shè)備是相輔相承的，新型高效節(jié)能技術(shù)和設(shè)備提高了選礦效率，使優(yōu)化縮短工藝流程成為可能。如將上述破磨、分級(jí)、選別、輸送等新型高效節(jié)能技術(shù)和設(shè)備合理銜接匹配，充分發(fā)揮各技術(shù)和設(shè)備的作用，就能組成既節(jié)能又縮短的工藝流程。

3 選礦廠節(jié)能降耗的發(fā)展趨勢

目前國內(nèi)選礦能耗指標(biāo)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國際先進(jìn)水平，節(jié)能降耗的潛力和空間都很大，因而需要進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝。

3.1 高效破碎技術(shù)

礦石破碎理想的情況是“沿礦物界面的選擇性破裂”。但目前的粉碎方法基本屬于機(jī)械破碎，這就導(dǎo)致了礦石的“穿晶破裂”而不是“沿界面破裂”。根據(jù)新的破碎理論，研究最多的高效破碎工藝技術(shù)是電照射法、熱力破碎法、微波照射法以及超聲波粉碎法。這些方法利用電磁能、微波輻射等手段使礦物界面熱應(yīng)力發(fā)生變化，導(dǎo)致礦石強(qiáng)度變低或者內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，從而達(dá)到快速破碎和節(jié)能的效果。

3.2 高效磨礦技術(shù)

（1）應(yīng)用磨機(jī)的超臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。研究采用礦石和介質(zhì)流導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，人為改變常規(guī)磨機(jī)中磨礦介質(zhì)和礦石流的運(yùn)動(dòng)軌跡，使其在超臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下仍按設(shè)計(jì)的拋物線軌跡運(yùn)動(dòng)，此時(shí)礦石和介質(zhì)以很大的速度拋落，使物料因受到較大的沖擊而被磨細(xì)。這樣就實(shí)現(xiàn)了利用球磨機(jī)的超臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)來提高磨礦能力和磨礦效率[3]。

（2）加入助磨劑。凡是在細(xì)粉碎過程中能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學(xué)物質(zhì)，稱之為助磨劑。通過添加助磨劑提高磨礦效率早已成功地應(yīng)用于磨礦生產(chǎn)，但在礦石上的應(yīng)用研究較少。研究高效礦石助磨劑將對(duì)節(jié)能降耗有明顯效果[9]。

（3）推廣自磨和半自磨工藝。采用半自磨－球磨工藝跟常規(guī)碎磨工藝比較基本投資和單位生產(chǎn)成本低38%和7%[10]。

3.3 研究低溫選礦藥劑

在我國北方和高原山區(qū)，大多數(shù)礦山的氣溫較低，磨礦之后，礦漿的溫度可能在5～8℃。而浮選中為保持捕收劑高度的分散性和良好的表面活性，獲得較理想的分選指標(biāo)，礦漿通常需加溫到25～35℃。因此，從提高浮選效果、節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本考慮，研究低溫浮選藥劑是非常必要的[11,12]。

3.4 研究新選別工藝

（1）微生物選礦技術(shù)。微生物選礦是生物學(xué)、化學(xué)及其他工程學(xué)科在礦物加工領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用。微生物選礦就是利用某些微生物或其代謝產(chǎn)物與礦物相互作用，產(chǎn)生氧化、還原、溶解、吸附等反應(yīng)從而脫除礦石中不需要的組分或回收其中的有價(jià)金屬的技術(shù)。微生物選礦技術(shù)具有簡單易行、成本低、能耗少且污染少等特點(diǎn)[13]。

（2）原地浸出工藝。通過從地表鉆進(jìn)至含礦層的鉆孔，壓入溶浸劑(化學(xué)試劑)，使其沿礦體或準(zhǔn)備被溶浸礦石受控制運(yùn)動(dòng)，使有用組分有選擇性地轉(zhuǎn)為液相，而后將飽含金屬的溶液從抽液鉆孔提升至地表，再經(jīng)管道運(yùn)輸至精煉加工裝置。與露采堆浸法相比，原地浸出法的基建投資降低約1/2，與傳統(tǒng)的采選冶方法相比生產(chǎn)成本降低30%～50%[14]。

（3）選冶聯(lián)合工藝。選冶聯(lián)合工藝對(duì)于降低礦山冶金總能耗和綜合回收多金屬礦具有實(shí)際意義。應(yīng)加強(qiáng)高效節(jié)能焙燒還原技術(shù)和設(shè)備研究。

3.5 精礦管道輸送

精礦管道輸送在國外已經(jīng)被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)、有效、技術(shù)上成熟的運(yùn)輸方式，國內(nèi)如采用精礦高濃度長距離管道輸送技術(shù)，將能很大地提高企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[15]。

4 結(jié)束語

隨著中國加入WTO，中國在各個(gè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)掀起了一場經(jīng)濟(jì)革命，其中冶金行業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源需求巨大，對(duì)選礦企業(yè)來說是一個(gè)絕好的發(fā)展機(jī)遇；同時(shí)，鐵精粉價(jià)格大幅下挫，對(duì)選礦企業(yè)來說也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，選礦企業(yè)要在激烈的競爭中立于不敗之地，必須節(jié)能降耗，降低產(chǎn)品成本，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。目前，我國選礦企業(yè)大力推廣和應(yīng)用了一些節(jié)能降耗的新技術(shù)、新設(shè)備和新工藝，在節(jié)能降耗方面已取得了一定的成績，但與國際先進(jìn)水平相比仍然有很大差距，一些最新工藝的研究和應(yīng)用才剛剛起步。今后，我們要進(jìn)一步提高對(duì)節(jié)能降耗重要性的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)節(jié)能降耗新措施的研究，努力把選礦建設(shè)為節(jié)約型、環(huán)境友好型工業(yè)。

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收稿：2014-02-26