河南東溝鉬礦選礦工藝研究設(shè)計(jì)

白建敏

(金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司，河南 汝陽 471200)

金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司位于河南省洛陽市汝陽縣付店鎮(zhèn)東溝村。東溝礦區(qū)位于秦嶺山脈的東部，屬外方山系中低山區(qū)。地質(zhì)報(bào)告顯示，東溝鉬礦為一大型的斑巖型鉬礦床，儲(chǔ)量大。同時(shí)可回收有益伴生組份為MFe，按其成礦條件和礦床特征，宜開發(fā)為大型采選聯(lián)合企業(yè)。

公司原有2 000 t/d 選礦廠，主要產(chǎn)品為鉬，副產(chǎn)磁鐵礦。2011 年底新建5 000 t/d 選礦廠投產(chǎn)。2012 年起，對5 000 t/d 選礦廠進(jìn)行工藝改造和技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)，并不斷取得指標(biāo)突破，尤其是選鐵工藝的改造，使得鐵精礦的品位及產(chǎn)量大幅提升。隨著發(fā)展要求，選礦廠需要擴(kuò)大產(chǎn)能，2013 年公司開始籌建20 000 t/d 鉬采選項(xiàng)目。

本次設(shè)計(jì)的生產(chǎn)規(guī)模為采選生產(chǎn)能力20 000 t/d。

1 設(shè)計(jì)指標(biāo)

選礦設(shè)計(jì)指標(biāo)見表1。

年產(chǎn)鉬精礦量13 196.53 t/a，年產(chǎn)鐵精礦量145 200 t/a。

表1 選礦設(shè)計(jì)指標(biāo) %

2 礦石性質(zhì)

2.1 礦物組成

東溝鉬礦床主要金屬礦物有:輝鉬礦、磁鐵礦、黃鐵礦，另有少量的赤鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦;主要脈石礦物有:長石、石英、角閃石、綠泥石、高嶺石，另有少量的黑云母、絹云母、方解石、螢石、滑石及碳質(zhì)物等［1］。礦石中的礦物組成以及相對含量見表2。

表2 原礦礦物組成及含量

2.2 礦石的物相組成及多元素化學(xué)分析

礦石中主要有用金屬礦物為鉬，綜合回收的金屬礦物為鐵，原礦主要元素化學(xué)分析結(jié)果見表3，原礦鉬的物相分析結(jié)果見表4，原礦鐵的物相分析見表5。

表3 原礦主要元素化學(xué)分析結(jié)果

從表3 中可以看出，礦石中可以回收的金屬元素主要有鉬和鐵，其他元素含量都不高。

表4 原礦鉬物相分析結(jié)果

表5 原礦鐵的物相分析

從表4、表5 中可以看出，鉬的氧化率不高，鐵主要賦存在硅酸鹽礦物中，賦存在磁鐵礦中的鐵較少。

2.3 礦石中主要金屬礦物的嵌布粒度。

礦石中主要金屬礦物的嵌布粒度特性見表6。

表6 礦石中主要礦物粒度特性表

由表6 可知，輝鉬礦粒度以細(xì)粒、中粒為主，粗、中、細(xì)、微粒呈極不均勻嵌布。磁鐵礦以細(xì)粒、微細(xì)粒為主，粗粒較少。

2.4 原礦物理化學(xué)性質(zhì)

礦石平均密度:2.7 t/m3;礦石松散密度:1.5;礦石強(qiáng)度系數(shù):f=9～12;原礦塊度:0～1.2 m。

3 選礦試驗(yàn)

3.1 小型閉路試驗(yàn)

北京礦冶研究總院、北京有色金屬研究總院、西北有色地質(zhì)研究院分別對汝陽東溝鉬礦礦石同一礦樣進(jìn)行了小型閉路試驗(yàn)。3 家研究單位的試驗(yàn)在有用礦物回收的流程結(jié)構(gòu)、磨礦細(xì)度、藥劑制度等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，經(jīng)各方專家審查，設(shè)計(jì)采用北京礦冶研究總院推薦的選礦工藝［2］，其原則流程見圖1，試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 鉬精礦閉路試驗(yàn)結(jié)果

3.2 擴(kuò)大連選試驗(yàn)

由于3 家試驗(yàn)單位在回水試驗(yàn)結(jié)果上的差異性，北京礦冶研究總院后續(xù)開展了試驗(yàn)室擴(kuò)大連選試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果基本印證了北京礦冶研究總院小型閉路試驗(yàn)的結(jié)果。

3.3 半自磨試驗(yàn)

委托METSO 和SGS 分別做半自磨試驗(yàn)。兩家試驗(yàn)單位提供的報(bào)告表明，東溝鉬礦礦石屬于較難磨礦石。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果［3］，結(jié)合同類選礦廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)依據(jù)METSO 公司的批次試驗(yàn)結(jié)果，見表8、表9。

表8 批次跌落試驗(yàn)綜合結(jié)果

圖1 選礦試驗(yàn)推薦的鉬選礦流程

表9 邦德標(biāo)準(zhǔn)功指數(shù)及磨損指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

從表8、表9 可得出結(jié)論:(1)批次跌落試驗(yàn)平均比能9.4 kWh/t;JK 跌落重力比能8.85 kWh/t;(2)混合樣具有中等硬度抗擊破碎性質(zhì)和抗磨蝕性，建議采用頑石破碎;(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合同類選礦廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，本次初步設(shè)計(jì)半自磨機(jī)比能取批次試驗(yàn)結(jié)果(9.4 kWh/t)，T80=1.9 mm，標(biāo)準(zhǔn)磨礦功指數(shù)取15.8 kWh/t(硬礦石樣)。

4 選礦工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選擇及配置特點(diǎn)

4.1 選礦工藝設(shè)計(jì)

4.1.1 碎磨工藝方案比較

根據(jù)東溝鉬礦20 000 t/d 選礦規(guī)模，本設(shè)計(jì)擬定了3 個(gè)可行的碎磨流程方案，參比的范圍從粗礦堆下面的帶式輸送機(jī)開始，至粗磨旋流器溢流為止。

方案Ⅰ:半自磨+球磨方案;方案Ⅱ:常規(guī)碎磨流程方案;方案Ⅲ:高壓輥磨機(jī)方案［4］。3 個(gè)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較結(jié)果見表10。各方案及主要設(shè)備如下:

方案Ⅰ:半自磨+球磨方案。半自磨:1 臺(tái)φ32'×15'半自磨機(jī);頑石破碎:1 臺(tái)HP500 短頭型多缸液壓圓錐破碎機(jī);篩分:2 臺(tái)DZK3 600 mm ×7 300 mm 直線振動(dòng)篩;球磨:2 臺(tái)φ5 500 mm ×8 500 mm溢流型球磨機(jī);分級:2 組8-φ660 水力旋流器;砂泵:3 臺(tái)16/14TU-AH 渣漿泵。

方案Ⅱ:常規(guī)碎磨流程方案。中碎:1 臺(tái)MP800標(biāo)準(zhǔn)型多缸液壓圓錐破碎機(jī);細(xì)碎:2 臺(tái)MP800 短頭型多缸液壓圓錐破碎機(jī);預(yù)先篩分:2 臺(tái)2YAH2160圓振動(dòng)篩;檢查篩分:5 臺(tái)3 000 mm ×7 300 mm 振動(dòng)篩;球磨:3 臺(tái)φ5 500 mm×7 500 mm 溢流型球磨機(jī);分級:3 組7-φ660 水力旋流器;砂泵:4 臺(tái)14/12ST-AH 渣漿泵

方案Ⅲ:高壓輥磨機(jī)方案。中碎:2 臺(tái)H8800 標(biāo)準(zhǔn)型單缸液壓圓錐破碎機(jī);細(xì)碎:1 臺(tái)φ1 700 mm ×1 500 mm 高壓輥磨機(jī);預(yù)先篩分:2 臺(tái)2YAH2160 圓振動(dòng)篩;球磨:3 臺(tái)φ5 500 mm×7 000 mm 溢流型球磨機(jī);分級:3 組7-φ660 水力旋流器;砂泵:4 臺(tái)14/12ST-AH 渣漿泵。

表10 碎磨工藝流程綜合比較

表10 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果表明:(1)從設(shè)備投資方面來看:方案I 主要設(shè)備半自磨機(jī)關(guān)鍵部件需進(jìn)口投資最多，但由于方案I 省去了中細(xì)碎廠房、篩分廠房、粉礦倉等建筑物，廠房投資最小?？紤]設(shè)備及廠房，碎磨總投資最小的仍是方案I，與總投資最多的方案II 相比少760.29 萬元，即減少碎磨總投資5.95%。(2)從生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用方面來看:碎磨總生產(chǎn)成本中主要包括電費(fèi)、鋼耗、膠帶、篩網(wǎng)、輥磨機(jī)輥面及人工費(fèi)等，半自磨方案在電價(jià)0.53 元/kW·h時(shí)綜合經(jīng)營成本最低。

根據(jù)目前東溝鉬礦開發(fā)的建設(shè)條件，本著“高起點(diǎn)、高水平、高標(biāo)準(zhǔn)、高投入、高效益、低成本”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)多方面比較，本次設(shè)計(jì)推薦方案I，即采用半自磨+球磨的碎磨工藝流程。

4.1.2 選礦工藝流程的確定

根據(jù)選礦試驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)方案比較，碎磨采用粗碎+半自磨+球磨+頑石破的工藝流程;鉬選別流程采用選礦試驗(yàn)推薦的工藝流程，粗選系統(tǒng)包括1 粗、1 精、2 掃，精選系統(tǒng)包括3 段再磨、5 次精選、3 次精掃選。

選鐵工藝流程是在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有選鐵工藝進(jìn)行確定的。鉬粗選尾礦和精選尾礦合并經(jīng)裸磁機(jī)粗選后進(jìn)入預(yù)精選作業(yè)。經(jīng)過2 段磨礦后通過1 次磁選機(jī)精選、1 次磁選柱選別和濃縮磁選獲得最終的鐵精礦。流程圖見圖2。

4.2 主要設(shè)備選型

碎磨工藝段:粗碎設(shè)備選用國內(nèi)生產(chǎn)的在多個(gè)大型礦山使用的液壓旋回破碎機(jī)［5］。根據(jù)半自磨試驗(yàn)報(bào)告比功耗(9.4 kWh/h)和球磨邦德功指數(shù)(15.8 kWh/h)進(jìn)行計(jì)算和選取，半自磨機(jī)型號(hào)選取φ10.37 m×5.19 m，給礦量按917 t/h 設(shè)計(jì)，最大給礦粒度250 mm;球磨機(jī)選用1 臺(tái)MQY7.32 m ×12 m的規(guī)格。

選別流程:浮選設(shè)備大型化并適合工藝流程需要［5］，粗選工藝選用10 臺(tái)單槽容積260 m3浮選機(jī)，粗精選選用5 臺(tái)KYF-40 的浮選機(jī)，1 段再磨選用美卓VTM300 立磨機(jī)1 臺(tái)，能夠有效防止產(chǎn)品過磨導(dǎo)致后續(xù)工藝的泥化現(xiàn)象;精選設(shè)備根據(jù)同類選廠生產(chǎn)實(shí)踐選用5 臺(tái)規(guī)格分別為φ4.0 ×12 m，2 臺(tái)φ3.0×12 m，1 臺(tái)φ2.5 ×12 m，1 臺(tái)φ2.0 ×12 m 的浮選柱。

4.3 設(shè)備配置特點(diǎn)

設(shè)備配置必須滿足選礦工藝流程要求，確保工藝能夠自流，減少能耗和經(jīng)營費(fèi)用，同時(shí)考慮為其他專業(yè)設(shè)施留出必要的平面和空間位置外，力求配置緊湊，生產(chǎn)安全，操作、管理、檢修方便［6］。

粗碎站為重疊式配置，可避免大塊運(yùn)輸過程中的設(shè)備損耗，并簡化操作過程。原礦由自卸式汽車運(yùn)來，直接卸入旋回破碎機(jī)受料倉，粗碎產(chǎn)品通過隧道長距離帶式輸送機(jī)輸送到選礦廠的粗礦倉。粗礦倉和主廠房、頑石破碎和主廠房通過帶式輸送機(jī)連接。

磨礦、選別等主要生產(chǎn)過程與藥劑制備和添加、鼓風(fēng)機(jī)和空壓機(jī)房等輔助生產(chǎn)過程均集中配置在主廠房內(nèi)，可達(dá)到方便生產(chǎn)管理、集中供熱采暖之目的，且對降低基建投資也有好處。

圖2 選鐵選別流程圖

主廠房中半自磨和粗磨分級作業(yè)，以及選鐵1段磨礦，2 段磨礦都設(shè)在同一跨內(nèi)，浮選、磁選作業(yè)以及再磨分級設(shè)在同一跨內(nèi)，鼓風(fēng)機(jī)房、空壓機(jī)房、變配電室和中心控制室設(shè)在同一跨內(nèi)。主要生產(chǎn)設(shè)備配置集中，便于共同使用起重設(shè)施，同時(shí)也便于工藝管道布置。

5 結(jié)語

(1)針對汝陽東溝礦石，研究單位進(jìn)行了大量的選礦試驗(yàn)研究工作，從而為設(shè)計(jì)合理的選礦工藝流程提供了充分的依據(jù)。

(2)在保證設(shè)計(jì)指標(biāo)和工藝參數(shù)的前提下，合理進(jìn)行設(shè)備選型，并進(jìn)行有效的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，選擇運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)的設(shè)備;根據(jù)地形地貌進(jìn)行設(shè)備配置，盡可能節(jié)約基建投資。

(3)現(xiàn)代的新型選礦廠設(shè)計(jì)，大型、高效節(jié)能、安全環(huán)保、維修簡單的選礦設(shè)備的選擇尤為重要。

［1］付治國，李濟(jì)營，翁紀(jì)昌，等.東溝特大型鉬礦床礦石物質(zhì)組成及選礦新工藝［J］.中國鉬業(yè)，2006，30(1):15-19.

［2］北京礦冶研究總院.河南汝陽東溝鉬礦選礦試驗(yàn)研究報(bào)告［R］.2007.

［3］Metso Minerals.Donggou Molybdenum Ore Test Plant Report NO.73841［R］.2007.

［4］劉升年.金鉬集團(tuán)有限公司選礦技術(shù)與國內(nèi)外之比較［J］.中國鉬業(yè)，2008，32(3):25-29.

［5］夏曉鷗，吳建明，梁殿印，等.選礦設(shè)備［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

［6］周龍廷.選礦廠設(shè)計(jì)［M］.長沙:中南大學(xué)出版社，2006:119-156.