輥磨在鉛鋅尾礦渣綜合利用中的應(yīng)用

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，徐昕

輥磨在鉛鋅尾礦渣綜合利用中的應(yīng)用

Ap p lica tion o f Ve rtica lRo lle rM ill in Com p rehensive Utiliza tion o f Lead and Zinc Ta iling Slag

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，徐昕

本文論述了我國鉛鋅尾礦綜合利用的現(xiàn)狀，并簡單介紹了鉛鋅尾礦粉磨工藝流程。通過介紹TRMR25.2鉛鋅尾礦輥磨在中節(jié)能金磚（福建）資源再生有限公司投產(chǎn)的年產(chǎn)20萬噸鉛鋅尾礦微粉生產(chǎn)線的使用情況，驗證了該型輥磨的運行參數(shù)和性能指標(biāo)。同時，該公司也取得了較好的社會經(jīng)濟效益。

立式輥磨；鉛鋅尾礦；工藝流程；經(jīng)濟效益

1　概述

福建省三明市尤溪縣分布著大量的優(yōu)質(zhì)鉛鋅礦、褐鐵礦等重金屬礦，長期以來選礦后的大量廢棄物均堆放在尾礦庫內(nèi)，這些尾礦中含有大量的重金屬離子和選礦藥劑，導(dǎo)致了土壤及河流嚴(yán)重的污染，對礦區(qū)附近人民身體健康和生存環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

尾礦中的非金屬礦物存量巨大，附加值高,將尾礦加工處理為微粉，可用于水泥和混凝土等產(chǎn)業(yè)。隨著技術(shù)的進步其潛在價值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬元素的價值。

中節(jié)能金磚（福建）資源再生有限公司于2012年投資建設(shè)了一條年產(chǎn)20萬噸鉛鋅尾礦微粉生產(chǎn)線，將鉛鋅尾礦粉磨至適當(dāng)細(xì)度用作混凝土礦物摻合料或水泥混合材，這對于改善環(huán)境、實現(xiàn)固體廢棄物的減量化、無害化和資源化，擴大國家資源量、拓寬就業(yè)渠道，促進中節(jié)能和福建尤溪齊翔礦業(yè)集團有限公司清潔生產(chǎn)發(fā)展、建立循環(huán)經(jīng)濟模式以及走可持續(xù)發(fā)展道路具有積極意義。

2　本項目鉛鋅尾礦物料性能

中節(jié)能金磚（福建）資源再生有限公司的尾礦渣原料來自福建尤溪齊翔礦業(yè)有限公司對廢礦石的再選后的尾渣。其鉛鋅尾礦石礦物成分主要含硫化鋅、硫化鉛和硫化鐵。選礦流程見圖1。

圖1　選礦流程圖

表1　鉛鋅尾礦原料物理性質(zhì)

最后的選礦尾渣堆存到鉛鋅尾礦壩上。經(jīng)由裝載機轉(zhuǎn)存到尾礦堆場內(nèi)，按含硫化鐵的含量分為三種尾渣堆。鉛鋅尾礦原料外觀描述見表1，鉛鋅尾礦原料成分分析見表2，鉛鋅尾礦原料粉磨功試驗結(jié)果見表3。

3　TRMR2521立式輥磨系統(tǒng)的工藝流程

3.1系統(tǒng)工藝流程

鉛鋅尾礦儲存于露天尾礦壩上，由裝載機送入帶篩板的地坑，經(jīng)計量皮帶秤、皮帶輸送機、螺旋給料機、喂料溜管落到磨盤上，恒速旋轉(zhuǎn)的磨盤借助于離心力將鉛鋅尾礦向外均勻分散，形成一定厚度的料床，物料在進入粉磨區(qū)域前先進行預(yù)壓實、排氣；同時料床上的物料受到2個磨輥的擠壓而被粉碎。顆粒較細(xì)的物料在磨盤邊緣處被從風(fēng)環(huán)進入的熱氣體帶起并進入到選粉機中進行分選（動靜態(tài)組合式高效選粉機能有效調(diào)節(jié)尾礦微粉細(xì)度，產(chǎn)品比表面積可以控制在4000～5000cm2/g范圍內(nèi)），合格細(xì)粉被帶入袋式收塵器收集作為成品，粗粉則返回到磨盤再次粉磨；大顆粒物料在風(fēng)環(huán)處落入進風(fēng)道，通過吐渣口進入外循環(huán)系統(tǒng)。在此過程中，物料與熱氣體進行了充分熱交換，水分被迅速蒸發(fā)，按工藝要求操作，通過選粉機分選的合格細(xì)粉水分能控制在＜0.5%。部分難磨的大顆粒物料落入風(fēng)環(huán)，通過吐渣口進入外循環(huán)系統(tǒng)，并經(jīng)過除鐵后再次進入輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽、提升機等設(shè)備送入到成品庫中。

系統(tǒng)中設(shè)計了三道除鐵裝置：計量秤后的第一條皮帶設(shè)有帶式除鐵器，經(jīng)過轉(zhuǎn)運點后的皮帶設(shè)有另一臺帶式除鐵器，物料循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有一臺超精細(xì)除鐵器，這三道除鐵裝置可以有效地除去尾礦中的鐵質(zhì)，降低設(shè)備的磨損。圖2所示為TRMR2521鉛鋅尾礦粉磨系統(tǒng)流程簡圖。

3.2系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

TRMR2521鉛鋅尾礦輥磨是根據(jù)料床粉磨的原理，通過磨輥、磨盤之間的相對運動研磨鉛鋅尾礦的機械設(shè)備裝置，集粉碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，結(jié)構(gòu)緊湊。表4所示為中節(jié)能金磚（福建）資源再生有限公司的年產(chǎn)20萬噸鉛鋅尾礦微粉粉磨生產(chǎn)線的主要配置。

表2　鉛鋅尾礦原料成分組成，%

表3　鉛鋅尾礦原料粉磨功試驗結(jié)果

4　鉛鋅尾礦微粉活性激發(fā)劑添加系統(tǒng)

4.1鉛鋅尾礦微粉活性指數(shù)

中節(jié)能金磚（福建）資源再生有限公司使用的TRMR2521輥磨2013年8月投產(chǎn)，經(jīng)過半年多的生產(chǎn)實踐，其生產(chǎn)的鉛鋅尾礦微粉在實驗室進行了檢測，其各項性能指標(biāo)具體如表5所示。

表4　系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

圖2　TRMR2521鉛鋅尾礦粉磨系統(tǒng)流程簡圖

4.2活性激發(fā)劑工作原理

通過實驗數(shù)據(jù)可知，輥磨粉磨可以物理激發(fā)金屬尾礦的潛在活化性能，而實現(xiàn)金屬尾礦大摻量、高附加值綜合利用需要更進一步的化學(xué)激發(fā)。本項目所使用的尾礦專用激發(fā)劑其主要成分為聚羧酸醇胺型高分子聚合物。依靠其表面活性能和功能集團的作用，改變尾礦微粉顆粒界面上的物理化學(xué)性質(zhì)。尾礦通過輥磨粉磨成微細(xì)粉過程中，使得部分外加能量轉(zhuǎn)化為尾礦顆粒表面能，使其表面呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)，增大了表面的反應(yīng)活性。隨著尾礦顆粒粒徑減小，比表面積增加，當(dāng)尾礦微粉比表面積≥450m2/kg時，強烈的粉磨過程使金屬尾礦顆粒不同程度發(fā)生晶格畸變。此時，活性激發(fā)劑中帶電功能基團附著在其表面，防止裂紋重新愈合，有利于金屬尾礦微粉活性效應(yīng)的發(fā)揮。

表5　鉛鋅尾礦微粉的性能及活性指數(shù)

4.3活性激發(fā)劑添加系統(tǒng)

活性激發(fā)劑添加方式采用氣液兩相混合霧化，直接將定制的噴槍通過法蘭連接到輥磨出風(fēng)口與袋式收塵器之間的微粉成品輸送管道上。工藝流程簡單，易于實現(xiàn)，同時采用隔膜計量泵添加，添加量精確可控。工藝流程簡圖如圖3所示。

以TRMR25.2鉛鋅尾礦輥磨產(chǎn)量32t/h計算，添加點設(shè)計在輥磨到袋式收塵器之間的微粉成品輸送管道上，系統(tǒng)基本工藝指標(biāo)如表6所示。

圖3　活性激發(fā)劑添加系統(tǒng)工藝流程簡圖

5　TRMR2521輥磨系統(tǒng)運行情況

輥磨系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性決定了鉛鋅尾礦微粉產(chǎn)量和質(zhì)量的高低。其中影響輥磨系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素包括：入磨鉛鋅尾礦原料的粒度和水分；磨機的研磨壓力；選粉機密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)風(fēng)溫和風(fēng)量；磨輥與磨盤、擋料圈的情況等。在實際應(yīng)用中必須有效控制上述各因素，通過加強生產(chǎn)管理和不斷探索，優(yōu)化各參數(shù)。

5.1鉛鋅尾礦原料粒度和水分

中節(jié)能金磚（福建）資源再生有限公司的原料鉛鋅尾礦來源是福建尤溪齊翔礦業(yè)有限公司選礦后的尾渣。其中含有尾礦壩上直徑3cm以上的大塊巖石，這些巖塊如進入磨機會造成磨機的振動加大，同時由于尾礦渣多為粉狀或是細(xì)沙狀，容易富集在磨盤上造成料層不穩(wěn)，進而影響粉磨的效果。在生產(chǎn)初期曾發(fā)生因振動過大引起磨機跳停現(xiàn)象。為排除鉛鋅尾礦中大塊物料對生產(chǎn)的影響，在皮帶輸送機上安裝了一套振動篩，使入磨的鉛鋅尾礦顆粒直徑＜3cm，避免了鉛鋅尾礦中大塊物料對生產(chǎn)的影響。

鉛鋅尾礦的含水量對生產(chǎn)的穩(wěn)定性也有較大的影響，從實際生產(chǎn)操作得出這樣的結(jié)論：入磨鉛鋅尾礦本身的含水量在10%左右，時該磨機系統(tǒng)運行非常穩(wěn)定，產(chǎn)量可以達到35t/ h。鉛鋅尾礦的含水量影響著生產(chǎn)操作參數(shù)的調(diào)整，我們通過磨內(nèi)噴水裝置噴水量的調(diào)節(jié)，來穩(wěn)定料層、減小磨機的振動，提高粉磨效率。

5.2研磨壓力

液氣彈性系統(tǒng)通過磨輥將壓力傳遞給物料，合適的壓力是輥磨實現(xiàn)穩(wěn)定料床粉磨的前提。壓力過低，輥磨的產(chǎn)量下降，料床厚度增加、循環(huán)負(fù)荷增大；壓力過高，主電機電流增大、料床變薄、磨機振動加大。TRMR2521鉛鋅尾礦輥磨采用兩個磨輥同時加壓的液壓系統(tǒng)，一般情況下，有桿腔的油壓設(shè)定值為6MPa。加壓油缸的這個設(shè)定值能夠保證液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定和保證系統(tǒng)的保壓時間，并使料層穩(wěn)定在20～25mm左右，減少磨機的振動，有效發(fā)揮磨機的粉磨效率。

5.3選粉機密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速

TRMR2521鉛鋅尾礦輥磨的選粉機為籠式動態(tài)選粉機。粉磨系統(tǒng)運行時，粉磨后的物料在熱風(fēng)的帶動下，成螺旋狀氣流被吸入選粉機分選。選粉機的密封情況及轉(zhuǎn)速影響鉛鋅尾礦微粉的產(chǎn)量和質(zhì)量。鉛鋅尾礦微粉篩余控制的關(guān)鍵部位在轉(zhuǎn)子上側(cè)的密封結(jié)構(gòu)，該處的密封結(jié)構(gòu)為迷宮密封。當(dāng)該部分結(jié)構(gòu)磨損較大時，大量的粗顆粒鉛鋅尾礦微粉從該處通過，使產(chǎn)品的篩余值變大，甚至超過8%的規(guī)定值。所以該處的部件材料采用耐磨材料，防止密封結(jié)構(gòu)因磨損而失去原有的功能。在生產(chǎn)時通過選粉機轉(zhuǎn)速的調(diào)整，來改變鉛鋅尾礦微粉的產(chǎn)品的細(xì)度。當(dāng)產(chǎn)量增加時，應(yīng)考慮適當(dāng)提高選粉機的轉(zhuǎn)速。

表6　活性激發(fā)劑添加系統(tǒng)工藝指標(biāo)

表7　鉛鋅尾礦微粉理化性能檢測

5.4磨機風(fēng)溫和風(fēng)量

磨機的風(fēng)溫包括入口熱風(fēng)溫度和磨機出口溫度。正常生產(chǎn)時，根據(jù)不同的投料量和物料含水量，磨機的入口風(fēng)溫控制在240～280℃之間，這個溫度的熱風(fēng)能有效烘干成品粉。以熱值20 900kJ/kg無煙煤為燃料的熱風(fēng)爐在正常生產(chǎn)情況下，煤耗量控制在26～30kg/t之間。

磨機的出口溫度是有效穩(wěn)定生產(chǎn)的影響因素之一，一般控制在85～95℃之間。在喂料水分約10%條件下，出磨溫度85℃時仍然能夠保證成品水分≤0.5%。從生產(chǎn)實際看，磨機的出口溫度控制在88～93℃對生產(chǎn)非常有利，在這個溫度區(qū)間，能有效控制生產(chǎn)的穩(wěn)定，可以調(diào)節(jié)投料量、噴水量及其他參數(shù)，保持磨內(nèi)的動態(tài)平衡；這個溫度能保證入除塵器的氣體溫度高于露點溫度，所以88～93℃的出口溫度既能保證磨內(nèi)的物料充分烘干，又能防止除塵布袋結(jié)露。

磨機系統(tǒng)的通風(fēng)量直接影響入庫鉛鋅尾礦微粉成品顆粒的粗細(xì)。風(fēng)量過大，會使鉛鋅尾礦粉的較粗顆粒被帶起，使流體中的含塵濃度增加，產(chǎn)品比表面積變小，磨內(nèi)壓差增大；風(fēng)量過小，會降低產(chǎn)量，產(chǎn)品比表面積變大，回料量增加。磨機系統(tǒng)的通風(fēng)量的大小由主風(fēng)機的風(fēng)門開度決定。主風(fēng)機風(fēng)門開度應(yīng)根據(jù)投料量的大小相應(yīng)調(diào)整。

5.5料層厚度與擋料圈高度

磨輥與磨盤、擋料圈的幾何尺寸、相對位置及耐磨層的材質(zhì)直接影響了料層的穩(wěn)定及粉磨的效率。TRMR2521輥磨的磨輥與磨盤的間隙控制在10mm左右，擋料圈與磨輥大端的間隙控制在25mm左右。磨機穩(wěn)定運行時料層的厚度在20～25mm之間，料層太薄，＜15mm時磨機會振動劇烈，料層太厚磨機也會振動，而且會增加主電機負(fù)荷，降低粉磨效率。擋料圈的高度控制在160～165mm之間，擋料圈過高會導(dǎo)致料層變厚，降低粉磨效率，同時會增加排鐵的難度；擋料圈過低，會增加回料量，產(chǎn)量難以提高。

6　結(jié)語

表7所示為福建省建筑工程質(zhì)量檢測中心檢測結(jié)果。

在中材（天津）粉體技術(shù)裝備有限公司與該公司員工的共同努力下，該磨機系統(tǒng)設(shè)備及工藝參數(shù)得到不斷優(yōu)化，生產(chǎn)運行日趨穩(wěn)定。本項目的順利完成，具有重大的環(huán)境保護效益，滿足了我國資源綜合利用的認(rèn)定要求，為進一步實現(xiàn)尾礦的綜合利用打下了堅實的基礎(chǔ)。

［1］張美欽.淺談鉛鋅選礦廠尾礦的綜合利用［J］.化學(xué)工程與裝備，2006.

［2］柴星騰，聶文海.礦渣粉磨技術(shù)進展［N］.中國建材報，2006.

［3］王仲春.水泥工業(yè)粉磨工藝技術(shù)［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，1998.

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