提高濕式紅土鎳礦洗礦試驗(yàn)設(shè)備圓筒洗礦機(jī)的洗礦效果研究

馮建偉

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

紅土鎳礦成分復(fù)雜，按照化學(xué)成分的不同大體可以分為褐鐵礦型和硅鎂鎳礦型(殘積礦)兩大類；按照含水率多少的不同又分為“濕式礦”和“干式礦”兩類；按照紅土鎳礦生產(chǎn)鎳的冶煉工藝可分為火法冶煉和濕法冶煉兩類。紅土礦選礦工藝主要是為冶煉制備合格的礦石或礦漿，根據(jù)火法冶煉或濕法冶煉對(duì)物料要求的不同，以及處理紅土礦性質(zhì)的不同，其礦石制備方法也差別較大[1]。

大部分濕式紅土鎳礦有含水率較高、粘度較大、礫石含量不穩(wěn)定及礫石尺寸較大等特點(diǎn)[2]。使得濕式紅土礦的選礦成為紅土礦開發(fā)利用的難點(diǎn)之一。

某濕式紅土鎳礦采、選、冶聯(lián)合項(xiàng)目，選礦廠需要為濕法冶煉廠提供礦漿粒度、濃度、有用元素和有害元素含量滿足冶煉要求的合格礦漿，需要進(jìn)行洗礦除大塊礫石等作業(yè)。對(duì)于濕式紅土鎳礦的洗礦，國(guó)際上一般采用進(jìn)口圓筒擦洗機(jī)或半自磨機(jī)作為洗礦設(shè)備，但存在設(shè)備投資多、裝機(jī)功率高、洗礦容易產(chǎn)生粘土球、需要添加洗礦介質(zhì)等缺點(diǎn)。中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司以多年積累的工程經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)國(guó)外紅土礦洗礦和國(guó)內(nèi)相關(guān)選礦實(shí)踐的深入研究和對(duì)比，擬采用之前從未在紅土礦洗礦使用過(guò)的國(guó)產(chǎn)圓筒洗礦機(jī)作為主要洗礦設(shè)備。為了驗(yàn)證該設(shè)想的正確性，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司委托某試驗(yàn)單位進(jìn)行了選礦擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)濕式紅土鎳礦采用圓筒洗礦機(jī)的可行性、圓筒洗礦機(jī)主要設(shè)備參數(shù)等進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 濕式紅土鎳礦的特性分析

大部分紅土礦由6層組成，分別為腐殖土層、紅色褐鐵礦層、黃色褐鐵礦層、殘積層、含礫石的殘積層及基巖，礦層的結(jié)構(gòu)和特征如圖1所示[3]。

根據(jù)地質(zhì)取樣化驗(yàn)結(jié)果，腐殖土層的鎳鈷品位在邊界品位以下，采礦時(shí)作為表土剝離，實(shí)際送到選礦廠鎳紅土礦的礦石類型為含鎳褐鐵礦(含紅色褐鐵礦和黃色褐鐵礦)、殘積礦和含礫殘積礦三類，工藝礦物學(xué)及篩析研究結(jié)果表明：

圖1 瑞木紅土礦示意剖面

(1)礦石的粒度范圍大

該紅土礦粒度很細(xì)，尤其是含鎳褐鐵礦類型的礦石，+100 mm約占0.13%，-12.5 mm～+0.038 mm約占11.94%，-0.038 mm的粒級(jí)含量高達(dá)87.93%。

殘積礦相對(duì)粗些，+100 mm約占6.47%，-12.5 mm～+0.038約占28.06%， -0.038 mm約占65.47%。

含礫殘積礦較粗，其中+450 mm約占13%，-450 mm+100 mm約占35%，-100 mm+2 mm約占3%，-2 mm+0.053 mm約占18%，-0.053 mm約占31%。

(2)有用元素分布復(fù)雜

有用元素Ni、Co絕大部分集中在-2 mm粒級(jí)的細(xì)粒原礦中，其中75%的Ni富集在-150 μm粒級(jí)中且品位高；+2 mm以上粒級(jí)的礫石中，Ni、Co品位較低，可以直接拋廢。這為制定簡(jiǎn)單有效的洗礦脫廢工藝提供了重要的設(shè)計(jì)依據(jù)。

(3)礦石含水較大

礦石含水隨降水量多少而變化，旱季時(shí)礦石含水約35%，雨季時(shí)礦石含水約47%。

(4)礦石屬于難洗礦石

評(píng)價(jià)礦石是否難洗，可以通過(guò)塑性指數(shù)來(lái)判斷，通常將塑性指數(shù)大于10的礦石定義為難洗礦石[4]。該紅土鎳礦的塑性指數(shù)為29.9，屬于濕式粘土型難洗礦石。

另外，從塌落度試驗(yàn)來(lái)看，普通的硫化鎳礦濃度50%時(shí)也能流動(dòng)，而紅土鎳礦20%時(shí)流動(dòng)性很差，32%時(shí)可以堆積起來(lái)，也從側(cè)面反映出該礦比較難洗。該紅土鎳礦濃度25%和32%時(shí)的塌落度試驗(yàn)照片如圖2、圖3所示。

圖2 濃度25%時(shí)塌落度試驗(yàn)

圖3 濃度32%時(shí)塌落度試驗(yàn)

2 初步擬定的洗礦流程及主要洗礦試驗(yàn)設(shè)備

根據(jù)難洗礦石特點(diǎn)，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司擬定了“圓筒洗礦機(jī)+槽式擦洗機(jī)+振動(dòng)篩”的洗礦試驗(yàn)工藝流程，如圖4所示。

圖4 洗礦試驗(yàn)工藝流程圖

為了驗(yàn)證該流程的正確性，中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司委托某試驗(yàn)單位進(jìn)行了選礦擴(kuò)大驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)規(guī)模1 t/h，洗礦試驗(yàn)相關(guān)設(shè)備規(guī)格如下：

(1)皮帶運(yùn)輸機(jī)：寬度500 mm；

(2)圓筒洗礦機(jī)：Φ600×2 800 mm(造漿筒長(zhǎng)2 000 mm、圓筒篩長(zhǎng)800 mm)；

(3)槽式擦洗機(jī)：800×3 450 mm雙螺旋槽式擦洗機(jī)；

(4)振動(dòng)篩：800×1 000 mm。

3 圓筒洗礦機(jī)構(gòu)造及洗礦原理

試驗(yàn)單位所用的圓筒洗礦機(jī)主要由給料漏斗、筒體、托輪圈、齒輪圈、托輥、傳動(dòng)裝置及沖洗水管等構(gòu)成[5]。筒體由造漿筒和圓筒篩兩部分組成，筒體內(nèi)呈放射狀焊接著能打散礦泥的刀板，如圖5、圖6所示。

圓筒洗礦機(jī)的洗礦原理是：礦石及前沖洗水由圓筒洗礦機(jī)的給料漏斗給入，在造漿筒內(nèi)經(jīng)過(guò)水的浸泡及筒體的刀板(或襯板)與礦石的摩擦或礦石之間的互相沖擊、擦洗，使礫石與細(xì)粒礦泥(粘土)分離，同時(shí)打散粘土球。從筒體排礦端引入沖洗水管，沖洗水管側(cè)面噴出高壓水沖洗礦石，礫石從圓筒篩的篩上排出，細(xì)粒礦泥從圓筒篩的篩下排出，然后進(jìn)入下一段洗礦作業(yè)(槽式擦洗機(jī))。

1.給料漏斗 2.造漿筒 3.圓筒篩 4.托輪圈 5.齒輪圈 6.沖洗水管 7.托輥 8.傳動(dòng)裝置 9.刀板圖5 圓筒洗礦機(jī)示意圖

圖6 圓筒洗礦機(jī)排礦端照片

4 未改進(jìn)前的圓筒洗礦機(jī)洗礦中存在的問(wèn)題

試驗(yàn)初期，出現(xiàn)問(wèn)題較大的是圓筒洗礦機(jī)篩上礫石(+50 mm)表面附著的細(xì)粒礦泥較多，而細(xì)粒礦泥的鎳鈷含量較高，說(shuō)明此時(shí)的洗礦效果不佳。試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理細(xì)粒料較多、塑性指數(shù)較大的難洗礦時(shí)，圓筒洗礦機(jī)的造漿筒對(duì)原礦的浸泡效果不足、擦洗作用不強(qiáng)，圓筒洗礦機(jī)篩上的礫石表面附著的細(xì)粒礦泥較多，形成粘土球，同時(shí)由于粘土球沒有被打散，大于篩孔的粘土球從圓筒篩篩上排出，造成高品位細(xì)粒礦泥丟棄嚴(yán)重。圓筒洗礦機(jī)未改進(jìn)前的洗礦效果如圖7所示。

圖7 圓筒洗礦機(jī)未改進(jìn)前的洗礦效果

5 相關(guān)優(yōu)化措施及研究

圓筒洗礦機(jī)的洗礦效果取決于礦石的洗礦特性、洗礦時(shí)間、洗礦濃度(沖洗水量)、沖洗水壓、設(shè)備或介質(zhì)對(duì)礦石的擦洗強(qiáng)度。該紅土鎳礦的塑性指數(shù)平均為29.9，屬于難洗礦石。在礦石的洗礦特性難于改變的狀況下，可通過(guò)延長(zhǎng)礦石的洗礦時(shí)間、降低洗礦濃度(提高沖洗水量)、提高沖洗水壓、增強(qiáng)設(shè)備對(duì)礦石的擦洗強(qiáng)度、適當(dāng)增加擦洗介質(zhì)等方法來(lái)達(dá)到提高洗礦效果的目的。

5.1 調(diào)整圓筒洗礦機(jī)尾部篩網(wǎng)尺寸

本項(xiàng)目洗礦設(shè)備由圓筒洗礦機(jī)和槽式擦洗機(jī)組成，圓筒洗礦機(jī)的圓筒篩網(wǎng)尺寸主要是保證進(jìn)入槽式擦洗機(jī)的粒徑不大于槽式擦洗機(jī)的最大允許粒徑(50 mm)，同時(shí)減少圓筒篩的篩上排料礫石表面附著的細(xì)粒礦泥的含量。適當(dāng)增加篩網(wǎng)尺寸，因篩上物料量減少，相當(dāng)于增加了篩上物料的洗礦時(shí)間。在本次試驗(yàn)未進(jìn)行之前，圓筒洗礦機(jī)尾部篩網(wǎng)尺寸為25 mm×25 mm,試驗(yàn)單位按照中國(guó)恩菲的要求重新制作了篩孔為50 mm×50 mm的篩網(wǎng)，兩種篩孔尺寸條件試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表1所示。

表1 圓筒洗礦機(jī)篩孔尺寸條件試驗(yàn)結(jié)果

從表1對(duì)比結(jié)果可以看出：圓筒洗礦機(jī)篩孔尺寸為25 mm×25 mm時(shí),鎳鈷在礫石中的損失較高,比50 mm×50 mm篩孔時(shí)分別高3.64%(鎳)、2.41%(鈷)。從試驗(yàn)現(xiàn)象觀察可看到,篩孔尺寸為25 mm×25 mm時(shí),篩上仍有較多的泥團(tuán)。而當(dāng)篩孔尺寸50 mm×50 mm時(shí),篩上礫石已基本不含泥團(tuán)，所以圓筒洗礦機(jī)篩孔尺寸以50 mm×50 mm為好。因試驗(yàn)用的槽式擦洗機(jī)規(guī)格所限,-75 mm礫石給入槽式擦洗機(jī),可能會(huì)卡死槽式擦洗機(jī)螺旋葉片,所以未能進(jìn)行75 mm×75 mm篩孔的試驗(yàn)對(duì)比。

5.2 增加沖洗水水壓及水量

將圓筒洗礦機(jī)的沖洗水壓由原來(lái)的0.13 MPa分別提高到0.14 MPa、0.15 MPa，并且沖洗水由原來(lái)較分散噴射改為在出礦端集中噴射，三種沖洗水水壓及水量條件試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如表2所示。

從表2對(duì)比結(jié)果可以看出，沖洗水壓及水量的提高有利于礫石表面附著的粘土與礫石的分離，減少了礫石表面的細(xì)粒礦泥量，提高了洗礦效果。

5.3 調(diào)整圓筒洗礦機(jī)筒體刀板高度

在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)圓筒洗礦機(jī)筒體內(nèi)原來(lái)的刀板由于長(zhǎng)時(shí)間的磨損，高度比較短，其表面比較平滑，刀板與礦石之間的摩擦力較小，礦石隨筒體轉(zhuǎn)動(dòng)作用而提升的高度過(guò)低，不利于礦石互相碰撞、擦洗，使入洗的礦石在造漿筒的有效造漿時(shí)間過(guò)短，礦石得不到充分的浸泡和擦洗，造成圓筒洗礦機(jī)造漿作用不足。為了延長(zhǎng)礦石在造漿筒的洗礦時(shí)間，增強(qiáng)礦石與刀板之間的摩擦效果，重新焊接增加了刀板的高度，經(jīng)對(duì)比洗礦排出礫石中的含細(xì)泥量有了較明顯的減少，改造完筒體內(nèi)刀板后的洗礦效果照片如圖8所示。

5.4 調(diào)整圓筒洗礦機(jī)出礦端擋板高度及擋板安裝方向

由于圓筒洗礦機(jī)在處理含細(xì)粒率高、礦石塑料性指數(shù)大的難洗礦石時(shí)，對(duì)礫石表面的泥團(tuán)的打散作用不強(qiáng)，圓筒篩上的礫石附著的細(xì)粒礦泥較多。為了延長(zhǎng)礫石的有效洗礦時(shí)間，使礫石得到充分的擦洗，對(duì)圓筒洗礦機(jī)篩分段出礦擋板由原來(lái)的80 mm高加至150 mm高，同時(shí)將擋板安裝方向調(diào)整為與筒體運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反的方向，這樣使礫石在圓筒洗礦機(jī)內(nèi)的有效洗礦時(shí)間延長(zhǎng)了約8～12 s，減少了礫石表面附著細(xì)粒礦泥的含量。調(diào)整圓筒洗礦機(jī)出礦端擋板高度及擋板安裝方向之前的照片如圖9所示，圓筒洗礦機(jī)擋板調(diào)整后洗礦效果如圖10所示。

表2 圓筒洗礦機(jī)沖洗水水壓和水量條件試驗(yàn)結(jié)果

圖8 圓筒洗礦機(jī)增加刀板高度后的洗礦效果

圖9 出礦端擋板調(diào)整之前的洗礦效果

圖10 出礦端擋板調(diào)整之后的洗礦效果

5.5 改變圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)研究

圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)進(jìn)行了16 r/min及22 r/min的對(duì)比。其結(jié)果如表3所示。

從表3結(jié)果看：圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速16 r/min及22 r/min洗礦指標(biāo)相差不明顯,轉(zhuǎn)速16 r/min稍好。從洗礦現(xiàn)象觀察，降低圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速，能延長(zhǎng)礫石在圓筒洗礦機(jī)內(nèi)的浸泡和擦洗時(shí)間，改善了礫石的洗礦效果，在其它洗礦條件不變的情況下(如相同的給礦速度下)，隨著圓筒轉(zhuǎn)速的降低，礫石表面附著的細(xì)粒礦泥的含量也不同程度地下降。

同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的是：當(dāng)降低圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)對(duì)下一個(gè)作業(yè)槽式擦洗機(jī)的洗礦效果產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，隨著給礦量的增大，下一個(gè)作業(yè)槽式擦洗機(jī)返砂中含細(xì)粒礦泥率劇增。其主要原因是由于降低圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，造漿筒對(duì)礦石的提升和擦洗作用力減弱，未被充分打散的細(xì)粒礦泥進(jìn)入圓筒洗礦機(jī)圓筒篩后，即從篩條間落下進(jìn)入槽式擦洗機(jī)，大大縮短了細(xì)粒礦泥團(tuán)在圓筒洗礦機(jī)內(nèi)的擦洗時(shí)間，嚴(yán)重影響了洗礦效果。

表3 圓筒洗礦機(jī)轉(zhuǎn)速條件試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

(1)適當(dāng)?shù)姆糯髨A筒洗礦機(jī)圓筒篩網(wǎng)尺寸、增加沖洗水水壓及水量，能減少圓筒洗礦機(jī)排出礫石表面附著的細(xì)粒礦泥的含量。

(2)適當(dāng)調(diào)整筒體刀板高度，能增大設(shè)備的擦洗強(qiáng)度，提高洗礦效果，降低礫石表面附著的細(xì)粒礦泥的含量。

(3)調(diào)整圓筒洗礦機(jī)出礦端擋板高度及擋板安裝方向、適當(dāng)降低圓筒洗礦機(jī)的轉(zhuǎn)速，能延長(zhǎng)礦石在圓筒洗礦機(jī)的洗礦時(shí)間，改善礫石的洗礦效果，但并不能改善細(xì)粒礦石的洗礦效果。

(4)提高圓筒洗礦機(jī)的洗礦效果所取得的經(jīng)驗(yàn)對(duì)今后該項(xiàng)目紅土鎳礦洗礦設(shè)備的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。