基于高壓輥磨水泥微制粒的堆浸技術試驗研究及工程實踐

張景河 何濤

摘要：金川礦業(yè)公司礦石為低品位難選冶金礦石，礦石硬度大、難破碎，破碎機襯板磨蝕快，且礦石中金以微細粒為主，金浸出率低，平均為57 %左右。針對生產(chǎn)中存在的問題，在小型試驗研究的基礎上，采用高壓輥磨機+水泥微制粒技術，解決了礦石磨蝕性問題，且大幅度降低了產(chǎn)品粒度，提高了生產(chǎn)能力，由544萬t/a提高到645萬t/a;同時采用水泥微制粒工藝，解決了粒度變細帶來的滲透性問題，金浸出率提高了10百分點，年新增效益約12 107萬元，為類似礦山生產(chǎn)工藝優(yōu)化改進提供了有益借鑒。

關鍵詞：高壓輥磨;水泥微制粒;堆浸;滲透性;柱浸

中圖分類號：TD953文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）10-0055-05doi：10.11792/hj20201011

引 言

堆浸技術是一種傳統(tǒng)的黃金生產(chǎn)工藝，其投資小、成本低、工藝簡單、可充分發(fā)揮規(guī)模效益，且在處理低品位金礦石、尾渣方面具有獨特優(yōu)勢。新疆金川礦業(yè)有限公司（下稱“金川礦業(yè)公司”）是新疆境內(nèi)一大型黃金堆浸礦山企業(yè)，設計生產(chǎn)能力500萬t/a，采礦方式為露天開采，破碎為三段一閉路流程，堆浸為汽車筑堆、多層堆浸滴淋生產(chǎn)工藝，礦石屬于低品位難選冶金礦石[1-3]。生產(chǎn)中由于礦石硬度大，導致破碎機（顎式破碎機和圓錐破碎機）襯板磨蝕過快，產(chǎn)量不達產(chǎn)，粒度不達標，生產(chǎn)不連續(xù)，成本居高不下，且金浸出率低，平均為57 %左右。

金川礦業(yè)公司通過技術攻關，采用耐磨材料，使顎式破碎機和圓錐破碎機襯板磨蝕問題得到較大改善，處理量由445萬t/a提升到544萬t/a。2016年，進一步實施高壓輥磨機+水泥微制粒技術改造，破碎流程由三段一閉路改為四段二閉路，處理量得到顯著提高，由544萬t/a提高到645萬t/a;產(chǎn)品粒度大幅度下降，由-8.0 mm 占80 %降低到-4.5 mm占80 %;金浸出率提高了10百分點。同時，通過采用水泥微制粒工藝，解決了粒度變細后帶來的滲透性問題。此次技術改造使礦山實現(xiàn)了規(guī)模、效益的大跨越，可為其他礦山堆浸工藝優(yōu)化提供借鑒。

1 礦石性質(zhì)

1.1 化學成分及礦物組成

礦石化學成分分析結(jié)果見表1，礦石礦物組成分析結(jié)果見表2。

由表1可知：礦石中只有金品位達到工業(yè)回收的要求，其他元素不具有綜合回收利用價值;砷、碳、硫會影響金的浸出。

由表2可知：礦石中主要金屬硫化物為黃鐵礦，少量毒砂、黃銅礦、方鉛礦、閃鋅礦等;金屬氧化物主要為褐鐵礦等;脈石礦物主要為石英，其次為長石、高嶺石，少量方解石、重晶石，很少的絹云母及綠泥石等。礦石中石英相對含量高，含泥不高。礦石工藝類型為低金屬硫化物石英脈型金礦石。

1.2 金礦物嵌布特征

礦石中金礦物嵌布狀態(tài)分析結(jié)果見表3，金礦物嵌布粒度分析結(jié)果見表4。

由表3、表4可知：礦石中金以粒間金為主，分布率為70.26 %;其次為石英包裹金，分布率為22.75 %。金以微細粒金為主，幾乎全部小于10 μm。

2020年第10期/第41卷選礦與冶煉選礦與冶煉黃 金

1.3 礦物學影響因素

礦石為低品位難選冶金礦石，其具有以下特點：

1）含礦巖石多為硅化熱液角礫巖，硬度大、難破碎，礦石中二氧化硅相對含量為80 %以上，普氏硬度系數(shù)f=16。

2）金的粒度微細，幾乎全部小于10 μm，且包裹金多，22.75 %為石英包裹金。

3）金品位低，全區(qū)平均為0.83 g/t，且部分礦區(qū)礦石含砷、含碳。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 高壓輥磨機原理

高壓輥磨機主要由機架、輥子、軸承、傳動、喂料、液壓、潤滑和控制等系統(tǒng)組成[4]。電動機通過萬向聯(lián)軸器、減速機與安裝在機架水平滑軌上的輥子（定輥+動輥）系統(tǒng)連接，運轉(zhuǎn)時動輥兩端獨立的液壓系統(tǒng)將動輥推向定輥，產(chǎn)生破碎所需的壓力。

高壓輥磨機磨損件為輥子的輥套，以及輥子兩端擋礦用的倒三角形邊護板。目前，輥套普遍采用碳化鎢硬質(zhì)合金柱釘表面，高壓輥磨機工作時，物料填充在輥釘間，形成抗磨料墊，保護輥面。近年來，由于輥套輥釘不斷改進，處理中等硬度礦石時，輥套的使用壽命可達10 000 h以上，邊護板使用壽命達20 d以上，高壓輥磨機設備已經(jīng)走向成熟，在水泥行業(yè)被譽為“大國重器”。

與傳統(tǒng)沖擊破碎原理不同，高壓輥磨機采用靜壓粉碎，通過對礦石施以靜載高壓，使其內(nèi)部受到極大損傷而產(chǎn)生眾多的微裂隙，同時被擠壓成更細的粒度。在擠壓過程中，形成礦石擠壓礦石的層壓粉碎效應，使不同粒度礦石同時受到擠壓而破碎;物料加上輥面形成料墊，避免輥套輥釘直接接觸礦石，大大降低了硬礦石帶來的磨蝕性問題。

高壓輥磨機獨特的破碎原理，使其具有多碎少磨、降本擴能、簡單高效、適合破碎硬礦石等諸多優(yōu)勢，在現(xiàn)代化礦山得到廣泛應用。

針對金川礦業(yè)公司的礦石特點，采用高壓輥磨機可以解決硬度大、難破碎的問題，并可降低產(chǎn)品粒度，且靜壓粉碎產(chǎn)生的微裂隙利于包裹金的浸出。

2.2 滾瓶試驗

對高壓輥磨產(chǎn)品和常規(guī)破碎產(chǎn)品開展了滾瓶對比試驗，滾瓶浸出9 d，考察金浸出率的變化及藥劑消耗，結(jié)果見表5。

由表5可知：粒度下降1 mm，金浸出率提高超過1.5百分點;在同等粒度P80≤4.5 mm時，高壓輥磨產(chǎn)品金浸出率比常規(guī)破碎產(chǎn)品提高了6.05百分點，主要原因是高壓輥磨機擠壓產(chǎn)生的更多微裂隙使包裹金得到有效浸出。

2.3 柱浸試驗

柱浸試驗中1#、2#、3#所用礦石均為礦山各采區(qū)巖心綜合樣經(jīng)過高壓輥磨機破碎后的產(chǎn)品，4#為常規(guī)破碎產(chǎn)品。

2.3.1 試驗條件

柱浸試驗條件見表6。

2.3.2 滲透性試驗

對上述柱浸物料開展相關滲透性測試，結(jié)果見表7。

由表7可知：當試驗礦樣為高壓輥磨產(chǎn)品，P80 ≤4.5 mm，對應礦石中-0.074 mm占比為8.90 %時，滲透性開始大幅度下降，極限滴淋強度為6 L/（m2·h），大于此數(shù)值，礦石表面出現(xiàn)積水。

2.3.3 柱浸試驗結(jié)果

柱浸試驗結(jié)果見表8。

由表8可知：

1）粒度越細，金浸出率越高。高壓輥磨產(chǎn)品在P80≤4.5 mm時，金浸出率可達到69.29 %，比常規(guī)破碎產(chǎn)品金浸出率63.05 %提高了6.24百分點。

2）影響滲透性的主要因素是礦石中-0.074 mm粒級占比，當高壓輥磨產(chǎn)品在 P80≤4.5 mm 時，-0.074 mm占比達到8.90 %，此時滲透性變差，滴淋強度大幅度下降。

3）如果能對礦石中的粉料（-0.074 mm粒級）采用制粒團礦等相關措施，解決其對滲透帶來的影響，那么降低粒度提高金浸出率將得以實現(xiàn)。

2.4 水泥微制粒

2.4.1 制粒堆浸工藝

堆浸的金礦石粒度越細，金礦物暴露越充分，金浸出率相應也越高，上述試驗中已得到充分證實。但是，礦石粒度越細，其中的粉礦量越多，而粉礦對堆浸極為不利，筑堆時會產(chǎn)生粒度偏析造成分布不均。滴淋時粉礦顆粒會隨著滴淋液移動，一是進入浸出貴液中，使浸出貴液渾濁并影響下一級的吸附作業(yè);二是在礦堆中移動形成局部充填并堵塞，使浸出貴液不能繼續(xù)向下滲透而偏析繞流到其他區(qū)域，從而導致該區(qū)域浸出停止，金浸出率急劇下降，這就是堆浸中常見的“偏析”現(xiàn)象。偏析的表現(xiàn)是礦堆表面形成積水，發(fā)生不均勻沉降，不同區(qū)域和深度的浸渣金品位有較大波動。

制粒堆浸是針對粉礦（包括黏土）開發(fā)的十分有效的工藝手段，而且已經(jīng)得到大量工業(yè)化應用。生產(chǎn)中，常用石灰和水泥作為黏結(jié)劑進行粉礦制粒，相比水泥制粒，其效果更好。常見的制粒方法有皮帶制粒法、滾筒制粒法等。在金礦堆浸中，用貧液代替工業(yè)水制粒的效果更好，因為在用貧液制粒的同時，即對粉礦進行了預先浸出。

2.4.2 制粒堆浸滲透性試驗

該礦石含泥不高，影響滲透性的主要因素是高壓輥磨產(chǎn)品中-0.074 mm的粉礦量[5]，因此對高壓輥磨產(chǎn)品開展了制粒堆浸滲透性對比試驗，結(jié)果見表9。

由表9可知：在粒度P80≤4.5 mm、水泥量4 kg/t、加水量6 %時，制粒達到了最佳效果，滲透性問題得到解決，金浸出率達到67.90 %，滴淋強度可達到11 L/（m2·h），對應壓實密度為1.70 g/cm3。

為了確保多層筑堆時的滲透性和保持10 L/（m2·h）的合適滴淋強度，在工業(yè)實踐中，選擇P80≤4.5 mm的粒度條件。

3 高壓輥磨機+水泥微制粒技術改造

根據(jù)上述試驗研究，對礦山現(xiàn)有工藝實施了技術改造，破碎流程由三段一閉路改為四段二閉路，并利用高壓輥磨產(chǎn)品皮帶、產(chǎn)品料倉實施制粒，解決了粒度變細后帶來的滲透性問題。

在制粒試驗研究和生產(chǎn)實踐中，針對P80≤4.5 mm的高壓輥磨產(chǎn)品直接實施制粒，而不是篩分出細粉料對其制粒。這是由于新增篩分流程會使工藝復雜化，同時細粒級干篩工藝目前還存在設備不成熟、冬季篩孔易堵塞等難以解決的實際問題，而濕篩更不可行。

由于沒有新增專用制粒設備，只是利用現(xiàn)有的2條產(chǎn)品皮帶和料倉及通過汽車裝卸等固有的生產(chǎn)操作，即實現(xiàn)了理想的制粒效果，因此稱之為“水泥微制?！?。

3.1 改造后破碎工藝流程

改造后破碎工藝流程見圖1。

3.2 高壓輥磨機

2016年9月開始實施高壓輥磨機技術改造，在原三段一閉路流程基礎上增加高壓輥磨閉路，改造為四段二閉路流程，并于2017年3月16日投產(chǎn)。技術改造前后指標對比如下：

1）改造前：處理量800 t/h，產(chǎn)品粒度P80≤8.0 mm，-0.074 mm占5 %～6 %;改造后：處理量1 000 t/h，產(chǎn)品粒度P80≤4.5 mm，-0.074 mm占8 %～9 %。

2）高壓輥磨機給料粒度P80≤16 mm，中細碎負荷大大降低，中碎由2臺全開減為1用1備，細碎由4臺全開減為1用3備（偶爾開2臺），篩分設備由6臺減為3臺，雙層改為單層，循環(huán)負荷由230 %降為80 %以下，解決了細碎能力瓶頸問題和中細碎機體開裂問題。由于中細碎負荷降低，襯板磨蝕性大大改善。

3）高壓輥磨機運行輥壓力11.5 MPa，輥電流90～100 A，輥縫55～70 mm，輥套壽命達10 000 h，可破碎礦石量達1 000萬t。

4）邊護板采用耐磨材料，使用時間達到20 d以上，同時改進了邊護板固定方式，實現(xiàn)了快速更換。

5）為了控制上堆產(chǎn)品粒度，最終將邊料返回改為閉路循環(huán)。

6）改造后，破碎成本增加1.302元/t，其中高壓輥磨系統(tǒng)成本3.147元/t，原系統(tǒng)成本降低1.845元/t;金浸出率提高了10百分點。

高壓輥磨系統(tǒng)運行參數(shù)統(tǒng)計見表10，改造前后成本變化見表11，主要指標對比見表12。

3.3 水泥微制粒

在高壓輥磨產(chǎn)品中均勻添加水泥和少量水，利用皮帶轉(zhuǎn)接、料倉、汽車轉(zhuǎn)運進行自然混合完成制粒，無需新增制粒設備。實踐證明：此次技術改造有效解決了滲透性問題，且多層堆浸不影響滲透性。

1）工藝參數(shù)。水泥量4 kg/t，加水量6 %，固結(jié)時間 48 h。

2）制粒。①添加水泥和水：在高壓輥磨產(chǎn)品皮帶上均勻添加水泥和少量水，在產(chǎn)品進入料倉時二次噴水。②4次自然混合：皮帶轉(zhuǎn)接混合1次，進入料倉混合1次，裝礦入車混合1次，汽車卸礦混合1次，4次混合基本完成了制粒。③固結(jié)：筑堆2 d即可完成固結(jié)，然后布管滴淋。

3）加水點布置。在皮帶、料倉口加設水霧噴頭，噴水量和產(chǎn)量關聯(lián)，實現(xiàn)自動化準確加水。

4）成本增加。主要是添加水泥增加的成本，為1.80元/t。

3.4 技術改造效益

1）破碎成本增加1.302元/t;產(chǎn)品粒度變細帶來氰化鈉耗量增加，成本增加0.36元/t;石灰成本增加0.6元/t;水泥成本增加1.80元/t;合計成本增加4.062元/t。

2）金浸出率提高10百分點，原礦金品位0.83 g/t，黃金價格按275元/g計算，則產(chǎn)值增加22.83元/t。

3）噸礦效益新增18.77元，年處理645萬t礦石，新增效益約12 107萬元。

3.5 生產(chǎn)實踐中應注意的問題

1）高壓輥磨機給料要確保穩(wěn)定、連續(xù)、擠滿、均勻，達到最佳擠壓效果，避免對輥面造成不均勻磨損。

2）輥面形成的料墊對輥子起到了很好的保護作用，給礦中有一定比例的粉料有利于料墊的形成。

3）高壓輥磨機給料皮帶必須安裝除鐵器，杜絕鐵塊進入高壓輥磨機，損傷輥面。

4）高壓輥磨機上方的緩沖料倉對穩(wěn)壓給料作用很大，緩沖料倉的料位高度要穩(wěn)定在較小波動范圍。

5）要及時觀察和測量輥面輥釘磨損情況，及時更換斷釘，以及修復局部損傷。

6）調(diào)整好輥縫、輥壓力，達到最大輥電流，使高壓輥磨機最大限度做功，保證最佳擠壓效果。

7）水泥微制粒效果關鍵在于均勻添加水和水泥，在皮帶、料倉入口多點位加設水霧噴頭，加水量、水泥量和瞬時礦量關聯(lián)，實現(xiàn)自動控制，且水泥要均勻撒加在皮帶礦層表面。

8）采用貧液制粒，浸出效果更好。

9）冬季生產(chǎn)中由于加水后造成料倉堵塞，因此冬季加水量調(diào)整為5 %，其他季節(jié)加水量為6 %，同時料倉實施保溫措施并安裝空氣炮，徹底解決了堵塞問題。

4 結(jié) 論

1）金川礦業(yè)公司礦石工藝類型為低金屬硫化物石英脈型金礦石，金以微細粒為主，且22.75 %的金為石英包裹金。同時，含礦巖石多為硅化熱液角礫巖，硬度大（f=16）、難破碎，品位低（0.83 g/t），且部分礦區(qū)礦石含砷、含碳，是一種低品位難選冶金礦石。

2）經(jīng)多次試驗研究，最終采用高壓輥磨機+水泥微制粒技術，解決了礦石磨蝕性問題，減輕了中細碎壓力，提升了生產(chǎn)能力，大幅度降低了產(chǎn)品粒度;同時利用水泥微制粒工藝，解決了粒度變細帶來的滲透性問題;利用高壓輥磨機擠壓產(chǎn)生的微裂隙，實現(xiàn)了包裹金的有效浸出。技術改造后，金浸出率提高了10百分點，年新增效益約12 107萬元。

3）高壓輥磨機+水泥微制粒技術在金川礦業(yè)公司的成功應用，給類似礦山提供了有益的實踐參考。

[參 考 文 獻]

[1] 許時.礦石可選性研究[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[2] 印萬忠.黃金選礦技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2016.

[3] 徐天允，徐正春.金的氰化與冶煉[M].沈陽：沈陽黃金學院，1993.

[4] 段玉震.高壓輥磨機的研究與應用[J].礦山機械，2007（4）：56-57.

[5] 谷晉川.堆浸提金強化技術評述[J].礦產(chǎn)資源綜合利用，1999（4）：32-35.

Experimental research on heap leaching technology based

on high pressure roller mill plus cement microgranulation and its engineering practice

Zhang Jinghe，He Tao

（Xinjiang Jinchuan Mining Co.，Ltd.）

Abstract：The ores in Jinchuan Mining Company belong to lowgrade refractory gold ores that are hard and difficult to crush making crushers easily wear，and the gold in the ores is dominated by microfine grains resulting in low gold leaching rate averaging about 57 %.To solve these production problems，based on lab scale tests，high pressure roller mill+cement microgranulation technology is employed，solving the wearing problems due to the ore property and greatly reducing the product grain size，improving the production capacity from 5.44 Mt/a to 6.45 Mt/a;at the same time the cement microgranulation technology is used to solve the permeability due to shrinking grain size，improving gold leaching rate by 10 percentage points，creating 121.07 million yuan more profits annually.The research can be used as reference for production process optimization in similar mines.

Keywords：high pressure roller mill;cement microgranulation;heap leaching;permeability;column leaching