極硬礦石碎磨工藝探討

鄒毅仁,鄧朝安,夏自發(fā),何榮權(quán)(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

1 前言

碎磨工藝是選礦廠設(shè)計中的關(guān)鍵性技術(shù)問題,是提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的前提條件,也是選礦廠建設(shè)中基建投資最大,生產(chǎn)費用占比最高的環(huán)節(jié),同時其生產(chǎn)的穩(wěn)定性將制約整個選廠的作業(yè)率。隨著碎磨設(shè)備的不斷發(fā)展,逐漸形成了以下兩類主要的碎磨工藝流程:

其一、常規(guī)碎磨工藝流程,即以高能圓錐破碎機為核心,采用兩段或三段碎礦,并通過篩分作業(yè)控制最終破碎產(chǎn)品粒度,采用球磨機磨礦的常規(guī)流程,其中常規(guī)三段一閉路碎磨流程是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的工藝,三段二閉路碎磨流程也有不少成功應(yīng)用案例。

該工藝主要優(yōu)點:技術(shù)成熟可靠,應(yīng)用廣泛,操作管理經(jīng)驗豐富,對礦石硬度和可磨性變化適應(yīng)性強,生產(chǎn)較穩(wěn)定,波動較小。

該工藝主要缺點:工藝流程復(fù)雜,生產(chǎn)環(huán)節(jié)多,廠房占地面積大,部分作業(yè)粉塵污染大,設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作量大,操作人員多;對于含泥、含水高的礦石,設(shè)備易堵塞、流程不暢,嚴(yán)重時可能需要增加洗礦作業(yè)。

其二、(半)自磨工藝流程,以(半)自磨機為核心,形成了AB、ABC、SAB、SABC等工藝流程。 自磨是由被磨礦石自身作為介質(zhì)的磨礦過程,當(dāng)被磨礦石作為介質(zhì)不足時,需要通過補充一定比例的鋼球作為介質(zhì)的磨礦過程即為半自磨。與自磨機相比,半自磨機對礦石性質(zhì)變化的適應(yīng)性更強,應(yīng)用范圍更廣。中國礦山應(yīng)用較多的半自磨流程為SAB和SABC流程,具體如圖1所示。SAB(半自磨+球磨)流程無破碎及篩分作業(yè),流程簡單,設(shè)備配置緊湊,投資較省,且對鐵件的適應(yīng)性強。然而與SABC流程相比,SAB流程的球耗和鋼耗相對較高,處理能力對礦石性質(zhì)的波動更敏感,一般應(yīng)用在規(guī)模較小的礦山。SABC(半自磨+球磨+頑石破碎)流程是在磨礦回路中引入破碎設(shè)備以破碎“臨界礫石”,消除由于礫石循環(huán)而在筒體內(nèi)形成的聚集效應(yīng),這既可改變磨機內(nèi)部自然磨礦介質(zhì)的粒度組成,又可防止有用礦物的過粉碎。該流程對礦石的適應(yīng)性更強,流程更為穩(wěn)妥。所以SABC一般應(yīng)用在規(guī)模較大,硬度相對較高的礦山。

圖1 典型的SAB和SABC磨礦流程

該工藝主要優(yōu)點:流程短,占地面積小,操作人員少,易于實現(xiàn)集中自動化控制,管理方便,避免了粉塵和中間環(huán)節(jié)堵塞現(xiàn)象,作業(yè)環(huán)境友好,尤其是對含泥含水高的礦石有很強的適應(yīng)性。

該工藝主要缺點:對給礦的粒度組成和硬度變化較敏感,電耗較高,半自磨機一般需變頻調(diào)速以適用礦石性質(zhì)波動。

目前這兩類碎磨工藝在金屬礦山應(yīng)用最廣泛,但是半自磨工藝用于處理極硬礦石的案例極少。部分極硬礦石采用半自磨工藝案例見表1。

表1 半自磨工藝處理極硬礦石案例

A×b值可用于對礦石進(jìn)行評價,該參數(shù)數(shù)值越小,表示礦石的抗沖擊破碎能力越強[1]。通常將A×b＜30的礦石定義為極硬礦石。根據(jù)JKSimMet功率計算模型可知[2],采用半自磨工藝處理極硬礦石將是高能耗、低效率的,所以在極硬礦石的碎磨工藝一般采用常規(guī)碎磨工藝或高壓輥工藝,實現(xiàn)多碎少磨。

通常碎磨工藝需根據(jù)建設(shè)條件情況綜合確定。由于半自磨工藝具有占地少、便于自動化、對環(huán)境友好等優(yōu)點,在大型選礦廠應(yīng)用越來越普遍。本文針對某極硬銅礦石進(jìn)行了碎磨工藝探討,提出一種經(jīng)濟(jì)可行的新半自磨工藝,即SABCV流程,該工藝提升了傳統(tǒng)半自磨工藝處理極硬礦石時的經(jīng)濟(jì)性。

2 礦石性質(zhì)

2.1 礦物成分

礦石的礦物成分主要為銅的硫化物,包括原生和次生礦物,含極少量氧化物,主要有輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦、自然銅等。脈石礦物主要有長石、石英、云母、綠泥石等。礦石屬于典型的輝銅礦礦石,銅的物相分析見表2。

表2 銅礦石的礦物組成及相關(guān)含量

礦石的化學(xué)成分分析結(jié)果見表3。

表3 礦石的化學(xué)成分分析表 %

由化學(xué)成分分析結(jié)果可知:銅礦石的主要化學(xué)成分為SiO2,其次為Al2O3;具有回收價值的主要有價元素為Cu、S;有害元素為As,其含量較低。

2.2 粉碎性測試結(jié)果

針對巖芯樣品進(jìn)行了粉碎試驗研究,礦石CWI測試結(jié)果見表4,棒磨功指數(shù)測試結(jié)果見表5;球磨邦德功指數(shù)測試結(jié)果見表6,SMC測試結(jié)果見表7。

表4 礦石CWI測試結(jié)果 kWh/t

表5 礦石BRWI測試結(jié)果

表6 礦石BBWI測定結(jié)果

表7 礦石SMC測試結(jié)果

從已知的試驗情況分析可知,該礦石屬于極硬礦石,A×b值很低,邦德功指數(shù)很高。

3 碎磨工藝技術(shù)分析

3.1 粉碎比能耗分析

輝銅礦中硫化銅的嵌布粒度很細(xì)(平均0.033 mm),工藝試驗研究要求的入選粒度為P80=53 μm。根據(jù)工藝條件,從粒度逐級破碎的角度擬定了兩種典型工藝進(jìn)行比能耗預(yù)測。

(1)常規(guī)三段一閉路+兩段連續(xù)磨礦-3CBB流程如圖2所示。

圖2 常規(guī)三段一閉路+兩段連續(xù)磨礦流程圖

(2)典型的半自磨工藝-SABC流程如圖3所示。

圖3 半自磨工藝流程圖

基于Morrell模型對礦石破碎的比能耗預(yù)測:

根據(jù)比能耗預(yù)測可知,SABC回路的比能耗遠(yuǎn)高于常規(guī)碎磨回路的比能耗(不包含輔助設(shè)施的能耗),若采用常規(guī)半自磨工藝處理該礦石將是高能耗、低效率的。主要有兩個因素:①A×b值小,功指數(shù)高,屬于極硬礦石;②產(chǎn)品粒度要求細(xì)。

3.2 擬定碎磨方案

眾所周知,不同的產(chǎn)品粒級,宜對應(yīng)相應(yīng)類型的磨礦設(shè)備,在半自磨工藝中引入細(xì)粒磨礦設(shè)備立磨機,形成SABCV半自磨工藝流程,可克服傳統(tǒng)球磨機在處理細(xì)粒級礦石方面的低效,實現(xiàn)窄粒級磨礦,既能避免過粉碎,又能提高處理細(xì)粒級礦石(75～53 μm)的磨礦效率,預(yù)計將有效地降低磨礦能耗。SABCV半自磨工藝流程如圖4所示。

圖4 SABCV半自磨工藝流程圖

4 碎磨方案比較

4.1 方案比較基礎(chǔ)

(1)建設(shè)規(guī)模600萬噸/年(碎磨主要設(shè)備按照800萬 t/a能力選型),井下粗碎產(chǎn)品粒度P80=120 mm,地表碎磨回路最終產(chǎn)品粒度P80=53 μm。

(2)主要耗材不含稅價格:電價0.462￥/kWh,鋼球8￥/kg,職工人均薪酬46 200￥/a,按10年來折算費用現(xiàn)值,建構(gòu)筑物修理費率取1.5%,設(shè)備的修理費率取4.5%。

(3)參比范圍從粗礦堆底部的帶式輸送機至第二段磨礦旋流器為止。

4.2 擬定方案描述

方案Ⅰ:以進(jìn)口高能圓錐破碎機為核心的常規(guī)二段一閉路碎磨工藝(2CBB),即“預(yù)先篩分+中、細(xì)碎+閉路篩分+球磨機閉路連續(xù)磨礦”流程,其中粗碎設(shè)在井下。方案Ⅰ原則流程如圖5所示。

圖5 方案Ⅰ原則流程圖(2CBB)

方案Ⅱ:以半自磨機為核心的SABCV碎磨工藝,即“半自磨+頑石破碎+球磨機及立磨機閉路磨礦”流程,其中粗碎設(shè)在井下。方案Ⅱ原則流程如圖6所示。

圖6 方案Ⅱ原則流程圖(SABCV)

兩個方案主要設(shè)備見表8。

表8 碎磨工藝主要設(shè)備表

4.3 方案比較結(jié)果

建筑工程費用見表9和表10,方案比較結(jié)果見表11。

表9 方案Ⅰ可比建筑工程費用

表10 方案Ⅱ可比建筑工程費用

表11 碎磨工藝流程綜合比較表

由表11分析可知:

1)基建投資方面分析

方案Ⅰ流程長,廠房多,占地大,設(shè)備數(shù)量及種類多,緩沖礦倉數(shù)量及礦石倒運、收塵點多,建筑費用高,總基建投資較大。

方案Ⅱ省去篩分車間、粉礦倉等建構(gòu)筑物,流程短,占地小,設(shè)備數(shù)量少,總基建投資較小。

綜合比較,方案Ⅰ基建投資大于方案Ⅱ,相差22.08M￥,基建投標(biāo)比較情況如圖7所示。

圖7 碎磨方案基建投資比較

2)生產(chǎn)經(jīng)營費用

碎磨生產(chǎn)費用中主要包含電費、鋼耗(包括襯板與鋼球)、膠帶、篩網(wǎng)、人工費及修理費等。

方案Ⅰ破碎襯板消耗高,維修強度大,收塵電耗大,人工費用高,但通過“多碎少磨”,降低了電耗。

方案Ⅱ維修強度低,人工費用省,鋼耗低。雖然二段磨礦選用高效節(jié)能的立磨機,但總體電耗仍較高。

綜合比較,方案Ⅰ單位礦石碎磨平均生產(chǎn)費用大于方案Ⅱ,比較結(jié)果如圖8所示。

圖8 單位礦石碎磨生產(chǎn)費用比較

綜合比較其費用現(xiàn)值(i=10%,n=10),方案Ⅰ大于方案Ⅱ,即常規(guī)方案的費用現(xiàn)值高79.58M￥。

綜上所述,方案Ⅱ SABCV流程具有廠房數(shù)量少,占地面積少,設(shè)備數(shù)量少,建設(shè)周期短,基建投資少,工藝流程簡單,生產(chǎn)環(huán)節(jié)少,生產(chǎn)故障率低,操作人員少,自動化程度高,工作環(huán)境較好等優(yōu)點,該工藝在處理嵌布粒度細(xì)、硬度高的銅礦石上具有良好的應(yīng)用前景。另極硬礦石易在半自磨機中形成頑石,若利用頑石作為立磨機磨礦介質(zhì),可進(jìn)一步降低鋼耗,從而降低生產(chǎn)成本[3]。

5 結(jié)論

(1)僅根據(jù)A×b值判定極硬礦石而排除半自磨方案是片面的,應(yīng)結(jié)合項目建設(shè)條件,優(yōu)化工藝流程,克服缺點、發(fā)揚優(yōu)點,擇優(yōu)選擇。

(2)針對入選礦石硬度高,磨礦產(chǎn)品粒度要求細(xì)的半自磨工藝回路中,引入高效節(jié)能的立磨機,能有效地降低單位礦石的比能耗,實現(xiàn)窄粒級磨礦,提高磨礦效率。

(3)極硬礦石易在半自磨機中形成頑石,將頑石作為立磨機的磨礦介質(zhì),進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本,有利于提高半自磨工藝SABCV流程的經(jīng)濟(jì)性。