某銅礦高壓輥磨終粉磨工藝應(yīng)用研究

于保強(qiáng), 何榮權(quán), 鄧朝安, 鄒毅仁, 趙建明, 徐今冬

(1.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司, 北京 100038;2.成都利君實(shí)業(yè)股份有限公司, 四川 成都 610045)

1 前言

礦石粉碎是礦物加工過程中目的礦物實(shí)現(xiàn)解離并進(jìn)而得以選別的必要環(huán)節(jié),礦石粉碎作業(yè)的能耗、加工成本以及建設(shè)投資通常占整個(gè)選廠的一半以上[1-2]。此外,粉碎作業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞對(duì)于后續(xù)選別作業(yè)的生產(chǎn)指標(biāo)也會(huì)造成一定程度的影響,因此礦山建設(shè)前期根據(jù)礦石性質(zhì)特點(diǎn)確定其適宜的礦石粉碎工藝對(duì)于整個(gè)選廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升具有重要意義[3-4]。目前礦山常見的粉碎工藝有粗碎-半自磨-球磨碎磨流程(SAB)、粗碎-半自磨-頑石破碎-球磨流程(SABC)、傳統(tǒng)兩段或三段一閉路破碎-球磨的流程等[5-8]。近年來隨著高壓輥磨技術(shù)的逐漸成熟,高壓輥磨機(jī)在碎磨工藝中的應(yīng)用正在迅速擴(kuò)大,如SABC流程中高壓輥磨機(jī)對(duì)頑石破碎的產(chǎn)品進(jìn)行細(xì)碎、高壓輥磨機(jī)對(duì)三段閉路破碎的產(chǎn)品進(jìn)行超細(xì)碎、高壓輥磨與立式攪拌磨的聯(lián)合工藝等[9-10]。

高壓輥磨機(jī)是基于層壓粉碎理論并借助超高的施載壓力對(duì)礦石進(jìn)行粉碎的設(shè)備,具有粉碎效率高、鋼耗和能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、生態(tài)環(huán)境好等優(yōu)點(diǎn)[11-12]。此外,高壓輥磨機(jī)特殊的粉碎方式能夠使有些礦石中目的礦物較好的解離,或生成的微裂紋有助于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行,另外高壓輥磨還能夠減少磨礦過程中鐵離子對(duì)目的礦物的污染,從而提高選別指標(biāo)[13]。如朱泊翰等[14]對(duì)某金礦進(jìn)行浮選,發(fā)現(xiàn)高壓輥磨破碎相對(duì)于常規(guī)破碎金的浮選回收率增加了3.19%。謝洪珍等[15]對(duì)國(guó)外某金礦的浸出試驗(yàn)表明,經(jīng)高壓輥磨機(jī)處理后的產(chǎn)品金浸出率比常規(guī)破碎時(shí)提高約9%～15%。

巴基斯坦某銅礦以硫化銅礦為主,且銅礦物的嵌布粒度相對(duì)較粗,屬于相對(duì)易選礦石[16]。前期研究發(fā)現(xiàn)在相同粉碎產(chǎn)品細(xì)度條件下(-0.074 mm含量占60%),對(duì)該銅礦高壓輥磨終粉磨產(chǎn)品進(jìn)行浮選時(shí)銅的浮選回收率比常規(guī)破碎-球磨產(chǎn)品高約4%,這對(duì)于提高礦山經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。為此,本論文采用高壓輥磨終粉磨工藝對(duì)該銅礦進(jìn)行設(shè)計(jì),包括粉碎工藝流程的確定、主要設(shè)備的選型、粉碎作業(yè)投資估算以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析,并與常規(guī)破碎-球磨粉碎工藝進(jìn)行對(duì)比,全面評(píng)價(jià)該銅礦采用高壓輥磨終粉磨工藝的可行性,為該礦山粉碎工藝的確定提供技術(shù)依據(jù),同時(shí)也為類似礦山的開發(fā)建設(shè)提供參考。

2 工藝條件

巴基斯坦某銅礦礦石粉碎工藝流程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)條件如下:

(1)擬建選廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10 000 t/d(330萬t/年)。

(2)高壓輥磨工藝流程中中細(xì)碎作業(yè)年工作330 d,3班/天,6 h/班,而高壓輥磨分級(jí)與浮選作業(yè)保持一致,3班/天,8 h/班;常規(guī)破碎-球磨工藝中中細(xì)碎作業(yè)年工作330 d,3班/天,6 h/班,球磨分級(jí)作業(yè)3班/天,8 h/班。

(3)兩種礦石粉碎工藝流程均按單系統(tǒng)進(jìn)行廠房布置及設(shè)備選型,可比范圍包括中碎、細(xì)碎、篩分以及高壓輥磨分級(jí)和球磨分級(jí)作業(yè)。

(4)兩種礦石粉碎工藝中碎的最初給料粒度為-300 mm,最終粉碎產(chǎn)品粒度為-0.074 mm粒級(jí)含量占60%,但高壓輥磨工藝中高壓輥磨機(jī)的給料粒度為-20 mm,而球磨機(jī)的給料粒度為-12 mm。

(5)根據(jù)礦石標(biāo)準(zhǔn)球磨功指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果,礦石邦德球磨功指數(shù)Wib為14.66 kWh/t。高壓輥磨閉路試驗(yàn)循環(huán)負(fù)荷為294%,根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)實(shí)際循環(huán)負(fù)荷按400%考慮。

(6)前期浮選試驗(yàn)研究結(jié)果表明,在最終粉碎產(chǎn)品細(xì)度-0.074 mm含量均為60%的條件下,高壓輥磨產(chǎn)品銅的浮選回收率比球磨產(chǎn)品高4%,因此本研究以此作為兩種粉碎工藝比選的基本條件之一。

本次技術(shù)方案比較中的設(shè)備均按國(guó)產(chǎn)考慮,價(jià)格均由詢價(jià)獲得。土地平整挖、填方工程量費(fèi)用按一般地形估算。

3 粉碎工藝流程比較

3.1 高壓輥磨終粉磨工藝流程

該銅礦采用高壓輥磨機(jī)進(jìn)行終粉磨的工藝流程如圖1所示,中碎最大給礦粒度為300 mm,中碎后的礦石首先給入振動(dòng)篩進(jìn)行篩分,篩上+20 mm的物料給入短頭圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎,細(xì)碎后的物料與中碎后的物料合并后返回至振動(dòng)篩進(jìn)行篩分,篩下-20 mm的物料通過皮帶輸送至粉礦倉進(jìn)行存儲(chǔ)。-20 mm的礦石為高壓輥磨機(jī)的給料,高壓輥磨機(jī)的排礦首先采用超精細(xì)分級(jí)倉進(jìn)行篩分得到篩上(+1 mm)和篩下(-1 mm)兩種產(chǎn)品,其中篩下產(chǎn)品通過斗提式膠帶機(jī)給入風(fēng)力分級(jí)系統(tǒng)并控制最終產(chǎn)品細(xì)度為-0.074 mm粒級(jí)含量占60%,最終產(chǎn)品造漿后給入后續(xù)浮選作業(yè)。風(fēng)力分級(jí)的粗粒產(chǎn)品與超精細(xì)分級(jí)倉的篩上產(chǎn)品合并后通過皮帶輸送機(jī)返回至高壓輥磨機(jī)進(jìn)行再粉碎。

圖1 高壓輥磨粉碎工藝流程

高壓輥磨終粉磨工藝主要設(shè)備與相關(guān)參數(shù)見表1。中碎選用1臺(tái)HP5型標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī),細(xì)碎采用2臺(tái)HP5型短頭圓錐破碎機(jī),篩分采用1臺(tái)3.0 m×5.2 m單層直線振動(dòng)篩,高壓輥磨機(jī)設(shè)備型號(hào)為CLM240170(安裝功率為2 800×2 kW),風(fēng)力分級(jí)前的預(yù)先篩分選用3臺(tái)DSMS-2-3097型超精細(xì)分機(jī)艙,分離分級(jí)選用1臺(tái)CLX48110型動(dòng)態(tài)選粉機(jī),配備風(fēng)機(jī)能力為770 000 m3/h(功率為1 400 kW),此外還有渣漿泵、皮帶輸送機(jī)、起重設(shè)備等,設(shè)備總的安裝功率為10 628 kW。

表1 高壓輥磨粉碎工藝主要設(shè)備

3.2 常規(guī)破碎-球磨工藝流程

采用常規(guī)破碎-球磨的工藝流程如圖2所示,中碎最大給礦粒度為300 mm,中碎后的礦石首先給入振動(dòng)篩進(jìn)行篩分,篩上+12 mm的物料給入短頭圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎,細(xì)碎后的物料與中碎后的物料合并后返回至振動(dòng)篩進(jìn)行篩分,篩下-12 mm的物料通過皮帶輸送至粉礦倉進(jìn)行存儲(chǔ)。-12 mm的礦石為球磨機(jī)的給料,球磨機(jī)的排礦通過渣漿泵給入水力旋流器組進(jìn)行分級(jí),分級(jí)溢流自流至后續(xù)浮選作業(yè),分級(jí)沉砂自流至球磨機(jī)進(jìn)行再磨。

圖2 常規(guī)破碎-球磨工藝流程

常規(guī)破碎-球磨工藝流程主要設(shè)備及相關(guān)參數(shù)見表2。中碎選用1臺(tái)HP6型標(biāo)準(zhǔn)圓錐破碎機(jī),細(xì)碎采用2臺(tái)HP6型短頭圓錐破碎機(jī),篩分采用2臺(tái)3.0 m×5.2 m雙層直線振動(dòng)篩,磨礦選用1臺(tái)φ6.2 m×9.5 m溢流型球磨機(jī)(安裝功率6 000 kW),分級(jí)選用1組12-φ660水力旋流器組,此外還有渣漿泵、皮帶輸送機(jī)、起重設(shè)備等,設(shè)備總的安裝功率為9 427 kW。

表2 常規(guī)破碎-球磨工藝流程主要設(shè)備

3.3 工藝特點(diǎn)與設(shè)備選型分析

通過對(duì)兩種粉碎工藝及設(shè)備選型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,可以看出:

(1)高壓輥磨工藝流程較長(zhǎng),主要表現(xiàn)在分級(jí)作業(yè)采用預(yù)先篩分和風(fēng)力分級(jí)兩段作業(yè),而常規(guī)破碎-球磨工藝中僅采用水力旋流器進(jìn)行一段分級(jí)。

(2)高壓輥磨工藝中細(xì)碎作業(yè)設(shè)備型號(hào)較小,主要由于高壓輥磨工藝中細(xì)碎最終產(chǎn)品粒度較常規(guī)破碎-球磨工藝粗。實(shí)際生產(chǎn)上高壓輥磨機(jī)的給料粒度可能會(huì)更大,若給料粒度較小則輥縫難以撐開,高壓輥磨機(jī)通過能力會(huì)受到限制。

(3)高壓輥磨工藝總的設(shè)備安裝功率為10 628 kW,比常規(guī)破碎-球磨工藝總的設(shè)備安裝功率高出約1 200 kW,這會(huì)導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)上高壓輥磨終粉磨工藝比常規(guī)破碎-球磨粉碎工藝能耗大,從而體現(xiàn)不出節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。這主要是由于高壓輥磨機(jī)的粉碎產(chǎn)品首先采用超精細(xì)分級(jí)倉篩分出-1 mm粒級(jí),再采用動(dòng)態(tài)選粉機(jī)對(duì)-1 mm粒級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行風(fēng)力分級(jí),篩分設(shè)備和動(dòng)態(tài)選粉機(jī)均需要消耗電能,此外還需要功率較大的風(fēng)機(jī)(1 400 kW),另外中間產(chǎn)品均需要通過皮帶輸送機(jī)輸送,風(fēng)力分級(jí)的合格產(chǎn)品還需要造漿后通過渣漿泵輸送至浮選作業(yè)。球磨產(chǎn)品主要通過渣漿泵給入水力旋流器,水力旋流器無需消耗電能,水力旋流器的粗粒返砂自流至球磨機(jī)。

(4)高壓輥磨工藝方案中高壓輥磨車間比球磨車間小,主要是高壓輥磨機(jī)設(shè)備緊湊、占地面積小,但高壓輥磨工藝增加了分級(jí)車間,從而會(huì)導(dǎo)致總的土建費(fèi)用比常規(guī)破碎-球磨工藝方案大。

3.4 投資估算比較分析

高壓輥磨粉碎工藝可比部分包括中細(xì)碎車間、篩分車間、粉礦倉、高壓輥磨車間、分級(jí)車間、以及皮帶廊與轉(zhuǎn)運(yùn)站,常規(guī)破碎-球磨工藝可比部分包括中細(xì)碎車間、篩分車間、粉礦倉、磨礦分級(jí)車間以及皮帶廊與轉(zhuǎn)運(yùn)站,投資概算結(jié)果見表3和表4。

表3 高壓輥磨粉碎工藝投資概算表(千美元)

表4 常規(guī)破碎-球磨工藝投資概算表(千美元)

根據(jù)兩種不同粉碎工藝投資概算結(jié)果,高壓輥磨粉碎工藝可比部分總投資為3 459.6萬美元,比常規(guī)破碎-球磨工藝總投資高出1 087.4萬美元。高壓輥磨粉碎工藝投資較大,其主要表現(xiàn)在高壓輥磨與相應(yīng)的分級(jí)設(shè)備價(jià)格比球磨機(jī)與水力旋流器的價(jià)格高,且高壓輥磨閉路粉碎流程中的物料需要皮帶輸送,而球磨分級(jí)流程中物料通過渣漿泵或自流輸送。此外,高壓輥磨粉碎工藝額外增加了分級(jí)車間,廠房建筑工程費(fèi)用相對(duì)較大。

3.5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

兩種不同粉碎工藝的選礦成本計(jì)算結(jié)果見表5和表6。通過對(duì)比可以看出,高壓輥磨粉碎工藝輔助材料成本比常規(guī)破碎-球磨工藝要低,但高壓輥磨工藝電耗相對(duì)較高為24.34 kWh/t,比常規(guī)破碎-球磨工藝高3.04 kWh/t,其他成本如燃料、水、職工薪酬、制造費(fèi)用基本相等。高壓輥磨粉碎工藝選礦單位總成本為5.814美元/t·礦,比常規(guī)破碎-球磨工藝低0.168美元/t·礦。若年處理礦石量為330萬t,則高壓輥磨粉碎工藝年選礦成本為1 918.62萬美元,比常規(guī)破碎-球磨工藝低55.44萬美元。該結(jié)果表明,高壓輥磨粉碎工藝總的選礦成本比常規(guī)破碎-球磨工藝低,這主要是由于高壓輥磨粉碎工藝中沒有鋼球和磨機(jī)襯板的消耗。此外根據(jù)計(jì)算結(jié)果,高壓輥磨粉碎工藝比常規(guī)破碎-球磨工藝電耗高,并沒有體現(xiàn)出節(jié)能的優(yōu)勢(shì),這主要是由于高壓輥磨粉碎工藝中采用風(fēng)力分級(jí),且分級(jí)后的粗粒產(chǎn)品通過皮帶輸送機(jī)返回高壓輥磨機(jī)再粉碎,從而導(dǎo)致其能耗相對(duì)較大。

表5 高壓輥磨粉碎工藝選礦成本計(jì)算表

表6 常規(guī)破碎-球磨工藝選礦成本計(jì)算表

對(duì)兩種粉碎工藝最終銅精礦產(chǎn)量、營(yíng)業(yè)收入及利潤(rùn)進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表7。根據(jù)前期浮選試驗(yàn)結(jié)果,本次比較高壓輥磨粉碎工藝銅的回收率取值92.5%,金回收率取值32%,常規(guī)破碎-球磨工藝銅的回收率取值88.5%,金回收率取值28%,銅的品位均為24%。由此計(jì)算出的高壓輥磨粉碎工藝營(yíng)業(yè)收入為9 308.56萬美元,比常規(guī)破碎-球磨工藝多營(yíng)收439.87萬美元。扣除稅金及附加以及總成本費(fèi)用后,高壓輥磨粉碎工藝年利潤(rùn)總額為 3 415.20萬美元,比常規(guī)破碎-球磨粉碎工藝高出460.12萬美元。該結(jié)果表明,采用高壓輥磨粉碎工藝比常規(guī)破碎-球磨工藝能夠產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。

表7 兩種粉碎工藝年均產(chǎn)品產(chǎn)量、營(yíng)業(yè)收入與利潤(rùn)表

4 結(jié)論

通過對(duì)巴基斯坦某銅礦高壓輥磨終粉磨工藝與常規(guī)破碎-球磨工藝流程設(shè)計(jì)、主要設(shè)備的選型、投資估算以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,得出以下結(jié)論:

(1)高壓輥磨終粉磨工藝流程相對(duì)較長(zhǎng),主要表現(xiàn)在分級(jí)作業(yè)采用預(yù)先篩分和風(fēng)力分級(jí)兩段分級(jí),而常規(guī)破碎-球磨工藝中僅采用水力旋流器進(jìn)行分級(jí)。

(2)高壓輥磨終粉磨工藝設(shè)備總安裝功率較高,這主要是由于高壓輥磨機(jī)的粉碎產(chǎn)品采用超精細(xì)分級(jí)倉和動(dòng)態(tài)選粉機(jī)進(jìn)行兩段分級(jí),此外還需要功率較大的風(fēng)機(jī),另外中間產(chǎn)品均需要通過皮帶輸送機(jī)輸送。

(3)高壓輥磨粉碎工藝建設(shè)投資比常規(guī)破碎球磨工藝高1 087.4萬美元,其主要表現(xiàn)在高壓輥磨工藝設(shè)備數(shù)量多、價(jià)格高,此外高壓輥磨粉碎工藝額外增加了分級(jí)車間,廠房建筑工程費(fèi)用相對(duì)較大。

(4)高壓輥磨終粉磨工藝能耗比常規(guī)破碎-球磨工藝高3.04 kWh/t,并沒有體現(xiàn)出節(jié)能的優(yōu)勢(shì),但由于沒有鋼球和磨機(jī)襯板的消耗而導(dǎo)致該工藝選礦單位總成本較低。

(5)高壓輥磨終粉磨工藝年?duì)I業(yè)收入和利潤(rùn)總額比常規(guī)破碎-球磨工藝分別高439.87萬美元和460.12萬美元,能夠產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。