某鈾礦山磨礦分級系統(tǒng)改造及應(yīng)用研究

劉會武，黃永，周玉強，劉忠臣，師留印，賈秀敏，楊劍飛，向秋林

(1.核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149；2.西安中核藍(lán)天鈾業(yè)有限公司，西安 710500)

礦石中有價礦物單體的充分解離是實現(xiàn)有價金屬有效回收的前提。常規(guī)鈾礦加工工藝一般根據(jù)礦石性質(zhì)特點和所采取的選冶工藝，由破磨、選冶試驗確定合適的礦石解離粒度。工業(yè)生產(chǎn)時一般經(jīng)過粗碎、中碎、細(xì)碎等工序?qū)⒉沙龅脑V石破碎到10～20 mm，再通過磨礦工序使礦石達(dá)到工藝要求的粒度，保證選冶工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

某鈾礦山原處理礦石為碎裂蝕變斑狀花崗巖，采用三段一閉路破碎-球磨機和螺旋分級機組成閉路磨礦的破磨工藝，最終礦石磨礦產(chǎn)品粒度為-0.015 mm。隨著易加工處理的破裂蝕變斑狀花崗巖型鈾資源的不斷消耗，擬開采難處理的角礫巖型鈾礦石。角礫巖型礦石的硬度大、礦物呈微細(xì)粒嵌布，要達(dá)到滿意的鈾回收指標(biāo)，需提高礦石的破磨細(xì)度。因此，在現(xiàn)有破磨工藝流程和設(shè)備的前提下，進(jìn)行了磨礦工藝過程分析和磨礦工業(yè)試驗，以確定最佳的磨礦工藝條件，滿足礦石浸出工藝對礦石粒度的要求。

1 磨礦分級配置分析

磨礦分級工序由1臺φ1 500 mm×3 000 mm格子型球磨機和1臺FLG-1200型高堰式單螺旋分級機組成閉路磨礦分級系統(tǒng)。原磨礦產(chǎn)品粒度控制為-0.015 mm(-0.074 mm占比66%)，而由于硅質(zhì)構(gòu)造角礫巖礦石硬度大、致密、鈾礦物粒度極小(粒徑為0.01～0.05 mm)，浸出工藝要求磨礦產(chǎn)品粒度控制在-0.074 mm占比85%以上。因此，需對磨礦分級系統(tǒng)配置和工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，滿足后續(xù)浸出工序?qū)ΦV石粒度要求，保證磨礦系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

2 磨礦分級配置優(yōu)化

2.1 磨礦進(jìn)料粒度優(yōu)化

根據(jù)多碎少磨的破磨理論，破碎屬于制約性過程，破碎機內(nèi)礦石破碎概率約為50%～100%；而磨礦屬于隨機性過程，球磨機中礦石破碎概率低于10%。據(jù)統(tǒng)計，三段礦石破碎的能耗總和為1.1～5.3 kW·h/t，而破碎產(chǎn)品磨至0.074 mm礦粉的能耗為31～46 kW·h/t，磨礦能耗為破碎能耗的10倍左右。此外，如果磨機給礦粒度減小，礦石粒度分布范圍變窄，還可以減少磨機內(nèi)鋼球配置規(guī)格種類，提高礦石磨礦概率，提高磨礦效果。因此，減小球磨機給礦粒度，不僅可提高球磨機生產(chǎn)能力，同時可減少其能耗及鋼球消耗，整體提升破磨工序增產(chǎn)降耗效果[1-2]。

結(jié)合礦石生產(chǎn)實際情況，原礦山生產(chǎn)采用堆浸—攪拌浸出聯(lián)合提鈾工藝，即：破碎后礦石篩分—粗粒級礦石堆浸—離子交換提鈾；細(xì)粒級礦石磨礦—攪拌浸出—固液分離—萃取提鈾。配置的破碎系統(tǒng)較磨礦系統(tǒng)處理能力大，因此，有條件調(diào)整破碎工藝參數(shù)，減小球磨機進(jìn)料礦石粒度，實現(xiàn)“多破少磨”。為此，對破碎系統(tǒng)三段破碎機的出料口寬度進(jìn)行了調(diào)整，并將15 mm篩網(wǎng)更換為12 mm篩網(wǎng)，減少球磨機進(jìn)料礦石粒度。

2.2 球磨機鋼球配比優(yōu)化

根據(jù)磨礦理論及經(jīng)驗可知：粗礦料需要大直徑鋼球研磨，細(xì)礦料需小直徑鋼球研磨；大直徑鋼球的裝填比例大致和粗礦粒的百分率相當(dāng)，小直徑的裝填比例和細(xì)礦粒的百分率一致。目前，球磨機裝填最大鋼球直徑國內(nèi)外多采用段式球徑半理論公式估算，再結(jié)合實際礦料性質(zhì)進(jìn)行校核和調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)礦石進(jìn)料的粒級分布確定不同直徑的鋼球配比[3-4]。

根據(jù)給礦粒度變化，通過分析、計算，將球磨機鋼球配比由φ100 mm、φ80 mm、φ60 mm、φ40 mm鋼球分別占30%、25%、25%、20%調(diào)整為φ100 mm、φ80 mm、φ60 mm、φ40 mm鋼球分別占20%、20%、30%、30%，以適應(yīng)進(jìn)料中粗粒級礦石比例的減少，增強礦石的研磨效率。

2.3 螺旋分級機結(jié)構(gòu)優(yōu)化

影響螺旋分級機分級效果的因素有礦石性質(zhì)、分級面積、螺旋分級機給料礦漿濃度等。礦石性質(zhì)主要是指礦石的密度、粒度和含泥量。礦石密度越大螺旋分級機生產(chǎn)能力也越高；而礦石的粒度組成和含泥量主要是影響礦漿黏度，隨著礦漿黏度的升高，使礦粒沉降速度降低，從而降低分級處理能力和分級精度。分級面積的大小影響分級機處理能力并決定分級粒度，通過增大分級槽寬度、提高溢流堰高度或減小槽體角度都可以使分級機面積增大，從而提高分級機處理能力，減小分級粒度[5-6]。螺旋分級機給料礦漿濃度也會對分級粒度和處理能力產(chǎn)生較大的影響。

由于分級設(shè)備寬度和槽體角度不可變，可以適當(dāng)提高分級機溢流堰高度，改善分級機分級效果。通過觀察分級機內(nèi)礦漿高度及試驗，將螺旋分級機溢流堰高度增加50 mm，有效提高了分級機的分級效果。

3 磨礦分級聯(lián)動工藝試驗

3.1 溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨礦產(chǎn)品粒度的影響

在保持一定的分級處理能力條件下，分級機進(jìn)料礦漿濃度對礦石分級粒度和處理能力的影響存在一個臨界值。礦漿濃度過大，顆粒的沉降速度小，使溢流礦漿粒度變粗；而礦漿濃度過小，又會造成分級機礦漿流速過快，同樣造成粗顆粒來不及沉降流出。因此，需要通過試驗確定合理的分級機進(jìn)料礦漿濃度。在礦石給料速度一定時，分級機進(jìn)料濃度由球磨機進(jìn)口加水量和球磨機出口加水量控制。受限于球磨機適宜的磨礦濃度，一般通過控制球磨機出口加水量，調(diào)節(jié)進(jìn)入分級機的礦漿濃度。在進(jìn)料速度4.25 t/h、磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)66.9%條件下，分級機溢流液礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨礦產(chǎn)品粒度的影響如圖1所示。

圖1分級機溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨礦產(chǎn)品粒度的影響

從圖1可看出：溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，可以顯著提高磨礦產(chǎn)品細(xì)度。但溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，一方面將會加快分級機內(nèi)礦漿流速，對沉降分級產(chǎn)生負(fù)作用；另一方面還會影響后續(xù)中性礦漿濃密工序。綜合考慮，溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在20%～25%，可保證分級溢流礦漿中-0.074 mm粒級占比90%以上。

3.2 磨礦礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨礦產(chǎn)品粒度的影響

對磨礦過程分析可知，球磨機內(nèi)礦漿越濃，黏性就越大，流動性較差，在磨機內(nèi)的停留時間就越長；同時濃礦漿中含的固體礦粒較多，被鋼球研磨的物料也較多，有利于礦石的研磨。但濃礦漿磨礦過程鋼球有效密度變小，又會對礦石的研磨效果產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

磨礦礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨礦石性質(zhì)而定，球磨機給礦較粗和處理硬度大、密度大的礦石，應(yīng)當(dāng)采用濃礦漿磨礦。礦石粗磨(產(chǎn)品粒度在0.15 mm以上)或研磨密度大的礦石時，磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜控制在75%～82%。礦石細(xì)磨(產(chǎn)品粒度在0.10～0.075 mm)或研磨密度較小的礦石時，磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)低些，通常65%～75%。在進(jìn)料速度4.2 t/h、溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)23.8%條件下，研究了磨礦礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨礦產(chǎn)品粒度的影響，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2磨礦礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨礦產(chǎn)品粒度的影響

從圖2可知：在球磨機進(jìn)料速度4.2 t/h條件下，磨礦產(chǎn)品-0.074 mm占比隨球磨機的磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出先升高、后降低的趨勢，最優(yōu)的磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70%左右。在此磨礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，球磨機運行效率較高。

3.3 礦石給料速度對磨礦產(chǎn)品粒度的影響

當(dāng)給礦速度很低時，磨礦機內(nèi)礦量小，不但磨機生產(chǎn)率低；而且易形成空磨，磨機磨損和礦石過粉碎嚴(yán)重。為了使磨機高效工作，應(yīng)當(dāng)維持合理的給礦速度。隨著給礦速度的提高，磨機排礦產(chǎn)物中合格粒級的含量逐漸減少，而產(chǎn)出的合格粒級數(shù)量卻增加，比功耗將降低，磨礦效率顯著提高。但給礦速度超過磨機在特定操作下的定額時，磨機將發(fā)生過負(fù)荷，出現(xiàn)排出鋼球，“吐出”大塊礦石及涌出礦漿等情況，甚至被堵塞。

在保證磨礦粒度的前提下，進(jìn)行了不同球磨機的給礦速度試驗。試驗結(jié)果如表1所示。

表1給礦速度對磨礦產(chǎn)品粒度的影響

從表1可看出：隨著球磨機給礦量的增加，分級機溢流出料中+0.074 mm礦石占比也隨之提高；球磨機給礦量達(dá)5.22 t/h時，+0.074 mm粒級礦石占比仍可控制在10%以內(nèi)。當(dāng)球磨機給礦量提高至5.6 t/h時，螺旋分級機返砂量大大增加；運行15 min后，球磨機涌出礦漿，即出現(xiàn)俗稱的“漲肚”現(xiàn)象，球磨系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)。因此，確定在此磨礦條件下，球磨系統(tǒng)正常的處理能力可達(dá)到5.2 t/h。

3.4 球磨機磨礦產(chǎn)品篩析

球磨機系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定運行后，對工業(yè)試驗?zāi)サV產(chǎn)品進(jìn)行了粒級篩析，與條件試驗?zāi)サV礦樣粒度對比結(jié)果如圖3所示。

圖3磨礦產(chǎn)品粒度分布對比

從圖3可看出：-0.074 mm礦石占比在工業(yè)試驗與條件試驗中基本一致，達(dá)到了磨礦控制要求；但與條件試驗相比，工業(yè)試驗-0.037 mm細(xì)粒級礦石占比略高。

4 結(jié)論

球磨工藝能耗約占常規(guī)鈾礦生產(chǎn)企業(yè)能耗的30%～40%，對其進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化是中國硬巖型鈾礦生產(chǎn)企業(yè)提質(zhì)增效的有效途徑。通過調(diào)整、優(yōu)化磨礦分級系統(tǒng)配置和工藝參數(shù)，實現(xiàn)了致密、高硬度角礫巖型鈾礦石的高細(xì)度磨礦，滿足了后續(xù)浸出工序?qū)ΦV石粒度的要求、提高了磨礦分級系統(tǒng)生產(chǎn)效率。

1)“多破少磨”是優(yōu)化球磨機鋼球配比，提高球磨機生產(chǎn)能力，整體提升破磨工序增產(chǎn)降耗的有效途徑之一。

2)螺旋分級機溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響磨礦產(chǎn)品粒度的主要因素。在球磨機出口增加補水管對進(jìn)入分級機礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證分級機溢流礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～25%，可將分級機溢流礦漿中-0.074 mm粒級占比控制在90%以上。

3)通過對磨礦分級系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高了球磨分級系統(tǒng)產(chǎn)量及產(chǎn)品細(xì)度，在保證磨礦產(chǎn)品-0.074 mm粒級占比90%以上前提下，磨礦分級系統(tǒng)處理能力可達(dá)5.2 t/h。

致謝：感謝西安中核藍(lán)天鈾業(yè)有限公司706礦領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)技術(shù)人員對工作的大力支持和協(xié)助。