我國高原選礦技術發展現狀

劉志國,王傳龍,康金星,王 鑫,王亞運(中國恩菲工程技術有限公司,北京100038)

1 前言

高原地帶由于其特殊的地質構造與成礦作用,易形成豐富的礦產資源。我國的青藏高原處在地中海-特提斯成礦帶,資源潛在價值非常巨大,在萬億元以上。目前在青藏高原已發現礦種120 種,礦產地2 000 余處,其中有18 種礦產儲量居全國儲量的前列[1-4]。

近年來,隨著我國國民經濟的持續高速發展,對礦產資源的需求急劇上升,礦產資源短缺的局面日益嚴重。西部高原地區蘊含豐富的礦產資源,該地礦產資源的合理開發對保障我國礦產資源安全、促進國民經濟和社會可持續發展具有重要意義。目前,我國西部高原地區資源開發已卓有成效,諸多礦山已經投產或在建,其中比較有代表性的高海拔礦山有玉龍銅礦、甲瑪銅礦和普朗銅礦等[5]。與此同時,我國高原選礦技術也得到長足的發展,本文就此進行分析總結,并對高原選礦技術的發展方向提出一些見解。

2 高原環境對選礦的影響

高原地區由于低壓缺氧、寒冷干燥、環境脆弱及基礎建設薄弱等特點會對選廠人員、技術、設備等造成一系列影響。

2.1 對人員的影響

長期生活在較低海拔地區的人,初到高海拔地區時常會出現“高山反應”,如氣喘胸悶、心跳加快、頭暈惡心以及失眠等不良生理反應。另外,工作人員在不同的海拔高度下腦部功能也有較大差別,隨著海拔的升高,工作人員腦部各項機能有所下降,導致工作效率降低[6]。

2.2 對設備的影響

高海拔環境下的缺氧、低溫低壓、強溫差、強紫外線等因素會對設備造成諸多不利影響,比如電力設備的軸功率降低、柴油動力設備燃料燃燒不完全、電器設備易老化、設備散熱效果變差等。因此,在高原環境下需為有需求的設備提供必要的防護措施,電氣設備的選擇必須遵循國家頒布的高原電氣標準。

另外,一些在低海拔使用設備可能在高原地區使用效果變差,比如陶瓷過濾機受高原低壓影響脫水效果減弱、自吸式浮選機受高原空氣稀薄的影響導致吸氣量受影響。

2.3 對礦物可浮性的影響

高海拔的缺氧環境造成礦漿中的溶解氧降低、礦漿電位降低,對硫化礦的浮選有一定影響。夏忠勇[7]、張永德[8]等人研究發現,隨著海拔升高,方鉛礦的可浮性逐步增加,而閃鋅礦的可浮性逐漸降低。

另外,一些現場實踐反饋,與低海拔地區相比,高原選廠硫化礦浮選時間相對較長,有可能會出現浮選時間不足的問題。唐順昌[9]等人指出在某4 500 m 高海拔銅硫礦現場銅礦浮選明顯延后。

3 高原選礦技術發展現狀

3.1 工程設計與生產實踐

隨著大量的高原選礦廠建成投產,國內在高原選廠的設計建設上積累了大量經驗。在廠址選擇方面[10-12],應充分考慮總圖運輸、尾礦庫選址、供電、供水、排水以及對環境保護的影響等因素,本著“以人為本”的原則進行選址;在浮選機選型方面[13],受高原空氣稀薄影響,多采用充氣式浮選機取代自吸式浮選機;在設備選型和工藝方案比選方面,要考慮通風采暖的投資和成本,馮建偉[14]對某高寒金屬礦的碎磨流程進行研究,全面考慮所有設施的投資及成本后,與HPGR 流程相比,SABC 流程更具優勢。

3.2 高原自動化系統開發

由于高原選礦廠的特殊地理環境,選礦廠建設應按照“多機械、少人工”的原則,盡可能提高選礦廠的自動化水平,減少人工。但高原環境的低壓、強溫差等環境會對自動化電器設備造成極大的不利影響[15-16],因此高原選礦廠的綜合自動化系統設計方案需采用規范設計原則、優化信號集成、可靠配電接地、合理選型設備等科學手段,保證自動化系統安全、穩定運行。

西藏巨龍銅業有限公司知不拉銅多金屬礦選礦廠[17]、塔什庫爾千縣金鋼礦業有限責任公司選礦廠[18]、位于西藏墨竹工卡縣的天仁礦業選礦廠[19]等高原選礦廠充分考慮高原環境對自動化系統的影響,采取多種措施提高自動化系統的穩定性,最終通過高原自動化系統提高了設備作業效率、降低了勞動強度、改善了工作環境、提高了產量、降低了生產成本,具有重要借鑒價值。

3.3 節水及廢水利用技術

高原地區生態環境脆弱、水資源寶貴,因此高原選礦廠應注重節水技術開發。金鋼礦業喬普卡鐵礦根據礦石性質針對性地設計了預選工藝流程,通過大塊干選、細粒干選及粗磨預選的組合手段,最大限度地提高了入選礦石的品位,減少了選廠用水。許建民[20]等提出一種干法磁鐵礦鐵精粉生產工藝,通過采用帶有動態磁系的磁滾筒實現磁鐵礦的干法磁選,為高寒地區的磁鐵礦開發找了一個可行的途徑。烏努格吐山銅鉬礦選礦廠除充分利用尾礦回水和濃縮機回水外,還開創性地完全利用城市中水作為新水補加到生產過程中,每天節省新水資源約1.6 萬t[21]。

對于選礦廢水,高原選礦廠注重廢水處理及回用,做到廢水零排放的同時減少新水的使用。一方面,開發廢水處理方法,如高海拔地區復雜銅鉛鋅多金屬礦選礦廢水治理及回用方法[22],一種高寒冷地區高分散、高細度及難沉降白鎢礦選礦廢水的處理方法[23];另一方面,開發適宜的選礦工藝和藥劑,采用合理的選礦廢水回用制度實現選礦廢水的全回用,如西藏甲瑪銅礦通過采用分段浮選、分段回水、部分回水處理后返回的選礦工藝流程實現選礦廠廢水零排放[24];而甲瑪礦區銅鉛鋅多金屬硫化礦通過采用銅鉛部分混浮—銅鉛分離—混浮尾礦選鋅的工藝流程,配合使用鋅礦物組合抑制劑ZG-2 與銅鉛分離脫藥劑XZ-1 可實現選礦回水的全循環利用[25]。

3.4 高原浮選技術研究進展

高原環境會對浮選造成一系列的影響,如礦漿電位、藥劑與礦物作用效果、礦漿氣泡特性、礦物浮游速度以及浮選機性能等。針對此類問題,近年來已有不少研究。

3.4.1 浮選藥劑研究

由于高原地區氣溫較低,一些藥劑(如酯類)在存儲和使用過程中容易結晶,影響浮選效果。西北礦冶研究院對此做了相應研究,并提出了解決方法[26-27],可將硫氮腈酯與丁銨黑藥、柴油、乙醇、黃氰酯按一定比例混合使用或者將硫氮酯類藥劑與黃原酸酯類藥劑攪拌混合使用?；旌嫌盟幉粌H能夠發揮藥劑的協同效益,也能大幅度降低藥劑的凝固點,對高海拔地區硫氮酯類捕收劑的使用有一定的指導意義。

3.4.2 浮選設備研究

北京礦冶研究總院開發出XCF Ⅱ浮選機及XCFⅡ/KYFⅡ浮選機聯合機組,該設備在高海拔地區適應性較好。賽什塘銅礦地處高海拔地區,2000年選礦廠技術人員在對多種類型浮選機進行必選后,選擇了XCFⅡ/KYFⅡ型聯合浮選機,并成功應用[28]。

中南大學為解決詹姆遜浮選槽在高海拔地區產生微氣泡的效率會降低的情況,用微孔管代替高壓泵形成微氣泡,取得了較好效果[29]。

3.4.3 浮選機理研究研究

北京科技大學提出了一種海拔影響浮選氣泡特性測量裝置及方法[30],可以實現不同氣壓下氣泡尺寸、氣泡數量、氣泡穩定性和氣泡上升速度等氣泡動力學特性參數的測量,為研究海拔影響浮選氣泡特性提供了研究基礎,對于指導高原地區礦物浮選具有重要研究意義。

夏忠勇研究了不同海拔下鉛鋅硫化礦浮選電化學行為,發現高海拔條件下礦漿溶氧量低,導致礦漿電位低,而這較低的電位對方鉛礦與乙硫氮反應生成金屬捕收劑鹽的影響很小,故不會對方鉛礦的浮選產生影響。但低電位對D2(雙乙硫氮)的生成不利,且海拔越高,電位越低,D2越難生成,而閃鋅礦浮選需要大量的D2,故對閃鋅礦的浮選越不利。因此,高海拔環境下反而有利于鉛鋅的浮選分離。

3.5 高原固液分離裝備

高海拔環境的低壓環境使真空過濾技術的作用效果不佳,高原選礦廠多以加壓過濾技術取代真空過濾技術或者對真空過濾技術進行改進。

西藏華泰龍礦業甲瑪選礦廠海拔超過4 000 m,受大氣壓的影響,陶瓷過濾機的真空過濾效果不佳,銅精礦產品水分達不到國家標準。將銅精礦產品脫水改進為加壓過濾技術后不但使產品水分達到了國家標準,還解決了陶瓷過濾機酸洗后酸性水進入生產水系統造成pH 值波動的問題[31]。

金鋼礦業選礦廠地處新疆喀什塔什庫爾干縣帕米爾高原,海拔4 200 m。該廠的真空脫水系統存在真空泵效率低、自動排液裝置落后等問題?，F場通過改變真空泵及排液裝置,提高了真空泵的真空度和過濾機的過濾效率。

然而,高原選礦廠也并非完全不能使用傳統的真空陶瓷過濾機,要根據礦山生產的實際情況而定。杜玉艷[32]通過認真分析研究錫鐵山鉛鋅精礦特性,認為其粒度組成較粗,礦漿黏度不大,為此大膽采用節能型陶瓷過濾機方案,實現了陶瓷過濾機在高海拔地區的首次應用及成功實踐。

4 高原選礦技術發展方向

4.1 自動化技術的使用

首先,高原的特殊環境不適宜工作人員長期在一線工作,高原選礦廠的設計應本著多機械少人工的原則進行建設。再者,國家和行業對礦山的自動化建設愈發重視。2020 年4 月,工業和信息化部、國家發展改革委和自然資源部聯合發布《有色金屬行業智能礦山建設指南(試行)》,對礦山的自動化和智能化建設作出了全方位的要求和規劃。結合高原選礦廠的自身性質以及行業發展的需求,急需發展適用于高原選礦廠的自動化系統和裝備,減少人工,提高選礦廠的生產效率。

4.2 高效、無毒(低毒)、易降解環保選礦藥劑的開發

由于高原礦山生態環境脆弱,環境遭到破壞后很難恢復,在高原礦產資源開發過程中需極其重視環境保護問題。我國青藏高原富含銅鉛鋅硫化礦,在硫化銅浮選、銅硫分離、銅鉛分離、銅鉬分離、鋅硫分離等諸多方面都需要新型環保選礦藥劑的開發與使用。例如北京礦冶研究總院為西藏某特大型銅鉬礦使用了生產指標好、對礦區生態環境擾動小的高效、低用量、易降解捕收劑BK401和起泡劑BK201[33-34]。西藏華泰龍礦業開發有限公司以高效易降解的ZG-2 為銅礦物抑制劑、HTL-3 為鉬捕收劑,實現了西藏某選礦廠的銅鉬混合精礦的高效、低毒分離[36]。

4.3 高原環境對硫化礦浮選影響的機理研究

目前已有的研究資料顯示,高原環境對硫化礦的浮選有一定的影響,比如在高原環境中硫化鉛鋅礦的可浮性差異增大、某些選礦廠中出現硫化銅礦的上浮速度減慢、浮選捕收劑與硫化礦作用效率降低等問題。充分研究高原環境對硫化礦浮選的影響可以為高原環境下浮選工藝和藥劑的選擇、浮選時間的確定等問題提供一定的理論依據。

5 結論

由于高原地區低壓缺氧、寒冷干燥、環境脆弱以及基礎設施建設薄弱,高原選礦面臨人員高原反應、設備性能及壽命受到影響、環境生態保護等一系列的問題。在解決上述問題的過程中,選礦從業者積累了相應的高原選礦廠經驗和技術,如設備選型經驗、高原自動化系統和設備、節水和廢水回用技術、高海拔高寒地區浮選工藝和藥劑、高海拔固液分離裝備等。未來,針對高原選礦技術,高原選礦廠自動化系統和裝備的開發、高效無毒易降解環保選礦藥劑的開發、高原環境對硫化礦浮選影響的機理研究等可能是較為重要的發展方向。