半自磨工藝頑石與介質高效分離試驗研究①

劉誼兵，朱 寧

（1.蘭州有色冶金設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000；2.云南恩菲科技集團有限公司，云南 昆明 650000）

金屬非金屬礦物選別工藝中，磨礦是能量消耗極大的工序。相比常規破碎磨礦工藝，半自磨工藝在控制企業投資成本、縮短工藝流程、提高設備運行效率、降低磨機鋼耗等方面有著極大優勢［1?2］，并已普遍應用于國內大中型選礦廠。在半自磨工藝生產運行過程中，會出現難以通過磨礦作業磨到合格細度的礦石粒子，即“頑石”［3］。大量頑石累積會造成磨機運行功率下降，嚴重影響半自磨機產量。此外，頑石中還含有大量目的礦物，如果不加以處理就隨意丟棄，會造成礦產資源浪費，也會造成環境污染。

處理頑石的常規工藝是再配置一套相應的頑石破碎流程，但這會使得流程加長，且磨機排礦端配置的圓筒篩篩上產品中的頑石一直在半自磨機中反復循環，降低了半自磨磨礦效率。為了解決該工藝難題，國內部分廠礦采用SABC流程（即振動篩?頑石破碎），但如果礦石硬度大幅增加，半自磨機處理能力就會降低，造成整個磨礦系統處理量下降，因礦石可磨性變化不大，最終造成球磨機處理能力相對富裕。此外，鑒于磨機排出的頑石中還有一定含量的介質（鋼球），介質對后段破碎機設備損耗嚴重，即便有些破碎設備設置了過鐵保護裝置，但出現問題后還是需要停機清理介質，致使設備無法連續工作。因此，尋找一種簡單高效的方式將頑石和介質分離是解決問題的關鍵。

國內工程技術人員針對頑石與介質分離主要提出了兩種解決方案：一是利用鋼球和礦物的磁性差異，使用除鐵器分離鋼球，但高鉻鋼球和高錳鋼球都不具鐵磁性，選礦廠只好使用耐磨性較差的普通鑄造鋼球作為介質，因而造成鋼耗急速增加、生產成本增加。此外，就算通過使用除鐵器多次除鐵，也仍有部分鐵件無法清理，在物料進入頑石破碎工藝時出現破碎機過鐵的情況，輕則損傷破碎機襯板、縮短使用壽命，重則造成破碎設備故障，流程停滯；當目的礦物為磁鐵礦時，由于礦物本身有磁性，不能使用除鐵器剔除物料中的鋼介質。二是使用人工揀選的方式將這部分混合產品經過脫泥后上揀選皮帶，在輸送皮帶上人工手動揀出介質，該方案不僅占用較大的場地和大量勞動力，效率也極低。此外，針對磁鐵礦等磁性礦物，也有采用磁力弧［4］的工藝，也就是在磨礦排礦端設置強力的永久磁鐵除去介質，但由于設備本身在生產、運輸、安裝、使用時都會對周邊產生極強的磁場，且使用設備時仍有部分介質無法排出，同樣會影響后續流程。針對以上問題，本文提出了一種新型半自磨工藝頑石與介質高效分離技術，根據重選理論，利用礦物和介質的比重差異進行試驗，通過數據對比、工藝技術研發，最終提出一種可靠、節能并能投入實際生產應用的新型工藝技術。

1 礦樣性質及試驗設備

1.1 礦樣性質

試驗礦樣分別取自云南大紅山［5］和江西銀山礦業選礦廠，分別為磁鐵礦半自磨工藝頑石（以下簡稱A礦樣）和硫化礦半自磨工藝頑石（以下簡稱B礦樣）。

試驗樣品的準備：物料用清水清洗，分別用10 mm和50 mm篩網將－10 mm粒級物料和＋50 mm粒級物料隔除，－50＋10 mm粒級物料晾曬后備用。

將半自磨機排礦的－50＋10 mm粒級物料分別通過20 mm、30 mm、40 mm篩網，分為樣品1（－20＋10 mm）、樣品2（－30＋20 mm）、樣品3（－40＋30 mm）和樣品4（－50＋40 mm）共4個樣品，測定各樣品中介質含量，結果見表1。可見每個粒度中均含有介質，且介質含量隨著粒度增大有所增加。

表1 礦樣中介質含量

1.2 試驗設備

試驗所用設備詳見表2。

表2 主要試驗設備

2 試驗研究

2.1 原則流程

A礦樣頑石中富含磁鐵礦，在整個半自磨工藝中未使用除鐵器剔除介質等鐵質（以下簡稱介質），排出的頑石當中混雜大量介質；B礦樣頑石中磁性產品含量極低，在整個半自磨工藝中使用了多次除鐵器剔除介質，但頑石中仍有介質混入。由于頑石與介質在密度、粒度、形狀等各方面存在差異，其在水等介質中的運動速率和方向不同，顆粒沉降末速也不同。有著相同沉降速度的等降顆粒的粒徑之比稱為等降比，等降比越大越易分選。針對本文樣品，最大粒徑礦粒沉降末速要遠遠小于最小粒徑介質沉降末速，輕重礦物可按照沉降速度差實現按密度分離。

采用跳汰機，將半自磨機排礦中－50＋10 mm粒級物料進行頑石與介質分離。水流通過篩板進入跳汰室，使床層升起不大的高度并略呈松散狀態，密度大的顆粒（介質）因局部壓強及沉降速度較大而進入底層，密度小的顆粒（頑石?難磨粒子）在水流中的沉降速度慢，處于物料上層。由于頑石與介質的密度差異，密度小的物料很難透過密度大的物料層進入下部空間，進入跳汰機的物料會分為兩個物料層，重礦物透過篩網進入精礦槽，輕礦物進入尾礦槽排出，實現頑石與介質的有效分離，即跳汰機的重產品中不含頑石，輕產品中不含介質。試驗流程見圖1。

圖1 試驗流程

2.2 跳汰機重選條件試驗

2.2.1 床層厚度條件試驗

跳汰機處理密度差大的礦物原料時可采用薄一些的床層，以加速分層；處理密度差較小的原料或在要求得到高質量精礦的情況下，床層可厚一些。跳汰機床層的總厚度習慣上用篩面至尾堰高度來表示。改變堰板高度，床層厚度也隨之改變。在隔膜跳汰機處理粗粒原料時，床層厚度應不小于給礦中最大顆粒直徑的5～10倍，一般在120～300 mm之間。上升水壓2 MPa條件下，進行了跳汰機床層厚度條件試驗，結果見圖2。

圖2 床層厚度條件試驗結果

由圖2可見，隨著床層厚度增加，2個礦樣的跳汰精礦中介質含量均呈現先降后升的趨勢，床層厚度250 mm時，2個精礦中介質含量均為最低。選擇床層厚度250 mm。

2.2.2 上升水壓條件試驗

床層厚度250 mm條件下，進行了跳汰機上升水壓條件試驗，結果見圖3。

圖3 上升水壓條件試驗結果

由圖3可見，隨著上升水壓升高，2個礦樣精礦中介質含量均呈現先降后升的趨勢，上升水壓2.0 MPa時，2個精礦中介質含量均為0。選擇上升水壓2.0 MPa。

2.3 跳汰試驗

將2種礦樣中的樣品1～4分別在上升水壓2.0 MPa、床層厚度250 mm條件下進行跳汰重選，分別記錄分離后輕產品中的介質含量，結果發現各粒級樣品跳汰重選后所得精礦中均不含介質，說明跳汰重選工藝是分離半自磨工藝中頑石與介質的高效分離技術。

3 試驗結果及分析

經過流程工藝處理后的礦樣其介質和頑石得到了有效分離，使用跳汰重選來完成半自磨工藝中頑石與介質分離技術可行。

由試驗結果可知，跳汰重選不僅對非磁性礦物適用，對磁性礦物也同樣適用，因為該工藝利用的是等降比原理，無論介質磁性如何，對各類半自磨處理工藝流程均有較好的適應性，對實際生產具有推廣價值。

選用跳汰機進行半自磨工藝頑石與介質的分離工藝為：物料經半自磨流程磨礦，排礦進入分級設備進行分級，10～50 mm粒級物料進入跳汰機進行礦石和頑石分離作業，分離后的頑石排出，礦石則進入破碎系統進行破碎；－10 mm粒級物料已經達到球磨機入磨粒度要求，可以直接送入二段球磨系統直接處理，不再進行頑石和介質分離；＋50 mm粒級物料因礦物還屬于半自磨的待磨物料范圍，不宜排出磨機，介質部分屬于有效介質，在半自磨機中仍然有磨礦作用，不宜排出磨機。各廠礦普遍將半自磨機的格子板尺寸設置為不大于50 mm，故半自磨機在設備完好的情況下不會排出＋50 mm粒級物料，半自磨機格子板損壞后，會有極少量＋50 mm粒級物料排出，也會在跳汰過程中得到較好的處理，其中會有極少部分頑石進入介質產品中跟隨介質一同返回半自磨，另外一部分會跟隨礦物產品一同進入頑石破碎機破碎；對于＋50 mm粒級介質部分則全部進入介質產品，通過皮帶運輸機返回半自磨機中。

進行現場生產工藝流程設計時，該工藝方案對傳統半自磨主工藝設計基本沒有影響，僅需在原有半自磨流程后增加一個旁路分離處理流程，即將半自磨頑石排出的物料經過篩分（篩孔10 mm振動篩）流程分級后，將篩上產品用皮帶運輸至跳汰機中處理；經跳汰重選后的頑石產品可以直接送至傳統工藝的頑石破碎機進行破碎，破碎至－10 mm后給入二段球磨系統。

4 結 語

按照重選工藝，選擇跳汰機解決半自磨工藝中頑石與介質的分離難題，取得了較理想效果。該工藝流程短、設備簡單、安裝方便，可在低投資、低運營成本的前提下應用于企業新生產線；同樣可應用于一些存在半自磨流程頑石處理不暢的企業流程改造，流程改造既不會影響原有半自磨工藝運行，又無需在現場增加額外操作人員，最終可以保證全系統流程通暢，提高磨機處理能力，穩步提升生產指標，實現企業經濟效益最大化。