磁懸浮精選機應用于銅尾礦鐵品提質研究

徐家林,朱東方,鄭德亮

(沈陽隆基電磁科技股份有限公司,遼寧沈陽 110000)

0 引言

隨著礦產資源的開發利用,原礦品位日趨降低,不僅大量的礦石需要經過選礦加工才能利用,而且在入選礦石中難選礦石越來越多;同時,冶煉對精礦質量的要求越來越嚴,要綜合回收的元素越來越多。因此,選礦工程在資源開發利用中顯示著愈來愈重要的作用。目前銅礦尾礦選鐵廠為了應對環保壓力和提效降本,開展浮選工藝替代改進的工藝研究工作。對于設備大型化的需求也是比較強烈。近幾年沈陽隆基在電磁精選方面做出了很多技術瓶頸的突破和產品的研發應用。全自動磁懸浮精選機就是技術研發實力和生產制造能力的一種集中體現。在磁選精選除雜領域保持領先的技術水平和選別指標,設備大型化方面也做到了行業領先。此產品在替代浮選工藝方向實現成功應用,選礦指標穩定,得到業內好評。

1 某銅礦尾礦選鐵

1.1 礦石性質和選廠介紹

某選廠為銅尾礦選鐵選廠。日產鐵精礦3 800 t,粒度為-325 目84%,精礦品位64%以上。銅尾礦先經過一段磁選后進入旋流器進行分級,旋流器底流進入磨機再磨,溢流進入三段磁選后在經過兩段浮選得到合格精礦。流程圖見圖1。得到合格精礦的同時浮選尾礦品位太高,達到50%以上。

圖1

目前困擾選廠的問題是銅尾礦中鐵的富集后精礦品位不足,且浮選的尾礦品位較高,影響選廠總體產率和回收率。另外再浮選過程中浮選藥劑消耗成本太高,也不和符合環境保護和綠色礦山國家政策方針的大方向,總體上影響了選廠綜合的經濟效益和建設綠色礦山發展的思路。三段磁選機的入選礦物的化學多元素分析見表1。

表1 化學多元素分析表

1.2 工藝改造方案

本次工業試驗,將一個系列的所有三段磁選機的精礦引入2.5 m×2 m×2 m 的礦漿池中。礦漿從三段磁選機自流到此礦漿池中,所以礦漿濃度為40%以上,濃度較高。首先進行調濃度,將礦漿池中的礦漿濃度調制35%后,通過渣漿泵將礦漿池內的礦漿輸送到四臺隆基LJC-10000(選別筒直徑2 m)磁懸浮精選機進行分選,全自動磁懸浮精選機的精礦通過自流方式進入到主精泵池,經過渣漿泵的輸送后到達過濾車間。尾礦自流到總尾礦溜槽中后直接排尾。設備設計每臺入礦量為40 t/h,波動系數1.15,濃度35%。隆基設備的實際入礦量已經超過40 t/h 以上小于50 t/h。隆基的實際耗水量估算約為100 m3/h。本次參與工業試驗的設備是公司具有專利知識產權的最新精選產品[1-2]。

1.3 應用效果

替代浮選工藝后改造后,磨選車間的精礦質量大大提高,解決了困擾選廠多年的技術難題,減少了浮選機作業的環境問題,尾礦高的問題。沒有浮選藥劑的參與,節約運行成本。且設備在現場運行平穩,精礦指標穩定。尾礦指標達到直接拋尾的標準。

1.3.1 應用方案實施

工業試驗工藝流程如圖2 所示,經過隆基和選廠技術人員的共同調試,并平穩運行后在2023 年3月～5 月之間進行跟蹤取樣化驗。在選廠技術人員的工藝流程考察后,得出已經達到預期的效果后設備投入到正式運行狀態。

圖2 工業試驗工藝流程圖

運行期間精礦的提高幅度超出前期實驗室模擬實驗指標,工業運行的精礦品位高于實驗室精礦品位1%,尾礦品位小于實驗室精礦品位10%。這也進一步證明了磁重選產品大型化的重要意義。設備型號的大型化有助于產品在工業運行中的指標與小型號產品相比較有一定的提升幅度,且平穩可靠運行。現場投入運行設備數量相對可以減少,利于現場的運行管理和設備維護。特別是對于尾礦指標的控制能達到在最佳提品指標后精礦還有較高的TFe回收率,尾礦品位達到最低狀態。

1.3.2 工藝指標考查

取樣時間:2023 年3 月到5 月。

LJC-10000 弱磁細流精選機穩定運行后,現場取樣和化驗分析,計算產率和回收率,具體見表2。

表2 工藝指標考察表

1.3.3 平均指標分析

根據以上試驗數據分析,LJC-10000 磁懸浮精選機在兩個月的運行時間中精礦品位平均提升幅度3.15%。單臺平均用水量150 m3/h,單機耗電量2 kW。精礦濃度穩定在55%。尾礦礦濃度在3%和5%之間。實現了無人化自動控制運行。本次全自動磁懸浮精選機的應用達到了選廠預期的目的,精礦指標穩定在64%以上。LJC-10000 磁懸浮精選機現場應用期間,磨選系統的綜合尾礦指標沒有發生異常情況,磁懸浮精選機的尾礦全鐵品位10.56%,磁性鐵含量4.11%,選廠采用直接排尾的方式處理尾礦。總尾礦由尾礦回收流程進行回收處理,尾礦水匯集到濃縮池中,凈化后的水回到選廠循環使用。

1.3.4 精礦化學多元素分析

LJC-10000 磁懸浮精選機現場應用期間,抽取一組精礦并進行化學多元素分析,具體數據見表4。

表4 磨選系統處理能力考查分析

根據表1 的數據分析出原礦中含有的一些有害雜質元素,經過使用LJC-10000 磁懸浮精選機后,不僅精礦品位得到一定幅度的提升,而且一些有害雜質元素也被有效降低。特別是SiO2的含量降低明顯。這樣給后續鋼廠的冶煉過程帶來許多好處。可以降低冶煉能源,降低冶煉成本,減少廢氣排放,為國家環保事業做出一份貢獻。

1.3.5 尾礦化學多元素分析

LJC-10000 磁懸浮精選機現場應用期間,抽取一組尾礦并進行化學多元素分析,具體數據如表5所示。

表5 分選設備尾礦元素化驗分析

根據表4 的數據分析出尾礦中含有大量的有害雜質元素,經過使用LJC-10000 磁懸浮精選機后,在保證精礦提高能力的前提下,尾礦中的全鐵品位指標良好只有7.24,有害元素的含量比較高,特別是SiO2含量52.76%。證明磁懸浮精選機可有效去除原礦中的硅含量。實現預期的提品降硅目標。

2 全自動磁懸浮精選機

2.1 研發思路

打破常規電磁精選產品的設計思路和技術瓶頸。以往是通過大量選別用水和一組磁場作用對礦物進行選別。但是水資源對于選礦廠來說是一種選礦成本的投入。不論是補加水還是循環用水都需要新的水資源的補充和泵類的電機功率損耗。另外一組磁場只對脈石和泥沙含量較多的磁性礦物起到選別作用。對于磁包裹和磁夾雜無法起到有效分離作用。目前國內鐵礦資源變得越來越差,可選性也越來越差的情況,磁性礦物的嵌布粒度變的越來越細,被選礦物中連生體的含量越來越高。常規磁選機和電磁精選設備無法滿足這種趨勢的變化。鐵礦的價格也維持在一個中低價位水平徘徊,鐵礦選廠的生存空間變得緊縮和有限。為了降低選礦成本減小磨礦粒度,保持住或者提高精礦產品的產量。只能尋求在設備方面的研發來適應新形勢下的變化。通過選礦設備的技術進步讓磁性礦物的精選變成可能。

2.2 獨特的結構設計和控制技術

2.2.1 精選機采用四周給礦設計

傳統的磁重選設備是中心給礦。磁懸浮精選機是四周給礦結構,在設備上部配置有緩沖箱和給礦分配器,這樣礦物容易進行分散的進入分選區域,讓分選液面處于平穩的運行狀態。

礦物進入到分選區域內通過磁場的作用實現了第一次發分選。第二次的分選是在設備選別區域對入礦水量進行分解,形成單體細水流體作用于被選別礦物。發揮每一個單體水分子的作用力,在設備選別區域的中上部通過流體力學的計算和仿真模擬工具模擬出流體運動軌跡的作用點。確定作用點后引入單體細水流體作用于此處,發揮單體水分子的作用力沖擊被選礦物。選別的重點在于從被選礦物的磁性礦物中釋放出鐵礦物與脈石的共生體,簡稱“連生體”。被選礦物本身會受到選別區域弱磁場的作用力保持平衡狀態,在受到此沖擊力后,磁性礦物與連生體的比磁化系數相差較小的特點,此處磁場較弱,連生體受到的平衡力小,針對此處的單體細水流體力較大,連生體很容易從被選礦物中分離出來。技術特點在于精確控制弱磁場對磁性礦物的作用力,防止在分離連生體的同時被一同分選出來,造成尾礦含量升高。內部結構見圖1。

2.2.2 恒流控制技術

全自動磁懸浮精選機屬于低磁場電磁分選設備。在工作時的磁場較低,所以需要精準的控制磁場就尤為重要。精準控制磁場就需要通過精準控制產生磁場線圈的電流值。穩定恒定的直流電流值就變得十分重要了。此設備是通過引入恒流控制單元模塊,通過實時監測目標勵磁電流后實時調整交流側的電壓,通過實時調整電壓的方法實現了精準控制勵磁電流的目的。勵磁電流穩定在小的波動范圍后,設備的電磁磁場也就穩定在5GS 以內。磁場穩定后可以穩定分選磁場,穩定礦物的吸附能力,穩定了尾礦指標,讓設備處于長期穩定運行狀態。

2.3 節水、節能優勢

與傳統電磁精選機相比較節水30%以上,每噸礦耗水量2 m3。減少選廠補充水量,減小水泵功率,減小選礦成本。

1)精選機的恒定磁場技術的引入,磁場得到精準控制,磁場變化幅度在5GS 以內。通過磁場的精準控制將磁團聚打開釋放其中的脈石和部分貧連生體。磁場的作用力可以減少水量參與的作用力,減少水量的參與。

2)細水流體技術將大水量分選變成細水流體分選。單體水分子作用于流體分選作用點上,各個擊破磁性礦物與貧連生體的團聚區域。這樣可以分發揮單體水分子的作用力,提高水力效率實現節水目的。

3)入礦水提取技術。一般入礦礦漿的濃度是40%左右,有些時候會30%。所以至少可以利用入礦礦漿中的50%的水量參與選別。通過特殊的內部結構設計讓礦漿水進入到設備選別區域后與細水流體技術一同參與選別,提高溢流的流通能力。

內部結構圖如圖3 所示。

圖3 內部結構圖

2.4 電控系統

電控系統可分為變壓器箱和主控制柜兩部分組成。

2.4.1 變壓器箱功能

隔離現場電網與設備控制系統的直接連接,避免當現場電網發生短路時,設備控制系統受到來自電網的大電流沖擊。導致控制系統內部元器件燒損。另外降低設備勵磁部分的供電電壓。保護勵磁線圈匝間絕緣,延長核心部件使用壽命,節約電能。

2.4.2 主控制柜功能

主控制柜磁懸浮精選機采用西門子最新一代PLC(可編程控制器)對設備的磁場、水量、排礦量,進行自動調節和智能控制,并實現設備運行過程中的參數自動尋優調整。西門子的HMI 人機組態畫面與現場和遠程監控站點實現人性化的參數寫入和監視,匯總反饋各部分傳感器的數據和參數系統信號。傳遞情況如圖4 所示。

圖4 系統信號傳遞過程圖

3 總語

LJC-10000 弱磁細流精選機可以解決銅尾礦中含鐵礦物的分選,用于流程中的細磨細選工藝。保證回收率的同時替代浮選工藝提高精礦產品品位。產品節能減排,降低環境污染和成本投入。為銅尾礦鐵品提質工藝開辟出一條新路。設備自動化程度較高,無人值守功能強大。特別是在精礦指標優越的情況下,尾礦指標還能進一步降低。本次弱磁細流精選機的應用達到了選廠預期的目的,精礦指標穩定在64%以上,尾礦全鐵品位保持在10%,尾礦磁性鐵含量保持在4%。在貧連生體夾雜嚴重的情況下也能實現精選分離。凸顯了隆基在精選領域的研究成果顯著。節水、節能、可以降低冶煉能源,降低冶煉成本,減少廢氣排放,為國家環保事業做出一份貢獻。