光電揀選在某鎢礦應用過程中的工藝研究

姜志學, 郝朋越, 何 軍, 劉國清

(1.中國恩菲工程技術有限公司, 北京 100038; 2.湖南有色新田嶺鎢業有限公司, 湖南 郴州 423000)

1 前言

揀選工藝是在目的礦物與脈石礦物未充分解離的情況下,利用礦物自身的物料特性,借助外界手段,實現脈石礦物與目的礦物分離的一種選礦方式[1-2]。

揀選最初是依靠人工進行,利用礦物表面顏色、光澤度等物理特性的差異,從原煤、錫、鎢、銻等礦物表面特性差異明顯的礦物中分選原礦或剔除廢(矸)石。近年來隨著科技的進步,XRT、XRF等光電技術也應用于礦物的揀選工藝中。XPT技術是利用礦物受X射線照射后所激發出的特征X射線(二次X射線)來礦物分選的,自1995年世界上第一臺工業用X射線輻射分選機在俄羅斯面世之后,經過數十年的技術更新與迭代,目前X射線揀選設備在煤炭、有色金屬、無機非金屬領域已經獲得廣泛的應用。

國內某鎢礦為某鎢業集團下屬的重點礦山,日采選處理能力3 500 t,礦山服務年限25年。由于礦山建設時興建的尾礦庫庫容不足,面臨國家日益收緊的環保政策,尋求預先揀選拋廢、尾礦綜合利用的選礦新工藝,成為該礦山面臨的首要問題。國內多個光電揀選設備廠商先后進駐該礦進行現場工業試驗,根據該礦光電揀選工業試驗期間揀選設備參數的選取與調整,針對工業試驗過程中揀選設備與工藝存在的問題進行分析研究,探索影響光電揀選工藝穩定性的相關因素與異常數據的癥結所在[3-4]。

2 原礦性質

為查明該礦原礦中鎢的賦存狀態及其與脈石礦物的共伴生關系,在中碎出料皮帶上定時定量取中碎出料礦樣5 t,混合均勻、縮分制樣后,采用MAL、X熒光光譜半定量、化學成分分析等手段,對其做詳細的工藝礦物學研究,查明原礦中的主要礦物含量見表1,原礦中的化學多元素分析結果見表2,原礦中目的礦物鎢的物相分析結果見表3。

表1 原礦中主要礦物的含量

表2 原礦化學多元素分析結果

表3 原礦中鎢的物相分析結果

由表1、表2、表3可知,原礦中的主要目的礦物為白鎢礦,品位0.30%,石榴石和石英為主要脈石礦物,品位分別為54.86%和15.42%;原礦中可供回收目的礦物的主要組分是WO3,品位為0.30%,其中以白鎢礦的形式存在的WO3分布率為93.00%,以黑鎢礦形式賦存的WO3為4.33%,鎢華中WO3分布率為2.677%,上述為原礦中鎢的總體分布狀態。

3 揀選工藝流程及條件試驗

3.1 光電揀選試驗工藝流程

該鎢礦原礦處理階段采用的是“三段一閉路”破碎工藝,原礦從井口提升到地面后,給入粗碎前的緩沖料倉,粗碎采用的是C100顎式破碎機,顎式破碎機出料經轉運皮帶給入GP200S中碎圓錐破碎機,中碎圓錐出料給入2DYK3675重型振動篩進行篩分(上層篩孔可調節試驗時采用的是40 mm,下次篩孔12 mm×25 mm),-10 mm粒級物料直接給入粉礦倉,+10 mm粒級物料經轉運皮帶給入HP400細碎圓錐;中細碎圓錐破碎機出料共用一條皮帶,將出料給入重型振動篩分機。因該礦中碎采用的是S型圓錐,中碎出料粗粒級含量較多,部分礦物粒級超出了光電揀選設備的給料范圍;而細碎圓錐出料中-10 mm粒級物料當前的光電揀選設備難以處理,因此采用2DYK3675重型振動篩上下兩層篩中間物料作為光電揀選的入料,光電揀選設備采用國內某企業生產的K-108智能揀選設備,光電揀選工藝流程如圖1所示。

圖1 光電揀選工藝流程圖

3.2 光電揀選粒度試驗

光電揀選工藝是在原礦破碎階段進行的,即是在礦物未充分解離的工況條件下,實現目的礦物的相對富集,故此在確定原礦拋廢粒度之前,對原礦中的目的礦物的堪布粒度及賦存狀態采用MAL進行分析;在掃描電鏡下可見,白鎢礦多為不規則粒狀,粒度不均勻,粗者可至0.15 mm左右,細小者小于0.001 mm,一般0.005～0.08 mm,產出形式較為簡單,大部分呈單體產出,其余部分主要與石榴石、石英、方解石、綠泥石、輝石和閃石等礦物連生,而與黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦等金屬礦物的嵌連關系并不密切,鎢礦堪布情況如圖2、圖3所示。

圖2 白鎢礦單體在掃描電鏡背散射電子成像

圖3 微小粒白鎢礦與脈石礦石(石榴石、石英)連生結構成像

根據白鎢礦在原礦中大部分呈單體產出的粒度堪布特性,在光電揀選粒度確定過程中,選擇10～40 mm、10～60 mm、20～80 mm三個粒級為光電揀選入料粒度,在其他條件保持不變的情況下進行拋廢試驗,試驗結果見表4。

表4 光電揀選粒度試驗結果

由表4可知,在拋廢率保存不變,只改變給料粒度的情況下,隨光電揀選給料粒度的增加,其拋廢尾礦中鎢的品位亦逐漸增加,拋廢精礦鎢金屬回收率逐漸降低;雖上述三組試驗中原礦品位受現場配礦的影響有所波動,但給料粒度試驗的尾礦總體變化趨勢符合原礦粒度越小、鎢礦物解離度越好的規律。故選擇10～40 mm粒級作為光電揀選工業試驗的給料粒級。

3.3 原礦拋廢率試驗

在相同入料粒度的情況,原礦的拋廢率直接決定了揀選工藝的經濟效益與可行性;在保證目的礦物回收率的前提下,盡可能多地拋出脈石礦物與部分低品位礦物,即可有效減少后續選礦工藝的入磨入選量,降低磨浮作業過程中的藥劑、耗材、備品備件及能量的消耗,又可以降低在相同處理能力的情況下的脈石礦物進入尾礦庫的量,有效延長尾礦庫的服務年限,減少尾礦堆存與處理所產生的相關費用,同時拋出的廢石又可以作為一般建材使用,提升廢石利用的附加值[5-7]。在粒度試驗數據的基礎上,進行拋廢率試驗,為盡量降低原礦品位的波動對拋廢率的影響,將拋廢率試驗安排在同一天內進行,雖原礦品位仍有一定的波動,但同一批次的原礦大體上品位變化不大,試驗結果見表5。

表5 拋廢率試驗結果

從表5可知,在給礦粒度不變的情況下,隨著原礦拋廢率的增加,尾礦中的鎢含量呈上升趨勢,精礦鎢金屬回收也逐漸降低,當拋廢率為25%時,尾礦中鎢品位為0.038%,拋廢精礦鎢金屬回收率為97.821%;拋廢尾礦品位已經接近浮選尾礦水平,當拋廢率為30%時,拋廢尾礦鎢品位為0.062%,拋廢尾礦中鎢金屬損失率過高,故按25%的拋廢率來進行后續試驗。

3.4 原礦處理能力的試驗

當揀選入料粒度、拋廢率確定之后,影響揀選機生產能力主要有以下幾方面的因素[8-9];一是入選物料平均粒度值,因原礦自身物料特性及破碎時采用的設備等因素的影響,進入光電揀選設備的相同粒級物料的粒徑平均值也不相同,在物料密度一定的情況下,原礦的處理能力與入選礦物粒徑的平方成正比;二是揀選設備的給礦速度,當前所采用的揀選設備通常利用皮帶給料,故此給料皮帶的運行速度決定了單位時間內礦物通過揀選設備的量;三是揀選礦物在給料皮帶上的覆蓋率(鋪滿率),X射線揀選設備是對單體礦物識別、揀選的設備,當給礦皮帶高速運行時,既要保證待揀選礦物在皮帶上實現一段加速后的相對靜止,又要為便于礦物識別保證礦物的單?；?同時還要避免礦物之間的相互重疊與覆蓋,待揀選礦物在給料皮帶上的覆蓋率決定了單位時間內皮帶的運輸量;四是揀選設備的識別與分離系統的數目,揀選設備對待揀選礦物進行快速的識別和及時的分離是揀選質量的有效保證。本次試驗在確定揀選給料粒度和拋廢率的前提下,為測試該型號揀選設備處理能力,對其進行了相關試驗,試驗結果見表6。

表6 原礦處理能力試驗

從表6可知,在原礦拋廢率、給礦粒度已定的前提下,隨著光電揀選處理能力的增加,拋廢尾礦品位呈逐步遞增的趨勢,精礦金屬回收率逐漸降低,故該設備廠K-108型設備在10～40 mm給料粒度、拋廢率25%的工況條件下,針對該鎢礦的原礦處理能力為50 t/h較為適宜。

3.5 原礦水洗試驗

光電揀選給料過程中,若原礦中含泥含水量過高,礦物在分選給礦過程中易形成團聚與相互覆蓋,嚴重影響礦物的揀選效果。同時大多數有色金屬礦物在原礦中堪布粒度細,在原礦破碎、轉運過程中形成的粉礦中目的礦物含量往往比顆粒礦物中的要高。該鎢礦也面臨這樣的問題,為驗證該礦中的粉礦中鎢金屬品位與10～40 mm粒級中鎢品位的差異,特對上述兩種礦物取樣化驗,結果見表7。由于該礦地處潮濕多雨的南方地區,原礦含水量大,在揀選過程中高品位礦粉附著在廢石表面,既容易造成揀選設備的誤判,又造成了揀選廢石中部分鎢金屬的流失,故此對揀選入料進行洗礦處理[10]。

表7 -10 mm粒級粉礦與10～40 mm粒級品位對比

該揀選洗礦采用在振動給料機上增設噴淋水的方式進行,沖洗水壓0.2～0.3 MPa(2～3 kg/cm2),水耗1～2 m3/t。由于部分-10 mm粒級礦物進入沖洗水中,洗礦后礦漿采用渣漿泵直接打入球磨機出料泵池。

4 工業試驗及數據分析

4.1 揀選工業試驗

給料粒度、拋廢率、單機小時處理能力工藝條件確定后,該礦于11月18日—11月30日進行為期12天的連續工業試驗,試驗采用每日兩班制作業,試驗結果見表8。

表8 工業試驗結果

從表8中可知,工業試驗連續生產24個小班,整體尾礦品位最高0.048%,最低0.038%,拋廢率最高為24.6%,最低為20.74%,處理能力最高為51.64 t/h,最低為47.78 t/h。從工業試驗生產報表中可以發現兩個問題:一是個別班次的拋廢精礦品位低于原礦品位、計算拋廢精礦金屬回收率超過100%;二是連續四個小班的尾礦品位超過0.050%,遠高于其他生產班。

4.2 工業試驗異常數據分析

對工業試驗生產報表中的異常數據表現出來的問題進行深入地分析研究,形成上述問題的根本原因有以下幾方面。

(1)揀選精礦品位低于原礦品位、揀選精礦的金屬回收過高是由質檢人員取樣操作不規范造成的。工業試驗過程中,由于揀選作業連續生產,取樣時各物料轉運皮帶正常運行,質檢人員采用刮板取樣的方法,按一定的時間間隔隨機刮取一段皮帶上的物料做分析礦樣。部分班次質檢人員在取樣過程中未按取樣規范操作,只刮取精礦皮帶上的少許表層粗顆粒礦物(底層品位相對較高的細顆粒礦物未取到),同時為減少礦樣的搬運、制樣工作,人為減少精礦取樣量(試驗礦樣量遠未達到規定要求),造成了某些班次的精礦礦樣代表性較差,出現揀選精礦品位低于原礦品位的現象,揀選精礦金屬回收率過高的現象。

(2)尾礦品位連續偏高的班次,取11月20日早班副樣與11月23日早班副樣采用熒光照射的方法進行分析。照射圖片如圖4所示。

圖4 原礦在熒光燈下的照射圖片

圖4中上方為11月20日早班副樣在熒光照射下的鎢礦在原礦中的賦存狀態,圖片下方為11月23日早班副樣在熒光照射下的鎢礦賦存狀態。從圖片中可以明顯看出原礦鎢金屬堪布粒度變細,在當前的揀選入選粒度情況下,礦廢解離相對較差,造成尾礦中的鎢品位偏高。

4.3 揀選循環負荷對工藝的影響

本次工業試驗采用的工藝流程是在礦方原有的生產工藝的基礎上改造而成的,光電揀選入料為中碎和細碎破碎機出料中10～40 mm粒級的物料,揀選精礦因粒度問題不能直接給入后續的磨礦作業段,而是經轉運皮帶給入了細碎作業;由于破碎、篩分設備作業效率的問題,造成一部分物料多次經過光電揀選設備,這就形成了揀選作業段的閉路循環及循環負荷量,這一問題也是借助原破碎流程增設光電揀選作業的選廠所面臨的普遍問題。

光電揀選在小試試驗階段,通常采用開路試驗方式,不牽涉循環負荷的問題。帶循環負荷的光電揀選流程,在相同給礦量的情況下,同一批礦石經過光電揀選設備進行多次重復揀選,將會造成揀選設備的實際拋廢率低于小試拋廢率的現象。

本次工業試驗過程中,條件試驗時由于給礦量較小、作業時間較短,揀選精礦返回破碎系統中時受細碎前緩沖倉的影響,進入揀選設備的循環量較小甚至尚未進入揀選系統循環,故此條件試驗時,拋廢率25%的情況下,尾礦品位可達0.038%;進入工業試驗時,由于整班連續運行,部分揀選精礦多次進入揀選系統、并逐漸形成穩定的循環負荷,造成實際拋廢率降低(工業試驗實際拋廢率為21.84%)。條件試驗拋廢率(無循環負荷)與工業試驗拋廢率(帶循環負荷)對比見表9。

表9 有無循環負荷拋廢率對比

5 結論

(1)通過條件試驗和工業試驗可知,該鎢礦在原礦揀選入料品位0.22%,入料粒度10～40 mm的情況下,采用K-108光電揀選設備,可獲得鎢品位0.26%的鎢精礦,揀選尾礦鎢品位為0.046%,揀選拋廢率21.84%;光電揀選工藝對該鎢礦揀選效果明顯。

(2)光電揀選生產過程中,質檢取樣工作必須要嚴格按照相應的操作規范進行,否則將會出現揀選精礦品位低于原礦品位,揀選精礦金屬回收率過高的錯誤結果。

(3)光電揀選生產過程中拋廢率低于條件試驗的拋廢率,是由揀選工藝中循環負荷量造成的,在相同給料粒度、處理能力的前提下,部分揀選精礦多次通過揀選設備,勢必會對揀選拋廢率造成影響。