提高濕式紅土鎳礦洗礦試驗設備圓筒洗礦機的洗礦效果研究

馮建偉

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

紅土鎳礦成分復雜，按照化學成分的不同大體可以分為褐鐵礦型和硅鎂鎳礦型(殘積礦)兩大類；按照含水率多少的不同又分為“濕式礦”和“干式礦”兩類；按照紅土鎳礦生產鎳的冶煉工藝可分為火法冶煉和濕法冶煉兩類。紅土礦選礦工藝主要是為冶煉制備合格的礦石或礦漿，根據火法冶煉或濕法冶煉對物料要求的不同，以及處理紅土礦性質的不同，其礦石制備方法也差別較大[1]。

大部分濕式紅土鎳礦有含水率較高、粘度較大、礫石含量不穩定及礫石尺寸較大等特點[2]。使得濕式紅土礦的選礦成為紅土礦開發利用的難點之一。

某濕式紅土鎳礦采、選、冶聯合項目，選礦廠需要為濕法冶煉廠提供礦漿粒度、濃度、有用元素和有害元素含量滿足冶煉要求的合格礦漿，需要進行洗礦除大塊礫石等作業。對于濕式紅土鎳礦的洗礦，國際上一般采用進口圓筒擦洗機或半自磨機作為洗礦設備，但存在設備投資多、裝機功率高、洗礦容易產生粘土球、需要添加洗礦介質等缺點。中國恩菲工程技術有限公司以多年積累的工程經驗為基礎，通過對國外紅土礦洗礦和國內相關選礦實踐的深入研究和對比，擬采用之前從未在紅土礦洗礦使用過的國產圓筒洗礦機作為主要洗礦設備。為了驗證該設想的正確性，中國恩菲工程技術有限公司委托某試驗單位進行了選礦擴大驗證試驗，對濕式紅土鎳礦采用圓筒洗礦機的可行性、圓筒洗礦機主要設備參數等進行了試驗研究。

1 濕式紅土鎳礦的特性分析

大部分紅土礦由6層組成，分別為腐殖土層、紅色褐鐵礦層、黃色褐鐵礦層、殘積層、含礫石的殘積層及基巖，礦層的結構和特征如圖1所示[3]。

根據地質取樣化驗結果，腐殖土層的鎳鈷品位在邊界品位以下，采礦時作為表土剝離，實際送到選礦廠鎳紅土礦的礦石類型為含鎳褐鐵礦(含紅色褐鐵礦和黃色褐鐵礦)、殘積礦和含礫殘積礦三類，工藝礦物學及篩析研究結果表明：

圖1 瑞木紅土礦示意剖面

(1)礦石的粒度范圍大

該紅土礦粒度很細，尤其是含鎳褐鐵礦類型的礦石，+100 mm約占0.13%，-12.5 mm～+0.038 mm約占11.94%，-0.038 mm的粒級含量高達87.93%。

殘積礦相對粗些，+100 mm約占6.47%，-12.5 mm～+0.038約占28.06%， -0.038 mm約占65.47%。

含礫殘積礦較粗，其中+450 mm約占13%，-450 mm+100 mm約占35%，-100 mm+2 mm約占3%，-2 mm+0.053 mm約占18%，-0.053 mm約占31%。

(2)有用元素分布復雜

有用元素Ni、Co絕大部分集中在-2 mm粒級的細粒原礦中，其中75%的Ni富集在-150 μm粒級中且品位高；+2 mm以上粒級的礫石中，Ni、Co品位較低，可以直接拋廢。這為制定簡單有效的洗礦脫廢工藝提供了重要的設計依據。

(3)礦石含水較大

礦石含水隨降水量多少而變化，旱季時礦石含水約35%，雨季時礦石含水約47%。

(4)礦石屬于難洗礦石

評價礦石是否難洗，可以通過塑性指數來判斷，通常將塑性指數大于10的礦石定義為難洗礦石[4]。該紅土鎳礦的塑性指數為29.9，屬于濕式粘土型難洗礦石。

另外，從塌落度試驗來看，普通的硫化鎳礦濃度50%時也能流動，而紅土鎳礦20%時流動性很差，32%時可以堆積起來，也從側面反映出該礦比較難洗。該紅土鎳礦濃度25%和32%時的塌落度試驗照片如圖2、圖3所示。

圖2 濃度25%時塌落度試驗

圖3 濃度32%時塌落度試驗

2 初步擬定的洗礦流程及主要洗礦試驗設備

根據難洗礦石特點，中國恩菲工程技術有限公司擬定了“圓筒洗礦機+槽式擦洗機+振動篩”的洗礦試驗工藝流程，如圖4所示。

圖4 洗礦試驗工藝流程圖

為了驗證該流程的正確性，中國恩菲工程技術有限公司委托某試驗單位進行了選礦擴大驗證試驗，試驗規模1 t/h，洗礦試驗相關設備規格如下：

(1)皮帶運輸機：寬度500 mm；

(2)圓筒洗礦機：Φ600×2 800 mm(造漿筒長2 000 mm、圓筒篩長800 mm)；

(3)槽式擦洗機：800×3 450 mm雙螺旋槽式擦洗機；

(4)振動篩：800×1 000 mm。

3 圓筒洗礦機構造及洗礦原理

試驗單位所用的圓筒洗礦機主要由給料漏斗、筒體、托輪圈、齒輪圈、托輥、傳動裝置及沖洗水管等構成[5]。筒體由造漿筒和圓筒篩兩部分組成，筒體內呈放射狀焊接著能打散礦泥的刀板，如圖5、圖6所示。

圓筒洗礦機的洗礦原理是：礦石及前沖洗水由圓筒洗礦機的給料漏斗給入，在造漿筒內經過水的浸泡及筒體的刀板(或襯板)與礦石的摩擦或礦石之間的互相沖擊、擦洗，使礫石與細粒礦泥(粘土)分離，同時打散粘土球。從筒體排礦端引入沖洗水管，沖洗水管側面噴出高壓水沖洗礦石，礫石從圓筒篩的篩上排出，細粒礦泥從圓筒篩的篩下排出，然后進入下一段洗礦作業(槽式擦洗機)。

1.給料漏斗 2.造漿筒 3.圓筒篩 4.托輪圈 5.齒輪圈 6.沖洗水管 7.托輥 8.傳動裝置 9.刀板圖5 圓筒洗礦機示意圖

圖6 圓筒洗礦機排礦端照片

4 未改進前的圓筒洗礦機洗礦中存在的問題

試驗初期，出現問題較大的是圓筒洗礦機篩上礫石(+50 mm)表面附著的細粒礦泥較多，而細粒礦泥的鎳鈷含量較高，說明此時的洗礦效果不佳。試驗中，發現當處理細粒料較多、塑性指數較大的難洗礦時，圓筒洗礦機的造漿筒對原礦的浸泡效果不足、擦洗作用不強，圓筒洗礦機篩上的礫石表面附著的細粒礦泥較多，形成粘土球，同時由于粘土球沒有被打散，大于篩孔的粘土球從圓筒篩篩上排出，造成高品位細粒礦泥丟棄嚴重。圓筒洗礦機未改進前的洗礦效果如圖7所示。

圖7 圓筒洗礦機未改進前的洗礦效果

5 相關優化措施及研究

圓筒洗礦機的洗礦效果取決于礦石的洗礦特性、洗礦時間、洗礦濃度(沖洗水量)、沖洗水壓、設備或介質對礦石的擦洗強度。該紅土鎳礦的塑性指數平均為29.9，屬于難洗礦石。在礦石的洗礦特性難于改變的狀況下，可通過延長礦石的洗礦時間、降低洗礦濃度(提高沖洗水量)、提高沖洗水壓、增強設備對礦石的擦洗強度、適當增加擦洗介質等方法來達到提高洗礦效果的目的。

5.1 調整圓筒洗礦機尾部篩網尺寸

本項目洗礦設備由圓筒洗礦機和槽式擦洗機組成，圓筒洗礦機的圓筒篩網尺寸主要是保證進入槽式擦洗機的粒徑不大于槽式擦洗機的最大允許粒徑(50 mm)，同時減少圓筒篩的篩上排料礫石表面附著的細粒礦泥的含量。適當增加篩網尺寸，因篩上物料量減少，相當于增加了篩上物料的洗礦時間。在本次試驗未進行之前，圓筒洗礦機尾部篩網尺寸為25 mm×25 mm,試驗單位按照中國恩菲的要求重新制作了篩孔為50 mm×50 mm的篩網，兩種篩孔尺寸條件試驗對比結果如表1所示。

表1 圓筒洗礦機篩孔尺寸條件試驗結果

從表1對比結果可以看出：圓筒洗礦機篩孔尺寸為25 mm×25 mm時,鎳鈷在礫石中的損失較高,比50 mm×50 mm篩孔時分別高3.64%(鎳)、2.41%(鈷)。從試驗現象觀察可看到,篩孔尺寸為25 mm×25 mm時,篩上仍有較多的泥團。而當篩孔尺寸50 mm×50 mm時,篩上礫石已基本不含泥團，所以圓筒洗礦機篩孔尺寸以50 mm×50 mm為好。因試驗用的槽式擦洗機規格所限,-75 mm礫石給入槽式擦洗機,可能會卡死槽式擦洗機螺旋葉片,所以未能進行75 mm×75 mm篩孔的試驗對比。

5.2 增加沖洗水水壓及水量

將圓筒洗礦機的沖洗水壓由原來的0.13 MPa分別提高到0.14 MPa、0.15 MPa，并且沖洗水由原來較分散噴射改為在出礦端集中噴射，三種沖洗水水壓及水量條件試驗對比結果如表2所示。

從表2對比結果可以看出，沖洗水壓及水量的提高有利于礫石表面附著的粘土與礫石的分離，減少了礫石表面的細粒礦泥量，提高了洗礦效果。

5.3 調整圓筒洗礦機筒體刀板高度

在試驗過程中，發現圓筒洗礦機筒體內原來的刀板由于長時間的磨損，高度比較短，其表面比較平滑，刀板與礦石之間的摩擦力較小，礦石隨筒體轉動作用而提升的高度過低，不利于礦石互相碰撞、擦洗，使入洗的礦石在造漿筒的有效造漿時間過短，礦石得不到充分的浸泡和擦洗，造成圓筒洗礦機造漿作用不足。為了延長礦石在造漿筒的洗礦時間，增強礦石與刀板之間的摩擦效果，重新焊接增加了刀板的高度，經對比洗礦排出礫石中的含細泥量有了較明顯的減少，改造完筒體內刀板后的洗礦效果照片如圖8所示。

5.4 調整圓筒洗礦機出礦端擋板高度及擋板安裝方向

由于圓筒洗礦機在處理含細粒率高、礦石塑料性指數大的難洗礦石時，對礫石表面的泥團的打散作用不強，圓筒篩上的礫石附著的細粒礦泥較多。為了延長礫石的有效洗礦時間，使礫石得到充分的擦洗，對圓筒洗礦機篩分段出礦擋板由原來的80 mm高加至150 mm高，同時將擋板安裝方向調整為與筒體運轉方向相反的方向，這樣使礫石在圓筒洗礦機內的有效洗礦時間延長了約8～12 s，減少了礫石表面附著細粒礦泥的含量。調整圓筒洗礦機出礦端擋板高度及擋板安裝方向之前的照片如圖9所示，圓筒洗礦機擋板調整后洗礦效果如圖10所示。

表2 圓筒洗礦機沖洗水水壓和水量條件試驗結果

圖8 圓筒洗礦機增加刀板高度后的洗礦效果

圖9 出礦端擋板調整之前的洗礦效果

圖10 出礦端擋板調整之后的洗礦效果

5.5 改變圓筒洗礦機轉速的試驗研究

圓筒洗礦機轉速條件試驗進行了16 r/min及22 r/min的對比。其結果如表3所示。

從表3結果看：圓筒洗礦機轉速16 r/min及22 r/min洗礦指標相差不明顯,轉速16 r/min稍好。從洗礦現象觀察，降低圓筒洗礦機轉速，能延長礫石在圓筒洗礦機內的浸泡和擦洗時間，改善了礫石的洗礦效果，在其它洗礦條件不變的情況下(如相同的給礦速度下)，隨著圓筒轉速的降低，礫石表面附著的細粒礦泥的含量也不同程度地下降。

同時應當注意的是：當降低圓筒洗礦機轉速時，會對下一個作業槽式擦洗機的洗礦效果產生較大的負面影響，隨著給礦量的增大，下一個作業槽式擦洗機返砂中含細粒礦泥率劇增。其主要原因是由于降低圓筒洗礦機轉速時，造漿筒對礦石的提升和擦洗作用力減弱，未被充分打散的細粒礦泥進入圓筒洗礦機圓筒篩后，即從篩條間落下進入槽式擦洗機，大大縮短了細粒礦泥團在圓筒洗礦機內的擦洗時間，嚴重影響了洗礦效果。

表3 圓筒洗礦機轉速條件試驗結果

6 結語

(1)適當的放大圓筒洗礦機圓筒篩網尺寸、增加沖洗水水壓及水量，能減少圓筒洗礦機排出礫石表面附著的細粒礦泥的含量。

(2)適當調整筒體刀板高度，能增大設備的擦洗強度，提高洗礦效果，降低礫石表面附著的細粒礦泥的含量。

(3)調整圓筒洗礦機出礦端擋板高度及擋板安裝方向、適當降低圓筒洗礦機的轉速，能延長礦石在圓筒洗礦機的洗礦時間，改善礫石的洗礦效果，但并不能改善細粒礦石的洗礦效果。

(4)提高圓筒洗礦機的洗礦效果所取得的經驗對今后該項目紅土鎳礦洗礦設備的設計及生產具有指導意義。