某銅礦高壓輥磨終粉磨工藝應用研究

于保強, 何榮權, 鄧朝安, 鄒毅仁, 趙建明, 徐今冬

(1.中國恩菲工程技術有限公司, 北京 100038;2.成都利君實業股份有限公司, 四川 成都 610045)

1 前言

礦石粉碎是礦物加工過程中目的礦物實現解離并進而得以選別的必要環節,礦石粉碎作業的能耗、加工成本以及建設投資通常占整個選廠的一半以上[1-2]。此外,粉碎作業產品質量的好壞對于后續選別作業的生產指標也會造成一定程度的影響,因此礦山建設前期根據礦石性質特點確定其適宜的礦石粉碎工藝對于整個選廠技術經濟指標的提升具有重要意義[3-4]。目前礦山常見的粉碎工藝有粗碎-半自磨-球磨碎磨流程(SAB)、粗碎-半自磨-頑石破碎-球磨流程(SABC)、傳統兩段或三段一閉路破碎-球磨的流程等[5-8]。近年來隨著高壓輥磨技術的逐漸成熟,高壓輥磨機在碎磨工藝中的應用正在迅速擴大,如SABC流程中高壓輥磨機對頑石破碎的產品進行細碎、高壓輥磨機對三段閉路破碎的產品進行超細碎、高壓輥磨與立式攪拌磨的聯合工藝等[9-10]。

高壓輥磨機是基于層壓粉碎理論并借助超高的施載壓力對礦石進行粉碎的設備,具有粉碎效率高、鋼耗和能耗低、結構緊湊、生態環境好等優點[11-12]。此外,高壓輥磨機特殊的粉碎方式能夠使有些礦石中目的礦物較好的解離,或生成的微裂紋有助于化學反應的進行,另外高壓輥磨還能夠減少磨礦過程中鐵離子對目的礦物的污染,從而提高選別指標[13]。如朱泊翰等[14]對某金礦進行浮選,發現高壓輥磨破碎相對于常規破碎金的浮選回收率增加了3.19%。謝洪珍等[15]對國外某金礦的浸出試驗表明,經高壓輥磨機處理后的產品金浸出率比常規破碎時提高約9%～15%。

巴基斯坦某銅礦以硫化銅礦為主,且銅礦物的嵌布粒度相對較粗,屬于相對易選礦石[16]。前期研究發現在相同粉碎產品細度條件下(-0.074 mm含量占60%),對該銅礦高壓輥磨終粉磨產品進行浮選時銅的浮選回收率比常規破碎-球磨產品高約4%,這對于提高礦山經濟效益具有重要意義。為此,本論文采用高壓輥磨終粉磨工藝對該銅礦進行設計,包括粉碎工藝流程的確定、主要設備的選型、粉碎作業投資估算以及技術經濟指標分析,并與常規破碎-球磨粉碎工藝進行對比,全面評價該銅礦采用高壓輥磨終粉磨工藝的可行性,為該礦山粉碎工藝的確定提供技術依據,同時也為類似礦山的開發建設提供參考。

2 工藝條件

巴基斯坦某銅礦礦石粉碎工藝流程設計基礎條件如下:

(1)擬建選廠設計規模為10 000 t/d(330萬t/年)。

(2)高壓輥磨工藝流程中中細碎作業年工作330 d,3班/天,6 h/班,而高壓輥磨分級與浮選作業保持一致,3班/天,8 h/班;常規破碎-球磨工藝中中細碎作業年工作330 d,3班/天,6 h/班,球磨分級作業3班/天,8 h/班。

(3)兩種礦石粉碎工藝流程均按單系統進行廠房布置及設備選型,可比范圍包括中碎、細碎、篩分以及高壓輥磨分級和球磨分級作業。

(4)兩種礦石粉碎工藝中碎的最初給料粒度為-300 mm,最終粉碎產品粒度為-0.074 mm粒級含量占60%,但高壓輥磨工藝中高壓輥磨機的給料粒度為-20 mm,而球磨機的給料粒度為-12 mm。

(5)根據礦石標準球磨功指數試驗結果,礦石邦德球磨功指數Wib為14.66 kWh/t。高壓輥磨閉路試驗循環負荷為294%,根據生產經驗實際循環負荷按400%考慮。

(6)前期浮選試驗研究結果表明,在最終粉碎產品細度-0.074 mm含量均為60%的條件下,高壓輥磨產品銅的浮選回收率比球磨產品高4%,因此本研究以此作為兩種粉碎工藝比選的基本條件之一。

本次技術方案比較中的設備均按國產考慮,價格均由詢價獲得。土地平整挖、填方工程量費用按一般地形估算。

3 粉碎工藝流程比較

3.1 高壓輥磨終粉磨工藝流程

該銅礦采用高壓輥磨機進行終粉磨的工藝流程如圖1所示,中碎最大給礦粒度為300 mm,中碎后的礦石首先給入振動篩進行篩分,篩上+20 mm的物料給入短頭圓錐破碎機進行細碎,細碎后的物料與中碎后的物料合并后返回至振動篩進行篩分,篩下-20 mm的物料通過皮帶輸送至粉礦倉進行存儲。-20 mm的礦石為高壓輥磨機的給料,高壓輥磨機的排礦首先采用超精細分級倉進行篩分得到篩上(+1 mm)和篩下(-1 mm)兩種產品,其中篩下產品通過斗提式膠帶機給入風力分級系統并控制最終產品細度為-0.074 mm粒級含量占60%,最終產品造漿后給入后續浮選作業。風力分級的粗粒產品與超精細分級倉的篩上產品合并后通過皮帶輸送機返回至高壓輥磨機進行再粉碎。

圖1 高壓輥磨粉碎工藝流程

高壓輥磨終粉磨工藝主要設備與相關參數見表1。中碎選用1臺HP5型標準圓錐破碎機,細碎采用2臺HP5型短頭圓錐破碎機,篩分采用1臺3.0 m×5.2 m單層直線振動篩,高壓輥磨機設備型號為CLM240170(安裝功率為2 800×2 kW),風力分級前的預先篩分選用3臺DSMS-2-3097型超精細分機艙,分離分級選用1臺CLX48110型動態選粉機,配備風機能力為770 000 m3/h(功率為1 400 kW),此外還有渣漿泵、皮帶輸送機、起重設備等,設備總的安裝功率為10 628 kW。

表1 高壓輥磨粉碎工藝主要設備

3.2 常規破碎-球磨工藝流程

采用常規破碎-球磨的工藝流程如圖2所示,中碎最大給礦粒度為300 mm,中碎后的礦石首先給入振動篩進行篩分,篩上+12 mm的物料給入短頭圓錐破碎機進行細碎,細碎后的物料與中碎后的物料合并后返回至振動篩進行篩分,篩下-12 mm的物料通過皮帶輸送至粉礦倉進行存儲。-12 mm的礦石為球磨機的給料,球磨機的排礦通過渣漿泵給入水力旋流器組進行分級,分級溢流自流至后續浮選作業,分級沉砂自流至球磨機進行再磨。

圖2 常規破碎-球磨工藝流程

常規破碎-球磨工藝流程主要設備及相關參數見表2。中碎選用1臺HP6型標準圓錐破碎機,細碎采用2臺HP6型短頭圓錐破碎機,篩分采用2臺3.0 m×5.2 m雙層直線振動篩,磨礦選用1臺φ6.2 m×9.5 m溢流型球磨機(安裝功率6 000 kW),分級選用1組12-φ660水力旋流器組,此外還有渣漿泵、皮帶輸送機、起重設備等,設備總的安裝功率為9 427 kW。

表2 常規破碎-球磨工藝流程主要設備

3.3 工藝特點與設備選型分析

通過對兩種粉碎工藝及設備選型結果進行對比分析,可以看出:

(1)高壓輥磨工藝流程較長,主要表現在分級作業采用預先篩分和風力分級兩段作業,而常規破碎-球磨工藝中僅采用水力旋流器進行一段分級。

(2)高壓輥磨工藝中細碎作業設備型號較小,主要由于高壓輥磨工藝中細碎最終產品粒度較常規破碎-球磨工藝粗。實際生產上高壓輥磨機的給料粒度可能會更大,若給料粒度較小則輥縫難以撐開,高壓輥磨機通過能力會受到限制。

(3)高壓輥磨工藝總的設備安裝功率為10 628 kW,比常規破碎-球磨工藝總的設備安裝功率高出約1 200 kW,這會導致實際生產上高壓輥磨終粉磨工藝比常規破碎-球磨粉碎工藝能耗大,從而體現不出節能的優勢。這主要是由于高壓輥磨機的粉碎產品首先采用超精細分級倉篩分出-1 mm粒級,再采用動態選粉機對-1 mm粒級產品進行風力分級,篩分設備和動態選粉機均需要消耗電能,此外還需要功率較大的風機(1 400 kW),另外中間產品均需要通過皮帶輸送機輸送,風力分級的合格產品還需要造漿后通過渣漿泵輸送至浮選作業。球磨產品主要通過渣漿泵給入水力旋流器,水力旋流器無需消耗電能,水力旋流器的粗粒返砂自流至球磨機。

(4)高壓輥磨工藝方案中高壓輥磨車間比球磨車間小,主要是高壓輥磨機設備緊湊、占地面積小,但高壓輥磨工藝增加了分級車間,從而會導致總的土建費用比常規破碎-球磨工藝方案大。

3.4 投資估算比較分析

高壓輥磨粉碎工藝可比部分包括中細碎車間、篩分車間、粉礦倉、高壓輥磨車間、分級車間、以及皮帶廊與轉運站,常規破碎-球磨工藝可比部分包括中細碎車間、篩分車間、粉礦倉、磨礦分級車間以及皮帶廊與轉運站,投資概算結果見表3和表4。

表3 高壓輥磨粉碎工藝投資概算表(千美元)

表4 常規破碎-球磨工藝投資概算表(千美元)

根據兩種不同粉碎工藝投資概算結果,高壓輥磨粉碎工藝可比部分總投資為3 459.6萬美元,比常規破碎-球磨工藝總投資高出1 087.4萬美元。高壓輥磨粉碎工藝投資較大,其主要表現在高壓輥磨與相應的分級設備價格比球磨機與水力旋流器的價格高,且高壓輥磨閉路粉碎流程中的物料需要皮帶輸送,而球磨分級流程中物料通過渣漿泵或自流輸送。此外,高壓輥磨粉碎工藝額外增加了分級車間,廠房建筑工程費用相對較大。

3.5 技術經濟比較分析

兩種不同粉碎工藝的選礦成本計算結果見表5和表6。通過對比可以看出,高壓輥磨粉碎工藝輔助材料成本比常規破碎-球磨工藝要低,但高壓輥磨工藝電耗相對較高為24.34 kWh/t,比常規破碎-球磨工藝高3.04 kWh/t,其他成本如燃料、水、職工薪酬、制造費用基本相等。高壓輥磨粉碎工藝選礦單位總成本為5.814美元/t·礦,比常規破碎-球磨工藝低0.168美元/t·礦。若年處理礦石量為330萬t,則高壓輥磨粉碎工藝年選礦成本為1 918.62萬美元,比常規破碎-球磨工藝低55.44萬美元。該結果表明,高壓輥磨粉碎工藝總的選礦成本比常規破碎-球磨工藝低,這主要是由于高壓輥磨粉碎工藝中沒有鋼球和磨機襯板的消耗。此外根據計算結果,高壓輥磨粉碎工藝比常規破碎-球磨工藝電耗高,并沒有體現出節能的優勢,這主要是由于高壓輥磨粉碎工藝中采用風力分級,且分級后的粗粒產品通過皮帶輸送機返回高壓輥磨機再粉碎,從而導致其能耗相對較大。

表5 高壓輥磨粉碎工藝選礦成本計算表

表6 常規破碎-球磨工藝選礦成本計算表

對兩種粉碎工藝最終銅精礦產量、營業收入及利潤進行計算,結果見表7。根據前期浮選試驗結果,本次比較高壓輥磨粉碎工藝銅的回收率取值92.5%,金回收率取值32%,常規破碎-球磨工藝銅的回收率取值88.5%,金回收率取值28%,銅的品位均為24%。由此計算出的高壓輥磨粉碎工藝營業收入為9 308.56萬美元,比常規破碎-球磨工藝多營收439.87萬美元?？鄢惤鸺案郊右约翱偝杀举M用后,高壓輥磨粉碎工藝年利潤總額為 3 415.20萬美元,比常規破碎-球磨粉碎工藝高出460.12萬美元。該結果表明,采用高壓輥磨粉碎工藝比常規破碎-球磨工藝能夠產生更好的經濟效益。

表7 兩種粉碎工藝年均產品產量、營業收入與利潤表

4 結論

通過對巴基斯坦某銅礦高壓輥磨終粉磨工藝與常規破碎-球磨工藝流程設計、主要設備的選型、投資估算以及技術經濟比較,得出以下結論:

(1)高壓輥磨終粉磨工藝流程相對較長,主要表現在分級作業采用預先篩分和風力分級兩段分級,而常規破碎-球磨工藝中僅采用水力旋流器進行分級。

(2)高壓輥磨終粉磨工藝設備總安裝功率較高,這主要是由于高壓輥磨機的粉碎產品采用超精細分級倉和動態選粉機進行兩段分級,此外還需要功率較大的風機,另外中間產品均需要通過皮帶輸送機輸送。

(3)高壓輥磨粉碎工藝建設投資比常規破碎球磨工藝高1 087.4萬美元,其主要表現在高壓輥磨工藝設備數量多、價格高,此外高壓輥磨粉碎工藝額外增加了分級車間,廠房建筑工程費用相對較大。

(4)高壓輥磨終粉磨工藝能耗比常規破碎-球磨工藝高3.04 kWh/t,并沒有體現出節能的優勢,但由于沒有鋼球和磨機襯板的消耗而導致該工藝選礦單位總成本較低。

(5)高壓輥磨終粉磨工藝年營業收入和利潤總額比常規破碎-球磨工藝分別高439.87萬美元和460.12萬美元,能夠產生更好的經濟效益。