李小健,黄易柳,黄光洪

(长沙有色冶金设计研究院,湖南长沙 410011)

某高海拔大型铜多金属矿浮选粗扫选设备的选择

李小健,黄易柳,黄光洪

(长沙有色冶金设计研究院,湖南长沙 410011)

针对西藏某大型铜多金属矿规模大、建设场地海拔高的特点,通过对现有大型浮选设备的调研和国内外大型铜矿的生产实践的考察,着重介绍了该项目粗扫选设备的选择。

浮选机;浮选柱;铜多金属选矿;高海拔选矿;大型选厂

近年来,随着经济的发展,世界各国都面临着高品位矿体日益减少,矿产资源日益枯竭,矿产资源的开发利用逐步向边远地区、高海拔地区进军,大量低品位矿体也正在被开发利用。为了满足人们对矿产资源的需求,选矿规模不断扩大,从日处理几千吨矿石发展到几万吨,甚至十几万吨。各大制造商为了适应市场的需求,纷纷研制新型、高效、低耗的浮选设备,规格从50 m3到300 m3不等。长沙有色冶金设计研究院设计的某大型铜多金属矿地处我国西藏高原,矿山海拔高达5 000余m,选矿厂海拔也在4 300 m左右,且规模特大,设计日处理原矿10万t,矿浆流量大,选择适合的浮选设备做粗扫选是一个重要课题。

1 项目概况

该铜多金属矿属于斑岩型铜矿床,矿石矿物组成比较复杂,金属矿物以黄铁矿、黄铜矿为主,辉钼矿次之,再次是黝铜矿、自然铜、白铁矿、磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿、铜蓝、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿等;非金属矿物主要为石英、长石、黑云母、绢云母、绿泥石、方解石、硬石膏、石膏、高岭石等。矿石的矿物共生组合:地表为孔雀石-蓝铜矿-高岭石-褐铁矿-铜蓝,深部主要为黄铜矿-黄铁矿-石英组合和辉钼矿-石英组合。原矿化学多元素分析结果列于表1[1]。

原矿中铜主要以黄铜矿,其次为蓝辉铜矿、铜蓝及辉铜矿等铜的独立矿物存在,它们的占有率为95.30%。原矿中钼矿物主要以辉钼矿的形式存在,占有率为98.50%。

表1 原矿化学多元素分析结果 %

设计工艺流程为钼铜等可浮选-铜浮选工艺。矿石经碎矿和磨矿至65%-0.074 mm,首先等可浮选钼-铜;其次浮选铜。铜-钼混合精矿再磨(75%-0.038 mm)后进行钼-铜分离,经一粗二扫五精得到钼精矿和铜精矿1;铜粗精矿再磨(70%-0.038 mm)后进行铜精选,经一粗三扫三精得到铜精矿2。铜精矿1和铜精矿2合并为铜精矿[2]。

2 粗选浮选机设计选型考虑因素

根据原矿性质和设计选矿工艺流程,结合项目特点,粗扫选浮选设备设计选型考虑以下因素(本文所说粗扫选是指钼铜等可浮选-铜浮选工艺的粗选作和扫选作业):

1.满足选矿工艺要求,该矿为铜多金属矿,原矿品位较低,铜只有 0.4%～0.5%,粗磨矿粒度为65%-0.074 mm,属中等粒级低品位矿石的浮选。

2.设备规格与选厂规模相适应,因该项目处理规模特大,根据目前国内外选矿设备规格来看,单系列配置无法满足选厂生产能力要求。本工程磨矿设计为四个系列,为了保持磨浮系统生产系列的一致性,减少分矿作业,粗选浮选设备也按四个系列进行设备选型。

3.设备性能满足高海拔的要求,有足够的充(吸)气量。有高海拔的良好使用业绩,设备技术先进,性能可靠,经济合理。

4.高效节能,运行成本低,设备磨损少,维修费用低。

3 浮选设备生产现状简述

各大制造商的选矿设备研究人员针对矿石的特点,朝着大型化、多品种、低能耗的方向发展,研究出了一系列构思新颖的浮选设备。通过市场调查和对国内外大型铜矿的生产实践的调查了解,用于铜矿或铜多金属矿最先进的大型浮选设备主要有:

1.威姆科Smart Cell自吸式浮选机,它是自吸气机械搅拌式浮选机,主要用于粗选和扫选,规格有42 m3、70 m3、100 m3、130 m3、160 m3、257 m3等多种规格。智利Mineral Los Plumbers铜矿,使用11台WEMCO 257 m3Smart Cell(自吸式浮选机),智利ESCONDIDA铜矿,海拔3 100 m,使用94台WEMCO 160 m3SmartCell自吸式浮选机。智利 Collahuasi铜钼矿,海拔4 500 m,使用59台WEMCO 130 m3Smart Cell自吸式浮选机。2002年,我国铜陵铜矿18台130 m3Smart Cell,目前已正常运行3 a。2005年,洛阳栾川钼业集团万吨选厂用8台130 m3Smart Cell。国内尚未生产50 m3以上的大型机械搅拌式浮选机。其主要特点:(1)威姆科自吸气机械搅拌式浮选机可自动吸入浮选所需要的气量,不需要充气风机,操作控制简单平稳,这不仅减少风机、建筑、管线、阀门仪表和隔音设备的投资,而且每年可节约大量的风机运行维护费用;(2)威姆科自吸式浮选机转子位置比充气式高,其所受磨损也较轻,使用寿命一般为充气式转子的3～5倍,并且所有浮选机转动设备可实现在线更换,更换时系统中的其它浮选机仍可正常运行,而且当系统因其它设备停止运行后,也不需要将浮选机内的浆液排空,在停机一段时间内仍可带料直接启动,这在实际生产中具有很高的实用性;(3)威姆科浮选机的转子接近槽体表面,一旦目的矿物颗粒同气泡黏附,可在较短的时间到达泡沫排放槽,减少颗粒和气泡分离的机会,提高回收率。矿石浮选的目的就是将有价值的颗粒从矿浆中分离出来,通过增加颗粒同气泡接触机会,减少黏附后脱落,可使目的矿物的回收率最大。一旦目的矿物颗粒同气泡黏附,尽可能减少将气泡排出设备的时间,可达到提高回收率的目的;(4)提升的转子可使浆液在槽体表面由里向外流动,可促使浮选泡沫流入泡沫排放槽。

2.奥图泰的Tank Cell浮选机,它是充气机械搅拌式浮选机,主要用于粗选和扫选。世界上最大的浮选机——奥图泰的 TANKCELLR○-300浮选机2009年已在智利Codelco公司丘基卡马塔分部成功通过测试[3]。在昆士兰Zinifex Certtury锌选矿厂使用的最大 Tackle浮选机的容积为200 m3,10台200 m3的浮选机在澳大利亚的Cowal金选矿厂中被使用。奥图泰的Tank Cell@浮选机的特点:(1)利用鼓风机,在任何海拔高度上都可以实现最佳的充气; (2)基于矿物学和动力学的研究,Tank Cell@在任何情况下都具有最优化的泡沫表面积。Tank Cell浮选机被设计用来为特定的浮选任务,处理最大、运载率和泡沫负荷。满载下易启动;(3)圆柱形 Tank Cell @浮选机作为粗选、扫选和精选设备,是理想的浮选设备,它使矿粒和气泡碰撞几率最大,并且减少了短路;(4)底部安装的转子,使浆液向轴向流动,气泡远离排放槽。

3.美卓矿机RCS型浮选机,它也是充气机械搅拌式浮选机,主要用于粗选和扫选,从5 m3到200 m3共12个规格。美卓矿机RCS型浮选机槽体为圆柱形,受专利保护的DVTM(深叶片)搅拌机构由具有独特布置的垂直的下边缘收缩的叶片和空气分散搁板组成。DVTM(深叶片)搅拌机构在浮选槽内,最大化地使颗粒-泡沫接触,使固体颗粒充分悬浮,并使空气充分分散和分布。浮选机构被设计成能够使矿浆径向强流向浮选槽壁,并再强回流向叶轮下面,避免发生任何矿砂沉槽。另外,也是这种叶轮设计,使矿浆尽量能再回流到上叶轮部分。垂直分散器叶片促进径向流动,完全消除了矿浆在槽中旋转。

4.Bateman集团公司Bateman Round(BQR)浮选机,它也是充气机械搅拌式浮选机。这种浮选机的特点是采用了一种已获专利的浮选机构,这种机构可以方便地调节固体悬浮液,而且还能产生巨大的剪切力来强化气泡向颗粒上的附着。该设备的开放的转子和悬挂的定子由聚氨酯制造,在正常的工作条件下可连续工作2～4 a。此设备调节气流和泡沫很简单,机构可实现动态平衡,以限制机构对浮选槽的振动。通过顶部密闭的内部暗阀来控制矿浆水平,可以保证在操作中颗粒不下沉,并创造一定阻塞流作用。给料箱和排料箱与浮选机整体相连,以提高结构强度。箱子还有一个60°的斜坡。一排浮选机中第一台浮选机安装一个整体的半圆形的给料箱,以减少厂房的长度。该浮选机最大规格为150 m3。

5.北京矿冶研究总院研制的 KYF-Ⅱ型浮选机,它也是充气机械搅拌式浮选机,主要用于粗选和扫选,规格有50 m3、70 m3、100 m3、130 m3、160 m3、200 m3。2007年,金川有色公司新建14 000 t/d选矿厂应用22台KYFⅡ-160浮选机,中国黄金集团公司在内蒙某铜钼矿使用KYF-160浮选机32台; 2009年KYF-200浮选机的工业试验在国内某大型铜矿完成[4]。YF-Ⅱ型浮选机创新点在于独特之处是采用了单壁后倾叶片倒锥台状叶轮和多孔圆筒型气体分配器和较小的悬空式定子。槽体结构有“U”型、圆柱形,一般大于50 m3的浮选机采用圆柱形槽体结构。

6.加拿大工艺技术公司研制的CPT浮选柱,是一种具有柱型槽体的无机械搅拌充气式浮选设备。CPT浮选柱的主要特点为正方形或圆形截面,直径最大达到6 m,高度为8～16 m。在柱底部附近安装可从柱体外部拆装检修的 Slamjet气体分散器。Slamjet在浮选柱运行的情况下都易于插入和抽出,检查、维修方便。SlamJet气体分散器等新技术,解决了充气器易结钙堵塞等技术难题,提高了自动控制程度,使CPT浮选柱在世界上得到普遍应用,已有超过500台的浮选柱和无数的气体分散器系统在南非、巴西、秘鲁、澳大利亚、智利、墨西哥、美国、俄罗斯、中国和加拿大等30多个国家使用,主要用于精选作业。

7.美卓矿机CISA型浮选柱由圆柱和气泡发生器构成。CISA的气泡发生器由嵌入式静态混合器和一台离心泵组成。CISA的气泡发生器起源于MicrocelTM专利技术,该气泡发生器在根据品位-回收率曲线调整浮选操作方面的高度灵活性可使选矿指标得到提高。矿浆从浮选柱的底部经由静态混合器泵出,在静态混合器里空气和矿浆在高剪切条件下混合,从而产生弥射泡沫。当空气和矿浆的混合物通过位于静态混合器内部的固定叶片时,空气受其强力搅拌作用被剪切成非常小的气泡,气泡发生器所产生的细小、均匀气泡的典型尺寸在400～1 200 μm之间。气泡矿浆悬浮液从浮选柱底部进入后,气泡会上升穿过浮选柱富集区。

8.长沙有色冶金设计研究院研制的CCF型浮选柱,属于高柱体逆流无充填式浮选柱,包括给矿装置、排尾装置、柱体、充气装置、泡沫淋洗水装置以及工业自动控制系统等主要部件。CCF浮选柱工作时,矿浆由给矿分配器均匀给入,然后沿浮选柱的整个断面缓慢流动。空压机输出的高压气体通过喷枪式微孔发泡器喷出,高速气流雾化产生大量微细气泡,均匀地分布在整个断面上,在逆流的条件下与含有药剂的矿粒接触碰撞,实现气泡的矿化。矿化气泡升浮至柱体上部形成矿化泡沫层,自溢至精矿槽中,非泡沫产品则由与柱底相连的尾矿管中排出。其工作液面高度和充气量由自控系统进行操作和管理。在柿竹园矿和洛钼集团等项目的成功应用表明:CCF浮选柱在浮选工艺中完全可以代替浮选机用于粗选和扫选作业;一段CCF浮选柱选别可以代替浮选机一段粗选和多段扫选作业。

9.澳大利亚Jameson浮选机的基本原理是利用表面疏水性矿物颗粒向气泡表面附着的作用回收矿物颗粒,这与其它浮选设备的浮选原理相同。但其气泡形成及矿物颗粒向气泡附着的矿化过程与传统的机械式浮选机和浮选柱有着根本的区别。Jameson浮选机利用流体剪切的原理产生吸气作用和发生气泡。在完成浮选过程中,着重考虑的是气泡的矿化,而与矿浆在下冲管中的停留时间几乎无关。在矿化区(即下冲管)内,完成矿物颗粒向气泡表面附着的矿化过程,即矿化过程只需要很短的时间,经测试时间为5～7 s。

10.FCMC系列旋流-静态微泡浮选柱。旋流浮选柱包括浮选段、旋流段和气泡发生器三部分。浮选段又分两个区:旋流段和入料点之间的捕集区(又称矿化区)及入料点与溢流口之间的泡沫区(又称精选区)。在浮选段顶部设有冲水装置和泡沫精煤收集槽。给矿管位于柱顶约三分之一处,最终尾矿从旋流器的底流口排出。气泡发生器位于柱体外部,沿切线方向与旋流段相衔接。气泡发生器上设有空气入管和起泡剂添加管。气泡发生器利用循环矿浆加压喷射的同时吸入空气与起泡剂,进行混合和粉碎气泡,并通过压力降低释放、析出大量微泡,然后沿切线方向进入旋流段。气泡发生器在产生合适气泡的同时,也为旋流段提供旋流力场。含气、固、液三相的循环矿浆沿切线高速进入旋流段后,在离心力作用下作旋流运动,气泡和已矿化的气固絮团向旋流中心运动,并迅速进入浮选段。气泡与从上部给入的矿浆反向运动、碰撞并矿化实现分选。旋流段的作用是对在浮选段未及分选的煤粒进行扫选,以提高精煤产率。矿化气泡在柱体内上升到柱体上部较厚的泡沫层中,由于冲洗水的喷淋作用,上升的泡沫不断受到清洗,清除夹带的高灰杂质,使精矿的品位进一步提高。该设备大量应用于选煤,精煤产率高、灰分低,且可降低柱体高度。

4 粗扫选浮选设备选型与规格确定

从国内外实际应用情况来看,浮选柱作粗扫选设备在一些规模10 000 t/d左右的选厂有应用实例,应用于规模达到50 000～100 000 t/d的选厂作粗扫选暂时没有先例。主要原因是浮选柱规格偏小,最大规格仅为6 m直径,单台处理能力小,要作粗选,设备台数太多,系统配置复杂。有鉴于此,本项目粗扫选设备按浮选机考虑。

根据设计的工艺流程和工艺参数计算出粗选所需要的浮选机有效8 897.32 m3,考虑波动系数后,计算浮选机的数量和装机功率列于表2,充气式浮选机单独计算了鼓风机所需的功率。

表2 浮选机的数量和装机功率表

由于海拔高达4 300 m,大气压仅有59.27 kPa,仅为标准状态下的58.5%,严重影响鼓风机的效率。高海拔对电机一是影响空气的绝缘强度,二是影响散热。对于低压电机,可以不考虑空气的绝缘强度问题,但必须考虑其散热的影响。海拔4 300 m时,空气密度大约只有1 000 m以下的58.5%左右,使电机工作时的散热大打折扣,如果按海拔1 000 m以下使用环境设计的电机要直接用于高海拔,必须降容使用,降容的幅度一般取每1 000 m降3%～15%,具体要看电机的冷却设计。当然也可以采取加大冷却风扇的风量来弥补空气密度的降低,使高海拔运行时少降容或者不降容。

从表2可以看出,采用自吸气式浮选机的总机功率仅为充气式浮选机52%左右。从节能角度考虑,设计选用自吸气式浮选机。

通过对130 m3、160 m3、200 m3和257 m3等多种规格的浮选机选型在数量、装机功率、占地面积和设备价格等多方面进行比较后可以看出,采用大型浮选机能降低生产成本,减少厂房面积,降低比能耗,简化厂房配置,简化浮选工段及降低维修费用。设计确定该工程选用257 m3的浮选机40台。自吸气式浮选机的投资比较列于表3。

5 结 语

1.由于浮选柱目前生产的设备规格偏小,最大规格仅为6 m直径,单台处理能力小,要作粗扫选,设备台数太多,系统配置复杂;同时浮选柱应用于特大型选矿厂作粗扫选也暂无先例,故本次高海拔铜多金属浮选粗扫选设备选择未预考虑。

表3 浮选机规格比较表

2.通过对现有大型浮选设备的调研和国内外大型铜矿的生产实践的考察,在高海拔铜多金属浮选粗扫选设备选择中,采用大型浮选设备已有成功的生产应用。

3.针对本项目,选用40台257 m3的自吸气式浮选机作为100 000 t/d铜选厂的粗扫选设备,既满足了高海拔选矿工艺的要求,又达到了减少厂房面积和简化厂房配置、减少建设投资、降低生产成本和降低能耗的目的。

[1] 北京矿冶研究总院.西藏驱龙铜钼矿选矿工艺技术研究小型试验报告[R].北京:北京矿冶研究总院,2009.

[2] 长沙有色冶金设计研究院.西藏巨龙铜业有限公司驱龙铜多金属矿可行性研究[R].长沙:长沙有色冶金设计研究院, 2009.

[3] K·卡斯蒂尔.浮选的进展[J].国外金属矿选矿,2006,(4):10 -13.

[4] 史帅星,罗时军,杨丽君,等.200 m3超大型充气机械搅拌式浮选机工业试验研究[J].有色金属(选矿部分),2009,(3):34-37.

Selection of Roughing and Scavenging Equipments for the Large-scale Copper Polymetallic Ore Flotation in Higher Elevation Zones

LI Xiao-jian,HUANGYi-liu,HUANGGuang-hong

(Changsha Engineering and Research Institute of Nonferrous Metallurgy,Changsha410011,China)

Based on the investigations of applications of large equipments used at present and production practices of large copper ore dressing plants in and abroad,according to the characteristics of the large reserve copper polymetallic ore at high elevations in Tibet,selecting situations of roughing and scavenging equipments of this project were introduced in this paper.

flotation cell;flotation column;copper polymetallic ore flotation;separation at higher elevation; large-scale ore dressing plants

TD928.1

A

1003-5540(2010)06-0042-05

李小健(1965-),男,高级工程师,主要从事选矿厂设计和研究工作。

2010-09-12