CN103041911B - 选矿磨矿的分质分级工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是选矿中的分质分级工艺，属于选矿磨矿分级工艺。选矿磨矿的分质分级工艺，其特征在于它包括如下步骤：向球磨机给矿球磨，从球磨机的格子板内流出来的矿物从球磨机的排矿口处进入分质机内，分质机将球磨后的矿物中的碎钢球铁磁性物质除去，粗颗粒的矿物流入新增泵池，然后粗颗粒的矿物由砂泵打入球磨机中；细颗粒的矿物进入旋流器分级，旋流器分级后的返砂由砂泵打入球磨机，旋流器分级后的溢流产物进入浮选工艺。该工艺能把球磨机排矿中的碎钢球铁磁性物质除去，并对球磨机排矿矿浆进行预先分级，将粗粒物料提前分离出来，提高了分级效率。

Description

选矿磨矿的分质分级工艺

技术领域

本发明是选矿中的分质分级工艺，属于选矿磨矿分级工艺。

背景技术

磨矿效率低是很多矿山都普遍存在的一个问题，影响磨矿效率的因素有很多，其中原矿性质是很重要的因素之一，我们根据德兴铜矿的矿石性质和目前选矿流程存在的不足，提出了分质分级技术思想，即利用矿石中各种矿石的性质不同，通过分质分级机从矿石中将硬度较高的磁性矿物或碎钢球分离出来单独处理。由于硬度较高的磁性矿物易在磨机内形成恶性循环，影响磨机的效率，因此我们考虑将其先提出单独分质分级。在给矿量相同的情况下，由于已经提取了一部分磁性矿石或碎钢球，相当于在相同的磨矿时间，同一磨机的给矿量变少，同时矿石中的硬度跨度减小，降低了为使硬度较高的矿粒、碎钢球解离或磨碎而导致硬度较小矿粒过磨的现象，因此磨机的磨矿效率将会大大得到提高。并且我们认为这种经过磨矿分级工艺获得浮选给矿物料的不同性质对浮选作业回收率的影响显著。例如，磨矿机中碎钢球和磁性大颗粒矿物作为一种非浮颗粒进入浮选必将影响浮选指标，同时碎钢球在旋流器等分级设备中也会干扰物料的正常分级、降低分级效率、恶化分级粒度组成。为了研究矿石不同性质和选别指标的关系，因此我们发明了分质分级工艺来改善矿石性质、屏蔽非可浮物料进入分级和浮选系统、提高选别指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选矿磨矿的分质分级工艺，该工艺能把球磨机排矿中的碎钢球铁磁性物质除去，并对球磨机排矿矿浆进行预先分级，将粗粒物料提前分离出来，提高了分级效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：选矿磨矿的分质分级工艺，其特征在于它包括如下步骤：向球磨机给矿球磨，从球磨机的格子板内流出来的矿物从球磨机的排矿口处(即出料处)进入分质机内（分质机的转筒内），分质机将球磨后的矿物（即球磨机排矿）中的碎钢球铁磁性物质除去，粗颗粒（粒径＞2mm的颗粒）的矿物流入新增泵池(即泵池)，然后粗颗粒的矿物由砂泵打入球磨机中（在砂泵作用下返回球磨机中，如此形成闭路，完成分级作业）；细颗粒（粒径≤2mm的颗粒）的矿物进入旋流器分级（即高精细分级），旋流器分级后的返砂由砂泵打入球磨机(磨矿机)，旋流器分级后的溢流产物进入浮选工艺（浮选给矿）。

本发明是选矿中的最优分级性质和粒度组成研究，有磨矿和浮选两个方面构成，有磨矿和浮选两个步骤最后确定最优分级性质和粒度组成。控制最优性质分级，是在充分研究有用金属矿物的嵌布、比重和磁性特性的基础上，根据试验和现场经验初步确定浮选的最优分级性质和粒度组成。对于磁性矿物或碎钢球通过分质机将其选别出来；对于非磁性的物料则通过分质机进行分级，粗粒级使其全部返回再磨，与磨矿机形成闭路；细粒级进入下一步旋流器作业。结合浮选原矿、精矿、尾矿筛分数据及数质量指标可以建立一种评价体系，如采用线性拟合或最小二乘法得到各个粒级与其回收率的关系，通过计算可以得到实际浮选最优分级性质和粒度组成。

由德兴铜矿原矿粒度筛析结果可知，原矿中+80目粒级含量为69.23%，+120目粒级含量为72.57%；-400目粒级含量为15.87%。而原矿中铜金属分布率较高的粒级是-400目和-10目~+80目。由于铜矿物以中细粒嵌布为主，铜主要损失在粗粒级（+120目）和微细粒级（-400目）中。

根据对德兴铜矿原矿性质的研究可知，德兴铜矿原矿组成中磁性矿物Fe₂O₃在螺旋分级机中分级时，由于其比重大（约4.5g/cm³），在分级过程中沉降速度快，达到合格粒级的颗粒反而进入到返砂，造成磁性矿物Fe₂O₃细磨、分级和磨矿效率低。同时引起比重低的其它矿物的粗粒进入分级溢流，造成欠磨，这些都不利于后续的浮选作业，是造成浮选回收率降低的主要原因之一。

由于德兴铜矿一段磨矿分级使用的是水力旋流器，分级效率一般在40~60%，分级效率低。这是由于水利旋流器固有分级机理所决定的。水力旋流器的是按照颗粒在矿浆中的沉降速度差进行分级的，由沉降公式V=54.5(σ-ρ)d²/μ(cm/s)，（公式中V为颗粒在矿浆中的沉降速度，σ、ρ分别为矿石和水的密度g/cm³，d为沉降颗粒直径mm，μ为水的粘度，取1。）可知，即按照颗粒的粒度和密度进行分级。这样就造成分级机溢流中有密度小粒度大的粗颗粒（主要为一些硅酸盐脉石矿物），而分级机返砂中却含有大量的粒度合适并且已经单体解离了的重矿物（主要是磁铁矿或碎钢球等含铁磁性矿物）。如此便形成了一个恶性循环，使得已经单体解离了的磁性矿物未能及时排出而进入分级机返砂中，造成返砂比增大，球磨机磨矿效率降低，已单体解离的磁性矿物过磨。与此同时，部分未单体解离的中轻矿物（主要为脉石和部分含铜矿物）随溢流进入浮选，造成旋流器分级效率低，浮选回收率下降，有用金属矿物流失。

以上现象并不是德兴铜矿所特有，具有普遍性。为此彭会清教授根据多年的理论和实践经验，在中矿选择性分级再磨的基础上提出“分质分级”工艺的新概念。

其原理如下：在充分研究矿石不同性质的基础上，通过分质分级机进行预先分级，排除能影响磨矿和分级作业的磁性矿物和碎钢球。在充分研究有用金属矿物的嵌布粒度特性的基础上，根据试验和现场经验利用旋流器进行分级。对于旋流器分级作业溢流产物，使其全部返回再磨，改善球磨机排矿粒度组成，减少分级溢流粗粒级和细粒级的含量，进而改善浮选给矿粒级组成。由于闭路磨矿和分质分级工艺技术可以控制溢流的粒度组成，通过控制最大可浮粒度和分级溢流-200目含量，提高分级效率，来实现一段磨矿粗磨，即降低磨矿细度，这样就可以较大幅度提高磨机处理量和处理效率，降低能耗。

控制最优性质分级，是在充分研究有用金属矿物的嵌布和比重、磁性等的特性基础上，根据试验和现场经验初步确定浮选的最优分级性质。对于磁性物料（如碎钢球、Fe₂O₃），则分质机按性质进行分级，使磁性抛尾收集；非磁性组分按粒级分级，粗粒级全部返回再磨，与磨矿机形成闭路，细粒级进入下一步旋流器分级作业中。同时对球磨机配球进行调整，改善球磨机排矿性质组成，减少排矿中粗粒级和细粒级的含量，提高中间粒级的含量，进而优化浮选给矿粒级组成。

而在实际浮选中最优的分级粒度组成，与矿石的密度、表面物理化学性质、浮选药剂对矿粒的捕收力、矿浆溶液化学性质（粘度、浓度）等许多因素有关，因此我们认为结合浮选原矿、精矿、尾矿筛分数据及数质量指标可以建立一种评价体系，如采用线性拟合或最小二乘法得到各个粒级与其回收率的关系，通过计算可以得到实际浮选最优性质和分级粒度组成。

计算方法为：根据浮选原矿、精矿、尾矿筛析结果，以算术平均粒径d_算术来代替粒径范围，计算精矿中每一粒级分布的回收率ε_d，这一指标能够充分表明原矿中各个粒级的回收情况，从而可以用以确定最优分级性质即为精矿中回收率为零的性质。ε_d—d_算术关系曲线可以用来优化浮选的分级入选物料性质和粒度组成，从而为闭路磨矿—分质分级提供了理论依据。

ε_d计算公式为：

式中：ε_d—精矿中每一粒级分布的回收率；

ε_精—浮选精矿的回收率；

ε_尾—浮选尾矿的回收率。

并通过线性拟合的方法求出已得到的数据的最优分级性质和粒度组成，再利用确定后的来指导闭路磨矿—分质分级—旋流器分级工艺流程。

分质机包括磁系、转筒、圆筒筛、溜槽、溜槽架和机座，转筒由不导磁的不锈钢材料制成，转筒和圆筒筛均为两端开口的圆柱形筒体，且转筒的一端由法兰固定在磨机的排矿口处[转筒固定在磨机（球磨机）排矿口的端盖上，转筒与磨机一起旋转]，转筒的另一端与圆筒筛的一端通过法兰对接，圆筒筛、转筒与磨机一起旋转；转筒外侧设有磁系，磁系固定在机座上，溜槽的上端穿过圆筒筛后位于转筒内，溜槽的下端位于圆筒筛外，溜槽由溜槽架支撑固定，溜槽的上端为溜槽入口，溜槽的下端为溜槽出口，溜槽的溜槽入口设有冲洗水管，冲洗水管的出水口端指向设有磁系的转筒内侧上部。

转筒的内壁设有（衬有、粘贴）耐磨材料（如橡胶材料）。

圆筒筛的筛孔孔径为2毫米。

圆筒筛与磨机的轴线对中。

圆筒筛内壁焊接有螺旋结构。

所述磁系为开口的圆弧形，开口部的弧度为195°，圆弧形的上端点的水平线低于转筒顶点的水平线，圆弧形的上端点的水平线与转筒顶点的水平线相距105mm。

磁系由磁极组和磁轭组成，磁极组采用高性能的钕铁硼和铁氧体复合而成，磁极组固定在磁轭上，磁轭由导磁钢材制成。

上述磁系为一永磁复合磁系，磁系结构采用AutoCAD、Ansys、Matlab、Pro\E等计算辅助软件进行仿真优化，并结合实际测量对比设计而成，由15组磁块组装而成，每一组都是由钕铁硼和铁氧体磁性材料复合而成。

上述圆筒筛采用耐磨钢材和橡胶等复合材料加工而成，筛面上有梅花形分布的圆形筛孔，为满足不同物料的需求，设计有不同筛孔尺寸的圆筒筛，筛孔间距随孔径增加而增加，目的在于保证筛子的坚固性能。

上述机座上设有移动装置，为检修相关设备和维护本机提供安全保证。

工作时磁系静止不动，转筒和圆筒筛随磨机一起转动，在磁场力的作用下，转筒把矿浆中的碎钢球吸出并带入溜槽，解决了磨机排矿中铁磁性碎钢球去除问题，避免碎钢球在磨矿分级系统中对设备的磨损。矿浆进入圆筒筛进行筛分，圆筒筛将矿浆中的粗颗粒分离出来，直接返回到磨机再磨，减少了精细分级系统中粗颗粒循环量，降低了能量消耗。筛下细粒物料进入旋流器进行精细分级，粗颗粒物料含量的减少，有利于提高精细分级系统的分级效果。本发明由于运转动力来自磨机，磁系采用永磁材料，主要部件采用耐磨材料加工而成，因而具有能耗低，使用寿命长，有体积小、重量轻、操作简便等优点。

在向球磨机与旋流器之间采用分质机，自动回收碎钢球和铁屑，减少下道工序设备的磨损，降低生产系统故障率。打破原有球磨机排矿全粒级分级的惯例，将大颗粒物料直接返回，节约能源，提高精细分级效率和磨矿分级系统单位时间内处理量。

本发明的突出优点在于：

1、该工艺能把球磨机排矿中的碎钢球铁磁性物质除去，并对球磨机排矿矿浆进行预先分级，将粗粒物料提前分离出来，高精细分级效率。

2、所述分质机：动力装置来自球磨机，自身不需要消耗能量。钕铁硼和铁氧体两种磁性材料组成的复合磁系，磁场强度高且性能稳定，永磁材料作为磁源，可以节约能源。部件之间通过法兰和螺钉连接，便于拆卸，维护方便。设备表面采用耐磨钢、不锈钢材料，具有防锈、防腐和耐磨等优点。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明分质机的整体结构示意图。

图3是图2的右视图。

图4是本发明分质机的磁系的结构示意图。

图5是图4的右视图。

图6是本发明分质机的圆筒筛的结构示意图。

图7是本发明分质机的转筒的结构示意图。

图8是图7的右视图。

图9是本发明分质机的溜槽装置的结构示意图。

图10是图9的右视图。

图中：1.磁系；2.转筒；3.圆筒筛；4.溜槽；5.溜槽架；6.机座；7.溜槽出口；8.溜槽入口；9.螺旋结构；10.筛孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述，参见图1-10：

选矿磨矿的分质分级工艺，它包括如下步骤：向球磨机给矿球磨，从球磨机的格子板内流出来的矿物从球磨机的排矿口处进入分质机内（分质机的转筒内），分质机将球磨后的矿物（即球磨机排矿）中的碎钢球铁磁性物质除去，粗颗粒（粒径＞2mm的颗粒）的矿物流入新增泵池，然后粗颗粒的矿物由砂泵打入球磨机中（在砂泵作用下返回球磨机中，如此形成闭路，完成分级作业）；细颗粒（粒径≤2mm的颗粒）的矿物进入旋流器分级（即高精细分级），旋流器分级后的返砂由砂泵打入球磨机(磨矿机)，旋流器分级后的溢流产物进入浮选工艺（浮选给矿）。

分质机（FZJ-Ⅰ型），它包括磁系1、转筒2、圆筒筛3、溜槽4、溜槽架5、螺旋结构9和机座6，转筒2由不导磁的不锈钢材料制成，为防止转筒2磨损，在转筒2的内壁设有（衬有、粘贴）耐磨材料（如橡胶材料），耐磨材料在磨损后可单独更换；转筒2和圆筒筛3均为两端开口的圆柱形筒体，且转筒2的一端由法兰固定在磨机的排矿口处(即出料处)[转筒固定在磨机（球磨机）排矿口的端盖上，转筒与磨机一起旋转]，转筒2随着磨机的旋转一起运转，转筒2的另一端与圆筒筛3的一端连接（通过法兰对接，由16个螺钉固紧），圆筒筛3与磨机的轴线对中，避免转筒2工作时圆筒筛的筒端产生过大的径向跳动；转筒外侧设有产生高场强磁场的磁系1（磁系不影响转筒旋转），磁系1固定在机座6上，磁系1由磁极组和磁轭组成，磁极组采用高性能的钕铁硼和铁氧体复合而成，磁极组通过不导磁不锈钢螺钉固定在磁轭上，磁轭由导磁钢材制成；圆筒筛3内壁焊接有螺旋结构9，溜槽4的上端穿过圆筒筛3后位于转筒2内，溜槽4的下端位于圆筒筛3外，溜槽4由溜槽架5支撑固定，溜槽4的上端为溜槽入口8，溜槽4的下端为溜槽出口7，溜槽4的溜槽入口设有冲洗水管（冲洗水管安装在溜槽槽一侧），冲洗水管的出水口端指向设有磁系的转筒内侧上部，可将碎球表面矿粒冲洗干净；机座为钢板焊接结构件，机座内侧与磁系磁轭外形相配合固接。

所述磁系为开口的圆弧形，开口部的弧度为195°，圆弧形的上端点的水平线低于转筒顶点的水平线，圆弧形的上端点的水平线与转筒顶点的水平线相距105mm。

【如图1、3所示，当吸附的碎钢球运动到感应磁场区域以外（开口部）的时候，失去磁系吸引作用】。

【如图1、图3所示，当吸附的碎钢球运动到感应磁场区域以外（开口部）的时候，失去磁系吸引作用】。

上述机座上设有移动装置，为检修相关设备和维护本机提供安全保证。

本发明的特点是：1、自动回收碎钢球和铁屑，减少下道工序设备的磨损，降低生产系统故障率。2、打破原有磨机排矿全粒级分级的惯例，将大颗粒物料直接返回，节约能源，提高精细分级效率和磨矿分级系统单位时间内处理量。3、动力装置来自磨机，自身不需要消耗能量。4、钕铁硼和铁氧体两种磁性材料组成的复合磁系，磁场强度高且性能稳定，永磁材料作为磁源，可以节约能源。5、部件之间通过法兰和螺钉连接，便于拆卸，维护方便。6、设备表面采用耐磨钢、不锈钢材料，具有防锈、防腐和耐磨等优点。

本分质机的详细工作原理如下：

工作时，磨机磨矿后的物料从磨机的排矿口(排料口)排出，进入转筒2中。转筒2与磨机排矿口固定连接，并一同转动。转筒2内壁在外侧弧形磁系的磁力作用下产生高强度感应磁场。浆料中的碎钢球在磁力作用下吸附在转筒2内壁上，转筒2向上转动将碎钢球与料浆分离，上部冲洗水管对铁球进行冲洗，将碎球上附着的矿浆冲洗干净，当吸附的碎钢球运动到感应磁场区域以外的时候，失去磁系吸引作用，碎钢球下落到溜槽入口8，由溜槽滚到溜槽出口，完成物料与碎钢球分离过程。

物料进入圆筒筛3后在冲洗水和螺旋结构9的作用下随圆筒筛3旋转并向前流动，在圆筒筛3内不断翻滚，细颗粒物料透过筛孔流出，粗颗粒物料从圆筒筛另一端被分离出来，从而实现了粗细粒级物料的分离，采用渣浆泵将排出的粗粒级物料返回到磨机再磨。

下面结合具体实施例和附图对本发明进行试验：

选取筛孔孔经为2mm的圆筒筛在江西省某大型国有企业铜矿山采用Φ3200*4500格子型球磨机，分级采用Φ660旋流器组成的分级磨矿系统试运行，一方面有效去除了碎钢球，避免了碎钢球带来的危害；另一方面将球磨排矿中的粗颗粒提前分离出来，返回到球磨机再磨，由分质机分离出来的粗颗粒矿石量为28.6t/h。

在原流程中，这部分粗颗粒矿石以60wt%的浓度用泵打入旋流器，单位时间流量

Q₁=(28.6/(60/100)*40/100+28.6/2.7)/3600=0.008239m³/s。

在新流程中，这部分粗颗粒矿石以60%的浓度直接打入球磨机，单位时间流量

Q₂=(28.6/(60/100)*40/100+28.6/2.7)/3600=0.008239m³/s。

能耗计算：

原流程中矿浆从泵池经泵加速后进入管道，最终以一定的压力进入水力旋流器，那么泵的扬程H_泵由两部分成：

1、泵到水力旋流器进口的距离H₁，该距离为12m；

2、矿浆在旋流器进口处压力条件下所能达到的高度H₂；

旋流器进口压力是水力旋流器的主要参数之一，通常为49~157kPa。进口压力与溢流粒度的一般关系见表2。

表2进口压力与溢流粒度一般关系表

溢流粒度d95/min	0.59	0.42	0.30	0.21	0.15	0.10	0.074
								进口压力/kPa	29.4	49	39～78	49～98	59～118	78～137	98～147

由流程考察报告可知，水力旋流器溢流中小于0.30mm为95%，由表2可推知，旋流器进口压力为39～98kPa，因此选取0.08MPa作为计算依据，即P_进=0.8×10⁵Pa。

由公式P=ρgh可得：

P_进=ρ₁gH₂

其中g为重力加速度，ρ₁为矿浆密度等于2×10³/m²，根据流程考察报告中矿浆浓度60wt%、矿石比重和水的比重可计算出。所以，

H₂=4m

H_泵=H₁+H₂=12m+4m=16m

新流程中用渣浆泵将筛上粗颗粒直接返回到球磨机中给矿口，泵的扬程h=6m。

泵的功率计算公式为N=9.8QHA/(0.8*0.9)

其中，N-泵功率，Kw

Q-流量，m³/s

A-密度，t/m³

H-扬程，m

0.8-泵的效率

0.9-电机效率

由泵的功率计算公式可计算出原流程和新流程中处理筛上粗颗粒的功率N₁、N₂。

N₁=9.8*16*(28.6/(60/100)*40/100+28.6/2.7)/3600/0.72=3.5884Kw

N₂=9.8*6*2*(28.6/(60/100)*40/100+28.6/2.7)/3600/0.72=1.3456Kw

△N=N₁-N₂=2.2427Kw

所以，每天节约电量为

W=△N*10³*3600*24/36000000=53.8度

上述实施例主要体现了本发明具有以下两个优点：

1）有效去除了随矿浆排出的碎钢球，避免碎钢球磨损旋流器沉砂口等部件；

2）将球磨排矿中的粗颗粒提前分离出来，返回球磨机再磨，减少了粗颗粒矿石的循环量，节约了能源。

3）粗颗粒提前分离出来返回再磨，进入旋流器中矿石粒度分布较为合理，优化了分级工艺条件，提高分级效果，减少了细颗粒的在磨矿系统的循环量，可以避免过磨，有利于节约能量。

上述试验仅为本发明的实施例之一，并非依次限制本发明的保护范围，故：凡是依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.选矿磨矿的分质分级工艺，其特征在于它包括如下步骤：向球磨机给矿球磨，从球磨机的格子板内流出来的矿物从球磨机的排矿口处进入分质机内，分质机将球磨后的矿物中的磁性矿物或碎钢球除去，粗颗粒的矿物流入新增泵池，然后粗颗粒的矿物由砂泵打入球磨机中；细颗粒的矿物进入旋流器分级，旋流器分级后的返砂由砂泵打入球磨机，旋流器分级后的溢流产物进入浮选工艺；所述粗颗粒是指粒径＞2mm的颗粒，细颗粒是指粒径≤2mm的颗粒；

分质机包括磁系(1)、转筒(2)、圆筒筛(3)、溜槽(4)、溜槽架(5)和机座（6），转筒(2)由不导磁的不锈钢材料制成，转筒（2）和圆筒筛（3）均为两端开口的圆柱形筒体，且转筒（2）的一端由法兰固定在球磨机的排矿口处，转筒（2）的另一端与圆筒筛（3）的一端通过法兰对接，圆筒筛（3）内壁焊有螺旋结构，圆筒筛、转筒与球磨机一起旋转；转筒外侧设有磁系（1），磁系（1）固定在机座（6）上，磁系（1）由磁极组和磁轭组成，磁极组采用高性能的钕铁硼和铁氧体复合而成，磁极组通过不导磁的不锈钢螺钉固定在磁轭上，磁轭由导磁钢材制成，磁系为195°的圆弧形；溜槽（4）的上端穿过圆筒筛（3）后位于转筒（2）内，溜槽（4）的下端位于圆筒筛（3）外，溜槽（4）由溜槽架（5）支撑固定，溜槽（4）的上端为溜槽入口（8），溜槽（4）的下端为溜槽出口（7），溜槽（4）的溜槽入口设有冲洗水管，冲洗水管的出水口端指向设有磁系的转筒内侧上部。