CN111417465B - 一种用于开采和加工矿石方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于采矿和加工矿石的方法。该方法包括：至少一个移动粉碎设备（26）位于正被开采的矿体附近，所述至少一个移动粉碎设备（26）包括至少一个移动破碎单元和至少一个移动研磨单元，在移动粉碎设备（26）中将来自矿体的破碎的矿石（22）粉碎成易于泵送而无需使用特殊的载液的尺寸（28），优选在0.05至1 mm之间的颗粒尺寸p50，以及将粉碎的矿石与水混合形成浆料。

Description

一种用于开采和加工矿石方法

技术领域

本发明涉及一种用于开采和加工矿石的改进方法。

背景技术

与开采相关的成本主要与大量矿石和废料的运输物流有关，也与用于从周围脉石中提取出有价值元素的粉碎有关，因此对矿石进行选矿能够生产适合于进一步冶炼或浸出的精矿。

地下和露天矿井的开采都是通过钻孔和爆破或岩石切割进行的，然后使用特制设备(例如卡车或输送机)或者在竖井上的吊斗中挖掘和运输破碎矿石。加工是在靠近矿山的固定工厂中进行的，其第一步是粉碎以从相关的脉石中提取出有价值成分。由于大多数研磨和选矿工艺都是以浆料的形式进行，因此该加工会消耗大量的水，并且会产生无法轻易脱水的选矿尾矿。

采矿业已经在范式中成熟，其中主要的技术改进是增加操作的规模(例如卡车和磨机的产能)。会消耗大量的能量，既以用于运输岩石的燃料形式，又以用于研磨固体的电能形式。两种方法都不是特别节能。

矿山的设计、矿井外壳的斜坡和工作台的坡度、或通往地下采矿面的开发都受到岩石运输要求的限制。运输方法包括卡车、火车和各种形式的输送带。尽管井内或地下输送具有固有的吸引力，但是由于输送带及其相关的基础昂贵并且在倾斜和转角方面的灵活性非常有限，因此这些技术通常相对于移动运输是受限制的。

大多数露天矿坑都针对重型运输机械设计，以便其经常进入矿山，因此需要用于通过车辆的宽度合适的并具有适当的安全系数的工作台(道路)。这限制了可实现的墙体坡度，使其大于天然岩石稳定性所需的坡度。因此，在露天矿坑中，矿坑的挖掘更取决于运输的需求，而不是矿体的形状。相对于矿石所运输的结果废料量(剥采比)将相应地增加。

地下矿通常使用装载机、卡车或火车进行运输，这些运输工具可以直接从坡道出来或到达竖井的底部。无论哪种情况，所需的大部分开发的尺寸和坡度以及随后的通风都是这些地下运输机构的直接结果。在使用输送带的地方，倾斜度和弯曲度的限制决定了开发。因此，开发量远大于仅获取矿石所需的开发量。

许多作者之前提出了原地研磨和泵送矿石，特别是用于从地下矿井垂直运输。一个示例是van den Berg,G和Cooke,R的铂矿的液压提升技术(Hydraulic hoistingtechnology for platinum mines，International Platinum Conference‘PlatinumAdding Value’,The South African Institute of Mining and Metallurgy,2004(www.saimm.co.za/Conferences/Pt2004/015_vandenBerg.pdf))。但是，由于需要支持大的颗粒尺寸的破碎矿石的昂贵的泵送设备，或者需求大量的地基并因此不能随着采矿面移动而移动的固定研磨设备(例如球磨机)，因此该技术还没有获得吸引力。

其他作者提出了移动破碎到需要特殊的载液或非常高的泵送速度的颗粒尺寸，以防止大颗粒沉降和阻塞管道，特别是在流动主要在水平面上时(US 2013/0051933)。因为所设想的破碎机不会产生适合直接泵送矿石的粒径，所以特殊的载液对于在运输过程中悬浮这些较粗的颗粒是必不可少的。

尽管在技术开发方面做出了许多努力，该行业仍保留了其传统的钻孔、爆破、装载、运输、破碎、研磨和选矿结构。图1示出了典型的现有技术工艺流程图，其中，对工作台(露天矿)或开放面(地下)矿井10中的矿石进行钻孔，并爆破12至400mm的颗粒尺寸P80。爆破的矿石用例如铲车或装载机装载14，并用卡车或输送带运输15到加工设施18。

本发明的目的是解决上述问题。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于采矿和加工矿石的方法，其中：

·至少一个移动粉碎设备位于正被开采的矿体附近，所述至少一个移动粉碎设备包括至少一个移动破碎单元和至少一个移动研磨单元；

·在移动粉碎设备中将来自矿体的破碎的矿石粉碎成易于泵送而无需使用特殊的载液的尺寸，优选粉碎成在0.05至1mm之间、优选在0.1至0.8mm之间、更优选在0.2至0.5mm之间的颗粒尺寸p50；以及

·将粉碎的矿石与水混合形成浆料。

矿体可以是地下矿井的开放面，也可以是露天矿坑的挖掘面。

“移动”是指粉碎设备不需要大量的地基，并且可以与前进的矿体的开放面或挖掘面一起移动。

“附近”在地下矿井的情况下是指距开放面在直接装载至200m之间的距离，并且在露天矿坑的情况下是指距挖掘面在直接装载至500m之间的距离。

通常，该方法将包括以下步骤：

从开放面或挖掘面破碎岩石；

将破碎的岩石装载运输至粉碎设备；

在粉碎设备中粉碎矿石；

将粉碎的矿石与水混合形成可泵送的浆料；以及

将浆料泵送到加工设施。

移动破碎单元通过使用冲击法、磨耗法、剪切法、压缩法或其组合来减小破碎的矿石的尺寸，优选减小到100至400mm、更优选100至300mm、更优选150至250mm、并且更优选约200mm的尺寸。

移动研磨单元将从移动破碎单元接收的颗粒尺寸减小到0.05至1mm之间的细的颗粒尺寸p50。

移动研磨单元优选是Vero Liberator^TM、EDS^TM、Pulverdryer^TM或DevourX^TM。

可以将浆料从至少一个移动粉碎设备泵送到集水坑中，在集水坑中将浆料增稠以形成适合于使用合适的泵送设备从矿井运输的可泵送浆料。该浆料通常具有40至75wt％固体的密度。

优选地，破碎的矿石的p80颗粒尺寸为约200mm或更小、优选约100mm或更小。

可以通过在爆破机、岩石切割机、钻孔机中进行破碎或通过在移动破碎单元中对爆破的矿石进行破碎来实现破碎。

根据本发明的方法，随着从开放面或挖掘面直接装载的推进，粉碎设备和破碎间歇地移动。

可选地，浆料在泵送到加工设施或存储区域之前可以通过预选矿工艺(例如粗浮选、重力分离或筛分)进行处理，以降低待开采的矿石的边界品位；或将较高品位的矿石送到加工设施或存储区域。

来自开采和/或预选矿的废料部分可以堆放为自由排水堆，从而回收水。

来自开采和/或预选矿工艺的废料可以泵送并作为回填物沉积到矿井中。

用于将粉碎的岩石制成浆料的水可以选自天然存在并且为了开采而移除的汇集地下水、来自加工设施或预处理工艺的回水、补充水或其组合。

附图说明

图1是现有技术工艺的示意图。

图2是本发明的工艺的示意图。

具体实施方式

广义地说，本发明使用位于工作采矿面附近的多个移动粉碎系统，以使从矿石装载过程到移动粉碎系统的运输距离最小。

大型矿井所需的吞吐能力可以通过爆破中改进的破碎来实现，产生的爆破岩石的尺寸通常与一次和二次破碎的产品相关(例如p80小于20cm)。或者，可以使用各种岩石切割机或钻孔机破碎岩石。这种改进的破碎由移动破碎单元(例如矿物筛)进行补充，其可以减少破碎的任何尺寸过大。

最近，已经开发了替代类型的研磨机，其中以Vero Liberator^TM(在US2016228879中描述，其内容通过引用并入本文)、Pulverdryer^TM(在WO2008005097中描述，其内容通过引用并入本文)、EDS^TM(在WO2004094056中描述，其内容通过引用并入本文)和DevourX^TM为例。这些研磨机虽然尚未商业化或在技术上尚未完全理解，但似乎依赖于冲击破碎。

它们通常进行干燥，然后将物料研磨到与常规球磨机相似的研磨尺寸。这些机器的支持者声称改进的干磨、能源效率和改善的矿物颗粒提取是其优势。

这些研磨机的一个特点是其所需的地基最少，因此提供了创造半移动(例如，每隔一个月或两个月就可以移动的滑道上的机器)或甚至全移动(即，可以与装载过程一起移动的轨道上的机器)的潜力。为了本专利说明书的目的，术语移动和半移动将可互换使用。

本发明结合了可替代的研磨技术，其不同于常规旋转磨机，不需要大量的地基。它们还显示出较低的能量要求，并实现了较大的尺寸减小率(比进料小＞50倍)，从而减少了再循环和分级的需求，以产生适合于泵送的颗粒尺寸分布。因此，它们具有在移动中使用的潜力。这些替代研磨技术的一些此类示例包括Vero Liberator^TM、Pulverdryer^TM、EDS^TM和DevourX^TM。

参考图2并且根据本发明的一个实施方式，对来自工作台(露天矿)或开放面(地下)矿井20的矿石进行钻孔和爆破22，以增加碎裂。钻孔和爆破的矿石通过直接用铲车或输送带装载24或通过到移动粉碎单元26的卡车运输而输送到移动粉碎单元26。移动粉碎单元26通常包括移动破碎单元和移动研磨单元。将矿石(岩石)在移动研磨单元上粉碎至适合浆料泵送而无需使用特殊设计的非牛顿载液的尺寸。该尺寸是通常在0.05到1mm之间的p50，并且矿石的浆化使得与粉尘管理有关的问题最小化。在此粒径下，通常从移动粉碎泵送至中央泵送集水坑，在此用专门设计的泵进行泵送，该泵具有足够的扬程，可以通过管道28将浆料从矿井运到加工厂30。

随着采矿面的移动，粉碎系统可以更靠近采矿面重新定位，并且在多个研磨单元和中央集水坑之间的浆料输送管道易于延长，因此输送系统可以随着矿井位置的变化而演变。

通过对泵送系统进行适当的设计，采矿面与集水坑之间以及集水坑与加工厂之间的倾斜度或弯曲度均不受限制。这为矿井设计提供了相当大的灵活性，目前矿井设计在空间上受到限制，由于需要使用重型移动设备进行运输或固定的、几乎线性从矿井将物料运出。

用于运输的管道的直径比移动设备或甚至输送带所需的直径小得多，因此可以大大减少通道、竖井、坡道或漂流物的尺寸。车辆唯一需要的是进入采矿面，而不是常规的矿石运输，因此减少了双向通道的需要。管道可以设置成通过任何倾斜或弯曲，从而消除了矿井设计中的限制。倾斜度不再受卡车运输所需的限制。而且弯曲的直径不再受装载设备的转动圈数的限制。通过车辆的数量最小，因此，大大减少了间隙宽度的需求。

矿井设计中的这种更大的灵活性转而减少了为开采矿石而必须挖掘的废石量，并打开了以前开采不经济的矿体区域。

浆料以高浆密度进行运输，受摩擦和随矿石运输的适量水的限制，运输中的能量效率低下。消除了传统运输中用于移动岩石的容器(例如，输送带或卡车车身)、岩石所消耗的能量。

此外，也最小化了与卡车运输和传送相关的环境影响(例如扬尘或泄露)。

从工厂的传统场所转移研磨意味着大多数产品的尺寸都可以形成下一阶段加工的直接进料，特别是将浆料进料到预选矿工艺(例如，粗粒浮选、重力分离或筛分)。即使最终需要进行更精细的研磨以达到所需的回收率或品位，位于工厂的传统的SAG磨机和许多球磨机产能也会降低。因此，移动粉碎设备所需的能量被加工能量的减少所抵消。

如果矿井还需要运输中等数量的废料(次边界品位)，则可以使用同一系统来实现。仅在需要大量后推的情况下，散装物料处理才合适。

如果存在预选矿以消除脉石，则可以将研磨单元的产品尺寸设置为产生可以堆放和排水的预选矿残渣，从而回收大部分水，而不会产生过多的尾矿。这样可以实现降低的矿山的边界品位，从而通过移动研磨和泵送提高了矿石与废料之比。

综上所述，本发明使矿井可以围绕矿体的形状进行设计，而不是围绕岩石的运输进行设计。

露天矿井情况

本发明以在矿井和矿物加工设计中能够实现更大的设计灵活性和资源利用效率的方式结合了多种技术。

首先是移动粉碎系统，可将岩石转化成可泵送的浆料。这是通过技术集成来实现的，其中每个粉碎步骤的设定点均设置为满足后续步骤的进料的规格。进行破碎以确保到移动破碎机的进料含有用于破碎机的最小量的尺寸过大的岩石。它通常约为750mm，优选更小，以增强移动破碎机的移动性。合适的移动破碎设备的示例是由Mining MachineryDevelopments(MMD)制造的。

破碎的产品必须适合于向移动研磨单元供料。合适的研磨设备的示例是VeroLiberator^TM。此类设备的最大进料尺寸通常约为200mm，优选更小。Vero Liberator^TM(如“Borg,Gregor&Scharfe,Felix&Kamradt,Andreas.(2015).Improved ParticleLiberation by High-Velocity Comminution–the new VeRo

Cuprum-Czasopismo Naukowo-Techniczne Gornictwa Rud.75.5-14”中所描述的)是一种用作干磨机使用的设备。可以通过用湿式洗涤器代替灰尘过滤器来简化该设备，以直接生产适用于泵送的浆料。

根据空间问题，可以将矿井设计为直接从铲车装载到粉碎系统，或者采用一组穿梭卡车在采矿面和粉碎系统之间运输物料。

然后将浆料从移动研磨的出口泵送到保持的集水坑。由于移动粉碎系统随着采矿的前进而移动，安装了额外的管道，以将粉碎系统连接到中央集水坑。在中央集水坑中，可以将研磨的物料增稠至最佳密度，以将其从矿井泵送到加工厂。为此目的所需的泵是本领域技术人员众所周知的。

Vero Liberator^TM将岩石减小到可泵送尺寸所需的能量<5kwh/t(参考)。在此功耗下，可以加工低于当前CoG的矿石，特别是将新的运输设计与粗脉石去除技术(例如粗浮选)结合使用时。

对于仍低于修订的矿石CoG的任何废料，可以将其粉碎并泵送到尾矿，或通过常规方式进行运输。

可以通过常规的装载和运输技术去除接近矿石所需的极低品位的覆盖层(预剥离)。但是，高效研磨、低成本运输和早期粗脉石去除的结合意味着大型矿体(如斑岩铜矿床)中的所有物料实际上都可以作为矿石进行加工。

考虑到在长距离上泵送的灵活性，可以将加工厂安置在其他更合适的位置，而不是紧邻矿井。

泵送系统的路线可以选择为用于优化矿山设计，并且可以沿着巷道或直接在矿坑壁上方。在露天矿坑中，坑壁角度可以变陡，直至岩石完整性的极限。工作台的宽度可以减小到足够的宽度，以允许偶尔的移动设备访问，而不是连续拖运。对于陡倾的矿体，这对所需的预剥离量(矿剥采比)有很大影响。

地下情况

在地下情况下，移动破碎和研磨的位置靠近工作面。岩石用轨道车运输或输送很短距离到粉碎系统，在粉碎系统可以将粉碎的岩石制成浆料，然后泵送到中央集水坑中，用于增稠，然后从矿井中水力提升。

如果矿井中没有足够的天然水，则可以将水从地面转移，以用于制成浆料，然后以浆料的形式返回地面。

Vero Liberator^TM实现的较低的研磨能量与使用选矿技术(例如，粗浮选)去除脉石的潜力相结合，意味着废石和矿石都可以在通用基础设施中运输。

从矿井泵送磨碎岩石的能力也对访问矿石所需的开发产生了重大影响。不再需要将岩石运输到坡道外或竖井上方的地面。相反，可以将岩石(矿石和废料)制成浆料，并且既可以通过提升孔垂直地泵送出，也可以沿着现有的开发路线泵送出。

不需要常规的将矿石和废石通过坡道用矿车运输或输送到地面或到中心竖井的开发规模，与其他交通用户共享相同的访问路径，可以提高地下矿井设计的许多方面。可以利用更陡峭的开发而不受上坡运输的限制。由于大大减少的交通量，以及通道的尺寸受限于单车通行所需的尺寸，以及偶尔通过的凹进，可以进行更窄的开发。

由于减少了交通活动和灰尘的产生，通风要求也随着移动的空气量的减少而降低。

如果在地下矿井中需要回填，则可使用移动研磨设备来粉碎废料并在地下产生回填物，然后将其泵送到要填充的区域。确实，在许多矿井设计中，许多正在进行的开发废料都可以放置在采空的采场中，而不是必须带到地面。

使用本发明的方法：

矿井的设计可以根据浆料运输路线而不是卡车运输或输送的要求进行调整。这样可以提高矿石与废料的比例。

可以减小运输隧道的直径，并且增加道路倾斜角度，以超过传统运输方法可以达到的角度。

减少了露天矿坑矿物运输的要求，从而可以增加矿坑的倾斜角度。

Claims (20)

1.一种用于开采和加工岩石矿石的方法，其中：

至少一个移动粉碎设备位于正被开采的矿体附近，所述至少一个移动粉碎设备包括至少一个移动破碎单元和至少一个移动研磨单元，其中，所述矿体是地下矿井的开放面，或者是露天矿坑的挖掘面，并且其中，随着正被开采的矿体的开放面或挖掘面的推进，所述至少一个移动破碎单元和至少一个移动研磨单元间歇地移动；

在至少一个移动破碎单元中将来自矿体的破碎的矿石粉碎成在100mm至400mm之间的尺寸，并在所述至少一个移动研磨单元中将来自所述破碎单元的破碎的矿石研磨成在0.05至1 mm之间的颗粒尺寸p50；

在不存在额外的非牛顿载液的情况下，将粉碎的矿石与水混合形成可泵送的浆料；以及

将浆料泵送到加工设施。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，粉碎的矿石的颗粒尺寸p50在0.1至0.8mm之间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，粉碎的矿石的颗粒尺寸p50在0.2至0.5mm之间。

4.如权利要求1所述的方法，其中，移动粉碎设备 位于地下矿井中直接装载处至距开放面200m；或者位于露天矿坑中，直接装载处至距所述挖掘面500m。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

破碎来自开放面或挖掘面的岩石；

将破碎的岩石装载至粉碎设备；以及

在粉碎设备中粉碎矿石。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，移动破碎单元通过使用冲击法、磨耗法、剪切法、压缩法或其组合来减小破碎的矿石的尺寸。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，移动破碎单元将破碎的矿石减小到100mm至300mm之间的尺寸。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，移动破碎单元将破碎的矿石减小到150mm至250mm之间的尺寸。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，移动破碎单元将破碎的矿石减小到200mm的尺寸。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，将浆料从所述至少一个移动粉碎设备泵送到集水坑中，在集水坑中将浆料增稠以形成所述可泵送的 浆料。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，可泵送的 浆料具有40至75wt％固体的密度。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，破碎的矿石的p80的颗粒尺寸为200mm或更小。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，破碎的矿石的p80的颗粒尺寸为100mm或更小。

14.根据权利要求6所述的方法，其中，通过在爆破机、岩石切割机、钻孔机中进行破碎或通过在移动破碎单元中对爆破的矿石进行破碎来实现破碎。

15.根据权利要求1所述的方法，其中，浆料在泵送到所述加工设施或存储区域之前通过预选矿工艺进行处理。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，预选矿工艺是粗浮选、重力分离或筛分。

17.根据权利要求1所述的方法，其中，采矿和/或预选矿工艺中产生的废物部分堆放为自由排水堆，从而回收水。

18.根据权利要求1所述的方法，其中，采矿和/或预选矿工艺中产生的废料可以泵送并作为回填物沉积到矿井中。

19.根据权利要求1所述的方法，其中，用于制浆的水是天然存在的汇集地下水、来自加工设施或预选矿工艺的回水、补充水或其组合。

20.一种用于开采和加工岩石矿石的方法，其中：

至少一个移动粉碎设备位于正被开采的矿体附近，所述至少一个移动粉碎设备包括至少一个移动破碎单元和至少一个移动研磨单元，其中，所述矿体是地下矿井的开放面，或者是露天矿坑的挖掘面，并且其中，随着正被开采的矿体的开放面或挖掘面的推进，所述至少一个移动破碎单元和至少一个移动研磨单元间歇地移动；

在至少一个移动破碎单元中将来自矿体的破碎的矿石粉碎成在100mm至400mm之间的尺寸，并在所述至少一个移动研磨单元中将来自所述破碎单元的破碎的矿石研磨成在0.05至1 mm之间的颗粒尺寸p50；

在不存在额外的非牛顿载液的情况下，将粉碎的矿石与水混合形成可泵送的浆料；以及

将浆料泵送到加工设施，

其中，所述可泵送的浆料具有40至75wt％固体的密度。

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