CN1306583A - 采用挤压床方式在低压下粉碎矿石的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过挤压粉碎处理包含有用成分的非均相材料的方法和设备。在低压和材料堆密度低的条件下,在颗粒床中挤压该材料,优选不超过释出所需有用成分所必须的,从而将细料的生成减少到最少。对材料施加的挤压床压力不超过300MPa,优选至多50MPa,更优选30MPa。优选该方法以开路方式操作。与常规的粉碎技术相比,这些措施出人意外地增加了有用成分的释出。

Description

采用挤压床方式在低压下粉碎矿石的方法和设备

                    发明背景

本发明涉及一种处理如金属矿石之类包含有用成分的材料的方法，以及一种实现这种方法的设备。

                   发明概述

根据本发明，提供一种通过挤压粉碎处理包含有用成分的非均相材料的方法，该方法包括在低压和材料堆密度低的条件下，在颗粒床中挤压包含有用成分的材料，从而优选释出有用成分，并使超过释出有用成分所需程度的材料粉碎减少到最少。

包含有用成分的粒状材料承受挤压床的压力，优选不超过300MPa，更优选不超过50MPa，或更优选不超过30MPa。

优选颗粒材料床的堆密度，比制备颗粒的材料的密度低至少20％。

可以使包含有用成分的材料经过多个挤压循环。

优选通过适宜地调节，例如通过在至少某些挤压循环之间的粒度分级步骤，来维持颗粒材料床的空隙率(即颗粒材料床的堆密度与制备颗粒的材料的密度的比例)。

该方法包括以开路方式挤压包含有用成分的材料。所谓的“开路方式”，是指被粉碎的材料或其一部分不与给料一起返回。

该方法优选产生具有所需比例的富集所选的相即矿物或金属的细粒级和贫化所述的相即矿物或有用成分的粗粒级，将细粒级与粗粒级分离，进一步处理这二个粒级中的至少一个粒级。

可废弃粗粒级，或对粗粒级经重复破碎步骤，将所得的破碎材料分离成第二级粗粒级和第二级细粒级，从第二级细粒级中回收所选的相即矿物或有用成分。

在材料破碎以后，优选采用根据所需有用成分的质量、有用成分的回收率和粗细粒级中有用成分的品位计算的分级粒度，进行粗细粒级的分离。

包含有用成分的非均相材料可以是天然的或人工合成的，它们一般包括含金属的矿石、精矿、冰铜或熔渣。

非均相的材料可以是，例如贱金属矿石、金矿石、钻石矿石、铂矿石或钛熔渣。

根据本发明，还提供一种以挤压粉碎处理包含有用成分的非均相材料的设备，其中包括：

配置至少一台第一级破碎机，使包含有用成分的材料在颗粒床中

进行一个或多个挤压循环；

调节破碎机操作的控制装置，使包含有用成分的材料承受的床压

力不超过300MPa，以便产生具有所需比例的富集有用成分的细粒

级和贫化有用成分的粗粒级，从而优选释出所述的有用成分，同

时使超过释出有用成分所需程度的材料粉碎减少到最少；和

至少第一级分离装置，用于将已破碎材料的细粒级与粗粒级分

离。

优选配置控制装置，以便调节破碎机的操作，使包含有用成分的材料承受的床压力不超过50MPa，优选不超过30MPa。

优选配置分离装置，以便维持所需的材料床空隙率值，使颗粒材料床的堆密度低于制备颗粒的材料的密度。

优选第一级装置是按照非均相材料中包含有用成分的化合物或矿物的原有粒度调节的，从而使超过释出有用成分所需程度的材料粉碎减少到最少。

优选配置将细粒级与粗粒级分离的分离装置，使设备中产生的超细粉末减少到最少。

该设备可包括至少一台第二级破碎机和至少第二级分离装置，前者由第一级破碎机排料中的粗粒级进料，后者将第二级破碎机排料中的细粒级与粗粒级分离。

对优选实施方案的说明

本发明特别适合对天然的或人工合成的包含有用成分的非均相材料的粉碎，例如对贱金属矿石、金矿石、铂矿石、钻石矿石、含金属的熔渣和冰铜等的粉碎。根据规定，在颗粒床中的挤压破裂，也被称作颗粒间的粉碎，优选使颗粒沿晶粒的边界破裂。这就能通过脉石成分的最小裂缝，将有用的矿物从非均相材料中释出出来，脉石成分往往以不连续的晶粒或砾石形式的材料存在。

在这方面，超细粉末的生成主要发生在颗粒接触部位的损坏区域。如果压缝随后扩大，又没有这些碎决可以进入的空处，所得的碎块还会进一步破碎。在这种情况下，当粉碎过程的能量消耗相同时，超细粉末的生成增加，显然限制了对下游操作的选择和这些操作的效率。

本发明有赖于施加较低的挤压压力，本发明还包括维持某个最小空隙率或颗粒材料床堆密度的步骤。本发明的方法的目的，是在原有的粒度下最大限度地释出有用成分，也就是使细料的生成最少。这与常规的挤压粉碎不同，例如在水泥磨碎或煤的粉碎中，目的在于生成细料，因此挤压的压力很高。

应用这些原理，在脉石成分的破裂最小时，就能引起非均相材料中有用成分的释出，脉石成分往往以不连续的晶粒或砾石的形式存在于材料中。应用这些原理，还能将被释出有用成分的粉碎减少到最少，被释出有用成分的粉碎，一般是不需要的，因为有用成分的过度粉碎，往往会使下游的处理更加困难。目前，这种过度粉碎，实际上已将操作人员限制在作为进一步处理手段的浮选和浸出过程中。

本发明的要点，包括使上述的各种材料进行粉碎或破碎的方法，其中包括在设计的场合，在较低的压力下进行一次或多次挤压，优选压力低于50MPa，或甚至为30MPa，但在任何情况下都低于300MPa，以便将破裂产品的连续挤压降低到最小。

对于这个或这些粉碎步骤，释出过程优选在开路中进行，但可以认为，以本发明的粉碎技术为主的方法，也能在闭路中令人满意地操作，视给料的特性、目的和随后的下游处理方法而定。

在研究矿物释出的基本原理时，申请人进行的分批实验所得的数据证明，在低压下单级挤压，大大地提高了有用成分的释出。在中间工厂中应用这些概念，意外地证明，采用较低的压力，和充分地利用粒度分级维持松散的颗粒床，使有用成分的释出增加，并按照下游处理的要求，同时将细料的生成减少到最少。这种效果是采用常规粉碎所达不到的，至少不能基本上达到，采用高压和/或高床密度的挤压粉碎，也达不到这种效果。

然而，如果在材料的组成中，有用材料天然生成的晶粒比脉石成分还细，可运用本发明的方法，优选使有用成分移送到较细的粒级中，随后排除母岩，任何成分都不会产生不经济的细料。

在产品筛分时，会将矿石分离成低品位的粗粒级和高品位的细粒级。换句话说，本发明的方法能优选将有用的矿物移送到产品较细的粒级中。

分批挤压以及中间实验还证明，有用矿物的移送取决于矿石挤压粉碎过程中，对其施加的压力和赋予矿石的能量。在较低的能量和压力下，细粒级中有用矿物品位的提高，出人意外地显著增加，压力一般低于50MPa，优选低于30MPa。还发现，在贫化的粗粒级的有用矿物方面，较低的压力比高压更有效。

现在参看图1的高度简化图，在原型设备中，破碎机10是一台Rhodax 300惯性圆锥破碎机，给料的最大尺寸为45mm。使材料在这台机器的破碎室中，发生挤压粉碎的破碎作用。在破碎室中的最大压力不超过30MPa，实际测定为17MPa。在排料之前，每个颗粒都经过多次挤压循环。设定破碎室的间隙为12mm，在不平衡质量下的转速为1700rpm。达到的处理量为6.4t/h，净电力消耗为3.2kWh/t。

然后将破碎的材料排出到一台分级机或分离器12上，将排料分成二个粒级，粗粒级包含粒度大于分离器分级粒度的材料，细粒级包含粒度小于分级粒度的所有材料。分级排料采用的筛孔尺寸为3mm。

重要的是，粗粒级不返回破碎机。换句话说，破碎机是以开路方式操作的，破碎机的排料不与给料一起重新返回破碎机。

测定粗细粒级的金品位，发现细粒级的金品位显著提高，而粗粒级的金品位却贫化。这种情况以图3和4中的曲线示出。图3是表示破碎机10给料特性的曲线，该曲线示出金按粒度的典型移送，金的回收率曲线(三角形符号)几乎与质量分布曲线(菱形符号)重合，在每一种粒度下都非常接近。这意味着，在某个粒级中金的百分数等于该粒级中材料的质量百分数。金品位的曲线形状(正方形符号)也与质量分布曲线相似。与其对比，图4的曲线示出破碎机10的排料特性。

破碎机的排料明显较细，较多的质量进入较细的粒级。金的回收率和金的品位曲线已完全与质量分布曲线分开，这清楚地表明开路低压粉碎对非均相矿石的有利作用。

为与目前的常规粉碎系统进行比较，下面将叙述本发明处理方法的具体实施例。

实施例1

根据本发明的方法，采用半工业规模的惯性圆锥破碎机，粉碎威特沃特斯兰德的金矿石，其金含量为3.5g/t。结果如下：

  惯性圆锥破碎机给料                 惯性圆锥破碎机产品通过尺寸 累计质量 累计金回收率      累计质量 累计金回收 率累计金品位(mm)       (％)        (％)           (％)       (％)        (g/t)30         77.3        77.3           100.0      100.0        3.4520         18.7        19.1            93.1       98.5        3.6514          2.2         1.0            59.3       85.1        4.9510          1.4         0.8            46.5       79.3        5.886           1.1         0.6            30.1       70.5        8.084.75         -           -             25.1       68.8        9.473.36         -           -             20.5       67.1       11.302.36         -           -             17.2       65.2       13.111.7          -           -             14.7       61.0       14.311.18         -           -             12.7       56.9       15.500.85         -           -             10.2       53.1       17.890.6          -           -              8.8       50.1       19.610.425        -           -              7.4       46.5       21.830.3          -           -              5.1       35.7        26.3

在细粒级中有用矿物品位的提高使可在某个尺寸下筛分产品，在细粒级中保留大部分金，但却只有一部分质量。此外，在粉碎或破碎和筛分之前，细粒级的金品位会明显地高于整体样品的金品位。在这个实施例中，在10mm下筛分产品，46.5％的质量和79.3％的金进入细粒级，品位为5.9g/t，而废弃的粗粒级，品位为1.3g/t。

给料的累计金品位为3.5g/t。当然，对排料而言，也是如此。然而，在给料中-3mm粒级的金品位几乎为零时，在排料中相同粒级的金品位，现在却高于11g/t。

金的回收率曲线进一步地说明了这一点。就给料而言，总质量的19％小于20mm，其中包含总金量的18.7％。而对排料来说，只20.5％的总质量小于3mm，但该粒级的总金量却达67％。

注意，这些实验数据是采用中间工厂的半工业Rhodax惯性圆锥破碎机获得的。以相似原理工作的其他装置也是适用的。

在这个流程方案中，重要的操作变量是排料的分级尺寸。在图5中示出，改变分级粒度对材料质量进入粗细粒级的二个对开百分数，以及对二个粒级中有用矿物的品位和回收率的影响。

从图5可以清楚地看出，通过改变排料分级的筛分尺寸，能够控制质量回收率、金回收率和粗细粒级中的金品位。对于目前所述的金而言，这是正确的，对于铜、镍和目前分析数据的其它元素，这也是正确的。就本实施例而言，筛分尺寸为1.7mm，细粒级的总质量刚好在15％以下。该粒级材料包含的总金量为61％，金品位为14.3g/t。粗粒级的金品位(废弃品位)为1.6g/t。在筛分尺寸为10mm时，细粒级的质量为46.5％，所含的金量为79％，金品位为5.9g/t。这时废弃品位降低到1.3g/t。

实验结果还表明，可采用同样的粉碎方案粉碎粗粒级，并对开路挤压粉碎排料的细粒级，观测到金有相似的趋势。该材料必须在低压颗粒间粉碎装置中以开路方式进行再次破碎，将排料筛分成粗粒级和细粒级。必须强调，这并未构成闭路操作，而实际上这是第二级开路破碎，第二级破碎机的给料是来自第一级的粗粒级。

为了将采用本发明方法的结果与采用常规破碎机的结果进行比较，进行了一个实验。将常规破碎机定义为对矿石产生的冲击力不是取决于对矿石碎块所控制的压力，而是通常取决于偏心轴机械移动的破碎装置。将这类装置称作，例如颚式破碎机、旋回破碎机或圆锥破碎机。示于图6的对比实验结果表明，在采用常规破碎产生的细粒级中，有用矿物的品位没有任何提高。

首先将有用矿物的释出特性定义为，在根据本领域的方法，为微观检验这些颗粒制备抛光切片时，矿物面积与颗粒总面积的比例。本发明只研究包含有用矿物的颗粒。其次，将颗粒所含有用矿物的释出特性分为三类，0-25％的比例称作“封闭的”，25-75％称作“中间的”，75-100％称作“释出的”。

实施例2

采用一台实验室球磨机，和根据本发明，通过重复挤压和分级，将铜的硫化物矿石磨碎到100％通过425μm。然后分析212-425μm粒级铜的释出特性。结果如下：

粉碎方法    封闭的％ 中间的％ 释出的％

压力10MPa    19.7     32.3     48.0

压力40MPa    20.4     28.1     51.5

压力50MPa    18.5     20.8     60.7

压力100MPa   17.8     23.2     59.0

球磨机       31.1     30.9     38.0

实施例3

然后，采用实验室棒磨机和实验室半自磨机(SAG mill)，以及根据本发明，采用抽风的立辊式(VR)磨矿机进行中间规模的磨矿工作，将镍的硫化物矿石磨碎到不同的程度。这项工作受后接的泡沫浮选过程的操作特性所控制，泡沫浮选是作为现有技术采用的，磨矿工作要使镍矿物的粒度小于150μm，优选38-150μm，同时将磨碎到小于38μm的脉石量减少到最少。申请人认为这些产品特性对随后的硫化物浮选过程是非常有利的。这些结果如下(所列的压力接近峰值压力)：粉碎方法      -38μ的％   -38μ的％   +38-150μ的％   -150μ的％(整体)          (镍)        (镍)          (镍)棒磨机1         17.95       21.56         13.81         35.42棒磨机2         31.00       35.60         57.36         93.00SAG磨矿机       44.70       51.43         33.60         85.03VR磨矿机1:20MPa 19.06       23.01         40.40         63.41VR磨矿机2:40MPa 18.56    22.90    39.88    62.78VR磨矿机3:40MPa 27.5     32.28    57.05    89.33

这些结果令人信服地证明，在应用本发明的概念时，镍矿物按粒级的移送良好，同时减少了移送到超细粒级的脉石。

申请人相信，应用本发明能将本行业从细磨施加的限制中解放出来。细磨需要采用为回收细颗粒提供的如泡沫浮选和浸出之类的下游配套方法。虽然在实施例和申请中提到了泡末浮选和浸出这些常规方法，但现在由本发明的方法生产的产品，粒度分布较粗，能采用范围较宽的处理方法，其中包括筛分、重介质分离等，其中包括一些较新的方法，例如在南非专利申请97/10731、98/6318和98/7306中公开的一些方法。

申请人认为本发明在采矿和冶金工业上具有许多用途。这些用途包括以下方面：

地下矿石预浓缩

所推荐的粉碎方案可以降低采矿费用，因为采用地下挤压粉碎破碎矿石，接着在适宜的尺寸下进行筛分，将减少必须用矿车水平运送和用绞车竖直提升的材料量，而且又没有明显的金损失。随后可采用粗粒级作为回填材料。高品位的细粒级可泵送和/或提升到地表。在将矿浆泵送到地表的场合，可将氰化物和石灰加到地下的矿浆中。管道中的高压会改善金的浸出动力学，以致在矿浆达到地表时，可以完成大部分反应。这将进一步降低操作费用，或提高冶金厂的处理能力。

对冶金厂的应用

开路低压颗粒间粉碎，对冶金厂具有几个重要意义。优选矿石颗粒沿晶粒边界破裂，将矿物释出出来。对将有用矿物释出到同样程度而言，这降低了对矿石必须磨到的细度要求。同时，这还将被释出矿物的不必要的磨碎减少到最少，并几乎将对下游过程的不利影响减小到最小。这些特性可在以下方面应用：

采矿应用

由开路Rhodax惯性圆锥破碎机的排料，或由按类似原理工作的其它粉碎装置的排料进行供料的采矿流程，可在较高的处理量下操作，因为为释出矿物所需的产品研磨会明显变粗。

在一个实施方案中，可利用Pansep分级机将由挤压粉碎装置生产的高品位的细粒级再次分级，例如，这次是在细得多的分级粒度点上分级的。这个分级点的特性是，在该尺寸以下的材料是足够细的，以致在浸出容器中能保持在悬浮液中。换句话说，可将一部分挤压粉碎的材料直接加入浸出流程中。大于第二级分级尺寸的材料，将经过另一个粉碎步骤，然后才能进行浸出。然而，这只不过是常规采矿流程总给料的一部分(见图2)。

下游过程

来自采矿流程的磨得较粗的产品，对下游过程例如浮选流程会有积极的影响。非常细的材料对浮选流程的操作性能会有不利的影响。这些细料通常是不可避免的，因为采矿流程必须磨到规定的细度，才能达到矿物的释出。采用前述的开路低压方案，可在产品磨得较粗的条件下，达到同样的释出程度，同时意味较高的回收率并能提高试剂的利用率。

从降低所需的停留时间和提高有用矿物回收率的观点，增加有用材料的释出，会改善浸出流程的操作性能。

废弃尾矿的预浓缩

一些巨大的地表尾矿堆是许多采矿作业的特征。这些尾矿堆虽然也含有有用的矿物，但在常规冶金厂中处理是不经济的，因为矿物的品位太低。然而，现在能够在低压粉碎装置中破碎这些材料，把破碎的产品分级，将其筛分成高品位的细粒级和低品位的粗粒级，由于这一事实，为在常规冶金厂中或在堆浸操作中，从废弃的尾矿堆中提取有用矿物创造了机会。

熔渣的处理

在世界范围内，可取得以熔渣形式的大量合成材料。其中含有大量的铜、镍和其它有用成分，借助于本发明可以有效地释出和浓缩它们，从而使整个回收过程容易进行。

泡沫浮选给料的制备

所推荐的粉碎方案能降低粉碎的成本，因为在有用成分的回收率和产品质量方面，能在比常规粉碎粒度较粗的条件下，达到给定的泡沫浮选操作性能。这特别适合含有天然漂浮的，和/或非常容易过粉碎的物相。

堆浸给料的制备

通过应用本发明主题的这些原理，提高了有用成分的释出程度，制备的堆浸给料粒度可比应用常规技术较粗。常规技术被定义为，一种不取决于对特定材料碎块控制的压力，而通常取决于强制颗粒通过具有一定开口的通道(如在大多数的颚式破碎机和圆锥破碎机等中)，或冲击和磨碎(如在通用的球磨机、棒磨机、自磨机和半自磨机等中所发生的)的技术。堆浸给料的粒度较粗，能使堆浸的渗滤速度较高，空气向堆体中的渗透也较好，使浸出动力学和提取率比常规可能达到的更快和更高。

根据上述可以理解，本发明的方法可为采矿作业提供许多好处。在地下采矿中，采用本发明的方法，通过减少提升到地表的材料量，可以降低采矿成本。在与常规采矿流程一起使用时，本发明的方法会使矿物的释出程度提高，降低研磨程度，提高处理量和减少磨矿机的给料。在下游处理过程中，本发明的方法将减少浮选流程中的细料，使有用矿物的过磨较少，这会改善浸出动力学、提高回收率并降低试剂消耗。本发明也适合处理堆浸处理废弃的尾矿堆或低品位矿石。

Claims (20)

1．一种通过挤压粉碎处理包含有用成分的非均相材料的方法，该方法包括在低压和材料堆密度低的条件下，在颗粒床中挤压包含有用成分的材料，从而优选释出有用成分，使超过释出有用成分所需程度的材料粉碎减少到最小。

2．根据权利要求1的方法，其中使包含有用成分的粒状材料承受挤压床的压力不超过300MPa。

3．根据权利要求2的方法，其中使包含有用成分的粒状材料承受挤压床的压力不超过50MPa。

4．根据权利要求3的方法，其中使粒状材料床承受挤压床的压力不超过30MPa。

5．根据权利要求1-4任一项的方法，其中颗粒材料床的堆密度比制备颗粒的材料的密度低至少20％。

6．根据权利要求5的方法，其中包含有用成分的材料经受多个挤压循环。

7．根据权利要求6的方法，其中颗粒材料床的空隙率，是在至少某些挤压循环之间，通过适宜的调节维持的。

8．根据权利要求7的方法，其中所述的调节，包括粒度分级步骤。

9．根据权利要求1-8任一项的方法，其中包括以开路方式挤压包含有用成分的材料。

10．根据权利要求1-9任一项的方法，其中产生具有所需比例的富集所选的相即矿物或金属的细粒级和贫化所述的相即矿物或有用成分的粗粒级，使细粒级与粗粒级分离，进一步处理这二个粒级中的至少一个粒级。

11．根据权利要求10的方法，其中废弃粗粒级。

12．根据权利要求10的方法，其中对粗粒级重复进行破碎步骤，将所得的破碎材料分离成第二级粗粒级和第二级细粒级，从第二级细粒级中回收所选的相即矿物或有用成分。

13．根据权利要求10-12任一项的方法，其中在材料破碎以后，采用根据所需有用成分的质量、有用成分的回收率和粗细粒级中有用成分的品位计算的分级粒度，进行粗细粒级的分离。

14．一种通过挤压粉碎处理包含有用成分的非均相材料的设备，其中包括：

配置至少一台第一级破碎机，使包含有用成分的材料在颗粒床中进行一个或多个挤压循环；

调节破碎机操作的控制装置，使包含有用成分的材料，承受床的压力不超过300MPa，以便产生具有所需比例的富集有用成分的细粒级和贫化有用成分的粗粒级，从而优选释出所述的有用成分，同时使超过释出有用成分所需程度的材料粉碎减少到最少；和

至少第一级分离装置，用于将破碎材料的细粒级与粗粒级分离。

15．根据权利要求14的设备，其中配置控制装置，以便调节破碎机的操作，使包含有用成分的材料承受床的压力不超过50MPa。

16．根据权利要求15的设备，其中配置控制装置，以便调节破碎机的操作，使包含有用成分的材料承受床的压力不超过30MPa。

17．根据权利要求14-16任一项的设备，其中配置分离装置，以便维持所需的材料床空隙率值，使颗粒材料床的堆密度低于制备颗粒的材料的密度。

18．根据权利要求14-17任一项的设备，其中第一级装置，是按照非均相材料中包含有用成分的化合物或矿物的原来粒度调节的，从而使超过释出有用成分所需程度的材料粉碎减少到最少。

19．根据权利要求14-18任一项的设备，其中配置将细粒级与粗粒级分离的分离装置，使设备内生成的超细粉末减少到最少。

20．根据权利要求14-19任一项的设备，其中包括至少一台第二级破碎机和至少第二级分离装置，前者加入第一级破碎机排料中的粗粒级，后者用于将第二级破碎机排料中的细粒级与粗粒级分离。

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