尾礦再選浮選機(jī)的研究與應(yīng)用

隨著有色金屬工業(yè)的不斷發(fā)展，礦產(chǎn)資源生產(chǎn)中產(chǎn)生的尾礦總量迅猛增長(zhǎng)，每年僅磁鐵礦尾礦就增加3億t，這些廢棄物對(duì)礦區(qū)及冶煉廠周邊的生態(tài)環(huán)境造成破壞和污染，而且其中的有用組分未得到回收利用，造成了大量的資源浪費(fèi)。尾礦中有價(jià)組分的綜合回收主要是指對(duì)尾礦的再選。由于技術(shù)水平、裝備性能和選礦工藝的限制，造成有用組分流人尾礦中，20世紀(jì)90年代以來，凡具備條件的礦山都開始了尾礦的再選工作。例如，包鋼選礦廠從尾礦中回收稀土；攀鋼公司從釩鈦磁鐵礦磁選尾礦中回收鈦；馬鋼南山鐵礦選礦廠從尾礦中回收硫、磷；酒鋼樺樹溝鐵礦從鐵尾礦中回收重晶石等。

浮選是根據(jù)礦物顆粒表面物理化學(xué)性質(zhì)的不同，按礦物可浮性的差異進(jìn)行分選的方法。作為目前最有效的選礦方法之一，浮選的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，包括其它選礦方法難以奏效的細(xì)泥物料的處理，老選礦廠尾礦的再處理，各種廢舊金屬材料的回收以及各種廢料的處理、利用，以及污水的凈化等。因此，從經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的雙重角度出發(fā)，越來越多的選礦廠采用浮選設(shè)備進(jìn)行尾礦的再選，以提高礦產(chǎn)資源利用率。

與一般礦物相比，尾礦具有貧、細(xì)、雜，密度大，入選礦漿濃度較高，嵌布粒度呈粗細(xì)兩頭分布等特點(diǎn)，因此，一般常規(guī)浮選機(jī)無法滿足尾礦浮選的特殊要求。針對(duì)尾礦浮選的工藝特點(diǎn)，結(jié)合自身研究浮選機(jī)的豐富經(jīng)驗(yàn)，北京礦冶研究總院先后研制了2、4、8、16、30、40m3等6種規(guī)格的尾礦再選浮選機(jī)，取得了良好的浮選效果。

1、尾礦性質(zhì)

用于有用金屬再回收的尾礦除具有貧礦石貧、細(xì)、雜的特點(diǎn)外，其性質(zhì)與原礦性質(zhì)有差異。尾礦中不僅有貴金屬、有色金屬、黑色金屬，還有大量非金屬，且其中的難選金屬礦物多以連生體、細(xì)粒、微細(xì)粒存在，既有以硫化礦物形式存在又有以氧化礦物形式存在，且硫化礦物因長(zhǎng)時(shí)間堆放表面發(fā)生氧化。針對(duì)尾礦的特殊復(fù)雜情況，欲綜合回收尾礦中的鉛、銻、鋅、錫、硫、砷等有價(jià)物質(zhì)，就對(duì)選礦處理工藝及其設(shè)備提出了較高的要求，增加了選別難度。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，待處理的尾礦性質(zhì)變化大，尾礦細(xì)度不均勻，銅、金、鐵等可回收元素的解離程度不一致，因此，選礦工藝流程和設(shè)備要有較強(qiáng)的適應(yīng)性，單一的選礦工藝流程難以有效回收尾礦有價(jià)元素，特別是當(dāng)尾礦粒度粗時(shí)，有用礦物解離度相對(duì)較低，尾礦一定要經(jīng)過再磨；而當(dāng)尾礦粒度較細(xì)、有用礦物解理度相對(duì)較高時(shí)，采用尾礦再選專用浮選設(shè)備則往往能夠達(dá)到理想的選別效果。

2、應(yīng)具備的性能特點(diǎn)

由于尾礦浮選時(shí)礦漿密度大、濃度高、易沉槽、粒度呈兩頭分布等特點(diǎn)，通過研究浮選機(jī)內(nèi)大密度礦物與氣泡的碰撞、黏附、脫落等過程以及影響這些過程的因素可知，尾礦浮選在不同過程及同一過程中對(duì)流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)的要求并不完全相同。為了回收尾礦中的有用礦物，就要求浮選機(jī)流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)能夠滿足尾礦中不同粒級(jí)、不同密度礦物的浮選要求。尾礦再選專用浮選機(jī)必須具有以下性能特點(diǎn)：

1)有較強(qiáng)的攪拌區(qū)域，能夠使較大密度礦粒充分懸浮，同時(shí)保證氣泡能均勻地分散在礦漿中。

2)具有較大的充氣量，以形成部分直徑大一點(diǎn)的氣泡，有利于負(fù)載大密度粗粒礦物上浮，同時(shí)提高礦粒與氣泡的碰撞、黏附概率。

3)葉輪對(duì)礦漿的攪拌力相對(duì)要弱，降低礦漿的湍流強(qiáng)度，有利于大密度粗顆粒礦粒與氣泡集合體的形成和順利上浮，防止礦粒脫落。

4)有一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的分離區(qū)和穩(wěn)定的泡沫層，減少礦粒從氣泡上脫落的概率。

5)浮選機(jī)槽體要盡量淺，減小負(fù)載大密度粗顆粒礦物的氣泡上升距離，減小脫落概率。

以上有些要求是相互矛盾的，因此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何巧妙地解決這些矛盾，為不同粒級(jí)的尾礦礦粒在同一個(gè)浮選機(jī)內(nèi)創(chuàng)造適合的流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境，提高浮選機(jī)的工藝性能。

3、結(jié)構(gòu)和工作原理

尾礦再選浮選機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖l，主要由主軸部件、電機(jī)裝置、槽體部件等組成，主軸部件包括葉輪、空氣分配器、空心主軸、軸承體和大皮帶輪等，槽體部件包括槽體、格柵板、循環(huán)通道及假底等，定子固定在假底上，隔板與槽體前后壁形成循環(huán)通道，格柵板與槽底的距離大約為槽深的三分之一。

工作原理為：浮選機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，來自鼓風(fēng)機(jī)的低壓空氣通過空心主軸進(jìn)入空氣分配器內(nèi)，然后從空氣分配器周邊的孔進(jìn)入葉輪葉片間，同時(shí)假底下方的礦漿被葉輪下部抽吸進(jìn)入到葉輪葉片間，礦漿和空氣在葉輪葉片間充分混合后，從葉輪上半部向周邊甩出，甩出的礦漿空氣混合物由定子穩(wěn)流后，穿過格子板，進(jìn)入槽內(nèi)上部區(qū)。由于浮選機(jī)內(nèi)格柵板上方的礦漿中含有大量氣泡，而外側(cè)循環(huán)通道內(nèi)礦漿中不含氣泡，于是內(nèi)外礦漿就形成一定壓差，在此壓差及葉輪抽吸力作用下，內(nèi)部區(qū)礦漿和氣泡在設(shè)定的流速下一起上升通過格柵板，將大密度礦物帶到格柵板上方，形成大密度礦物懸浮層，而礦化氣泡和含有較細(xì)礦粒的礦漿則繼續(xù)上升，礦化氣泡升到液面形成泡沫層，含有較細(xì)礦粒的礦漿則會(huì)越過隔板經(jīng)循環(huán)通道進(jìn)入葉輪區(qū)進(jìn)行再循環(huán)。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于尾礦浮選時(shí)礦漿密度大、濃度高、易沉槽、粒度呈兩頭分布等特點(diǎn)，通過研究浮選機(jī)內(nèi)大密度礦物與氣泡的碰撞、黏附、脫落等過程以及影響這些過程的因素可知，設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于改變浮選機(jī)內(nèi)的礦漿循環(huán)方式。因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在槽體結(jié)構(gòu)和葉輪定子的設(shè)計(jì)研究。

4.1、槽體部件設(shè)計(jì)

尾礦再選專用浮選機(jī)的槽體部件設(shè)計(jì)如圖1所示。浮選機(jī)槽體部件包括槽體、格柵板、循環(huán)通道及假底等，定子固定在假底上，隔板與槽體前后壁形成循環(huán)通道，格柵板與槽底的距離大約為槽深的三分之一。槽體內(nèi)被格柵板分成槽內(nèi)上部區(qū)和槽內(nèi)下部區(qū)兩部分。利用葉輪旋轉(zhuǎn)和充氣時(shí)內(nèi)、外循環(huán)通道的壓差來增加槽內(nèi)的礦漿循環(huán)量，保證大密度粗顆粒礦物的充分懸浮，從而盡量減小葉輪攪拌強(qiáng)度，解決大密度粗顆粒礦物所要求的弱攪拌力與易沉槽之間的矛盾。

由于格柵板的存在，使上升的礦漿流通過格柵板的流速增大，從而在格柵板上方形成大密度粗顆粒礦粒的懸浮層，增大礦物的回收率；未礦化的密度較小的礦物則通過前后循環(huán)通道進(jìn)入槽內(nèi)下部區(qū)，被抽吸進(jìn)入葉輪進(jìn)行再循環(huán)，有利于提高常規(guī)粒級(jí)礦物的浮選效果。因此，浮選機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全粒級(jí)回收，滿足尾礦浮選的工藝要求。

4.2、格柵板設(shè)計(jì)

格柵板的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)尾礦的性質(zhì)，選擇合適的格柵板形狀、面積和縫隙大小。確定格柵板縫隙所占的面積是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，它與所處理礦物的密度、粒度組成、礦漿濃度、礦漿循環(huán)量和充氣量等有關(guān)。針對(duì)尾礦浮選的特點(diǎn)．一般情況下縫隙總面積占槽內(nèi)上部區(qū)橫截面積的25%~40%；工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，尾礦浮選時(shí)礦漿中顆粒一般不會(huì)超過30mm，因此格柵板縫隙大多在33~35mm。

尾礦再選專用浮選機(jī)的格柵板用間隔均勻、水平排列的角鋼焊接制成，格柵板能夠拆卸，以方便葉輪、定子等零部件的維護(hù)和更換。

4.3、葉輪定子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

浮選機(jī)流體動(dòng)力學(xué)特性要求葉輪具有大流量、低壓頭的特性，在離心泵的設(shè)計(jì)理論中，中比轉(zhuǎn)速后傾式葉輪能夠滿足這一特性。由于旋轉(zhuǎn)的葉輪會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)礦漿流，礦漿在浮選機(jī)內(nèi)打轉(zhuǎn)嚴(yán)重影響浮選機(jī)的性能，因此需要設(shè)計(jì)與葉輪相匹配的定子，使葉輪甩出的旋轉(zhuǎn)礦漿流經(jīng)過定子后變?yōu)閺较虻V漿流。定子采用下盤封閉徑向短葉片形式，安裝在葉輪周圍斜上方，固定在假底上。

5、生產(chǎn)應(yīng)用

北京礦冶研究總院研制的尾礦再選專用浮選機(jī)解決了尾礦再選時(shí)礦石密度大、礦漿濃度高、易沉槽等技術(shù)難題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并且在國內(nèi)外得到了大量的應(yīng)用。在尾礦再選方面，已應(yīng)用于承德雙灤建龍礦業(yè)有限公司、首鋼礦業(yè)公司三贏鐵礦、銅陵金口嶺銅礦、山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司、河北順達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司、首鋼秘魯鐵礦等磁選尾礦再選。

5.1、承德雙灤建龍礦業(yè)有限公司

該項(xiàng)目回收磁選尾礦中磷、鈦等有價(jià)金屬，由于磁選尾礦密度大、粒度粗、濃度高、易沉槽的特點(diǎn)，原有浮選設(shè)備技術(shù)條件下無法回收。2005年該公司采用了14臺(tái)40m3尾礦再選浮選專用機(jī)解決了尾礦回收的技術(shù)難題，不僅給公司帶來新的經(jīng)濟(jì)收入，而且提高了資源利用率，形成4kt/d生產(chǎn)能力，目前已正常運(yùn)轉(zhuǎn)，流程通暢，節(jié)省生產(chǎn)管理成本約200萬元，累計(jì)每年新增經(jīng)濟(jì)效益為2320萬元。

5.2豐寧三贏工貿(mào)有限責(zé)任公司

該項(xiàng)目采用14臺(tái)40m3尾礦再選專用浮選機(jī)和12臺(tái)8m3浮選機(jī)用于回收磁選尾礦中的磷、鈦等金屬，處理能力為10kt/d，于2007年10月投產(chǎn)。

5.3、銅陵金口嶺銅礦

金口嶺銅礦是銅陵有色金屬（集團(tuán)）公司下屬的一座采選聯(lián)合企業(yè)。隨著礦山開采年限的延長(zhǎng)，井下資源日益枯竭，但選礦廠的破碎、精礦脫水等設(shè)備和工藝均有較大生產(chǎn)潛力。因此，金口嶺銅礦對(duì)磨浮流程進(jìn)行改造，用4m3尾礦再選和爐渣專用浮選機(jī)代替原有浮選機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過一年的生產(chǎn)試驗(yàn)，原渣銅品位2.964%，經(jīng)專用浮選機(jī)選別，獲得精礦銅品位27.63%，銅回收率達(dá)87.83%。由于使用效果顯著，金口嶺銅礦先后采用了23臺(tái)4m3浮選機(jī)。

5.4、山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司

該項(xiàng)目采用9臺(tái)40m3尾礦再選和爐渣專用浮選機(jī)和8臺(tái)8m3浮選機(jī)用于回收轉(zhuǎn)爐渣和電爐渣混合物中的銅，處理量為1800t/d，原礦密度為4.0t/m3。粗選采用40m3浮選機(jī)3臺(tái)，掃選一、掃選二各3臺(tái)，精選作業(yè)采用8m3浮選機(jī)8臺(tái)，其中精選-4臺(tái)，精選二、精選三各2臺(tái)，掃選中礦集中返回磨機(jī)再磨后進(jìn)行粗選。由于銅渣中有單體銅，因而礦石密度大，使用普通浮選機(jī)容易沉槽，同時(shí)回收率很差，采用爐渣專用浮選機(jī)在渣密度為4.2t/m3的前提下，最終精礦銅品位達(dá)到26%以上，回收率87%以上，給其公司帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

6、結(jié)論

針對(duì)尾礦浮選時(shí)礦漿密度大、濃度高、易沉槽、粒度呈兩頭分布等特點(diǎn)，北京礦冶研究總院研制了尾礦再選專用浮選機(jī)，其獨(dú)特的葉輪定子結(jié)構(gòu)和槽內(nèi)分區(qū)結(jié)構(gòu)為設(shè)備的工藝性能提供了重要保證，性能達(dá)到了國際同類設(shè)備的先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國內(nèi)尾礦再選浮選設(shè)備的空白。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，尾礦再選專用浮選設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，功耗低。尾礦再選浮選機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中的成功運(yùn)用，不僅標(biāo)志著我國已成功攻克尾礦浮選的難題，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了尾礦再選浮選設(shè)備的大型化，對(duì)提高資源利用率、解決環(huán)境污染均具有重大意義。

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