磁懸浮精選機(jī)應(yīng)用于銅尾礦鐵品提質(zhì)研究

徐家林,朱東方,鄭德亮

(沈陽(yáng)隆基電磁科技股份有限公司,遼寧沈陽(yáng) 110000)

0 引言

隨著礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用,原礦品位日趨降低,不僅大量的礦石需要經(jīng)過(guò)選礦加工才能利用,而且在入選礦石中難選礦石越來(lái)越多;同時(shí),冶煉對(duì)精礦質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán),要綜合回收的元素越來(lái)越多。因此,選礦工程在資源開(kāi)發(fā)利用中顯示著愈來(lái)愈重要的作用。目前銅礦尾礦選鐵廠為了應(yīng)對(duì)環(huán)保壓力和提效降本,開(kāi)展浮選工藝替代改進(jìn)的工藝研究工作。對(duì)于設(shè)備大型化的需求也是比較強(qiáng)烈。近幾年沈陽(yáng)隆基在電磁精選方面做出了很多技術(shù)瓶頸的突破和產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用。全自動(dòng)磁懸浮精選機(jī)就是技術(shù)研發(fā)實(shí)力和生產(chǎn)制造能力的一種集中體現(xiàn)。在磁選精選除雜領(lǐng)域保持領(lǐng)先的技術(shù)水平和選別指標(biāo),設(shè)備大型化方面也做到了行業(yè)領(lǐng)先。此產(chǎn)品在替代浮選工藝方向?qū)崿F(xiàn)成功應(yīng)用,選礦指標(biāo)穩(wěn)定,得到業(yè)內(nèi)好評(píng)。

1 某銅礦尾礦選鐵

1.1 礦石性質(zhì)和選廠介紹

某選廠為銅尾礦選鐵選廠。日產(chǎn)鐵精礦3 800 t,粒度為-325 目84%,精礦品位64%以上。銅尾礦先經(jīng)過(guò)一段磁選后進(jìn)入旋流器進(jìn)行分級(jí),旋流器底流進(jìn)入磨機(jī)再磨,溢流進(jìn)入三段磁選后在經(jīng)過(guò)兩段浮選得到合格精礦。流程圖見(jiàn)圖1。得到合格精礦的同時(shí)浮選尾礦品位太高,達(dá)到50%以上。

圖1

目前困擾選廠的問(wèn)題是銅尾礦中鐵的富集后精礦品位不足,且浮選的尾礦品位較高,影響選廠總體產(chǎn)率和回收率。另外再浮選過(guò)程中浮選藥劑消耗成本太高,也不和符合環(huán)境保護(hù)和綠色礦山國(guó)家政策方針的大方向,總體上影響了選廠綜合的經(jīng)濟(jì)效益和建設(shè)綠色礦山發(fā)展的思路。三段磁選機(jī)的入選礦物的化學(xué)多元素分析見(jiàn)表1。

表1 化學(xué)多元素分析表

1.2 工藝改造方案

本次工業(yè)試驗(yàn),將一個(gè)系列的所有三段磁選機(jī)的精礦引入2.5 m×2 m×2 m 的礦漿池中。礦漿從三段磁選機(jī)自流到此礦漿池中,所以礦漿濃度為40%以上,濃度較高。首先進(jìn)行調(diào)濃度,將礦漿池中的礦漿濃度調(diào)制35%后,通過(guò)渣漿泵將礦漿池內(nèi)的礦漿輸送到四臺(tái)隆基LJC-10000(選別筒直徑2 m)磁懸浮精選機(jī)進(jìn)行分選,全自動(dòng)磁懸浮精選機(jī)的精礦通過(guò)自流方式進(jìn)入到主精泵池,經(jīng)過(guò)渣漿泵的輸送后到達(dá)過(guò)濾車間。尾礦自流到總尾礦溜槽中后直接排尾。設(shè)備設(shè)計(jì)每臺(tái)入礦量為40 t/h,波動(dòng)系數(shù)1.15,濃度35%。隆基設(shè)備的實(shí)際入礦量已經(jīng)超過(guò)40 t/h 以上小于50 t/h。隆基的實(shí)際耗水量估算約為100 m3/h。本次參與工業(yè)試驗(yàn)的設(shè)備是公司具有專利知識(shí)產(chǎn)權(quán)的最新精選產(chǎn)品[1-2]。

1.3 應(yīng)用效果

替代浮選工藝后改造后,磨選車間的精礦質(zhì)量大大提高,解決了困擾選廠多年的技術(shù)難題,減少了浮選機(jī)作業(yè)的環(huán)境問(wèn)題,尾礦高的問(wèn)題。沒(méi)有浮選藥劑的參與,節(jié)約運(yùn)行成本。且設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行平穩(wěn),精礦指標(biāo)穩(wěn)定。尾礦指標(biāo)達(dá)到直接拋尾的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3.1 應(yīng)用方案實(shí)施

工業(yè)試驗(yàn)工藝流程如圖2 所示,經(jīng)過(guò)隆基和選廠技術(shù)人員的共同調(diào)試,并平穩(wěn)運(yùn)行后在2023 年3月～5 月之間進(jìn)行跟蹤取樣化驗(yàn)。在選廠技術(shù)人員的工藝流程考察后,得出已經(jīng)達(dá)到預(yù)期的效果后設(shè)備投入到正式運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 工業(yè)試驗(yàn)工藝流程圖

運(yùn)行期間精礦的提高幅度超出前期實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)指標(biāo),工業(yè)運(yùn)行的精礦品位高于實(shí)驗(yàn)室精礦品位1%,尾礦品位小于實(shí)驗(yàn)室精礦品位10%。這也進(jìn)一步證明了磁重選產(chǎn)品大型化的重要意義。設(shè)備型號(hào)的大型化有助于產(chǎn)品在工業(yè)運(yùn)行中的指標(biāo)與小型號(hào)產(chǎn)品相比較有一定的提升幅度,且平穩(wěn)可靠運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)投入運(yùn)行設(shè)備數(shù)量相對(duì)可以減少,利于現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行管理和設(shè)備維護(hù)。特別是對(duì)于尾礦指標(biāo)的控制能達(dá)到在最佳提品指標(biāo)后精礦還有較高的TFe回收率,尾礦品位達(dá)到最低狀態(tài)。

1.3.2 工藝指標(biāo)考查

取樣時(shí)間:2023 年3 月到5 月。

LJC-10000 弱磁細(xì)流精選機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后,現(xiàn)場(chǎng)取樣和化驗(yàn)分析,計(jì)算產(chǎn)率和回收率,具體見(jiàn)表2。

表2 工藝指標(biāo)考察表

1.3.3 平均指標(biāo)分析

根據(jù)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,LJC-10000 磁懸浮精選機(jī)在兩個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間中精礦品位平均提升幅度3.15%。單臺(tái)平均用水量150 m3/h,單機(jī)耗電量2 kW。精礦濃度穩(wěn)定在55%。尾礦礦濃度在3%和5%之間。實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化自動(dòng)控制運(yùn)行。本次全自動(dòng)磁懸浮精選機(jī)的應(yīng)用達(dá)到了選廠預(yù)期的目的,精礦指標(biāo)穩(wěn)定在64%以上。LJC-10000 磁懸浮精選機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用期間,磨選系統(tǒng)的綜合尾礦指標(biāo)沒(méi)有發(fā)生異常情況,磁懸浮精選機(jī)的尾礦全鐵品位10.56%,磁性鐵含量4.11%,選廠采用直接排尾的方式處理尾礦?？偽驳V由尾礦回收流程進(jìn)行回收處理,尾礦水匯集到濃縮池中,凈化后的水回到選廠循環(huán)使用。

1.3.4 精礦化學(xué)多元素分析

LJC-10000 磁懸浮精選機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用期間,抽取一組精礦并進(jìn)行化學(xué)多元素分析,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 磨選系統(tǒng)處理能力考查分析

根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)分析出原礦中含有的一些有害雜質(zhì)元素,經(jīng)過(guò)使用LJC-10000 磁懸浮精選機(jī)后,不僅精礦品位得到一定幅度的提升,而且一些有害雜質(zhì)元素也被有效降低。特別是SiO2的含量降低明顯。這樣給后續(xù)鋼廠的冶煉過(guò)程帶來(lái)許多好處?？梢越档鸵睙捘茉?降低冶煉成本,減少?gòu)U氣排放,為國(guó)家環(huán)保事業(yè)做出一份貢獻(xiàn)。

1.3.5 尾礦化學(xué)多元素分析

LJC-10000 磁懸浮精選機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用期間,抽取一組尾礦并進(jìn)行化學(xué)多元素分析,具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 分選設(shè)備尾礦元素化驗(yàn)分析

根據(jù)表4 的數(shù)據(jù)分析出尾礦中含有大量的有害雜質(zhì)元素,經(jīng)過(guò)使用LJC-10000 磁懸浮精選機(jī)后,在保證精礦提高能力的前提下,尾礦中的全鐵品位指標(biāo)良好只有7.24,有害元素的含量比較高,特別是SiO2含量52.76%。證明磁懸浮精選機(jī)可有效去除原礦中的硅含量。實(shí)現(xiàn)預(yù)期的提品降硅目標(biāo)。

2 全自動(dòng)磁懸浮精選機(jī)

2.1 研發(fā)思路

打破常規(guī)電磁精選產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路和技術(shù)瓶頸。以往是通過(guò)大量選別用水和一組磁場(chǎng)作用對(duì)礦物進(jìn)行選別。但是水資源對(duì)于選礦廠來(lái)說(shuō)是一種選礦成本的投入。不論是補(bǔ)加水還是循環(huán)用水都需要新的水資源的補(bǔ)充和泵類的電機(jī)功率損耗。另外一組磁場(chǎng)只對(duì)脈石和泥沙含量較多的磁性礦物起到選別作用。對(duì)于磁包裹和磁夾雜無(wú)法起到有效分離作用。目前國(guó)內(nèi)鐵礦資源變得越來(lái)越差,可選性也越來(lái)越差的情況,磁性礦物的嵌布粒度變的越來(lái)越細(xì),被選礦物中連生體的含量越來(lái)越高。常規(guī)磁選機(jī)和電磁精選設(shè)備無(wú)法滿足這種趨勢(shì)的變化。鐵礦的價(jià)格也維持在一個(gè)中低價(jià)位水平徘徊,鐵礦選廠的生存空間變得緊縮和有限。為了降低選礦成本減小磨礦粒度,保持住或者提高精礦產(chǎn)品的產(chǎn)量。只能尋求在設(shè)備方面的研發(fā)來(lái)適應(yīng)新形勢(shì)下的變化。通過(guò)選礦設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步讓磁性礦物的精選變成可能。

2.2 獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制技術(shù)

2.2.1 精選機(jī)采用四周給礦設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的磁重選設(shè)備是中心給礦。磁懸浮精選機(jī)是四周給礦結(jié)構(gòu),在設(shè)備上部配置有緩沖箱和給礦分配器,這樣礦物容易進(jìn)行分散的進(jìn)入分選區(qū)域,讓分選液面處于平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)。

礦物進(jìn)入到分選區(qū)域內(nèi)通過(guò)磁場(chǎng)的作用實(shí)現(xiàn)了第一次發(fā)分選。第二次的分選是在設(shè)備選別區(qū)域?qū)θ氲V水量進(jìn)行分解,形成單體細(xì)水流體作用于被選別礦物。發(fā)揮每一個(gè)單體水分子的作用力,在設(shè)備選別區(qū)域的中上部通過(guò)流體力學(xué)的計(jì)算和仿真模擬工具模擬出流體運(yùn)動(dòng)軌跡的作用點(diǎn)。確定作用點(diǎn)后引入單體細(xì)水流體作用于此處,發(fā)揮單體水分子的作用力沖擊被選礦物。選別的重點(diǎn)在于從被選礦物的磁性礦物中釋放出鐵礦物與脈石的共生體,簡(jiǎn)稱“連生體”。被選礦物本身會(huì)受到選別區(qū)域弱磁場(chǎng)的作用力保持平衡狀態(tài),在受到此沖擊力后,磁性礦物與連生體的比磁化系數(shù)相差較小的特點(diǎn),此處磁場(chǎng)較弱,連生體受到的平衡力小,針對(duì)此處的單體細(xì)水流體力較大,連生體很容易從被選礦物中分離出來(lái)。技術(shù)特點(diǎn)在于精確控制弱磁場(chǎng)對(duì)磁性礦物的作用力,防止在分離連生體的同時(shí)被一同分選出來(lái),造成尾礦含量升高。內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.2.2 恒流控制技術(shù)

全自動(dòng)磁懸浮精選機(jī)屬于低磁場(chǎng)電磁分選設(shè)備。在工作時(shí)的磁場(chǎng)較低,所以需要精準(zhǔn)的控制磁場(chǎng)就尤為重要。精準(zhǔn)控制磁場(chǎng)就需要通過(guò)精準(zhǔn)控制產(chǎn)生磁場(chǎng)線圈的電流值。穩(wěn)定恒定的直流電流值就變得十分重要了。此設(shè)備是通過(guò)引入恒流控制單元模塊,通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目標(biāo)勵(lì)磁電流后實(shí)時(shí)調(diào)整交流側(cè)的電壓,通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整電壓的方法實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)控制勵(lì)磁電流的目的。勵(lì)磁電流穩(wěn)定在小的波動(dòng)范圍后,設(shè)備的電磁磁場(chǎng)也就穩(wěn)定在5GS 以內(nèi)。磁場(chǎng)穩(wěn)定后可以穩(wěn)定分選磁場(chǎng),穩(wěn)定礦物的吸附能力,穩(wěn)定了尾礦指標(biāo),讓設(shè)備處于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 節(jié)水、節(jié)能優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)電磁精選機(jī)相比較節(jié)水30%以上,每噸礦耗水量2 m3。減少選廠補(bǔ)充水量,減小水泵功率,減小選礦成本。

1)精選機(jī)的恒定磁場(chǎng)技術(shù)的引入,磁場(chǎng)得到精準(zhǔn)控制,磁場(chǎng)變化幅度在5GS 以內(nèi)。通過(guò)磁場(chǎng)的精準(zhǔn)控制將磁團(tuán)聚打開(kāi)釋放其中的脈石和部分貧連生體。磁場(chǎng)的作用力可以減少水量參與的作用力,減少水量的參與。

2)細(xì)水流體技術(shù)將大水量分選變成細(xì)水流體分選。單體水分子作用于流體分選作用點(diǎn)上,各個(gè)擊破磁性礦物與貧連生體的團(tuán)聚區(qū)域。這樣可以分發(fā)揮單體水分子的作用力,提高水力效率實(shí)現(xiàn)節(jié)水目的。

3)入礦水提取技術(shù)。一般入礦礦漿的濃度是40%左右,有些時(shí)候會(huì)30%。所以至少可以利用入礦礦漿中的50%的水量參與選別。通過(guò)特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓礦漿水進(jìn)入到設(shè)備選別區(qū)域后與細(xì)水流體技術(shù)一同參與選別,提高溢流的流通能力。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

圖3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2.4 電控系統(tǒng)

電控系統(tǒng)可分為變壓器箱和主控制柜兩部分組成。

2.4.1 變壓器箱功能

隔離現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)與設(shè)備控制系統(tǒng)的直接連接,避免當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí),設(shè)備控制系統(tǒng)受到來(lái)自電網(wǎng)的大電流沖擊。導(dǎo)致控制系統(tǒng)內(nèi)部元器件燒損。另外降低設(shè)備勵(lì)磁部分的供電電壓。保護(hù)勵(lì)磁線圈匝間絕緣,延長(zhǎng)核心部件使用壽命,節(jié)約電能。

2.4.2 主控制柜功能

主控制柜磁懸浮精選機(jī)采用西門(mén)子最新一代PLC(可編程控制器)對(duì)設(shè)備的磁場(chǎng)、水量、排礦量,進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和智能控制,并實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)自動(dòng)尋優(yōu)調(diào)整。西門(mén)子的HMI 人機(jī)組態(tài)畫(huà)面與現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)人性化的參數(shù)寫(xiě)入和監(jiān)視,匯總反饋各部分傳感器的數(shù)據(jù)和參數(shù)系統(tǒng)信號(hào)。傳遞情況如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)信號(hào)傳遞過(guò)程圖

3 總語(yǔ)

LJC-10000 弱磁細(xì)流精選機(jī)可以解決銅尾礦中含鐵礦物的分選,用于流程中的細(xì)磨細(xì)選工藝。保證回收率的同時(shí)替代浮選工藝提高精礦產(chǎn)品品位。產(chǎn)品節(jié)能減排,降低環(huán)境污染和成本投入。為銅尾礦鐵品提質(zhì)工藝開(kāi)辟出一條新路。設(shè)備自動(dòng)化程度較高,無(wú)人值守功能強(qiáng)大。特別是在精礦指標(biāo)優(yōu)越的情況下,尾礦指標(biāo)還能進(jìn)一步降低。本次弱磁細(xì)流精選機(jī)的應(yīng)用達(dá)到了選廠預(yù)期的目的,精礦指標(biāo)穩(wěn)定在64%以上,尾礦全鐵品位保持在10%,尾礦磁性鐵含量保持在4%。在貧連生體夾雜嚴(yán)重的情況下也能實(shí)現(xiàn)精選分離。凸顯了隆基在精選領(lǐng)域的研究成果顯著。節(jié)水、節(jié)能、可以降低冶煉能源,降低冶煉成本,減少?gòu)U氣排放,為國(guó)家環(huán)保事業(yè)做出一份貢獻(xiàn)。