简介概要

改善磨矿效果提高镍精矿指标的研究

来源期刊：稀有金属2016年第2期

论文作者：肖庆飞康怀斌沈传刚王肖江

文章页码：160 - 166

关键词：镍精矿;精确化装补球;氧化镁;磨矿;

摘要：介绍了一种在不改变碎磨及浮选流程的前提下提高镍精矿浮选指标的方法。从矿石的力学性质出发,按照精确化装补球方法精确计算出二段磨机的初装球球径和球比,确定了推荐初装球方案(质量比)Φ40∶Φ30∶Φ20=40∶40∶20,然后根据二段细磨的要求及质量相当的原则用铸铁段代替钢球,最终确定了D(直径)×L(长度)(质量比)35×40∶30×35∶25×30=30∶30∶40为磨机初装介质推荐方案,并设计了其他几种磨矿方案与之进行对比。实验室研究结果表明:钢球的直径和配比经过优化之后,其磨机磨矿产品粒度组成趋于合理,过粗粒级及过粉碎粒级产率明显降低,中间易选级别显著提高,主要原因是磨矿产品的选择性解离增强。通过工业化试验进一步验证,验证结果表明:运用新的磨矿介质制度之后,磨矿细度平均提高了8.68%。试验后期,镍回收率提高了2.53%,铜回收率提高了4.99%,镍精矿品位提高了0.36%,铜精矿品位提高了3.65%,精矿氧化镁含量降低了9.16%,达到了提高镍精矿回收率、品位、降低镍精矿中氧化镁含量的预期效果。

网络首发时间: 2015-04-07 09:26

稀有金属 2016,40(02),160-166 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2016.02.011

改善磨矿效果提高镍精矿指标的研究

肖庆飞李博康怀斌沈传刚王肖江

昆明理工大学国土资源工程学院

云南金诚信力合矿山工程设计院有限公司

摘要：

介绍了一种在不改变碎磨及浮选流程的前提下提高镍精矿浮选指标的方法。从矿石的力学性质出发,按照精确化装补球方法精确计算出二段磨机的初装球球径和球比,确定了推荐初装球方案(质量比)Φ40∶Φ30∶Φ20=40∶40∶20,然后根据二段细磨的要求及质量相当的原则用铸铁段代替钢球,最终确定了D(直径)×L(长度)(质量比)35×40∶30×35∶25×30=30∶30∶40为磨机初装介质推荐方案,并设计了其他几种磨矿方案与之进行对比。实验室研究结果表明:钢球的直径和配比经过优化之后,其磨机磨矿产品粒度组成趋于合理,过粗粒级及过粉碎粒级产率明显降低,中间易选级别显著提高,主要原因是磨矿产品的选择性解离增强。通过工业化试验进一步验证,验证结果表明:运用新的磨矿介质制度之后,磨矿细度平均提高了8.68%。试验后期,镍回收率提高了2.53%,铜回收率提高了4.99%,镍精矿品位提高了0.36%,铜精矿品位提高了3.65%,精矿氧化镁含量降低了9.16%,达到了提高镍精矿回收率、品位、降低镍精矿中氧化镁含量的预期效果。

关键词：

镍精矿;精确化装补球;氧化镁;磨矿;

中图分类号： TD921.4;TD954

作者简介：肖庆飞(1980-),男,安徽安庆人,博士研究生,副教授,研究方向:矿物加工工程、碎矿与磨矿;电话:13888532894;E-mail:xiaoqf801002@163.com;

收稿日期：2014-05-29

基金：国家自然科学基金项目(51174103);云南省科技计划基金项目(2013FZ022)资助;

Improving Indicator of Nickel Concentrate by Enhancing Effect of Grinding

Xiao Qingfei Li Bo Kang Huaibin Shen Chuangang Wang Xiaojiang

Faculty of Land and Resource Engineering,Kunming University of Science and Technology

Yunnan JCHX LIHE Mining Engineering Design Co.,Ltd.

Abstract：

The paper introduced a method of improving the flotation indexes of nickel concentrate on the premise of that the grinding and flotation process remained the same. Based on the mechanical property of ore,the accurate ball-load-addition method was adopted to calculate the optimum ball diameter of initial installation ball and ball ratio accurately at the second stage grinding and eventually determined the initial installation scheme of Φ40 ∶ Φ30 ∶ Φ20 = 40 ∶ 40 ∶ 20. According to the requirement of fine grinding at the second stage and the mass equivalent principle,steel balls were replaced by cylpebs and the medium charge scheme was eventually determined as D( diameter) × L( length) 35 × 40∶ 30 × 35∶ 25 × 30 = 30∶ 30∶ 40. In addition,some other schemes were designed to make a contrast with the method. The results proved that the particle-size composition of grinding product tended to be more reasonable after optimizing the ball diameter and the proportion. That was to say,the over-coarse and over-ground proportions decreased significantly,and the easy selection grade increased apparently for the enhanced selective disintegration. The further commercial-scale manufacture verified that the grinding fineness increased by 8. 68% after using new grinding medium. At the end of the experiment,expected results could be obtained that the nickel recovery increased by 2. 53%,the copper recovery increased by 4. 99%,the nickel concentrate grade increased by 0. 36%and the copper concentrate grade increased by 3. 65%,and the amount of Mg O in the nickel concentrate decreased by 9. 16%.

Keyword：

nickel concentrate; accurate ball-load-addition method; magnesium oxide; grinding;

Received： 2014-05-29

镍是一种难熔耐高温的银白金属,具有良好的延展性、机械强度和很高的化学稳定性,由于具有优良性能,现已广泛应用于军事、航天及航空等各个领域。金川集团有限公司是我国主要的镍矿生产基地,该公司一选厂的磨矿为一段两次闭路磨矿加上二段一次闭路磨矿流程。磨矿流程如图1所示。

一、二段球磨机均为洛阳中信重型机械有限公司制造的MQY ( D × L) Φ5. 5 m × 8. 5 m溢流型球磨机。投产4 年来虽然基本上能满足选矿的工艺要求,但是也暴露了一些问题,其中磨矿分级作业的产品粒度组成不够合理,过粉碎较为严重,过粗的粒级也较多,而中间易选粒级含量则较低,由于这些问题的存在导致镍矿回收率降低而且使镍精矿中氧化镁含量增高。生产实践证明,对于镍精矿来说,要想降低冶炼能耗,首先须降低镍精矿中Mg O含量,如果镍精矿中Mg O含量过高,会使冶炼炉温度升高,成本增加,且过高的Mg O含量会使炉渣粘度增大而不易排出,影响熔炼效果。因此,降低镍精矿中镁的含量、提高镍精矿品位,对提高熔炼生产效率及降低成本具有十分重要的意义。针对金川公司这些情况,本文主要针对二段MQY ( D× L) Φ5. 5 m × 8. 5 m溢流型球磨机进行优化,着重论述了通过优化浮选前的磨矿作业来减少磨矿产品中粗粒级的含量,特别是减少过粉碎粒级的含量,增加中间易选粒级的含量,以此来提高镍矿的回收率、降低镍精矿中氧化镁的含量。

图1 金川集团有限公司一选厂磨矿流程图Fig. 1Grinding flowsheet of No. 1 concentrator in Jinchuan Group Ltd.

1 实验

磨矿过程中矿石是磨碎的对象,因此只有针对矿石的力学性质,采用合理的磨机工作参数,才能提高磨矿的针对性^[1]。从2001 年开始,金川公司及昆明理工大学曾经对其二矿富矿的力学性质做过多次测定,测定结果如表1 所示。

对金川公司一选厂磨矿分级循环产品进行取样。对所取矿样缩分并进行干湿联合筛分,绘出各产品负累积粒度特性曲线。磨矿对比试验在( D ×L) Φ200 mm × 240 mm的实验室小型不连续球磨机中,装球14 kg,磨矿试样取 Φ500 mm旋流器沉砂,每份试样1 kg,每次磨矿时间经探索试验确定为17 min,磨机转速与现场磨机转速相当,也设置为75% ,磨矿浓度60% 。磨矿时间17 min。各种球比的磨矿产品进行取样、筛析及水析。

2 结果与讨论

2. 1 矿石力学性质测定结果及分析

从测定结果可以看出( 见表1) ,各次测定的矿石硬度和韧性均不同。2012 年测定,普氏硬度系数f = 6. 82( f > 16 属硬矿石,f < 16 属软矿石) ,泊松比 ν = 0. 32( ν > 0. 24 属韧性矿石,ν < 0. 24 属脆性矿石) ,说明矿石软而韧性大^[2]。但二矿富矿中,中粒海绵晶铁富矿f = 17. 33,细粒海绵晶铁富矿f = 17. 88。即二矿富矿矿体的力学性质是极不均匀的,有的很软很脆,有的则中硬,更有软而韧性大的矿石,还有高硬度矿石等。因此,目前对二矿富矿的磨碎,高硬度及高韧性均是矿石难磨的因素。在用实验确定球径时,要充分考虑矿石力学性质,才能正确地确定磨机所需要的球径及球比。

表1 矿石力学性质测定结果Table 1 Analysis results of ore mechanical property 下载原图

表1 矿石力学性质测定结果Table 1 Analysis results of ore mechanical property

2. 2 磨矿分级循环各个产品粒度组成分析

对现行磨矿分级循环产品进行粒度分析,既可以分析及发现磨矿分级作业中存在的问题,也可以为解决这些问题提供依据。二段球磨机给矿、球磨机排矿、旋流器分级溢流的粒度累积特性曲线见图2 ~ 4。

由图2 ~ 4 可以看出: ( 1) 二段磨的给矿粒度很细,按95% 过筛计的最大粒度仅0. 28 mm,极限粒度也仅2 mm左右,99% 的物料在0. 3 mm以下。另外,二段磨给矿中,不需磨碎的- 0. 1 mm级别含量高达55. 47% ,提高闭路分级的效率十分必要。( 2) 二段磨要求磨到- 0. 074 mm达80% ~ 85% ,相当于磨矿粒度为0. 1 mm,则+ 0. 1 mm称粗级别,又称为磨不细粒级, - 0. 1 mm称细级别。二段磨给矿中+ 0. 1 mm以上的粗级别含量达44. 53% ,而排矿中+ 0. 1 mm以上的粗级别含量还有27. 63% ,减少了37. 95% ,则二段球磨机磨碎粗级别( + 0. 1 mm) 的磨碎效率仅为37. 95% 。( 3)二段溢流细度- 0. 074 mm达89. 30% ,细度上可以满足工艺要求,但产品粒度组成仍然不佳,虽然+ 0. 1 mm磨不细粒度只占4. 98% ,但二段排矿中+ 0. 1 mm粒度也只有27. 63% ,因此,二段溢流中+ 0. 1 mm粒级产率占二段排矿中+ 0. 1 mm粒级产率的18. 02% ,且- 0. 010 mm过粉碎粒级占16. 08% ,占- 0. 074 mm含量的18. 01% ,仍然有磨不细级别( + 0. 1 mm) 及过粉碎级别( - 0. 010mm) 比例大的现象存在。

图2 磨机给矿粒度( D) 负累积半对数曲线Fig. 2 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of feeding

图3 磨机排矿粒度( D) 负累积半对数曲线Fig. 3 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of ore discharge

图4 旋流器溢流粒度( D) 负累积半对数曲线Fig. 4 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of overflow

2. 3 磨矿分级作业存在的问题

根据矿石的力学性质及目前的分级循环各产品的粒度组成,对照现场的装补球制度,磨矿分级循环作业存在以下主要问题:

( 1) 球磨机中的磨矿作用是靠钢球来完成的,故用球的合理与否关系到磨矿效果的好坏。金川公司一选厂磨机的用球尚欠合理,各次磨机使用的钢球尺寸均偏大。尤其在二段磨矿使用 Ф60 mm会使磨机内大钢球偏多。球径过大或偏大产生的结果必然是过粉碎较为严重,过粗的粒级也较多,而中间易选粒级含量则较低,进而导致精矿中氧化镁含量高^[3]。

( 2) 用球与矿石性质不相适应。二矿富矿属软矿石,不需要大的冲击力,但它是高韧性矿石,需要强化磨剥作用,也需要足够的冲击力,实际所需的冲击力要比理论上计算的精确冲击力还要大,例如可在理论计算冲击力的基础上加大20% 以上。但生产所使用的钢球冲击力比加大20% 后的冲击力还大,属球径偏大。偏大的球径会造成打击次数不足及研磨面积不够,适应不了高韧性软矿石的磨矿需要。

( 3) 磨机的旋流分级效率不高,粗产品中夹细,细产品中夹粗,要提高分级效率,就要解决球磨机产品特性不好的问题。分级的给矿特性变好了,再将分级工作参数合理调整,就可以提高分级效率及改善分级产品质量。

2. 4 磨矿介质尺寸和形状的研究

2.4.1球径和球比计算

用球径半理论公式来计算最大矿块所需的最大尺寸:

式中D_b为特定磨矿条件下给矿粒度d所需的精确球径( cm) ; K_C为综合经验修正系数; Ψ 为磨机转速率( % ) ; σ_压为岩矿单轴抗压强( kg·cm^{- 2}) ; ρ_e为钢球在矿浆中的有效密度( g·cm^{- 3}) ; D₀为磨机内钢球“中间缩聚层”直径( m) ; d_f为磨机给矿95% 过筛粒度( cm) 。

二段给矿的极限粒度按2 mm计,用球径半理论公式计算的精确球径为25 mm。考虑矿石韧性大及愈细强度愈高两种情况,计算的精确球径应加大50% ,即37. 5 mm,则取40 mm。要科学确定球比,仍然要根据二段磨的给矿粒度组成特性^[4,5,6],表2为二段磨初装球计算表。按照与二段给矿待磨粒级产率相当的原则确定球比,由表2 可知推荐的球比( 质量比,下同) 为 Φ40∶ Φ30∶ Φ20 =40∶ 40∶ 20。

2.4.2对比磨碎试验结果分析

为了充分比较精确化初装球的优越性,选取目前选厂采用的方案球组和精确计算后得到的推荐方案球组作磨碎比较:方案1为现厂方案Φ60∶Φ40=50∶50;方案2为现厂方案Φ50∶Φ40=50∶50;方案3为推荐方案Φ40∶Φ30∶Φ20=40∶40∶20;方案4为推荐方案Φ40∶Φ30=50∶50。二段磨磨矿粒度为0.1 mm,属细磨范围,采用细磨效率高而过粉碎轻的铸铁段可能更合理^[7,8,9]。根据质量相当的原则,即采用同质量的铸段磨矿介质代替相同质量的钢球,即Φ40 mm,Φ30 mm,Φ20 mm的钢球用分别用D(直径)×L(长度)35 mm×40 mm,30 mm×35 mm,25 mm×30 mm的铸段代替,由于铸锻尺寸比钢球尺寸大,并保证平均尺寸不宜过大,因此将二段磨的推荐装球方案Φ40∶Φ30∶Φ20=40∶40∶20换为方案5铸铁段方案:35×40∶30×35∶25×30=30∶30∶40。将Φ40∶Φ30=50∶50的钢球方案也换成方案6铸段方案:35×40∶30×35=50∶50。将6种磨矿方案在相同条件下进行磨矿试验,磨矿结果见图5~10。

为了评价磨细效果,仍选7 个指标作为判据:( 1) + 0. 15 mm粗粒产率/% ; ( 2) + 0. 10 磨不细产率/% ; ( 3) 新生- 0. 1 mm合格产率/% ; ( 4)- 0. 074 mm细粒产率/ % ; ( 5) 可选粒0. 1 ~ 0. 01mm产率/ % ; ( 6 ) 过粉碎- 0. 01 mm产率/ % ;( 7) 好选粒0. 074 ~ 0. 037 mm产率/% 。

由表3 结果看出: ( 1) 方案1 和方案2 由于球径偏大,研磨力较小,过粉碎粒级( - 0. 01 mm) 含量要比其他方案小,但同时过粗粒级( + 0. 15 mm)含量远高于其他磨矿方案,中间可选粒级含量( 0. 10 ~ 0. 01 mm) 含量和中间易级别( 0. 074 ~0. 037 mm) 含量都小于其他磨矿方案,故现厂方案1 和现厂方案2 均为不理想的磨矿球组方案。( 2 )方案5 过粉碎粒级( - 0. 01 mm) 含量12. 20% 比方案3,方案4 和方案6 过粉碎粒级分别减少了10. 23% ,3. 10% 和2. 24% ; 方案5 过粗粒级( + 0. 15 mm) 含量0. 89% 比方案6 少29. 92% ,磨不细粒级( + 0. 10 mm) 含量3. 79% 比方案6 少29. 92% 。( 3) 方案5 细度( - 0. 074 mm) 88. 03% 比方案6 细度高3. 26% ,同时中间可选粒级( 0. 10 ~0. 01 mm) 含量84. 01% 比方案6 多2. 25% ,中间易选级别( 0. 074 ~ 0. 037 mm) 含量56. 98% 比方案6 多5. 46% 。综上原因,铸铁段推荐采用35 × 40∶30 × 35∶ 25 × 30 = 30∶ 30∶ 40。

表2 二段磨初装球球比计算结果Table 2 Calculation results of initial installation ball ratio in second stage 下载原图

表2 二段磨初装球球比计算结果Table 2 Calculation results of initial installation ball ratio in second stage

图5 磨矿方案1 粒度( D) 组成负累积半对数曲线Fig. 5 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of Scheme 1

图6 磨矿方案2 粒度组成负累积半对数曲线Fig. 6 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of Scheme 2

图7 磨矿方案3 粒度组成负累积半对数曲线Fig. 7 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of Scheme 3

图8 磨矿方案4 粒度组成负累积半对数曲线Fig. 8 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of Scheme 4

图9 磨矿方案5 粒度组成负累积半对数曲线Fig. 9 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of Scheme 5

图10 磨矿方案6 粒度组成负累积半对数曲线Fig. 10 Grain size ( D) composition negative cumulation semilogarithm curve of Scheme 6

表3 二段磨矿产率综合表Table 3 Yield in second stage grinding 下载原图

(%)

表3 二段磨矿产率综合表Table 3 Yield in second stage grinding

表4 工业化试验各阶段生产指标Table 4 Industrial production index 下载原图

(%)

表4 工业化试验各阶段生产指标Table 4 Industrial production index

3 工业化试验

工业试验生产指标见表4。表4 的比较结果说明: ( 1) 随着工业化试验的进行,选矿回收率逐月逐阶段提高,尾矿品位呈下降趋势,精矿中Mg O也呈下降趋势。( 2) 工业化试验在二段的两台球磨机上同时进行,因此无法进行横向比较,所以采集工业化试验不同阶段的资料与2012 年同时期做纵向比较,进行对比分析,这样可以消除季节对指标的影响,球磨机衬板、旋流器作业等其他环节没有变化。原矿性质大体相当时,原矿镁含量也大体相当,原矿镍品位1. 40% ,和2012 同期指标的对比说明,回收率均有提高,精矿品位也有提高,尾矿品位及精矿氧化镁含量有所下降。( 3) 从形式上看,全期试验时间长,包含了各种情况变化,其指标更稳定可靠,工业试验提高镍回收率1. 20% ,提高铜回收率1. 54% ,镍精矿品位提高0. 36% ,铜精矿品位提高1. 88% ,精矿氧化镁含量降低8. 63% 。( 4) 从实质上看,后期试验指标包含了前两个阶段磨矿参数变化带来的影响,其指标更反映实质,工业试验提高镍回收率2. 53% ,提高铜回收率4. 99% ,镍精矿品位提高0. 36% ,铜精矿品位提高3. 65% ,精矿氧化镁含量降低9. 16% 。上述指标的提高是二段细度高8. 68% 情况下得到的,故回收率的提高对细度提高有巨大帮助。或者说,试验后回收率的显著提高,主要是由于两段的细度显著提高,并接近最佳磨矿细度所致^[5]。在提高磨矿产品细度的同时,改善产品粒度组成特性,减少磨不细粒级,减少泥化及过粉碎粒级,增加易可选粒级含量,也是提高生产指标的主要原因之一^{[10,11,12,13,14,15,16,17]}。