尾礦再選浮選機的研究與應(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，每年僅磁鐵礦尾礦就增加3億t，這些廢棄物對礦區(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。尾礦中有價組分的綜合回收主要是指對尾礦的再選。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)域不斷擴大，包括其它選礦方法難以奏效的細泥物料的處理，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)濟效益和環(huán)境保護的雙重角度出發(fā)，越來越多的選礦廠采用浮選設(shè)備進行尾礦的再選，以提高礦產(chǎn)資源利用率。

與一般礦物相比，尾礦具有貧、細、雜，密度大，入選礦漿濃度較高，嵌布粒度呈粗細兩頭分布等特點，因此，一般常規(guī)浮選機無法滿足尾礦浮選的特殊要求。針對尾礦浮選的工藝特點，結(jié)合自身研究浮選機的豐富經(jīng)驗，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，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、雜的特點外，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、細粒、微細粒存在，既有以硫化礦物形式存在又有以氧化礦物形式存在，且硫化礦物因長時間堆放表面發(fā)生氧化。針對尾礦的特殊復(fù)雜情況，欲綜合回收尾礦中的鉛、銻、鋅、錫、硫、砷等有價物質(zhì)，就對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)實踐中，待處理的尾礦性質(zhì)變化大，尾礦細度不均勻，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)備要有較強的適應(yīng)性，單一的選礦工藝流程難以有效回收尾礦有價元素，特別是當尾礦粒度粗時，有用礦物解離度相對較低，尾礦一定要經(jīng)過再磨；而當尾礦粒度較細、有用礦物解理度相對較高時，采用尾礦再選專用浮選設(shè)備則往往能夠達到理想的選別效果。

2、應(yīng)具備的性能特點

由于尾礦浮選時礦漿密度大、濃度高、易沉槽、粒度呈兩頭分布等特點，通過研究浮選機內(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流體動力學(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，就要求浮選機流體動力學(xué)狀態(tài)能夠滿足尾礦中不同粒級、不同密度礦物的浮選要求。尾礦再選專用浮選機必須具有以下性能特點：

1)有較強的攪拌區(qū)域，能夠使較大密度礦粒充分懸浮，同時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的氣泡，有利于負載大密度粗粒礦物上浮，同時提高礦粒與氣泡的碰撞、黏附概率。

3)葉輪對礦漿的攪拌力相對要弱，降低礦漿的湍流強度，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)有一個相對平穩(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)浮選機槽體要盡量淺，減小負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)計的關(guān)鍵在于如何巧妙地解決這些矛盾，為不同粒級的尾礦礦粒在同一個浮選機內(nèi)創(chuàng)造適合的流體動力學(xué)環(huán)境，提高浮選機的工藝性能。

3、結(jié)構(gòu)和工作原理

尾礦再選浮選機結(jié)構(gòu)簡圖見圖l，主要由主軸部件、電機裝置、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：浮選機葉輪旋轉(zhuǎn)時，來自鼓風(fēng)機的低壓空氣通過空心主軸進入空氣分配器內(nèi)，然后從空氣分配器周邊的孔進入葉輪葉片間，同時假底下方的礦漿被葉輪下部抽吸進入到葉輪葉片間，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，進入槽內(nèi)上部區(qū)。由于浮選機內(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，含有較細礦粒的礦漿則會越過隔板經(jīng)循環(huán)通道進入葉輪區(qū)進行再循環(huán)。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于尾礦浮選時礦漿密度大、濃度高、易沉槽、粒度呈兩頭分布等特點，通過研究浮選機內(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)計關(guān)鍵在于改變浮選機內(nèi)的礦漿循環(huán)方式。因此設(shè)計的重點放在槽體結(jié)構(gòu)和葉輪定子的設(shè)計研究。

4.1、槽體部件設(shè)計

尾礦再選專用浮選機的槽體部件設(shè)計如圖1所示。浮選機槽體部件包括槽體、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)通道進入槽內(nèi)下部區(qū)，被抽吸進入葉輪進行再循環(huán)，有利于提高常規(guī)粒級礦物的浮選效果。因此，浮選機能夠?qū)崿F(xiàn)全粒級回收，滿足尾礦浮選的工藝要求。

4.2、格柵板設(shè)計

格柵板的設(shè)計主要是根據(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)。針對尾礦浮選的特點．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)實踐表明，尾礦浮選時礦漿中顆粒一般不會超過30mm，因此格柵板縫隙大多在33~35mm。

尾礦再選專用浮選機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和更換。

4.3、葉輪定子系統(tǒng)設(shè)計

浮選機流體動力學(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)的葉輪會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)礦漿流，礦漿在浮選機內(nèi)打轉(zhuǎn)嚴重影響浮選機的性能，因此需要設(shè)計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解決了尾礦再選時礦石密度大、礦漿濃度高、易沉槽等技術(shù)難題，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，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

該項目回收磁選尾礦中磷、鈦等有價金屬，由于磁選尾礦密度大、粒度粗、濃度高、易沉槽的特點，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40m3尾礦再選浮選專用機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，目前已正常運轉(zhuǎn)，流程通暢，節(jié)省生產(chǎn)管理成本約200萬元，累計每年新增經(jīng)濟效益為2320萬元。

5.2豐寧三贏工貿(mào)有限責(zé)任公司

該項目采用14臺40m3尾礦再選專用浮選機和12臺8m3浮選機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）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，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，金口嶺銅礦對磨浮流程進行改造，用4m3尾礦再選和爐渣專用浮選機代替原有浮選機進行試驗，經(jīng)過一年的生產(chǎn)試驗，原渣銅品位2.964%，經(jīng)專用浮選機選別，獲得精礦銅品位27.63%，銅回收率達87.83%。由于使用效果顯著，金口嶺銅礦先后采用了23臺4m3浮選機。

5.4、山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司

該項目采用9臺40m3尾礦再選和爐渣專用浮選機和8臺8m3浮選機用于回收轉(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3臺，掃選一、掃選二各3臺，精選作業(yè)采用8m3浮選機8臺，其中精選-4臺，精選二、精選三各2臺，掃選中礦集中返回磨機再磨后進行粗選。由于銅渣中有單體銅，因而礦石密度大，使用普通浮選機容易沉槽，同時回收率很差，采用爐渣專用浮選機在渣密度為4.2t/m3的前提下，最終精礦銅品位達到26%以上，回收率87%以上，給其公司帶來了顯著的經(jīng)濟效益。

6、結(jié)論

針對尾礦浮選時礦漿密度大、濃度高、易沉槽、粒度呈兩頭分布等特點，北京礦冶研究總院研制了尾礦再選專用浮選機，其獨特的葉輪定子結(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，性能達到了國際同類設(shè)備的先進水平，填補了國內(nèi)尾礦再選浮選設(shè)備的空白。

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

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