水冲技术及其在南非矿山的应用.pdf

器 鲨 墩 l l h i／ - ， x 。 ／ 一 辱 教， 饺 甓矿 水冲技术及其在南非矿山的应用 E ．T ruem an 1 巴 E 据称 ，由于水 冲技术 W a t e r F l u s h Te c h n o l o g y 的应用，现在 能更 有 效地 完 成 矿石 的破碎和磨 矿。 南非一座 铅，锌矿 山 采用这项新 技术 ，投 资和运行 成 本 明 显 降 低 在其它矿石 的处 理 中，预计也会取得 类 似 的效 益。 在选矿给矿 的制 备 中，与传统的 圆锥破 碎机相 比，wF圆锥 破碎机改进 了性能， 能 够破碎湿矿 、粘性 矿，并生 产出细粒和片状 产 品。 当更 新改 造现 有磨矿流 程时，水 冲技术 给用户提 供了提高处理量 、降低运行成本 的 良机。 l 前 言 已取得 专利 的水 冲技术是 诺 德伯格 N o r d b e r g 从事 的系列研究 中的一 项 成果 ， 其 目的在 于优化破碎设 备的性能及满 足未来 矿 山工业 的需要 。 水 坤技术 的研究始 于1 9 7 9 年， 1 9 8 8 年在 巴西成功 地安装并投入 使 用 WF 3 0 0 圆 锥破 碎机 和球 磨机 流程处理石灰 型铅、锌矿 。 湿式 破碎 比干式破 碎具有 更 多 的 优越 性。 由于破碎产 品粒度 的降低，显 著地降低 了生产能耗，可降低破碎成本 包括节约其 它运行成本 达2 5 以上。 本文的目的在于概逑水冲技 术 的 先 进 性，并列举实例，尤其是在南非矿山工业中 的使用情况 。 没有尽善尽美 的通用破碎流程， 每个项 目都必须单独评价。以工艺条件和现行物价 国 力 - 7 - , 9 ／ 水平为基础 ，采用某 些决策分析手段 ，对每 种流程的优点和缺点进行对比和计算，并瞻 定 出台理 流 程， 可为 矿业 公 司产 生更全面的 效益。 评价流 程应 包括 以下几 点 1总投 资额 。 2 运行 成本维修费 、 电耗 、金属 消耗 。 3流 程效率 。 4对 产量 波动的敏感性 5流 程利用率。 6 备件利用率。 7处 理复杂矿石 湿矿 、粘矿 、不 同硬度矿石 的能力 。 8 噪声 和空气污染 。 9 流程 控制。 1 0 检测及精度 。 1 1 平 均能力 矿石 和金属量 。 1 2 当地的制造水平 及评价 。 1 3 流程稳定期。 水 冲技术 的发展 已经 证明， 目前流程设 计的缺点能够克服，并为进一步提高效益提 供了实用和 可行的选 择。 2 W F圆锥破碎 机 专门设 计的全液压 圆锥 破碎机，利用水 将矿石带入破 碎腔，与传 统圆锥 破 碎 机 相 比，破碎产品中细粒和片状物料量更多。实 验 表 明，破碎机 的通过量可 增加5 0 以上，’ 同时，消除了处理湿矿、牯性矿或粘土污染 矿石所产生的问题。破碎机的通过能力经改 一 3 8 一 有 色矿 一1 9 9 4 ． 3 维普资讯 善后，使物料中原生的及新生的细粒级得以 迅速排出，防止物料在破碎腔 内压实。压实 的物料会造成动锥跳动，减少通过量，缩短 破碎机 的有效寿 命。 破碎机 的组成 ，平衡设计结 合了相关 内 部构件几何形状的改进，以期获得更多的细 粒产 品。但这些改进 不能用于 目前 的圆锥破 碎机 的更新 改造 。 使用迷宫式密封 ， 防止水污 染破碎机润 滑系统，并 已证 明1 0 0 有效。 获得水 冲专 利的设备配有 独特的衬板设 计，增加了对矿石的击打次数，而且保证水 在 破碎腔 内均 匀地分布和稳定 的 流动。wF 圆锥破碎 机开 路运行，产 品中小于最小排矿 间 隙所 占百分 比较大，这种性 能是其 它 圆锥 破 碎机无 可比拟的。 水 冲式破碎机 的 结 构 如 图 1所示 。通 常，为 了生产适合磨机的给矿，需要采用闭 路筛分流程，而这种改进后的破碎机，可省 去闭路筛分回路，大大减少了投资。 图1 水 冲式 破碎 机结构 由于水冲技术改善了物料通过破碎腔的 条件，所以就不再需要第二段和第三段的钿 粒筛分 以及破碎机给矿的预先筛分作业。 已设计 出的WF圆锥破碎 机能满 足矿 山 工业 的设计要 求 ，几经改进和验 证，破 碎祝 性能 参数如下 表所 示。 w F 置 锥破碎机主要 参数 表 有时，给矿物料的性质或永质可能会发 生腐蚀作用，可考虑使用特殊防护涂料、覆 盖层和使用特殊材质。 在 美 国使用橡 胶或仿橡 胶材 料，经实跷 证明，这类材料在诺德伯格圆锥破碎机中更 实用 。 ． 3 研 究及现场数据 现场试验研究及 数据 已经 证明，水冲技 术 的工艺是完善 的 在 南非 矿山工业 中取得 有效 数据 的试验 物料 包 括 金矿石 、铅 锌矿 铜 矿 、铁矿稆 冰镍。 实验结论为 wF圆锥破碎机 比传统的 圆锥破 碎机有更高 的破碎 比和生产能 力 通 过量 。破碎 机的改进 和 排放 小于最 小排矿 间 隙物 料及 冲洗水 的联合作用使 破碎 比达到 8{ l ，并使矿石处理能力提高5 O ％。 水 冲式破碎 机处 理W e s t e r n T r a n r v a a i 含金 矿石 试验结果如下 试验物料编号8 9 0 4 4 0 --A 试验设备 WF 2 0 流程 方案 开路 物料 金矿石 破碎机 排矿 口6 tar a 最 小间 隙 给矿 粒度 一 4 0 ram，2 2 ． 8 7 9 占8 0 ％ 产 品粒 度 5 ． 2 ram占8 0 通过量4 7 ． 5 t ／ h 固体 永冲技术殛其在南非矿 山的盘用 E T r u e ma n 维普资讯 排 矿浓 度 釉 功率 乜机功 率 52 81 kW 11 okW 上述实例说明，单段开路破碎，给矿越 崖为一 4 0 mm，W F 圆锥破碎机 破 碎 产 品 中 8 0 为一 5 ． 2 r a m。图2 列 出产 了产 品和给 矿粒 圈 2 w F2 ∞ 试验 给矿 与产品粒度 爱 分布 。 ,WF圆锥破 碎机的产 品分析说 明8 5 0 蛐％通过最小排矿间 隙，细粒级成比例增 加 。从 粒度 曲线 的较平 缓区段 中玎麒看 出这 一 点 。 wF圆锥 破碎 产 品颗 粒主要为片 状， 传 统的圆锥破碎机产 品颗 粒多呈立方悻。这 种 具有 较大表面积的颗粒产 品有助于提高磨 效率 ， 因为在旋 转磨机 中， 垂直 于颗粒平 面 施 加压力时，它们很容 易破 碎 片状分裂 的 相对程度 主要 取央于被处理矿石 的性质。 在 巴西的Mo r r o A g u d o矿，破 碎 规 利 Ⅺ 率达 到9 8 ，并对非主要 的机械 ，腐蚀或 磨 蚀问题做 了两年多的运转 数据 记录。 没有理由担心破碎机锰钢件过早磨损， 这 是因 为细粒物料从破碎腔 申排 泄畅通，减 少 了磨擦，同时水也 起到润滑和冷却作用 近 期的有效数据表明，这种wF 卿锥 破碎机 的 金 属消耗量为s g ／ , 以前第 二 代 破碎机金 属 消耗量为9 g ／ t ,平 均衬板寿 命 是3 0 0 0 h 。 破 碎机中锰钢件磨损量一般 为滚动磨机金 属 消 耗量 的1 0 4 水 冲技术及应用 随着 水冲技术在 巴西 矿 山中的成 功 应 用， ’ 这一 技术正 在该 地 区矿 山工业 中得到广 泛 应 用 。 焦点是使 矿山经营者 可利用水 冲技术获 得效益， 即； 1用 于改造现有流程 2新矿 山设计 中，作为替 代半 自磨 或第一段棒磨 的 可供选择 的方案 。 4 ． 1 用水冲式破碎 机改 造现有 的碎磨 流程 应用水 冲技术改造传 统的棒磨一球磨 流 程或半 自磨 流程 能提高生产能力 ．降低运行 成本， 较快的收 回投资 。 可行性 研究表明，在某 些情 况下，投资 能在 6个月 内收 回。这对 于 目前生产 处 于临 界状态的企业具有现实意义。水冲技术能谚 替代 的工艺有 1初始棒磨。 2三段或 四段 破碎。 3半 自磨流程。 4 ． 1 ． 1 初始棒磨 水 冲技术生 产能力增加是 出 于细 粒和片 状物料的产生。由于给矿粒度钿，磨机生产 效 率较 高，第一段磨 机处 理量 可增加 1 5 ％～ 2 5 。 ’ ～ 4 0 一 有 色 一l 9 9 4 ． 3 一 一 ．萋 一 ， ／。 一 ／ 维普资讯 棒磨机 转换为球 磨机， 使破碎细粒 、片 状物料需要的接触点增加到最大限度，处理 细粒物料需要 小球，也有 助 于提高 磨 矿 效 率。 与棒磨机相 比，相对说来，圆锥破碎机 对矿石硬度 、给 矿粒度 的变化 以及粒度和产 率不 均 匀不敏感 。矿 石功 指数 出现变化时 ， 用水冲式破碎机给 矿，对 第一 段磨机性能段 有多大 的影 响。 圆锥破碎机 比棒磨 机能更有 教 的利用能 源 。从 比较的观点看， l k W 的破碎能 力相 当 子4 k W的棒磨能力 。 因此，对于提供球磨给矿的设备而言， WF 回锥破碎机是代替传统棒磨机 的理想设 备。按言之，把细片状的水冲破碎产 品给A 球磨机，保持原处理量不变，将会增加磨矿 细度，l从而提高回收率。 选择 增加产 量还是提 高产 品细度则 由工 艺和 经济比较采定。 水冲技术与传统的磨矿流程的相对特性 如 图 3所示。 A B C 二段 常规睁矿 水冲式／ 球磨 承冲式／ 球瞎 球磨 璺 矿 E 嚣 运营成 田8 承冲技术 与常规破碎的相对 特性 4 ． 1 ． 2 三段 或 四段破碎 目前 的圆锥破 碎机能 够由wF 圆锥破碎 机代 替或 增补。例如， We s t e r n Tr a n s v a a l 金矿的试验数据为 基础 ，开 路破碎 流程 ， wF 圆锥破碎机能产出9 9 ％的一 l O mm物 料。 这些 设备能 够代替 干式 圆锥破碎 机而 不用 较 大的改造设备基础和给矿系统。这种设备可 取消用于磨机 细粒给 矿的闭路筛 分。 对 磨机提供 细粒给 矿能相应 增 加 的 效 益，表 现在 磨矿性 能上是 1降低磨矿介质 消耗。 2提高衬 板寿 命。 3提 高磨 机利用率。 在南非黄金矿山，测定了细粒给矿对磨 机金 属消耗的影 响，结果表 明，球 耗 降 低 1 l ，衬板寿命提高4 0 ％，给矿粒度从6 O - 6 ram降低 至8 0 ％一 6 ram。 这 些大大 节约介质 消耗 的情况 由其 他研 究者 做专 门介 绍。 降低运行成 本和提 高磨机利用率 的益 处 亦不详 述。 节约量受矿石性质，磨机运行条件和腐 蚀效应 的影 响。不过 ，节 约材料消耗及 减少 维修量是 有意义 的 4 ． 1 ． 3 半 自磨流程 美 国在 处理 临界砾 石时 ，为 了改善半 自 磨流程的运转效率和提高产品产量，目前正 普遍在半 自磨之前及之后安装圆锥破碎机。 长期以来，人们普遍认为，难以降低l 0 3 0 mra 粒级是最关键的。研 究 表明，实际 上片状 石 可能相 当大，甚 至超过 l o O mm， 已 经证明，这些相当太的片状石仍然是有效的 磨矿介 质 ，而 且，这是 事实。 问题是 ，这 些 靠 剪切作 用研磨 的片 状石有助 于磨矿吗 对～ 个特定 的矿体， 必须确定 关键的砾 石 粒度 范围，从 球磨机给矿 和破 碎机 排矿 中 分 出这些 矿粒，优先进入 磨矿流 程，会 明显 地增加半 自磨的处理量，并且有可能降低能 耗 k W h ／ t 。 在两个平行的半 白磨流程上 进 行 了 研 究， 、 其中一个使用诺德伯格破碎机提供特定 的砾石。经研究证实，在使用砾石破碎机的 流程 中，处 理量增加3 3 ． 5 以上， 降低 能耗 2 7．1 。 永冲技术及其在南非矿山曲直用一E． Tr u e ma n 一 4 1 维普资讯 特别是对湿矿和可能被污染的矿石，使 用wF 塌锥 破碎机晟 理想。 受现 有设备和 厂房 限 制 和 约 束，使用 wF 圆锥破 碎机的实际l 可题就 必 须 个 别 评 骱 。 wF圆锥 破碎机配置和 平衡 设计 仅需要 极 小 的空 间，可将破碎机 安装在靠 近磨 机 的 钢结构支架上，排矿直接进入给矿槽，可脱 水 ， 也可 不脱水，或者 有选择她进 入磨 矿砂 泵 池。不 需要 重型结 构基础。典型配 置如 图 4所示 。 氇 4 水冲武破碎一段磨 矿 选择1 r。。’。。 。。。。。。。-一 l 圈 5 水 冲式破碎～ 一段磨矿 选择2 圉6水 冲式破碎～段磨 矿 在 存在某些 约束 的情况下， wF圆锥 破 碎 机必须与磨机分离，可选择其 它 配 置 形 式 。水 冲式破碎 机的产 品， 易用泵 输送， 在 破 碎和磨 矿回路问提供 了一 种物料输送 的简 化方 法。 虽然， 输送泵是一个 附加的耗能设 备 ，但 从总 体上看 还是 经济 的。 使 用脱 水筛，筛上 物要用胶 带运输机输 送 ，筛下物 用泵送 到第一段磨机砂 泵池，如 果筛下粒度足够细，也可以全部跨过磨矿回 路 。 上述推荐方案已经鉴定，并给矿山经营 者带来 了效 益。 4 ． 2 水冲式破碎 机用 于新设计 矿 山 半 自磨 已被 南非矿 山2 0 多年的生产 实践 所 证实，它的 应用 仍在稳步 发展 。 这种 碎矿方法 的优点包 括投 资少，可 比运行成本低，并能处理要求细磨的湿矿和 粘性矿。在选择应用中，当矿石功耗与功指 数 一致 时， 半 自磨流程被认 为是 合理 的。 随着各 国使用经 验 的不断积 累， 半 自磨 的缺点逐渐被人们所认识，并进 行 公 开 讨 论 。 矿石性质的变化，导致无法维持稳定的 运行条件 后续作业的必要条件，相应而 生 的是循 环 负荷 变化和运行成本 增加 。 与常规工 艺相比， 在严 格分级 的半 自磨 流 程中，增加 了不 稳定性，原 因在 于难 以获 得 有代表性 的矿样 和小规模试验的 代表性不 足 。 现 在水 冲技 术的出现对半 自磨 和 常规 破 碎流程而言 ，是 更为可行 的替 代流程，其 优 点在 于 1投 资比常规流程和半 自 磨 流 程 低 。 机 。 2 运行 成本低 。 3 改善了磨 矿性能 。 1取消 了破碎 车间 的细粒筛 分 5取消了用作第一段 磨 矿 的棒 磨 6能处理湿矿和 粘性矿 。 7安装简便 。 8利用率 高。 9可预 测性强， 减少 风险因素。 42 有 色 一1 9 9 4 一 维普资讯 1 O 容易实现 自动化。 1 1 减少 了空气污染 。 通常，在推荐半 自磨流程时强调的一个 重 要 原因之一是 常规 破碎流程 的投资 高。 就常规破碎 流程而 言，投资分析 列出 每 台 破 碎设 备费用，2 ～3 个辅助设施费 用。这 些3 辅助设施一般 包括细粒矿储存设施，单 独 建筑 的带筛 分装置 的破碎 厂房，物料 胶带 运 输机及 收尘 系统等。 诺德伯格MP 1 0 0 0 圆锥破碎 机与水冲技 术相结合已证明对半 自磨是一种更经济可行 ．的替代。MP 1 0 0 0 安装功率7 5 0 k W。每小 时 能处理1 0 0 0 多t 矿。水冲破碎流程集 中 在磨 矿厂房，成为磨矿工艺的一部分，作为单段 ． 球磨 机 的开 路给矿。典型流 程如 图 7所示 。 E { O ～l 0 0 m／ h 去磨矿绐料 圈7 ]‘性能破碎漉程一水冲式和 MP 1 0 0 9 叠锥破碎机 闭路筛分和胶带运输机及收尘等设备能 城 少或全部取消，大太地降低了投资。 5 未来的需求 诺德伯格作为设备制造厂商有义务为合 理的工艺提供保证，满足矿 山工业的变革需 求。 5 ． 1 小型 选矿厂 市场研究表明t月 处 理1 0 0 0 O 一 ， 4 0 0 0 0 的中、小型 选 厂，例如E a s t e r n T r a n s v a a l 正在建设的那些选厂，其碎磨系统的成本和 能耗效率是一定 的。在这些企业中使用半 自 磨，经济上肯定是不 合理的。 5 ． 2深部开采 生产矿山逐步向深部开采，采矿方法和 矿 君性质很 可能变 化。如果 出矿粒度变小， 半 自磨流 程的适宜 性 就很成问题 了。 5 ． 3 井下 碎磨 站 同样地，提升运输费和矿石处理成本的 增加 ，可 以考虑设置 井下碎磨 站的可能性， 在这方面，设备 的外形 尺寸 、物料运 输的方 法 、环境 噪音和 空气污染问题将受 到非常严 格 的审查。 5 ． 4 堆浸 处理细粒矿或含粘土的矿，可考虑水冲 式破碎 堆浸 方式 ，利用其脱泥作 用可省去制 粒作业 。典型配置 如 图 8所示 图8 金矿堆 浸或搅 拌浸 出 以上简要述及的情况中的任何一种，用 水冲技术比其它任何方法都优越。 6结 论 在南非对难处理矿石的实验及在生产上 的成功应用，充分证明了水冲技术可代替常 则破碎和半 自磨流程。其优点如下； 1 wF 圆锥 破碎机能有效地处 理 湿 矿 特性矿， 生产 出细粒及片状的磨机给矿， 克服了其它工艺方法的缺点。 2用于 改造 现有碎磨厂 时， 可增加 处 理量并 降低运行成本 。 3 用于新厂设计时 ，可降低投资和 运行成 本。 4有效地 减少 干式破碎 、筛分和转 水冲技术囊其在南非矿山前应用 E． T z u v ma n 4 3 -- 维普资讯 f 一 { 金 1、 切姆利克里克金矿金的回收 丁、 es R ．⋯。 ． 虐 l尺 了 。 金 田矿山公哥于 1 9 8 7 年t 1 月开始处 理内 华达北部 的切姆利克里克金矿的矿石。从那 对起，该矿每年从选厂和堆浸回路获得的金 产量约 2 0 0 0 0 0 o z 1 o z3 1 ． 1 O 3 g g 。 导致该矿投产的活动可追溯蓟1 9 8 5 年 1 月，当时金矿勘探队在现称 发现号山坡的 地方钻了第一个孔。在当年的晚些时候探明 了主矿体 的位置， 也就是 目前开 采 活动 的主 矿区一北坑。投产后的后续勘探工作 又发现 了主矿体南 2英里 1 英里 1 6 0 9 ． 3 4 4 m的 另外 1 4 0 0 万t 矿石 。 i 设计 切姆 利克里克矿 的 设 计 工 作 开 始 于 1 9 8 6 年 5月初 。加利福尼亚 州 圣拉蒙 的戴维 麦 基公 司进行设 计和施工管理 。在开始 设 计 之前，将厂部所需的高级职员都雇末并安排 到工 程中 。高级职 员包括厂长 、生产 总管， 设备维护总管和总工程师。金 田公司不 雇佣 总部职 员进 行工厂设 计，认为设计 工厂 的人应该是那些一旦工厂投产就能立 即使其 运 转的人 。这一 观点为 选厂从设 计 到试车 、 生产提 供了一 个诖 续 的责任 保证 。所有这 4 位高级雇员均参予了藏维麦基公司进行盼最 关键 阶段的设计工作 ，所 以选厂实 际上是道 4位专业人 员的培谢 反映。 维护总管一开 始碰 到的焦点 问题， 是工 厂要易于维护。从一开始采纳的 另 一 个 观 点 ， 是要 方便操 作工和维 修工的工作 。 为此 ， 曾向戴维麦基公 司提出了大量 的 建 议。 例． 如，要 求起重桃 或抓斗能轻 易地 吊起 每一 台 设 备，要 求在 所有输 送机两 侧 留有人行道 以 便于维 修，在其下部 要 留有 不少 于7 6 0 mm的 清 扫 空间以便 于清扫。 操作 工的视 野是一 个 非常重要 的考虑因素，在设 计控制 室和 总图 布置时也要 牢记这一点 。在开 始的规划会议 上，大约有1 0 0 条规则提交给了戴维麦 基 公 司，并在整个设计和施工过程中贯衡始终。 当设计工作在加利福尼亚州的圣拉蒙紧 张进行时， 堆浸试验工 作 已在现场展开 3 座直 径 1 ． 8 m的玻璃纤 维柱 已建 造起 来 并 且 在里面装了6 m高的低 品位矿石。堆 浸 设 计 就建立在这 些授曲 桂的浸曲 试验数据 上。 2 ．施工建设 该工程 的主要承包 商是 ；工业 公司负责 大部分管道输送和结构旖工，E MKO u 司负 责 电器和设备的安装，Hu n c w i l l 公 司 负责 运系 统中普遍存在粉 尘飞扬问题 。 5WF圆锥破 碎机 完全 由南非制造 ， 能提供 全面技术和产 品保 障服务 6这种已教实践证明韵水冲技术将 有助于新设备的开发，并具有较强的竞争实 力 。 。 参考 文献略 周力译 自 I n t e r n a t i o n a l D e e p Mi n i n g Conf er enc e I nno va t i ons i n M e t aI l ur gl c al Pl a nt ． J o h a n n e s bu r g， S AI M M ， 1 9 9 0， 1 7 2 3． 闶包 晡校 责任编 辑康晓蔫 一 4 4 一 有色矿 ～1 9 9 4 ． 3 卜 ／ 叫 维普资讯