西藏甲玛铜多金属矿选矿厂设计与生产实践.pdf
3 0 有色金属 选矿部分 2 0 11 年第2 期 D O I 1 0 .3 9 6 9 0 .i s s n .1 6 7 1 - 9 4 9 2 .2 0 11 .0 2 .0 0 9 西藏甲玛铜多金属矿选矿厂设计与生产实践 陈典助 长沙有色冶金设计研究院选矿分院,长沙4 1 0 0 1 1 摘要选矿厂位于西藏高原,处理原矿属含铜、铅、锌、钼等复杂难选多金属矿。文章简要介绍了原矿的工艺矿 物学特性,并描述了各种矿物采用不同的浮选药剂时的理论浮选效果。生产表明,设计采用分段浮选、分段回水、部分 回水处理后返回的选矿工艺流程实现选矿厂废水零排放的方案町行,经济合理。文章也对选矿厂设计方案与生产实践作 了详细介绍,并总结了设计与建设高原型矿山的实践经验。 关键词高原犁矿山;选矿厂设计;环境保护;回水处理与循环利用 中图分类号T D 9 2 8 .1 ;T D 9 5 2 .1 ;T D 9 5 4文献标识码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 1 0 2 0 0 3 0 0 5 D e s i g na n dp r o d u c t i o np r a c t i c ei nJ i a m aP o l y - m e t a l l i cC o p p e rC o n c e n t r a t o ri nT i b e t c H E ND i a n z h u C h a n g s h aD e s i a na n dR e s e a r c hI n s t i t u t eo fN o n - f e r r o u sM e t a l l u r g y ,C h a n g s h a 4 1 0 0 1 1 ,C h i n a A b s t r a c t R u n - o f m i n eo r ep r o c e s s e db yo r ed r e s s i n gp l a n tw h i c hl o c a t e si nt h eT i b e tP l a t e a ui S p o l y - m e t a l l i c o r e c o n t a i n i n gC u ,P b ,Z n ,M oa n d S Oo n ,w h i c hi s c o m p l e x a n dd i f f i c u l tt o p r o c e s s . C h a r a c t e r i s t i c so ft e c h n o l o g i c a lm i n e r a l o g yo fr u n - o f - m i n eo r e a r ei n t r o d u c e di nt h i sp a p e r .A tt h es a m e t i m e ,t h e o r e t i c a lf l o t a t i o ne f f e c t so fa l lv a l u a b l e m i n e r a l sw i t hd i f f e r e n tk i n d so ff l o t a t i o nr e a g e n t s a r e d e s c r i b e d .A c c o r d i n gt o t h ea c t u a lp r o d u c t i o n ,d e s i g n e df l o w s h e e to fs t a g ef l o t a t i o n ,s t a g e r e c y c l i n go fw a t e r a n dr e t r i e v i n gp a r to ft h er e c y c l e dw a t e ra f t e rc l e a n i n gc a na c h i e v ez e r oe f f l u e n td i s c h a r g e ,a n di sr e a s o n a b l e a n de c o n o m i c a l .M e a n w h i l e ,d e s i g ns c h e m ea n dp r o d u c t i o np r a c t i c eo ft h eo r ed r e s s i n gp l a n ta r ei n t r o d u c e d i nd e t a i li n t h i sa r t i c l e .a n dp r a c t i c a le x p e r i e n c e so fd e s i g na n dc o n s t r u c t i o no fm i n el o c a t e di n p l a t e a ua r e a l s os u m m a r i z e d . K e yw o r d s m i n el o c a t e di np l a t e a u ;o r ed r e s s i n gp l a n td e s i g n ;e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ;c l e a n i n g a n dr e c y c l i n go fw a s t ew a t e r 西藏土地面积1 2 0 多万平方公里,据报道境内 目前已发现的元素有1 0 2 种,已探明矿产资源储量 4 1 种,发现矿点2 0 0 0 余处,探明和初步探明的矿 产资源潜在价值达数万亿元,已经初步评价出一批 开发价值较高且相对集中的矿产资源区,包括共、 伴生矿产在内,已评价大、中型矿床6 3 个,其中 勘探矿区2 0 个,详查矿区2 9 个,目前拥有矿山开 采企业2 0 0 多家,各大矿业公司、能源公司正在加 大对西藏资源开发的投入。但西藏高寒缺氧,生态 环境极为脆弱,再生能力差,一旦破坏很难恢复, 因此“在保护中开发,在开发中保护”应该成为西 收稿日期2 0 1 0 1 l 1 8 作者简介陈典助 1 9 6 8 一 ,男.湖南双峰人,高级工程师。 藏矿业开发的模式[ i - 2 ] 。 甲玛铜多金属矿是西藏自治区“九五”、“十 五”期间重点矿产勘查项目,位于拉萨市“一江两 河”开发区中部。因此该项目的开发就更是先作好 环境保护、后追求企业经济效益的模式。设计建设 方案自始至终贯彻建一座矿山、绿化一片地方的方 针,严格执行保护草地、小搅动地表、严防污染地 下水资源。 1 地质资源及矿床特征 矿床为典型的矽卡岩一角岩一斑岩型铜钼多金属 万方数据 2 0 11 年第2 期 陈典助西藏甲玛铜多金属矿选矿厂设计与生产实践 3 1 矿,矿区分为铜山、铅山和牛马塘三个,其中铅锌 主要赋存在铅山矿区,角岩刭矿床赋存在牛马塘上 部矿区,适宜于露天开采。其中探明的矽卡岩型矿 床矿石储量3 .3 1 亿t ,含铜2 6 5 1k t ,平均铜含量 0 .8 % 我国铜矿石的平均品位0 .8 7 %【3 I j ,含钼 1 9 2k t ,平均含钼0 .0 5 8 %,含铅4 7 6 .2k t ,含锌 2 1 7 .8k t ,平均含金0 .1 2g /t ,含银1 5 .8 趴。角砾 岩矿石量6 .5 5 亿t ,含铜1 5 0 7k t ,平均铜含量 0 .2 3 %,含钼2 9 5k t ,平均钼含量0 .0 4 5 %。一期 设计开采对象为铅山和牛马塘适宜于露天开采的矿石。 2 工艺矿物学研究 矿石具有氧化弱、构造简单、赋存岩石多样、 物质成分复杂的特点,矿床氧化带及次生富集带不 发育,绝大部分矿石为硫化矿,氧化矿甚少。矿石 化学成分中有益组分为铜、铅、锌、金、银、钼 等,有害组分主要为砷、M g O 等,含量很低。原 矿的多元素分析结果见表1 。 表1 原矿多元素分析结果 T a b l e1T h ec h e m i c a la n a l y s i sr e s u l t so fr u n - o f - m i n eore|% 元素C uP bZ nM oSF eA sW O ,M nS i 0 2 A 1 2 0 3 C a O M g O A u A g 含量1 .3 82 .4 41 .1 00 .0 4 52 .4 21 0 .0 70 .0 6 9O .0 5 4O .3 03 9 .I4 .2 12 8 .8 91 .2 1 0 .5 5 9 /t6 1 .3 2 9 /t 矿石中主要金属矿物为黄铜矿、斑铜矿、方铅 矿、闪锌矿、辉钼矿、黝铜矿,非金属矿物为石榴 子石、透辉石、钙质斜长石、硅灰石、钾长石。矿 石中铜、铅物相分析结果见表2 、3 。 表2 铜物相分析结果 T a b l e2T h ea n a l y s i sr e s u l t so fc o p p e rp h a s e,% 总铜 1 .3 8 0 1 0 0 .0 相别自由氧化铜次生硫化铜原生硫化铜结合氧化铜 含量0 .0 2 4O .0 6 11 .2 7 5O .0 2 0 占有率1 .7 54 .4 49 2 .3 61 .4 5 黄铜矿是矿石中主要的铜矿物,多为不规则粒 状,粒径大小不等,以中细粒为主,一般O .0 l ~ 0 .1 2 m m ;主要充填于造岩矿物粒间或沿石榴子石 环带产出,有些沿矿物和岩石微裂隙呈细网状,主 要与斑铜矿紧密共生。 斑铜矿也是矿石中主要铜矿物,与黄铜矿有明 显共生关系,主要产于黄铜矿一方铅矿一闪锌矿一辉 钼矿矿石中。矿物多为他形,少数自形,粒度细, 粒径一般0 .0 1 ~0 .3m m 。 表3 铅物相分析结果 T a b l e3T h ea n a l y s i sr e s u l t so fl e a dp h a s e/% 黝铜矿为次要铜矿物,占金属总量的1 % 5 %, 主要见于铜铅锌矿石类型中。矿物粒度一般0 .0 1 。 0 .2m m ,常呈团块状、脉状及星散粒状不均匀分 布于岩石中。 辉钼矿与黄铜矿、斑铜矿、黝铜矿、方铅矿等 共生,呈浸染状分布于不同岩性的脉石矿物中,粒 径0 .0 l ~5m m 。 方铅矿分布普遍,局部地段和地表较富,常呈 致密块状与闪锌矿共生,粒径0 .0 1 ~3m m 。 ‘ 伴生有价金属金主要产于黝铜矿、斑铜矿和 脉石矿物中,银主要以自然银和碲银矿存在,银与 铅有一定正相关性,一般铅高银亦高。 3 工艺流程设计 受选矿厂废水零排放的高环境保护标准限制,浮 选药剂的选择与回水返回方式成为研究的重点。 黄铜矿是最重要的一种工业铜矿物[ 4 | ,在大 多数情况下为原生硫化物,不易氧化,很易浮,用 少量硫化矿物常用的阴离子捕收剂 黄药、黑药 等 就能很好地浮选。氰化物对黄铜矿有很强的抑 制作用,石灰只有大量使用时才起抑制作用,在碱 性介质中黄铜矿还会被硫化钠、硫化铵抑制。 斑铜矿为次生矿物,抗氧化性和可浮性仅次于 黄铜矿,白药和黄药是其良好的捕收剂,添加少量 硫化钠能改善斑铜矿的可浮性。氰化物对其有较强 的抑制作用。 辉钼矿晶体呈六方层状或板状结构,晶格层片 内部为共价键,层片间为分子键,氧化反应速度很 慢,因此天然可浮性好,是最易浮的矿物之一。添 加非极性油甚至只加起泡剂就能浮选,但如果再添 加黄药和黑药可大大提高其回收率。硫化钠和氰化 物都不能抑制辉钼矿,但当石灰用量大时它会对细 磨的辉钼矿 易絮凝 及辉钼矿与黄铁矿或脉石等 的连生体产生抑制。, 万方数据 3 2 有色金属 选矿鄯分2 0 1 1 年第2 期 方铅矿大部分为立方晶格,解理面完全。其表 面未氧化前亲水,不能与黄药作用,但稍氧化后即 形成疏水性表面而可与捕收剂作用,一般采用乙基 黄药、黑药及丁基铵黑药作捕收剂,浮选临界p H 值为1 0 ,最适宜的p H 值为7 。8 。其主要抑制剂有 重铬酸盐、硫化钠,但吸附了铜离子的方铅矿则难 以被重铬酸盐抑制;也可用苏打造成碱性介质,再 用石灰抑制方铅矿。氰化物对其不产生抑制作用。 闪锌矿的浮选用短链黄药多数情况下不浮或低 回收率[ 5 ] ,只有用长链黄药如戊基、己基黄药在 不太高的p H 下可以获得较高的回收率。闪锌矿未 活化时较难浮,但活化后其可泽陛同某些硫化铜矿 物相近,使铜锌难以分离。试验和理论计算都表 明,硫化物溶度积比Z n S 更小的金属离子对闪锌矿 都有活化作用,从经济和使用效果均表明硫酸铜是 闪锌矿活化剂的首选。在无铜矿物存在条件下,如 果方铅矿未受氧化,则可选Z n S O , 作为闪锌矿的抑 制剂;如果方铅矿受氧化造成溶液中P b “较高,则 应选用Z n S O 。和N a C O ,混合抑制剂。当矿浆中含 有c u 2 耐,则应选用氰化物作为抑制剂。 据报道巯基乙酸钠可用于钼矿浮选和铜一钼混 合精矿分离浮选过程抑制硫化铜和硫化铁矿物,对 方铅矿也有一定的抑制作用,其效果与氰化钠相 铜钢与铅分离浮选 当,但对环境无污染,无毒、安全,在葫芦岛、栾 川及陕西洛南等地区的钼矿、铜钼矿已获成功应 用。用量一般在5 0g /t 左右,在碱性矿浆中使用, 以p H 值8 .5 左右为最佳。 根据矿物组成、矿石性质、选矿药剂制度和回 水中药剂成分,选矿工艺流程设计了分段浮选、分 段回水流程。铜、铅、钼先混浮再依次分离,混浮 尾矿浓缩回水再浮锌,浮锌尾矿浓缩、压滤回水。 原则工艺流程见图1 。药剂制度为铜铅钼混合浮选 加石灰、乙基黄药、黑药、硫酸锌、碳酸钠、煤油 和松醇油,抑铅浮铜钼浮选抑制剂为水玻璃、亚硫 酸钠和纤维素混合物,铜钼分离浮选用巯基乙酸 钠、水玻璃、煤油和松醇油,锌浮选用石灰、乙基 丁基混合黄药、硫酸铜、松醇油。 采用分段回水基本消除了药剂的相互影响,降 低了浮选药剂的用量,各精矿质量得到提高,并大 幅度减少回水处理量,降低生产成本,实现选矿废 水零排放。 4 主要设计方案与生产实践 4 .1 原矿运输 各中段设计可采储量计算结果表明,4 3 0 0 . 4 5 0 0m 矿量约占中段总矿量的7 2 %,4 5 0 0m 以上 原矿 球磨沪 旋流器1 分级 』三 铜铅铜混合浮选I 铜铅钼粗精矿浓缩网水ll 尾矿浓缩回水 回水直接返回磨矿 锌浮选 锌精矿浓缩、过滤同水lI 尾矿浓缩压滤回水 雪。7 4 篇妊羽南南赢磊l 抑制浮钼分离浮选hll 铅精矿l l 锌精矿Il 尾矿滤饼送尾矿库干堆ll 回水 铜精矿浓缩、压滤回水ll 铜精矿浓缩、过滤回水 钼精矿ll 铜精矿 回水 回水处理 图I 选矿原则工艺流程 F i g .1 T h ep r i n c i p l ef l o w s h e e to fm i n e r a lp r o c e s s i n g 蝈 登b 激 回 嘲 辎 蜘 焱 箍 处理后的回水 万方数据 2 0 1 1 年第2 期 陈典助西藏甲玛铜多金属矿选矿厂设计与生产实践3 3 矿量约占2 8 %,考虑高原降效因素,选矿厂布置在 4 0 8 7 ~4 0 0 0m 标高,受矿仓顶标高为4 0 8 7m 。因 此原矿运输采用平窿 电机车运输方案,设主平窿 标高4 2 6 1m 和转运平窿 标高4 0 8 7n 1 进行 转运以消除采矿场和选矿厂的高差,运距约8k m 。 4 .2 破碎筛分 设计选用三段一闭路破碎筛分流程,最终产品 粒度为一1 2m m ,破碎设备选用进口美卓矿机制造 的颚式和圆锥破碎机,但第三段用H P 5 0 0 圆锥破 碎机装机功率由正常的3 5 5k W 提高到4 0 0k W , 投产后即达到了设计产能要求,设备运转正常。 4 .3 磨矿浮选 设计分为两个平行系列,每个系列设计处理能 力为3k t /d 。 每个磨矿系列选用一台洛阳中信重工制造的 中4m x 8m 的溢流型球磨机与{ I } 5 0 0m m 水力 旋流器机组构成一段闭路磨矿,控制磨矿产品细 度为一7 4I x m 占7 0 %。设计将球磨机的装机功率 由1 8 5 0k W 提高到了2 0 0 0k W 。 浮选原则流程见图l ,设备选用了北京矿冶研 究总院制造的X C FI I /K Y FI I 一1 6 充气机械搅拌式浮 选机。吸浆槽的装机功率由4 5k W 提高至5 5k W , 直流槽的装机功率由3 0k W 提高至4 5k W ,并增 加了浮选机液位自动调整装置。浮选机单位面积充 气量按内地标准进行计算,但配套鼓风机供风量按 海拔高度考虑了降效,其装机功率按内地经验单位 风量耗能指标确定。 投产后球磨机、浮选机、鼓风机的配套电机基 本能满足要求,磨矿、浮选生产能力和指标均能达 到设计指标,但球磨机电机测试的温度偏高,经常 在9 7 ℃,高时达1 1 0 ℃,因此球磨机电机功率应 再上调一个型号如2 2 4 0k W 比较合适。 对铜、铅、钼混合粗精矿粗精选的浮选机进行 了改造,由单槽容积2 .0m 3 改为单槽容积1 6m 3 , 使粗精选浮选机作业槽数大大减少,矿浆管道增 大,改造后矿浆流通更顺畅,粗选一和精选一液位 更容易稳定,精矿回收率和品位均有所提高。 4 .4 精矿脱水 铜、铅、锌精矿选用浓缩 陶瓷过滤机两段脱 水流程,钼精矿选用浓缩 压滤 浆叶式蒸汽干燥机 三段脱水流程。投产后基本能满足要求,但陶瓷过 滤机的真空度比内地的高,铜精矿滤饼含水量平均 达1 5 %,按固体量计算过滤铜精矿单位面积的产 能为3 5 0k g /m L h 。 4 .5 尾矿处理 浮选尾矿选用厂前浓缩至4 0 %~5 0 %进行回 水,再用隔膜泵输送至位于尾矿库库尾的尾矿压滤车 间,用渣浆泵压人压滤机脱水,胶带输送机将滤饼送 人尾矿库进行干堆,设计滤饼含水量为1 8 %一2 5 %。 尾矿输送选用了国内先进的D G M B2 5 /1 1 隔膜 泵一级扬送,输送距离约2 .7k m ,几何高差3 8 5r f l 。 生产实践证明该方案可行,经济合理,但最佳配置 方案是一台隔膜泵对应一条尾矿输送管,如果采用 阀门控制,管道串联,阀门极易磨损,引起管道内 矿浆串通,造成输送不畅,阀门更换频繁。 压滤机选用了景津压滤机集团公司生产的 K Z G 6 0 0m Z /2 0 0 0 一U 快开式隔膜压滤机,过滤面积 6 0 0m 2 /台,滤室容积V o 10 .6m 3 /台。设计压滤机工 作周期为2 4m i n /次,其中矿浆给料时间为T o 6m i n , 给矿压力0 .5M P a 。 压滤机给料泵输送的固体量仇按如下公式计算 q o 爿器川 t 式中卜矿石真比重,t /m 3 ; 再根据给料浓度R 。、允许的矿浆给料时间死 计算出给料泵所需要的矿浆输送能力,由此设计确 定给料泵参数矿浆输送能力为4 0 0 - 5 0 0m 3 /h ,扬程 6 8 ~7 4m ,装机功率2 0 0k W ,并采用变频控制。 投人生产后由于滤饼水分很容易控制在2 0 % 以下,因此压滤机作业过程取消了压缩空气鼓吹过 程,压滤机每次工作周期缩短至2 1m i n ,压滤机 生产能力达1 2 5k g /m 2 ‘h 。 4 .6 回水处理 设计采用分段回水,部分回水经处理后返回相 应浮选作业流程使用。设计分为铜铅钼混合浮选回 水系统I 、铜铅钼分离浮选回水系统Ⅱ、锌浮选及 其尾矿回水系统Ⅲ。 系统I 即是铜、铅、钼混合浮选后尾矿自流入 自动提耙浓缩机,浓缩机溢流直接作为回水返回磨 矿补加水系统。 系统Ⅱ为铜、铅、钼分离浮选的各精矿浓缩机 溢流水和过滤机滤液。该系统的回水和部分Ⅲ系统 回水合并处理后返回系统I 的高位回水池,再经管 网给人磨矿系统。 系统Ⅲ为锌浮选尾矿厂前浓缩机回水、尾矿压 滤机回水和锌精矿浓缩、过滤机回水,该系统水大 部分返回锌浮选系统,少部分进入回水处理系统。 回水处理工艺流程采用先将两部分水混匀, 万方数据 3 4 有色金属 选矿部分2 0 1 1 年第2 期 表4 水质分析 T a b l e4T h ea n a l y s i sr e s u l t so fw a t e rc o n t e n t d lm g L - I 坚曼旦里生 垫壁 垦璺 些 兰 堡塑竺 8 .0 8 .52 0 0 ~3 0 02 0 ~3 05 ~1 00 .5 ~1 .01 ~21 ~2中 再用硫酸调节p H 混凝槽沉淀 活性炭吸附的工艺 流程,处理后水质分析结果见表4 。 生产实践证明,采用分段回水分别返回使用, 部分回水处理后返回磨矿生产流程,对浮选生产指 标影响甚微,可实现选矿厂废水零排放,回水处理 成本仅1 .8 1 元/m 3 。 5 设计创新 1 由于矿床赋存海拔较高,为了提高全员劳 动生产率,将选矿厂布置在4 0 0 0m ,因此设计将 采出矿石采用两段溜井倒运,电机车运输,消除采 矿场与选矿厂自然高差3 9 7m ,并大幅度降低了原 矿运输成本,消除了冰雪季节与雨季由于运输不畅 对生产的影响。 2 原矿运输为1 0 m 3 固定式矿车,采用翻车机 卸矿,为国内首次使用这种大型翻车机,有效地解 决了矿车沿途运输时的掉矿。 3 采用新型组合药剂,使浮选工艺由传统的 优先浮选改为铜、铅、钼混浮再分离浮选,有效实 现了选矿厂分段回水,9 0 %的回水直接回用于生 产,大幅度降低了回水处理投资和生产成本。 4 回水处理采用p H 调节 混凝沉淀 活性炭 吸附处理工艺,不仅可以满足选矿工艺用水要求, 而且处理成本仅1 .8 1 元/m 3 。 5 采用压滤法干式尾矿堆存,提高了回水率, 节约了水资源,降低了尾矿堆存场投资,消除了尾 矿水渗入地下对水资源影响的可能。 6 尾矿采用高浓度 4 0 %~5 0 % 输送,选 用了国内先进的隔膜泵一级扬送,不仅节省投资, 还可降低生产成本,减轻工人劳动强度。 7 1 1 0k V 系统采用全密封免维组合电器 G I S ,节约了变电站的占地面积,降低了变电站 的总投资。同时实现了在高原地区减少设备的检修 与维护工作量。 8 1 0k V 系统开关柜选用了K Y N 7 9 系列的 2 4k V 系统开关设备,同时其中的避雷器以及相关 的部分元器件采用了高原修正后的特殊产品,满足 了高海拔的要求。 6 经验与总结 1 高原型矿山的选矿工艺流程、选矿药剂制 度必须结合环境保护方案来制定,并认真贯彻、执 行节能减排的产业政策,为企业可持续发展、经济 效益合理化、社会效益最大化创造条件。 2 高原由于地下水位较低,含量较小,岩石 较稳定,原矿宜选用地下窄轨,电机车运输。以减 少修筑公路对地表的搅动和破坏,避免了运矿扬尘 产生的环境污染,并能保证冰雪天气正常运矿,满 足选矿厂的年作业率。 3 高原型矿山建设必须注重机械化、自动化 和工业电视监控,尽量降低工人劳动强度。 4 高原由于空气稀薄,电气保护和开关的选 择必须遵循国家颁布的高原电气标准。 5 电机在高原工作时降效一般达2 0 %,且易 发热,因此设备配套电机应选择高原型电机,功率 应考虑高原降效因素,放大2 0 %~3 0 %。但胶带 输送机电机可以参照内地计算公式选取,功率无需 考虑高原降效因素进行放大。 参考文献 [ 1 ] 刘增,邹建业.西藏矿产资源开发及对环境的影响[ J ] . 科技资讯,2 0 0 7 2 2 2 2 2 2 4 . 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