SABC粉磨系统中闭路香蕉筛分级作业的优化研究.pdf

第 48 卷 2020 年第 1 期 分选 编 辑 安 秀 清 45 SABC 粉磨系统中闭路香蕉筛 分级作业的优化研究 韩雪涛1，张 萌2,3，李 刚1 1中广核铀业斯科有限公司 纳米比亚斯瓦科普蒙德 8667 2洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司 河南洛阳 471039 3矿山重型装备国际重点实验室 河南洛阳 471039 摘要纳米比亚湖山铀矿 SABC 粉磨系统自运行以来，闭路香蕉筛环节严重影响到系统的正常运行 与产能提升。根据现场实际运行工艺参数，在核算其处理能力与分析不利操作因素的基础上，采用 JKSimMet 软件进行模拟与分析，并提出优化方案与改进措施。实施后系统逐步达到设计产能，为类 似项目提供了参考。 关键词SABC；香蕉筛；JKSimMet 中图分类号TD452 文献标志码A 文章编号1001-3954202001-0045-06 Optimization research on classification operation of closed-circuit banana screen in SABC grinding system HAN Xuetao1, ZHANG Meng2,3, LI Gang1 1CGNPC Swakop Uranium Co. Ltd., Swakopmund 8667, Namibia 2Luoyang Mining Machinery Engineering Design Institute Co., Ltd., Luoyang 471039, Henan, China 3State Key Laboratory of Mining Heavy Equipment, Luoyang 471039, Henan, China AbstractDuring the operation of the SABC grinding system in Husab Uranium Mine of Namibia, the closed-circuit banana screen seriously affected the normal operation and capacity enhancement of the system. According to on-site operating parameters, after the checking of the processing capacity and the analysis of the unfavorable operating factors, JKSimMet software was applied to conduct simulation and analysis, and then optimization schemes and improvement measures were offered. Since the above put into use, the design capacity of the system was gradually achieved. The research offered reference for similar projects. Key WordsSABC; banana screen; JKSimMet 纳 米比亚湖山铀矿设计处理原矿 45 000 t/d，其 粉磨工艺采用 SABC 流程，最终磨矿产品 P80 为 355 m。与传统 SABC 流程相比，该项目由于磨 矿产品较粗，因此采用香蕉筛代替旋流器作为球磨系 统的闭路分级设备，一方面获得较好的分级性能，为 后续浸出工艺提供合格的矿石粒度；另一方面香蕉筛 的处理量大且无需占用较大的空间。 项目自 2016 年试车运行以来，香蕉筛的分级作 业频繁出现筛板结垢、冲洗水喷嘴堵塞与筛面积水过 多等一系列问题，严重影响项目的正常运行和产能提 升。笔者根据现场实际运行工艺参数，在重新核算香 蕉筛处理能力的基础上，分析与总结影响分级作业 的不利因素[1]，并通过 JKSimMet 软件进行模拟与分 析，研究入筛物料的粒度分布与各环节的补加水量对 分级性能的影响，从而优化分级作业的工艺参数，同 时改进筛网材料和完善不良操作[2]，最终获得较为满 意的分级性能，使粉磨系统逐步达到设计处理能力。 1 湖山铀矿简介 纳米比亚湖山铀矿项目是目前世界上规模最大 作者简介韩雪涛，男，1986 年生，工程师，硕士，主要从事 铀矿工艺研究工作。 万方数据 第 48 卷 2020 年第 1 期 分选 编 辑 安 秀 清 46 的露天铀矿，包括露天采矿场、水冶厂和硫磺制酸厂 等。 湖山铀矿项目选矿设计处理能力为 1 875 t/h 45 000 t/d，粉磨工艺采用 SABC 流程，如图 1 所示。 具体为储矿堆矿石经输送带给入 1 台 φ10.77 m 5.29 m 半自磨机，半自磨机排矿经圆筒筛分级，圆筒筛筛 上 12.5 mm 顽石经圆锥破碎机破碎后返回半自磨机 再磨，圆筒筛筛下 -12.5 mm 物料给入到缓冲泵池， 经渣浆泵输送到 4 台 3.6 m 7.3 m 香蕉筛，香蕉筛 筛下 -0.63 mm 物料进入浸出作业，筛上 0.63 mm 物料经输送带给入 1 台 φ6.51 m 10.21 m 球磨机， 球磨机排矿到缓冲泵池，与香蕉筛形成闭路磨矿分级 系统。 香蕉筛的分级作业为粉磨系统的把关环节，其 运行效果不但关系到整个粉磨系统的处理能力，而且 直接影响到浸出作业的正常运行以及铀的浸出率。然 而，项目自运行以来，香蕉筛的分级作业出现一系列 问题，严重影响到粉磨系统的正常运行与产能提升， 是项目中急需解决的关键“卡脖子”难题。 2 香蕉筛能力核算 项目于 2016 年底投产后，供给水冶厂的矿石粒 度和硬度与原设计基本一致。但由于香蕉筛筛板处理 能力的限制，磨矿系统的处理量只能达到 1 200 t/h， 仅为设计处理能力的 64。 2.1 设计参数与实际运行参数 香蕉筛由南非 Vibramech 制造商生产，最初设计 采用 4 台香蕉筛 3 用 1备 进行最终的控制分级，香 蕉筛设计参数与实际运行参数对比如表 1 所列。 香蕉筛的设计选型并没有行业通用的计算方法。 厂商在计算筛分面积时，主要依据工厂试验确定筛板 的核心参数筛分通量，即单位面积、单位时间内通过 的流量 m3/h/m2，再根据进入振动筛的设计参数计 算筛板所需的总面积。 在湖山铀矿项目中，厂商对筛分设备的筛板总面 积的计算产生了严重的偏差，香蕉筛的选型与物料粒 度和湿度、筛孔形状、筛面倾角、筛面长度、筛面的 运动特性和筛上物料厚度等因素有关[3]，工厂小型试 验无法模拟实际运行情况，并且试验放大后很容易产 生偏差。因此研究一种较为可靠的香蕉筛能力计算方 法尤为关键。 2.2 香蕉筛能力核算 根据相关文献的理论计算，通过与湖山项目香蕉 筛的实际运行参数进行对比，提出了香蕉筛选型的具 体参数计算方法。 2.2.1 经验公式估算法 根据选矿设计手册中的经验式[4] A q ϕ q 0 ρs K1 K2 K3 K4 K5 K6 K7 K8， 1 依据香蕉筛分级作业的实际运行状态，各参数取值如 表 2 所列。 将表 2 中参数代入式 1 可知，若筛分效率为 70，筛网名义面积为 110 m2，与 4 台振动筛筛面面 积 108 m2 一致。但是制造商提供的香蕉筛筛分效率 为 94，同时根据香蕉筛的工作特点，即使不同倾斜 段所对应的筛分效率存在差异[5]，筛分效率取值 70 表 1 香蕉筛设计与运行参数 Tab. 1 Design and operating parameters of banana screen 性能指标 筛孔尺寸/mm 磨矿系统处理能力/t h-1 给料矿浆中干料流量/th-1 给料矿浆质量分数/ 筛下物质量分数/ 类型与数量 给料粒度分布/mm 筛下粒度分布/mm 设计参数 0.638.8 1 875 3 750 54.4 34.3 3 用 1 备 F100 12.5，F80 1.3， F50 0.39 P100 0.7，P80 0.355， P60 0.19 运行参数 0.638.8 1 200 2 597.27 45.3 32 4 台同时在线 F80 1 3，P80 0.3 0.37 图 1 SABC 粉磨流程 Fig. 1 Process flow of SABC grinding system 表 2 香蕉筛分级作业的参数取值 Tab. 2 Values of operating parameters of banana screen 参数 振动筛处理量 q/t h-1 有效筛分面积系数 ϕ 单位筛分面积容积处理量 q0 /m3h-1m-2 矿粒堆密度 ρs /tm-3 给矿中细粒影响系数 K1 给矿中粗粒影响系数 K2 筛分效率系数 K3 物料种类和颗粒形状系数 K4 物料湿度影响系数 K5 筛分方法影响系数 K6 筛子运动参数系数 K7 筛面种类和筛孔形状系数 K8 振动筛筛网名义面积 A/m2 数值 2 597.27 0.85 4 1.554 1.23 1.07 3.75 1 0.8 1.33 0.76 1.2 110 万方数据 第 48 卷 2020 年第 1 期 分选 编 辑 安 秀 清 47 也与事实明显不符，因此式 1 无法适用于香蕉筛的 选型计算。 2.2.2 筛分理论公式计算法 根据Screening Theory and Practice中的细筛计 算式[6-8] A f u/[100 Cf A B C D E F G X]， 2 依据香蕉筛分级作业的实际运行状态，各参数取值如 表 3 所列。 式 2 剔除了筛分效率参数，引入了颗粒粒度系 数 X 以及倾斜系数 G，其中颗粒粒度系数 X 表示进入 振动筛粒度越细，附着在粗粒上的几率越高，越难筛 分；倾斜系数 G 表示根据筛面与水平方向的倾角而选 择不同的参数值。将表 3 中参数代入式 2，计算得 到所需筛网面积为 109 m2，而现场 4 台香蕉筛的总面 积为 108 m2，全部运行时基本可达到设计产能，计算 数据与现场实际情况的吻合度非常高。 通过上述 2 种计算方法的比较可以看出，式 1 主要应用于直线筛计算，并且筛分效率系数 K3 取值 非常困难，对结果影响较大，不适用于香蕉筛的选型 计算；式 2 中引入了颗粒粒度系数 X 以及倾斜系数 G，并且颗粒粒度系数 X 的取值范围比较窄，对结果 影响较小，可用性较高。但是此系数为经验值，与进 入振动筛的矿石粒度相关，因此需要根据大量的实测 数据总结出不同工况下的经验数据，才能具备真正的 实用性。 3 影响香蕉筛处理能力的因素 在前期运行阶段，香蕉筛筛板出现比较严重的结 垢现象，不但导致筛分效率低下，而且严重影响系统 产能。 试运行过程中，在筛孔为 0.63 mm 的条件下，每 2 3 d 就产生极其严重的结垢问题，导致筛孔堵塞， 筛板分级作业能力低下，限制系统产能；同时筛面磨 损速度非常快，需要频繁更换，也影响了系统的作业 率。 筛面的结垢物取样分析结果如表 4 所列，其主要 成分是硫酸钙和硅酸盐。形成原因是原矿中有大量 的钙、硅元素，粉磨系统用水为循环酸化水，pH 值 在 1 2，高含量的硫酸根与钙会形成大量的不溶物 而附着在筛面上。 4 优化与改进 4.1 模拟与分析 在核算香蕉筛的处理能力与分析不利操作因素 后，通过 JKSimMet 软件的模拟与分析，研究香蕉筛 的合理运行参数。现场香蕉筛的给料矿浆取样分析结 果表明，给料矿浆固含量在 42 45，明显低于设 计值 54。JKSimMet 软件模拟分析表明，调节磨矿 流程的水平衡，可以提高进入筛分环节的矿浆质量分 数，一定程度上提高香蕉筛的作业效率。 根据现场采集的数据进行 JKSimMet 物料平衡计 算，模拟的物料平衡结果如图 2 所示。 4.2 优化方案 根据以上对香蕉筛能力的核算结果与不利因素的 分析，制定香蕉筛的优化方案如下。 1 改进筛网材料，调整冲洗水位置 筛网 材料较硬可能是筛板结垢的一个原因。经过长期的筛 板现场测试，发现将筛板的硬度降为 70HA，可保证 在运行过程中筛面基本不结垢，同时筛板寿命有所延 长。但硬度降低后，筛板在安装拆卸过程中容易变 形，可通过在边框内埋入钢条的方式增加其强度。为 促进香蕉筛的分级作业，将原在香蕉筛前布置的冲洗 水调整到中部位置，因物料到中部位置质量分数较 高，通过加强冲洗水可促进物料分级。 2 控制香蕉筛给料矿浆质量分数 根据 JKSimMet 的模拟与分析结果，结合香蕉筛原设计给 料矿浆质量分数，表明提高给料矿浆质量分数有利于 分级作业。因此，决定通过调节缓冲泵池的补加水 量，将香蕉筛的给料矿浆质量分数从前期运行的约 45 提高至约 54。 成分 U3O8/ppm Th/ppm CaO/ Fe2O3/ 数值 606 169 23.15 2.95 成分 SiO2/ Al2O3/ S/ SO4/ 数值 22.9 4.64 13.4 40.1 表 4 结垢物分析结果 Tab. 4 Analysis results of scale 表 3 细筛计算公式参数取值 Tab. 3 Values of parameters of fine screen calculation ula 参数 筛孔孔径/mm 振动筛进料量 f /lb h-1 低于筛孔孔径的粒径占比 u/ 单位筛分面积容积处理量 Cf/lbh-1ft-2 筛孔尺寸之半系数 A 堆密度 B/100 lbft-3 颗粒形状系数 C 筛板类型系数 D 筛孔形状系数 E 开孔面积系数 F 倾斜系数 G 颗粒粒度系数 X 振动筛筛网名义面积 A/m2 数值 0.8 5 725 682 63.56 833.59 1.02 0.97 1 1 1.2 5.03 1.24 0.5 109 万方数据 第 48 卷 2020 年第 1 期 分选 编 辑 安 秀 清 48 3 加大筛孔 为进一步提高分级效果，缓解香 蕉筛处理能力不足对磨矿系统处理能力的制约，将香 蕉筛筛孔增大至 0.8 mm。 4.3 改进效果 4.3.1 筛板结垢基本消除 对香蕉筛运行情况进行取样分析，改造前后运 行参数如表 5 所列，改造前后筛板结垢情况对比如图 3、4 所示。 筛板硬度降低后，孔径弹性变大，在运行过程中 矿石颗粒很难长时间附着在缝隙中逐渐“长大”，因 此无法形成结垢。 4.3.2 分级作业明显改善 根据现场磨矿分级流程的情况，设计了 3 个取样 点，如图 5 所示，每个作业点分别取样 3 次，取样间 隔 30 min，混合后对取样结果进行数据统计分析。改 造前后，振动筛筛孔为 0.63 和 0.80 mm 时的数据对比 结果如表 6 所列。 由表 6 可知，当筛孔为 0.63 mm 时，给矿粒度 F80 为 1.429 mm，振动筛溢流 P80 为 3.76 mm，底流 P80 为 0.33 mm。当振动筛筛板筛孔为 0.8 mm 时，给矿 粒度 F80 为 1.44 mm，振动筛溢流 P80 为 4.71 mm，底 流 P80 为 0.53 mm。同时将实际粒度分布与 JKSimMet 模拟计算结果进行对比，如图 6 9 所示。香蕉筛的 溢流和底流粒度一致性较高，表明 JKSimMet 软件用 于分析与优化香蕉筛的分级作业具有一定可靠性。 4.4 下一步优化目标 通过对香蕉筛进行优化与改进，采用 4 台香蕉 图 2 JKSimMet 物料平衡计算 Fig. 2 Material balance calculation by JKSimMet 表 5 香蕉筛实际运行参数 Tab. 5 Actual operating parameters of banana screen 性能参数 筛孔尺寸/mm 筛板材质 筛板硬度 HA 磨矿系统处理能力/t h-1 给料矿浆中干料流量/th-1 给料矿浆质量分数/ 筛下物质量分数/ 类型及数量 给料粒度/mm 筛下粒度/mm 改造前 0.638.8 聚氨酯 95 1 200 2 597.27 45.3 32 4 台同时在线 F80 1 3 P80 0.30 0.37 改造后 0.88.8 聚氨酯 70 1 875 2 710 54 29.5 4 台同时在线 F80 1 3 P80 0.55 0.60 图 3 原筛板结垢情况 Fig. 3 Scale on original screening plate 图 4 硬度降低后的筛板结垢情况 Fig. 4 Scale on screening plate after hardness decrease 图 5 取样流程及取样点设置 Fig. 5 Sampling process and layout of sampling points 万方数据 第 48 卷 2020 年第 1 期 分选 编 辑 安 秀 清 49 筛同时运行，粉磨系统可以达到设计产能。但由于筛 孔扩大至 0.80 mm，导致筛下产品粒度偏粗，对下游 设备造成潜在的磨损问题[9-10]，后续考虑增加振动筛 或旋流器来提高筛分环节的处理能力。 JKSimMet 软件模拟与分析表明，通过调节半自 磨机格子板孔径和球磨机的转速可优化振动筛给料的 粒度分布，未来将通过磨矿工艺参数的优化进一步提 高香蕉筛的分级效率。 5 结论 1 根据湖山铀矿的现场实测数据，选矿设计 手册中的计算方法不适用于香蕉筛的选型计算。 2Screening Theory and Practice中对于香蕉 筛的选型计算与现场实测数据非常吻合，实用性较 高，但仍需更多的现场数据进行积累验证。 3 经过对香蕉筛板的改造，已经解决了产能受 限、筛面磨损快以及筛板结垢等问题，但筛下产品粒 度偏粗带来的下游管线潜在磨损问题仍未解决。 4 在筛孔为 0.63 mm 时，振动筛溢流的实际粒 度相比模拟粒度偏粗，底流实际粒度相比模拟粒度偏 细，其原因是孔径 0.63 mm 的筛板结垢比较严重，筛 孔堵塞导致实际筛孔变小；在筛孔为 0.80 mm 时，振 动筛溢流和底流的实际粒度相比模拟粒度均偏粗，底 流偏粗是因为硬度降低后的筛板弹性较强，在运行过 程中会有一些偏粗颗粒进入底流，但溢流偏粗暂未找 到原因，这可能是因为取样代表性不足导致的。 参 考 文 献 [1] 陈艳波，赵淑红，刘焕胜.一种新型分级香蕉筛的防堵塞筛 面的设计 [J].矿山机械，2012，40189-91. 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[5] 祝学斌，张文斌.ABS2194 型香蕉筛在车集选煤厂的应用 [J].矿山机械，2015，432145-147. 表 6 不同筛孔时各作业点粒度分布的对比 Tab. 6 Comparison of size distribution at various operating points on screening hole differing mm 粒度 9.500 6.300 4.750 3.350 2.360 1.800 0.850 0.500 0.425 0.355 0.212 0.150 0.106 0.075 给料 98.4 94.6 92.8 91.1 87.4 83.4 74.7 64.7 60.8 56.5 43.0 溢流 96.4 90.3 85.8 77.6 65.7 25.5 9.9 3.1 2.3 底流 99.25 89.60 86.00 81.90 68.95 59.30 46.60 38.05 给料 99.9 99.5 95.7 94.5 92.4 82.0 76.8 63.6 57.2 溢流 95.8 86.5 80.3 69.8 55.1 18.4 10.7 底流 94.1 78.9 74.2 69.0 52.1 41.8 31.8 22.9 筛孔 0.63 筛孔 0.80 图 9 筛板孔径 0.80 mm 时底流的实际数据与模拟对比 Fig. 9 Comparison of actual data and simulation ones of underflow while screening hole being 0.80 mm 图 6 筛板孔径 0.63 mm 时溢流的实际数据与模拟对比 Fig. 6 Comparison of actual data and simulation ones of overflow while screening hole being 0.63 mm 图 7 筛板孔径 0.63 mm 时底流的实际数据与模拟对比 Fig. 7 Comparison of actual data and simulation ones of underflow while screening hole being 0.63 mm 图 8 筛板孔径 0.80 mm 时溢流的实际数据与模拟对比 Fig. 8 Comparison of actual data and simulation ones of overflow while screening hole being 0.80 mm 万方数据 第 48 卷 2020 年第 1 期 分选 编 辑 安 秀 清 50 [9] 于正昌，张国胜，范志国.大型等厚筛在宁城县宏大铁矿的 应用与改造 [J].现代矿业，20124136-137. [10] 闫晓芳.不同高频振动筛筛板 网 的性能特点和应用 [J].煤 矿机械，20097165-166. □ 收稿日期2019-08-07 修订日期2019-09-24 0.12 mm 筛孔单振源共振筛 工艺效果试验分析 赵环帅1，黄 勇2，李 准3 1中国冶金矿山细粒筛分机械工程技术研究中心 河北唐山 063020 2唐山工业职业技术学院 河北唐山 063299 3华北理工大学矿业工程学院 河北唐山 063210 摘要概述了共振筛技术研究在未来的矿物加工中的重要意义，介绍了单振源共振筛的结构组成及 特点、工作原理及性能特征，采用了 0.12 mm 筛孔的单振源共振筛进行了工艺效果试验，试验结果 表明处理量保持恒定时，随着入料质量分数的增加，筛下细度 -200目 基本保持恒定，筛上细度 -200目 逐渐减小后逐渐增大，筛下产率与筛分效率逐渐增加而后逐渐减小，质量分数在 45 时，筛 分效率较大；入料质量分数保持恒定时，随着处理量的增大，筛下细度 -200目 基本保持恒定，筛 上细度 -200目 逐渐增大，筛下产率与筛分效率均逐渐减小，当筛分效率为 75 以上时，处理量可 以达到 13.5 t/m2h。 关键词矿物加工；单振源共振筛；工艺效果；筛分试验 中图分类号TD452 文献标志码A 文章编号1001-3954202001-0050-04 Test analysis on technical effects of single vibration source resonance screen with 0.12 mm screening hole ZHAO Huanshuai1, HUANG Yong2, LI Zhun3 1China Metallurgical Mine Fine Grain Screen Mechanical Engineering Technology Research Center, Tangshan 063020, Hebei, China 2Tangshan Polytechnic College, Tangshan 063299, Hebei, China 3College of Mining Engineering, North China University of Science Technology, Tangshan 063210, Hebei, China AbstractThe significance of resonance screen technology research in mineral processing in future was summarized, and the structural characteristics, working principle and perance characteristics of the single vibration source resonance screen were introduced. The single vibration source resonance screen with 0.12 mm screening hole was used to test its technical effects. The test results showed while the throughput keeping constant, with the increase in feed mass fraction, the fineness under the screen -200 mesh basically kept constant, the fineness above the screen -200 mesh gradually decreased and then gradually increased, both the yield under 作者简介赵环帅，男，1980 年生，工学硕士，副研究员，主要研究方向为振动理论及工程应用、结构动态仿真计算与分析、振动 测试及故障诊断技术。 通信作者黄 勇，男，1982 年生，工学硕士，助理研究员，主要研究方向为矿山机械设计及制造技术。 [6] WILHELM H. Screen sizing calculations [M]. Oranjemund Namdeb，Inc，200215-30. [7] JAMES F S. Screening theory and practice [M]. TexasTriple/S Dynamic，Inc，201217-24. [8] LARRY O，BOB C. Screen capacity calculation [M]. Tennessee Astec，Inc，20014-17. 万方数据