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综 述 矿物原料破碎和磨矿工艺发展的现状和前景 BA 阿尔申捷耶夫 等 摘 要 评述了矿物原料破碎和磨矿工艺发展的现状和前景,其中包括矿石准备循环-流水作业技术、 破碎和磨矿过程的强化、 细碎和超细碎、 棒磨和球磨、 半自磨、 矿石准备过程的将来发展。 关键词 矿石准备 破碎 磨矿 自磨 半自磨 根据瑞典研究组织RMG的资料,2005年世界 矿山-冶金公司的基本投资为1370亿美元,在这些 企业中,加工铜矿石和含金矿石的企业占出了这笔 投资的大约一半。 根据许多专家的评价,世界能原的10 以上花 费在破碎和磨矿的矿石准备过程中。中碎磨工序的 基本投资占开采和选矿投资的65 ～70 ,而碎磨 工序的生产费用占矿山矿石运输和选矿的总生产费 用的80 。由于进入加工和选矿中的贫矿数量与 日俱增,在能源价格不断增加的条件下,为了提高或 保持矿山-选矿和冶金企业的利润和竞争能力,应 该关注下述基本方面的世界经验 联合应用循环-流水作业技术ЦП Т和爆破 崩矿法降低矿山运输工作的费用及用露天方法开采 矿石时减小原矿的粒度尤其是采场深度超过400 ～500 m时 ; 将矿石的半自磨与部分自磨机给矿预先破碎相 结合,或与临界粒度物料的再破碎相结合;在近15 ～20年新建的选矿厂的名单中,还没有采用标准的 矿石准备工艺的企业; 在现行企业中通过采用新型破碎机,以便使破 碎最终产品粒度大幅度降低,强化破碎和磨矿作业。 1 循环-流水作业技术 目前世界上70 的矿石是露天采矿得到的,此 时露天采场的深度在奥列涅戈尔斯克采选公司为 430～450 m ,科尔苏诺夫斯克采选公司为500～550 m ,卡契卡纳尔为700～720 m ,世界上最大的宾戈 姆-卡纽美国犹他州露天采场达到800 m。 从20世纪80年代开始起美国Duval公司在 Sieyrita采场在直径1525 mm的圆锥破碎机基础上 设置了具有半移动破碎-过载装置的循环-流水作 业系统,大大减少了采场内的自卸汽车台数,降低了 矿山运输的费用。世界上有几十个采场开始应用循 环-流水作业技术。从那时起第一段破碎就建立在 采场中。 根据国外实践资料,在采场中应用破碎组合装 置和传送带输送比用160 t自卸汽车或铁路运输的 矿石输送方案经济6～10倍。这样为采场高效工作 和降低采场有害气体创造了便利条件。 在独联体国家的企业中,循环-流水作业技术 已用于奥列戈尔斯克和科夫多尔采选公司俄罗 斯、 南方采选公司、 因古列茨克采选公司、 中部采选 公司、 诺沃克里沃罗日采选公司和北方采选公司乌 克兰和纳沃依矿冶公司乌兹别克斯坦等企业。 在独联体国家中,用循环-流水作业技术处理 和运输的矿石数量不超过10 ,而在加拿大、 美国、 澳大利亚、 智利等国此数量超过50 。 模块式或移动式的再破碎机组均已生产出来, 因此可以根据矿床的开采情况,将它们延伸和移动 到下部采矿水平。目前对采场内的破碎装载机组 ДП К组成中的破碎机尺寸实际上尚无限制,这种 破碎-装载机组的质量达1400 t ,而其生产能力为 9000～10000 t/ h和移动速度40～70m/ h ,整个设备 的功率为900 kW。采场中的高生产能力的破碎机 和传送系统可加速大功率采矿设备的应用-电铲、 自卸卡车、 前沿装载机,总之这样可保证高劳动生产 率。 2 破碎和磨矿过程的强化 完善矿石准备工艺的基本方向是分段破碎和用 钢介质磨矿和半自磨,其中第一个方面已在现行企 4 国 外 金 属 矿 选 矿 2007. 11 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 业现代化改造时优先实现,而第二方面则是在新建 设中,尤其是在处理含有高含量粉末和水分的黏性 黏土质和难输送的矿石时得以实现。 国内外机器制造公司制造了一系列结构完善的 破碎设备。 ОМ З 破碎-细磨设备公司多年生产 С а и м о н с 型偏心式破碎机,制造了新一代 КМД- 2200T5和 КМД- 2200T6破碎机,第三段和第四段开路破碎 的粒度分别为- 16 18和- 14 16 mm ,其生产率 比目前俄罗斯采选企业工作的破碎机提高1. 6倍, 1t矿石的电能消耗降低20 。新破碎的技术经济 指标按广告资料与国外类似产品的相当。第一台试 验破碎机 КМД2200T6 -Д从2005年初已开始在 米哈伊洛夫斯克矿冶公司工作,每昼夜处理原矿约 6000 t。细 碎 和 中 碎 的 新 破 碎 机-三 台 КМД2200T6 -Д破碎机和两台 К С Д2200T -ДM 破碎机可以使破碎-磨矿车间现代化,提高产品产 量,显著降低成本。这些破碎机的开发经验引起了 专家和其他企业的注意。 卡契卡纳尔采选公司近两年打算投资5000万 卢布用于破碎厂的技术革新和现代化。不久前已在 破碎厂安装了 ОМ З 破碎磨矿公司细碎的新型圆锥 破碎机,还计划安装6台该型号的新破碎机,这样就 可提高破碎厂的生产能力。 目前 ОМ З 破碎磨矿公司正参与北方采选公司 和中部采选公司乌克兰破碎工艺线的现代化计 划,以及一些俄罗斯企业破碎厂技术现代化计划,如 磷灰石公司、 卡列尔球团矿公司和斯托依连采选公 司。 美国Metso矿物公司研制和批量生产了一系 列GP、MP和HP型新结构的破碎机,用于最后一 段破碎,其特点是在高生产能力下具有高破碎比。 例如根据广告资料,MP - 1000型破碎机在破碎产 品粒度- 16 mm时,其生产能力为具有7英尺长的 老破碎机的两倍,它可以用来代替圆锥直径2135 mm的西蒙斯破碎机,而不必改建基础。该破碎机 装配有自动控制和操纵系统,很容易建立破碎厂的 А С У Т П系统,在2002～2004年期间,HP和MP破 碎机的资料已列入到18个企业中。 用MP - 1000破碎机代替结构过时的西蒙斯破 碎机可使美国布优特选矿厂磨矿生产能力提高 37 。 Sandvik公司表示可以提供新型的现代化的 Hydrocon1000系列破碎机,近年仅在智利和阿根建 就安装了31台H - 8800型破碎机,这些破碎机大 部分由中国的矿山企业购买,自1998年以来,那里 已有70多台各种尺寸的Hydrocon破碎机在工作。 从1000系列扩大为H - 8000型,打开了大的突破 口。基于开发Superior圆锥破碎机的经验,Svedala 公司研制了H - 8000破碎机,其中液压系统的油压 不超过5MPa ,破碎机安装了排矿口的液压调节系 统,Hydroset破碎机的圆锥、 衬板和电动机实现了 现代化。破碎腔的参数可根据给矿的具体条件和对 破碎产品的要求改变,电动机功率达600kW ,这样 就可使它与Metso矿物公司最强大的破碎机竞争。 3 细碎和超细碎 在闭路中利用新型破碎机可以获得粒度为 80 - 1012 mm的产品。由于进一步减小破碎 粒度,就会增加循环负荷和降低破碎回路生产能力。 具有实际意义的是,由Krupp Polysius、Hum2 boldt Wedag和Hopperns公司联邦德国生产的 高压辊磨原理的现代发展,在高压辊磨机中破碎产 品的特点不仅在于粒度降低,而且细粒级含量高,破 碎矿块中的裂隙率高,总之不仅可以使随后磨矿时 球磨机体积减少30 ～50 ,而且在许多情况下保 证了矿物较好的解离。 成功应用高压辊磨机的矿石选厂已有10个企 业,其中有苏霍伊洛格公司。 三个大型工厂 生产能力每年3500万t的 澳大利亚金矿石的Boddington、 米哈也夫斯克铜矿 2500万t ,俄罗斯和Ruby Creek 钼矿 500 万t , 加拿大的选矿厂已设计了利用高压辊磨机。决定 其利用最有希望的关键因素,除了大大降低能耗以 外,与最大的半自磨机的生产能力相比排矿能力更 高,例如在Sierrita铜选厂美国 , Krupp Polysius 公司的生产能力达到1800 t/ h ,可与Cadia金选厂 澳大利亚尺寸为12. 21 m的半自磨磨机的排 矿能力1900 t/ h相近,与最大规格的振动筛相结 合后,三段破碎加球磨的基本投资与半自磨工艺的 相近。Boddingtcn选矿厂两个矿石准备方案的技 术经济比较表明,高压辊磨方案的基本投资,比半自 磨与球磨及临界粒度物料破碎相结合的方案要低 50 。 必须指出,根据最近的报告,高压辊磨机的给矿 应该是中碎闭路循环的产品,遗憾的是它大大加重 了矿石准备的技术困难,还增加了投资成本。 能使产品粒度降低到- 3 6 mm所用的非常 5 2007. 11 国 外 金 属 矿 选 矿 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 有前景的破碎机是米哈诺布尔技术公司的惯性圆锥 破碎机,它与西蒙斯型破碎机相比有以下明显优点 破碎腔的独特形式保证了破碎机在堵塞下工作 而不必设置分流给矿机; 破碎产品的粒度决定于所调整的粉碎力; 破碎比比已知的圆锥破碎机大1. 5～2倍; 由于是软性振动所以不需建整体基础; 非破碎体楔入破碎腔中不会导致传动装置零件 过载; 可以遥控调整排料口尺寸。 图1 应用 К И Д- 600破碎机的工艺流程 1 -砾石块集矿运输机;2 -将砾石块送入料场的应急给料输送 机;3 -带式捕铁器;4 -砾石块应急露天堆场;5 -将砾石块送入 给料槽中的给料输送机;6 -容积20 t的贮料槽;7 -能调整皮带 速度的带式加料机;8 -К И Д- 600破碎机;9 -泵槽 根据最近的资料,仅在中国就有10多台各种 规格的 К И Д破碎机在应用。保加利亚阿莎莱尔公 司在开采和加工铜矿石时购买 К И Д- 600破碎机 以对第二段球磨机砾石进行再碎。原矿给矿粒度为 - 30 7 mm时,在湿式制度下破碎,当生产能力为 20 t/ h时,得到的产品粒度为95 - 3 mm ,破碎机 设备流程示于图1。 近年来独联体国家的许多企业利用了带立轴的 Sandvik Merilin型冲击式破碎机,它们可以在第三 段或第四段破碎,这些机组已在波尔塔夫乌克兰 和索柯罗夫-萨尔科斯克公司进行了试验。有根据 认为,它们在第四段破碎中的应用可以明显降低第 一段磨机给料的粒度及提高干磁选的效率。 圣彼得堡的新技术公司制造的 Т и т а н 型破碎机 具有类似的结构,但在支撑轴承上有不同的解决方 法,它们已用于多金属公司的选矿厂中。 4 棒磨和球磨 在新建的大型选矿厂中,使用棒磨机的标准矿 石准备流程已很久不再使用。棒磨机的尺寸在20 世纪70年代中期已达到其极限值,直径不超过 415m、 长度不超过612 m ,因为磨棒有折断的危险。 但是球磨机的尺寸随半自磨机单位功率的增加而继 续加大。例如在智利新的铜公司柯尔拉胡齐的 Ⅱ 期工程中就包括两段矿石半自磨过程。在半自磨机 12 12 m713 m ,传动功率21 MW的 Ⅱ 段装备了 两台世界最大的球磨机,其中央排矿尺寸719 m 1116 m ,环状驱动装置功率1515MW。 为降低细磨和超细磨矿的能耗,利用立式磨机 代替所有的球磨机,目前国外所有新建选矿厂的再 磨作业实际上全都安装了立式磨机。 5 半自磨 半自磨这种矿石准备方法的优点远在上世纪 70年代就已熟知,从而保证了它们在前苏联及发达 国家的许多选矿厂设计中得到较好应用,在那段期 间进行的开发有姆伦塔伊公司、 纳沃依斯克矿冶公 司、 特尔内阿乌兹冶金公司选矿厂、 巴尔哈什矿冶公 司、 热雷祖尔斯克矿冶公司、 东哈萨克斯坦化学冶金 公司、 日雷肯斯克采选公司、 蒙古埃尔登纳特采选公 司、 保加利亚的阿萨内尔公司、 乌克兰的因古列茨克 和谢维尔采选公司等。所有这些工厂都装备了由恰 日马什公司生产的规格为710 m213 m和910 m 310 m国产磨矿机。 矿石半自磨的优势已由上世纪80～90年代和 21世纪初美国、 加拿大、 智利、 印度尼西亚、 澳大利 亚新选厂设计人员的分析得到证实,其中包括超过 25个有色冶金的大型选矿厂。位于弗莱波特印度 尼西亚的格拉斯伯格公司是世界上最大的铜-金 企业,有4个选矿厂,其中两个用直径1014和1116 m的半自磨机按SABC流程带砾石再破碎的半自 磨工作,其生产能力为每年8000万t。已归入 Escondida公司的智利最新的Laguna Seca铜选矿 厂2003年生产能力为4000万t ,使用的仅为一台 规格为1116 m611 m的半自磨机传动装置功率 1914 MW和三台传动功率各为1314 MW的球磨 机。 今天Metso矿物公司最大的全自磨磨机已于 2006年安装完成,用于扩大奥林匹克坝澳大利亚 的铜-铀企业,磨机直径1218 m ,环形传动装置功 率22 MW。 显然,从建造直径11 m的磨机美国希宾铁矿 选厂,1974年到制造直径为1212 m的磨机澳大 利亚Cadia选厂,2000年需要花费时间25年。目 前世界上有3个选厂运行着直径1212 m和长度从 6 国 外 金 属 矿 选 矿 2007. 11 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 611 m到713 m的半自磨磨机。出现对直径1218 m的磨机需求仅有6年。而且Krupp Polysius公 司预料到不久的将来将出现规格为1415 m417 m 的超级半自磨磨机和规格为816 m1318 m的球 磨机,并宣称制造 巨人 型直径22 m、 筒体上有支 架的磨机及有Combyflex型传动装置功率为30 MW并在轴颈上有支架结构均衡重量的磨机是可 能的图 2 。 图2 在轴颈上有支架a和筒体上有支架 δ的半自磨磨机原则结构图 磨机尺寸这种大幅度的增加,高效的半自磨简 化了工艺流程和选厂矿的设备组成,缩短了矿石准 备设备的台数,降低了建造和安装工作的费用、 缩短 了建设工期、 减少了服务和修理人数,使从破碎设备 烟尘捕集系统放出的有害喷出物降到最少。 与此同时,半自磨过程对入磨矿石性质和粒度 组成的变化非常敏感,在破碎和磨矿阶段对电能的 消耗更多提高15 ～20 ,有时更多。 在许多应用矿石半自磨的现有企业中,由于采 场深度增加,矿石的硬度增大,相应地使矿石准备的 生产能力降低。已知的强化自磨过程的方法 对 临界粒度物料进行再破碎和添加大球,均不能逆转 原料可磨性的恶化从磨机中排出的临界粒度物料 虽经再破碎仍不能作为给矿利用。为解决上述问 题,曾应用了一个新的技术方案 部分粗碎矿石 产率从10 ～15 预先破碎,以便使磨机的原始 给矿粒度降低图 3 。这种方法在坦桑尼亚 Geita 选金厂已经应用,在该选矿厂按半自磨流程的设计 首先是包括了再破碎,这样就可使矿石准备环节的 生产能力提高25 ～30 。 在美国Ray选厂,由于所处理的矿石硬度改 变,因此生产能力比设计下降17 ,采用这种方法 可以提高磨机的生产能力27 。这种强化自磨和 半自磨过程的方法也在一些其他企业得以实现澳 大利亚的Kidston、 智利的Codelco公司 , 但是预先 破碎分离出的物料粒度组分与矿石的物理-机械性 质有关。 上述对难磨粒级预先破碎的流程已得到迅速 图3 具有预先破碎和难磨粒度组分随后再破碎的 自磨和半自磨原则工艺流程 1 -粗碎机;2 -格筛;3 -筛分机;4 -预先破碎用圆锥破碎机; 5 -自磨或半自磨磨机;6 -筛分机;7 -再破碎用圆锥破碎机 发展,两个碎磨方法 阶段破碎和半自磨相互融 合渗透。 Geita选矿厂矿石准备流程证明两个不同碎磨 方法 阶段破碎和半自磨相互渗透和发展。 6 矿石准备过程的将来发展 根据对采选企业矿石基地现状和前景的评价以 及最近30～40年期间矿石准备的技术和设备发展 的趋势分析,可以认为21世纪矿石准备的两种技 术 半自磨和标准的阶段破碎和磨矿会得到不断 的发展。 用圆锥破碎机预先破碎或再破碎的矿石半自磨 及高压辊磨技术将占优势。 与半自磨工艺的竞争将是最后阶段包括超细破 碎设备的标准破碎技术,这样的设备将利用高压辊 磨机和惯性圆锥破碎机,它们可以在物料层中实现 碎解。 矿石准备企业为进行堆浸出和电解,必须得到 粒度- 3 mm的产品,目前正通过应用惯性圆锥破 碎机以及冲击式破碎机寻求自己的发展。 在现有选矿厂中,在可预见的期间,都始终保持 着完善主要矿石准备企业的趋势,其目的在于利 下转第39页 7 2007. 11 国 外 金 属 矿 选 矿 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图8 在用乙基黄药75 g/ t时硫代硫酸盐340 mg/ L对 Enonkoski矿石含1. 6 Ni中的硫化矿物回收率的影响 ▲- Ni;●- Cu;△- Ni,有硫代硫酸盐; ○- Cu,有硫代硫酸盐 图9 在用钢磨矿机磨矿后钙离子350 mg/L 和乙基黄药75 g/ t对硫化矿物浮选的影响 ▲- Ni;●- Cu;△- Ni,有钙离子和硫代硫酸盐; ○- Cu,有钙离子和硫代硫酸盐 完全浮选出硫化矿物。这两种离子的影响主要在抑 制方面不同。在用陶瓷磨机磨矿后,在不使用捕收 剂时,这两种离子也会抑制硫化物浮选。试验结果 证实,在Ni - Cu矿石的浮选中,浮选结果主要取决 于磨矿方法。 4 结 语 显然,在镍浮选分离和硫化矿物浮选中,仍有许 多未知的反应和过程,例如,离子和工艺铁的相互影 响。黏度影响也是一个重要的方面。这些影响可能 既取决于工艺水中的离子,又取决于颗粒的表面电 荷。显然与其他矿物浮选时一样,这些作用是很重 要的。 目前的重点是放在低品位矿石的分选上。在 Talvivaara的Sotkamo地区有一个很大的镍矿床, 矿石储量达3. 4亿t ,但镍品位不高 0. 3 。利 用生物浸出已获得预期的结果。其做法是,用含细 菌的酸性溶液堆浸镍矿石。该矿床除镍以外,还含 有锌、 铜和钴。结果表明,对低品位镍矿石而言,浸 出是一种合适的方法。浸出法可以与常规选矿方法 联合应用。 陈隆玉;李长根 071108 上接第7页 用细碎设备 现代干式和湿式破碎机、 冲击式破 碎机、 惯性圆锥破碎机以及高压辊磨机等来降低费 用。 7 结 语 矿业基地开发以及在矿石开采和加工中新技术 利用的现状和前景的分析表明,按下述方向发展节 能技术和设备是合适的 具有粗碎、 在采场或地下矿井中预先富集、 废石 井下充填和用大倾角带式输送机将破碎产品送到选 厂的循环-流水作业技术; 在现有企业中强化分段破碎使最终产品粒度降 低29 ～38 ,尤其是在最后阶段应用现代化的破 碎机 КМД- 3000T2 T3 -Д和 КМД- 2200T5 T6 -Д以及诸如 1Ordberg HP 和MP系列、 Hydrocone1000系列、 К И Д- 1500以及在粗碎、 中 碎和细碎阶段利用更合理的联合; 用冲击破碎机和惯性圆锥破碎机进行矿石超细 破碎95 粒级- 36 mm ,以供堆浸作业使用;这 些破碎机在自磨循环中进行再破碎也是有效的; 带有球磨再磨机的半自磨回路,特别是在建设 高生产能力的新选矿厂时,应用带有预先破碎和带 有惯性圆锥破碎机和高压辊磨机的再破碎作业的半 自磨自磨机。 在最后阶段设置惯性圆锥破碎机和高压辊磨机 使分段破碎和球磨现代化,以保证大幅度降低运营 费用和基本投资,这样就可使这些工艺在新设备基 础上成功地与半自磨工艺竞争。 汪镜亮;雨 田 071101 93 2007. 11 国 外 金 属 矿 选 矿 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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