选矿厂矿物的破碎、筛分、分级流程
选矿厂矿物的破碎、筛分、脱水与干燥
一、破碎与筛分
1、破碎的一般概念
从矿山运来的矿石最大块直径通常为300-1500毫米左右。由于矿石中大多数有用矿物都是细粒浸染及与脉石矿物紧密共生,所以在分选之前必须将矿石中有用矿物“解离”或“单体解离”。这就必须破碎与磨矿,将矿石碎磨到相适应的粒度。就破碎而言,在大型选矿厂一般采用三段破碎(也有采用四段的)。也就是说选厂通常采用阶段破碎的办法将大块矿石的尺寸逐步缩小。通常将最终粉碎产品为5毫米以上的粉碎过程,称为破碎;取得更细产粒度的粉碎过程,称为磨矿。当然,它们的划分是相对的,实践上常将1500毫米左右的矿块三段破碎使矿块粒度降到8~25毫米左右,再将8~25毫米的矿粒送入磨矿机进行磨碎,直到有用矿物能达到单体解离为止。
1）破碎比
破碎比是破碎机的给矿石最大块度尺寸(D)与破碎机的产品中最大矿块尺寸(d)之比,即破碎比i=D/d。破碎比表示经过破碎作业后产物缩小的倍数,它是衡量矿石破碎前后粒度变化程度和均衡分配各段破碎机工作的参数。矿块最大粒度一般以95%的该物料能通过的方形筛孔尺寸来表示。例如原矿最大粒度D=500毫米,破碎最终产物的最大粒度d=10毫米则破碎比i=D/d=500/10=50。
2）破碎段
目前,任何一种常规破碎设备都难以达到50的破碎比。因此,破碎过程通常需分段进行。
所谓破碎阶段的段数就是物料经过破碎的次数,在生产实践中,通常情况下采三段破碎,即谓粗碎、中碎、细碎。粗碎、中碎、细碎又可分别称为第一段破碎、第二段破碎、第三段破碎。段破碎的粒度范围如表11-1所示
表11-1各破碎段粒度范围
3）各段破碎比及其与总破碎比的关系
各段破碎机给矿的最大粒度与排矿的最大粒度之比称为该段的破碎比。作业总破石于各段破碎比的乘积。如采用三段破碎,各段破碎比分别以il、i2、i3表示,则总破碎比i总=il*i2*i3。一定的破碎设备,其破碎比范围固定。因此,总破碎比往往决定了破碎段数。
破碎机的破碎比见表11-2。
表11-2几种常用破碎机的破碎比范围
目前在选矿厂中主要采用鄂式破碎机、旋回破碎机和弹簧圆锥破碎机等常规破碎设备。
破碎机的型号和规格主要根据所处理的矿石性质、选厂规模以及厂址地形等条件,综合比较确粗碎应用鄂式或旋回破碎机。选厂规模较大,山坡建厂者宜用旋回;选厂规模小、平地建厂以及矿石中粘性物料较多者,可用鄂式;中细碎多采用圆锥破碎机。
2、筛分
松散物料通过筛子(单层或多层)分成不同粒级的过程称为筛分,它主要与物料的粒度或体积有关,比重和形状的影响很小。
筛分时,通过筛孔的物料称为筛下产品,留在筛上的物料称为筛上产品。例如筛子的筛孔尺寸为15毫米,则筛上产品用+15毫米表示,筛下产品用-15毫米表示。若用n层筛面筛分物料,则可得n+1种产品。
破碎前进行的筛分称为预先筛分。其目的是预先分出合格粒度产品,使它不进入破碎机以避免矿石的过分粉碎和提
高破碎机的生产率。
对破碎作业产物进行的筛分,称为检查筛分。其目的为控制破碎产品以符合粒度要求。
1）筛分机械
筛分机械是破碎筛分车间的主要设备之一。筛分机械分为固定筛和振动筛,目前国内绝大多数选矿厂采用的筛分设备是振动筛,其中以自定中心振动筛应用最多。这种振动筛筛分效率高、生产能力大,主要作中、细碎物料的筛分设备。最大给矿粒度可达150毫米。细筛在国内外选矿厂的应用已引起人们的高度重视。细筛是一种新型的湿式细粒(0.2~0.044毫米)筛分(分级)设备。细筛结构简单,工作可靠、分选精度高、产品粒度均匀,单位面积处理量可达振动筛的10-50倍,它在选矿厂主要用于选别前的预先筛分和脱水、脱泥作业,效果优于振动筛,主要缺点为筛面磨损较快。
2）筛分效率
筛分的目的是筛出小于筛孔的筛下物料,提高破碎机的处理能力或为磨矿作业提供粒度合格的矿石。筛分机械在实际筛分过程中不可能将入筛物料小于筛孔的筛下物全部筛出,因此,筛分机械在筛分过程中就存在筛分效果好坏的问题。筛分效果好坏常用筛分效率来衡量。所谓筛分效率,是指实际得到的筛下产品的重量与筛分给矿中小于筛孔尺寸粒级的重量之比用百分数或小数表示。在连续生产过程中,对定义中
的分子项及分母项的量进行实际称量十分困难,经推导后得出的计算公式如下: E={100x（a- b）/a(100-b)}× 100%式中E—筛分效率(%);
a—入筛物料中含小于筛孔粒级含量(%);
b—筛上产物中含小于筛孔粒级含量(%);
100—筛下产品中含小于筛孔粒级含量(%);
在筛分机械的给矿及排矿处,分别截取有代表性的矿样,然后利用与生产中同样筛孔尺寸的筛子筛分后分别算出a、b 的含量百分数,代入上式后即可求出筛分效率
3、破碎筛分流程
由破碎机和筛分机组成的破碎工序叫做破碎筛分流程。破碎筛分流程的结构与原矿粒度、最终破碎产品的粒度以及选矿厂的规模有关。一般在破碎机前后可包含预先筛分或检查筛分,为保证最终产品的粒度,在流程的最后一段往往是筛分机与破碎机构造闭路,即筛上产品(不合格产品)重新返回本段破碎机再破。
选矿最常用的为二段或三段开路或闭路破碎流程选厂规模较大,原矿粒度较粗时常采用三段破碎;选厂规模较小,原矿粒度较细时常采用二段破碎。开路破碎靠调节破碎机排矿口大小来控制产品粒度。由于排矿口的磨损且经常变动,故产品粒度不均匀,闭路破碎靠筛子来控制产品粒度,粒度均匀。但闭路破碎流程较复杂,基建投资较大,选厂常只在最后一段
才采用闭路破碎。
二、磨矿与分级
1、磨矿
磨矿作业是紧接着破碎作业之后对矿石继续进行加工的作业。除砂矿外,其它矿石选别前都需要进行磨矿。磨砂的目的有二,其一,是将矿石在磨矿机中磨细,使有用矿物,与脉石有用矿物与有用矿物达到单体解离,所谓单体解离就是在脉石中不含有用矿物,在有用矿物中不含脉石,否则叫连生体。其二,为湿式选别作业制备矿浆以便选别。磨矿工作完善与否直接影响选矿厂工艺指标的好坏。例如选矿厂的磨矿产品细度不够,就会产生大量连生体,这些连生体如被选入精矿,则精矿的品位偏低,影响精矿质量;如随尾矿排出,回收率偏低,大量金属流失造成浪费。
磨矿通常是在磨矿机中进行,磨机中装有用来将矿石磨细的物体即磨矿介质。若磨矿介质为钢球叫球磨机;介质为钢棒者叫棒磨机;介质为砾石者叫砾磨机;若以自身矿石作介质者,就叫矿石自磨机。磨矿作业以湿式磨矿为主,而且一般与机械分级机组成闭路循环,但对于缺水地区也采用干式磨矿。
目前国内外金属选矿厂,除少数老厂有使用圆锥形球磨机和一些重选厂使用棒磨机外,大部分是用圆桶形球磨机。近年来不少黑色金属选厂开始采用了矿石自磨机。
2、分级
按矿粒在介质中的不同沉降速度,将物料分成若干粒度级别的过程称为分级。分级使用的介质有空气和水。用空气作分级介质的称干式分级;用水作为分级介质的称湿式分级。在此仅介绍与磨矿机构成闭路磨矿流程的湿式分级机的机械性能及使用情况。
在闭路磨矿流程中,分级设备的作用在于及时分出合格的磨矿产物,避免过磨,同时分出不合格的粗粒返回磨机再磨。这对保证较好的分选效果,提高磨矿效率意义重大。
在我国的选厂中最常用的湿式磨矿分级设备主要是螺旋分级机,部分选厂也有采用水力旋流器分级的。但在钨、锡重选厂,为减少循环过程中的过粉碎现象,常常采用筛子与棒磨机构成闭路。
1）螺旋分级机
典型的螺旋分级机如图11-2所示。它是机械分级的种。螺旋分级机可根据螺旋个数不同分为单螺旋分级机和双螺旋分级机。根据螺旋在槽体矿浆内浸入深度不同又可分为低堰式、高堰式、沉没式三种
螺旋分级机的构造:螺旋分级机的构造比较简单,由V形槽体、螺旋、传动轴及提升装置等几个主要部分组成.
螺旋分级机的工作过程及工作原理:磨矿机排出的矿浆由设在槽体下端1/4~1/5处的给料口给入螺旋分级机内,矿浆在螺旋转动时所产生的搅拌作用下保持悬浮,不同粒度的矿
粒在矿浆中以不同的沉降速度沉降,沉降速度较大的粗粒将沉于槽底,在螺旋转动作用下被输送到上端排出,返回磨矿机再磨,而矿浆中悬浮的细粒由螺旋分级机下端的溢流堰随矿浆排出,供选别作业进行选矿。
各种螺旋分级机的应用,分述如下
(1)低堰式螺旋分级机这种分级机的螺旋在槽内矿浆中的浸入深度在轴以下,这种分级机分级面积小,螺旋对矿浆面搅动大,溢流产量低,故不适于作分级用,常用于洗矿。
(2)高堰式这种分
级机的螺旋在槽内矿
浆中的浸入深度在轴
与末端螺旋叶片外缘
之间沉降面积较大,适
于分级粒度为0.15毫
米左右的溢流产品,常
用于一段磨矿的流程
中。
(3)沉没式这种分级机的螺旋末端浸没于矿浆之中,分级面积大,溢流产量高,适于分级小于0.15毫米粒级的产品。常用于二段磨矿的流程中。螺旋分级机规格以螺旋直径表示。2）水力旋流器
水力旋流器是在离心力场中进行分级的新型水力分级
设备,分级效果较好。
水力旋流器的构造:水力旋
流器是由筒体、给矿管、溢流
管、沉砂咀构成。筒体的上部
为圆筒形,沿切线方向有一给矿
管,在顶(或侧)部有一溢流管,下
端有一沉砂口,沉砂口处的沉砂
咀磨损最快,可根据磨损情况及
时更新。水力旋流器如图11-3。
水力旋流器的工作过程及
工作原理:待分级矿浆以一定的
压力经给矿管以切线方向给人,
以一定的速度旋转不同粒度的
矿粒在旋转过程中产生的离心
力不同。粗颗粒产生的离心较
大,沿筒体内壁由下而上经溢流
管排出,达到按粒度分级的目的。
水力旋流器的应用:水力旋流器具有分级效果较好、占地面积小、生产能力大等优点,主要用于代替机械分级机与磨矿机组成闭路作业,或用于脱水、脱泥等。
3）分级效率
任何分级机械不可能把欲分出的颗粒全部分离出来,因
此就存在分级的完全程度问题。分级的完全程度用分级效率来表示。所谓分级效率就是分级溢流中有效分出的细粒(常以-200目表示)与理想条件下分出的细粒的量之比的百分数。所谓目是一英寸长度上筛孔的数目,又称纲目,实践上常以通过200目筛子的筛下物的质量百分数表示细粒物料的细度，200日标准筛孔尺寸为0.074毫米
三、磨矿分级流程
磨矿作业与分级作业的组合就构成了磨矿分级流程。按分级机与矿机间的配置关系可分为:带有预先分级的磨矿流程;带有检查分级的磨矿流程;(预先分级、检查分级、预先检查分级、类同预先筛分、检查筛分、预先检查筛分)。若按粗砂返回与否可分为:粗砂不返回的开路磨矿流程和粗砂返回的闭路磨矿流程两种。
在我国的选厂中,除重选
厂外,一般的浮选和磁选
厂基本上都是采用闭路
磨矿流程,常用的有一段
或两段闭路流程(见图
11-4、11-5)。当要求的磨
矿产品粒度较粗(一般-200目粒级度含量不超过60%)时应采用一段磨矿，如果磨碎比很大，磨碎细度要求-200目占70%以上时则可考虑采用二
段磨矿。
在闭路磨矿循环中,从分级机返回到磨矿机再磨的粗粒物叫返砂。返砂的重
量与磨机原给矿的
重量百分比叫做返
砂比,也称循环负荷。
4、磨矿车间的
主要技术经济指标
磨矿车间是选矿厂的重要组成部分,在选矿工艺过程中的作用十分重要,它的工作效果好坏除了对选别作业的技术指标有重要影响外,对全厂的经济效益具有决定作用。
1、球磨机运转率
所谓球磨机的运转率就是工作时数与日历时数之比的百分数,通常以月为计算单位,球磨机运转率越低,停产损失越大。
2、球磨机处理能力
球磨机处理能力是磨矿车间的重要数量指标,常用按原矿的处理量及按新生成某特定级别(-200目)的矿量计算,球磨机处理能力是关系到增产还是减产损失问题,它直接影响选厂的经济效益
3、溢流浓度及细度
溢流浓度就是溢流中固体质量百分数,它对选别设备按
干矿计算的处理能力、选别时间剂消耗及选别指标等均有定影响
所谓溢流细度就是某特定级别(常以-200目表示)的含量百分数。溢流细度(也称磨矿细度)是磨矿车间的重要质量指标,它对选别效果有非常重大的影响。
4、分级效率
分级效率是分级设备的主要质量指标,合格细粒如不及时分出会使返砂量增大,而使能设备磨损增加,生产能力下降,并造成过磨而影响选别指标。
三、脱水与干燥
精矿含水量是衡量精矿质量的标准之一。为使湿式选矿设备生产的精矿产品达到国家规定的产品水份含量的要求,往往必须对精矿进行脱水处理。脱水作业是湿式选厂中不可缺少的辅助作业。
根据物料所含水份的性质和产品含水量的要求,目前在选矿厂中,常用两段和三段脱水流程，一段脱水流程应用很少。如果对精矿产品水份限制不严或脱水性好的精矿,采用浓缩、过滤两段脱水流程比较简单经济。对于细粒精矿产品或精矿产品水份限制较严的,则采用浓缩过滤和干燥三段脱水流程。但干燥作业费用较高精矿损失大。
一般情况下,浓缩产品的浓度约为40~60%;过滤后滤饼的水份为15~20%,个别可以低于10%;干燥后的产品水份在10%
以下。
1、浓缩
浓缩过程是在浓缩机中进行的,浓缩机分为周边传动式和中心传动式两种。给入浓缩机的矿浆中的固体颗粒,在重力作用下向浓缩机底部沉淀,清水则被挤向上方,使较稀的矿浆分出澄清液和浓矿浆,浓矿浆自浓缩机底部排矿管排出成为浓缩产品。
2、过滤
过滤是指矿浆在多孔的过滤介质(如滤布)上进行固相与液相分离的过程。过滤的任务就是要脱去物料中大部分毛细水分,所以必须借助定的外力作用。过滤方法示意图如图13-1所示
过滤介质是一种多孔性物质。选矿厂常用滤布作过滤介质,过滤介质上的小孔称为滤孔,其大小可以大于固体颗粒直径好几倍。由于固体图13-1过滤方法颗粒在滤孔上面能形成一种拱状结构,如图13-2所示,所示固体颗粒不会从滤孔中穿透过去,而水则能顺利地流过去。过滤刚开始时,滤液有点浑浊,但稍后,当滤孔上逐渐形成拱状结构时,滤液就变清洁。在生产实践上,通过试验选择适合于物料性质且经济耐用的滤布是十分重要的。
过滤速度是单位时间内通过1平方米面积的滤液流量。它与许多因素有关,其中最重要的是过滤介质两边压力差。根
据产生压力差的方法不同，过滤机分为以下几种类型1）重力过滤机液体在本身重力的作用下透过滤布排出
2）真空过滤机利用真空泵造成的真空吸力,使液体透过滤布排出。
3）压滤机利用矿浆泵或空气压缩机对矿浆施加压力,使液体透过滤布进行过滤。压滤机多用在化工工业中。
4）离心过滤机利用离心力作为过滤的推动力,使液体透过滤布排出。这种过滤效率高,但技术条件要求也较高。
5）磁过滤机是我国研制的一种新型设备,应用在磁选厂对磁性产品进行过滤。
3、干燥
干燥是利用热能蒸发固体物料中的水分,从而脱水的作业。干燥能除去残留在物料中的毛细水分,薄膜水分及部分吸收水分,是一种最彻底的脱水方法。
在选厂的三段脱水流程中,干燥作业消耗大量燃料、动力,费用最高。同时干燥过程对设备磨损很大。所以,一般只有在过滤后的精矿水分达不到规定标准、或用户对产品水分有特殊要求时,才采用干燥作业
金属矿选厂最常用的干燥设备是并流式直接加热圆筒干燥机。