矿石预处理及预选关键技术研究韩跃新PPT课件.ppt

韩跃新东北大学2013年6月 矿石预处理及预选关键技术研究 1 主要内容 2 十二五 节能减排综合性工作方案 中明确指出 推进资源综合利用 加强共伴生矿产资源及尾矿综合利用 建设绿色矿山 加快资源再生利用产业化 2013年3月 国土资源部下发了 关于开展铁 铜 铅 锌 稀土 萤石 钾盐等矿产资源合理开发利用 三率 指标研究 矿石预处理及预选 是矿产资源领域节能减排 提高 三率 的最重要手段之一 1 1我国矿产资源及其形势 3 1 1我国矿产资源及其形势 众所周知 矿产资源是国民经济建设与社会发展的物质基础 现阶段我国95 以上的能源 80 以上的工业原料 70 以上的农业生产资料来源于矿产资源 30 以上的农业用水和饮用水来自属于矿产资源范畴的地下水 没有矿产资源持续稳定的供应 就没有现代经济与社会的发展 随着我国矿产资源的不断开采 富矿不断减少 可利用的矿产资源日趋匮乏且呈现出贫 细 杂等特点而难以直接利用 4 我国相关选矿厂的入选品位极低 1 辽宁朝阳 河北承德等地开发超贫矿 入选TFe10 左右 MFe5 左右 2 齐大山铁矿选矿分厂入选品位25 左右 3 赤峰国维矿业处理矿石 原矿含Mo0 035 含铜0 16 4 赤峰兴业集团储源钼矿 单一钼矿 入选品位0 05 5 招金集团金矿入选矿石最低品位0 8克 吨 而且还将进一步降低至0 6克 吨 堆浸最低0 2克 吨 1 1我国矿产资源及其形势 5 我国大量超贫铁矿石未开发利用 华北地区尚有数十亿t未开发利用的极贫磁铁矿矿石和表外磁铁矿石 马钢南山矿区低品位磁铁矿矿石累计探明资源量6 12亿t 平均含铁品位21 72 攀枝花矿区含铁品位在15 23 的超贫钒钛磁铁矿矿石其储量近2 5亿t 鞍山式极贫赤铁矿石和表外赤铁矿石数十亿t 实施矿石的预处理和预选是我国经济发展的需要 是节能减排的需要 1 1我国矿产资源及其形势 6 1 2矿石预处理 矿石预处理 矿石的预处理一般是指从矿山直接开采出来的矿石入选前碎磨等一系列必要措施 其目的是提高有用矿物的单体解离度或者改变其赋存状态 Fig 1颚式破碎机破碎示意图 Fig 2球磨机磨矿示意图 7 1 2矿石预处理 为什么要进行预处理 有的矿石在现有的经济技术条件下根本不能实现选别 通过预处理改变矿物的组成 性质 如磁化焙烧 深度还原等等 通过预选改变不同矿物结晶颗粒界面的结合状态 提高粉磨效率 改善单体解离状态及分选效率 经磁脉冲 电脉冲 微波预处理 高压辊磨预处理后 相对于常规破碎矿石可磨度可明显提高 8 1 3矿石预选 矿石的预选一般是指矿石入选前的选别作业 其目的是提高矿石的入选品位 降低矿石的入磨量 提前抛尾等 主要处理对象为 极 贫矿产资源 矿石预选 Fig 3矿石的手选预选 Fig 4矿石的X射线预选 Fig 5铁矿石的强磁预选 9 1 矿石预选能提高矿产资源利用率 随着矿产资源的不断消耗 处理贫矿和极贫矿已成为必然 2 矿石预选是节能减排的需要 粗粒预选 减少了进入磨矿作业的矿量 实现节能 粗粒预选 粗粒尾矿更容易实现综合利用 实现减排 3 矿石预选是井下充填的需要 开采过程中有少量的矿石混入岩石中 直接充填造成矿石的损失 1 2矿石预选 为什么要进行预选 10 澳大利亚是矿业大国 但澳大利亚十分重视矿石预选技术的研究与开发 主要研究了 1 在金刚石选矿过程中率先采用预选 2 在铂族金属选矿中采用预选 小时处理能力250吨 剔除40 的合格尾矿 3 铀矿的预选 4 铜镍矿石的预选 5 澳大利亚昆士兰大学JK矿物研究中心与力拓公司于2009年联合成立了 预先选矿研究所 专门开展矿石预选的研究与开发工作 1 2矿石预选 为什么要进行预选 11 因此 矿石的预处理及预选是选矿未来最重要的研究方向之一 从微观 界面的角度研究预处理及预选的作用 具有重要的意义 12 2矿石预处理关键技术研究 1 2 3 4 13 2 1高压辊磨预处理 高压辊磨机是基于料床粉碎原理设计的一种新型矿岩粉碎设备 其特点是高压 慢速 满料 如右图 两个辊子做慢速的相对运动 其中一个辊子固定 另一个辊子可作水平方向的滑动 物料由上部连续喂入并通过辊间的间隙 用液压给活动辊施压 物料受压而粉碎 并被压成料饼下落至机外 Fig 6高压辊磨示意图 2 1 1粉碎机理 14 2 1高压辊磨预处理 Fig 7物料之间相互挤压 料床粉碎 物料不是在两辊子的工作面上作单个颗粒的破碎和粉磨 而是作为一层或一个料床得到粉碎 料床的形成 导致颗粒压迫其他邻近的颗粒 直至其破碎 断裂 产生裂纹或劈开 Fig 8物料里形成的微裂纹 对料床进行挤压降低了对高压辊磨机辊面的磨损 原因是主要的粉磨作用不是在辊面和物料之间形成的 而是料床中的颗粒之间的相互作用 15 2 1高压辊磨预处理 选择性粉碎 大幅增加后续磨矿能力 改善矿石解离状态 提高回收率 改善球团原料的造球性能 高压辊磨产品内部产生的微裂纹比传统的破碎方式多5倍 有利于 Fig 9物料内部沿结晶颗粒边界的破裂 2 1 2高压辊磨产品特性 16 辊压产品表面SEM图 3000 常规破碎产品表面SEM图 3000 微裂纹 2 1 2高压辊磨产品特性 2 1高压辊磨预处理 17 2 1高压辊磨预处理 辊压产品的0 28mm和0 074mm的可磨度比鄂破产品分别提高了53 79 21 94 Bond球磨功指数比颚破产品的分别降低了28 90 和13 96 破碎产品Bond球磨功指数 18 产品的解离度 2 1高压辊磨预处理 粗粒条件下 相同粒度级别高压辊磨机产品的单体解离度更高 随着磨矿产品粒度的细化 高压辊粉碎产品与常规粉碎产品的单体解离度差异变小 这体现了高压辊磨机粉碎有利于产生 间晶破裂 提高单体解离度的作用 19 2 2电脉冲预处理 2 2 1电脉冲破碎机理 在强电场中 不同矿物颗粒边界处产生更强电场从而引发 放电通道 形成等离子体 等离子体通过激烈的振荡产生瞬间的高温高压形成集群运动将离子波能量传送到矿物固体颗粒的天然缺陷中从而达到解理矿物的目的 电脉冲破碎是将固体矿物颗粒浸于液态电介质中 通常是水 并外加强电脉冲 从而使固体矿物颗粒爆炸破裂的一种新型破碎技术 基于矿石中的不同矿物的介电常数和电导率等性质的差异性 使固体矿物颗粒达到选择性破碎 Fig 10电脉冲破碎效果示意图 20 2 2电脉冲预处理 2 2 2电脉冲破碎试验装置 Fig 11电脉冲试验装置 右图为CNT MineralConsulting研究机构的电磁破碎装置 当样品被放置在构成接地电极的不锈钢筛网上后 电脉冲发生器通过开关控制使其快速释放能量 从而将瞬时功率极大的高强电磁场能释放到样品中 使样品发生破碎 21 2 2电脉冲预处理 电脉冲破碎样品特性 22 2 2电脉冲预处理 2 2 3电脉冲破碎试技术在矿业中的应用 曾有研究单位对炼钢炉渣进行了金属铁解离的对比分析试验 结果表明 电脉冲破碎所产生的细粒级较少 而铁的解离度较高即电磁碎磨能够使金属颗粒获得更高的单体解离度 23 2 2电脉冲预处理 上表为某赤铁矿矿石经机械碎磨和电脉冲碎磨的磁选精矿TFe SiO2和P回收率结果 表明 经电脉冲与机械碎磨处理后 电脉冲碎磨的精矿产率相对机械碎磨的精矿产率低 这是由于经电脉冲碎磨后赤铁矿得到了更充分的解离 机械碎磨产品中 赤铁矿解离不充分 部分与脉石矿物呈连生体状态 未得到有效的解离 因此经电脉冲处理的矿石磁选后 精矿中所含的有害杂质SiO2 P等均得到了有效地降低 这既提高了TFe的品位和回收率 同时又降低了有害杂质的含量 得到了更为优质的铁精矿 24 2 3磁脉冲预处理 2 3 1磁脉冲预处理机理 该技术主要利用矿石中不同矿物的电磁性和机械性差异 通过对矿石施加脉冲磁场使不同矿物的界面上出现周期性拉伸 压缩 剪切 折弯 扭转等机械作用力 在矿石内部矿物界面上产生扩展裂纹和裂缝 进而可降低矿石的物理强度和改善解理特性 该技术主要应用于磁铁矿及石英脉型金矿等 Fig 12磁脉冲预处理装置示意图 25 2 3磁脉冲预处理 2 3 2磁脉冲在矿业中的应用 由上表可知 在氰化浸出前应用磁脉冲对目的物料进行预处理 可以改善氰化浸出过程 对于所研究的各种矿物原料 随着矿石的物质组成和金的赋存状态的不同 金的氰化浸出提高0 60 9 0个百分点 这是由于经磁脉冲处理过的含金物料中金与脉石矿物在界面处产生了微裂纹 增加了金的暴露表面积 从而增加了氰化物与金粒的接触机率致使金的浸出率提高 26 27 2 4深度还原预处理 深度还原是指将不能直接作为高炉原料的复杂难选铁矿石在比磁化焙烧更高的温度和更强的还原气氛下 使铁矿石中的铁矿物还原为金属铁 并使金属铁生长为一定大小粒度铁颗粒的过程 深度还原是介于 直接还原 和 熔融还原 之间的一种状态 该工艺包含铁氧化物还原和金属铁颗粒长大两个过程 其产品为金属铁颗粒 不同于直接还原产品和熔融还原产品 液态铁水 2 4 1深度还原 28 2 4深度还原预处理 Fig 13铁矿物还原 铁颗粒长大示意图 29 2 4深度还原预处理 传统工艺流程与深度还原工艺流程对比 深度还原 复杂难选铁矿石 选矿 选矿 炼铁 可选铁矿石 传统工艺 深度还原工艺 炼钢 炼钢 工业化 大规模 试验阶段 30 2 4深度还原预处理 2 4 1深度还原物料特性 Fig 14还原物料XRD图谱 31 2 4深度还原预处理 Fig 15原矿扫描电镜 Fig 16还原物料扫描电镜 深度 还原 32 2 4深度还原预处理 深度 还原 Fig 17原矿扫描电镜 Fig 18还原物料扫描电镜 33 深度还原技术处理复杂难选铁矿 可以有效的将分散的铁矿物还原为金属铁颗粒 从而达到易于分选的目的 尤其针对鲕状赤铁矿等难以单体解离的矿石 利用深度还原预处理技术可以对其进行有效利用 2 4 2深度还原预处理特点 2 4深度还原预处理 34 3矿石预选技术 高压辊粉碎强磁预选 矿石预选技术 X射线预选 35 3 1 1高压辊粉碎强磁预选技术 3矿石预选关键技术 利用高压辊粉碎得到的高单体解离度产品 在一定粒度下进行强磁预选 可以实现 多碎少磨 能抛早抛 能收早收 的方针 从而有效的降低磨矿能耗 增加选厂处理能力 提高选别指标 36 3 1高压辊粉碎强磁预选 Fig 20贫赤铁矿颚式破碎 强磁预选 分选数质量流程图 Fig 19贫赤铁矿高压辊磨 强磁预选 分选数质量流程图 37 3 1高压辊粉碎强磁预选 经粗细 0 5mm 分级粗粒干式抛尾 细粒湿式抛尾后 高压辊磨产品干式强磁预选抛尾产率10 73 湿式强磁预选抛尾产率19 68 综合抛尾产率30 41 铁损失率11 70 相比于颚式破碎 抛尾产率提高1 21个百分点 铁损失率降低1 58个百分点 贫赤铁矿经过高压辊磨 强磁预选 强磁粗选 反浮选后 在精矿品位相近的情况下 贫赤铁矿经过高压辊磨粉碎后 精矿产率提高1 56个百分点 回收率提高5 18个百分点 3 1 2高压辊粉碎强磁预选特点 38 高压辊粉碎湿式强磁预选 对于贫赤铁矿石高压辊磨 3 2mm产品而言 在原矿品位为24 48 的条件下 采用直径为4mm的介质棒 在间隙为4mm 背景磁场强度为645kA m的条件下的全粒级湿式预选效果最好 此时精矿预选品位较原矿提高5 57个百分点 回收率为91 60 抛尾产率为25 32 39 3 2X射线预选 3 2 1X射线预选原理 当一定粒度的矿石经过X射线区域时 根据矿石受到X射线照射后所激发的特征X射线的差异 联合机械联动装置及电脑在线分析来分选出较高品位矿石的分选方法 40 3 2X射线预选 3 2 2X射线预选试验装置 给料箱 给矿通道 分布板 给料通道 X射线发射与信号接收装置 分离装置 精矿和尾矿仓 细颗粒 41 3 2X射线预选 在料槽中形成的矿块流 矿块进入检测区 在此处受到X射线管产生的初级X射线的照射 来自矿石的次级X射线投射到检波器上 改变成电信号 在矿块通过时 有关该矿块的信息积累起来 形成光谱信息 该光谱可用于进行元素含量的分析 根据计算出的表征相关元素含量的分析数据 决定是打击还是不打击这个矿块 在需要打击主矿流中的一个矿块时 改变矿块运动轨道的闸板控制机构动作起来 结果形成两种预选产品 精矿和尾矿 3 2 3X射线预选流程 Fig 21X射线分选过程示意图 42 3 2X射线预选 3 2 3X射线预选在矿业中的应用 俄罗斯提供的X射线预选机分选效果 43 3 2X射线预选 新华钼矿低品位钼矿石的分选结果 44 采用X射线预选可以解决以下问题 除去大块岩石 预选 按照工艺类型和质量等级分选物料 以备下一步按照不同工艺流程和作业制度再行处理 从矿石中分选出大块精矿用于冶炼 铬 锰 铁矿石 或者选分冶金生产过程的废弃物 渣 耐火材料 除去对后续工艺有害的组分 在各种流程中 筛分时可得到几个筛分级别的产品 例如 300 120mm 120 50mm 50 20mm 每个级别的产品可用不同规格分选设备进行预选 3 2X射线预选 45 3 2X射线预选 3 2 4X射线预选技术特点 1 X射线预选丢弃了大块尾矿 使进入细碎 磨矿 主选车间的的矿石量减少 因而能够增加选矿厂按原矿量计算的处理能力 增加精矿量和产值 2 主选段的给矿是X射线预选段的精矿 提高了主选段给矿产品的品质 因而可提高最终精矿的质量 3 X射线预选过程丢弃部分尾矿 因而降低了其后的矿石准备和分选阶段的电能 材料和药剂的消耗 导致总的经营费用降低 4 如果X射线预选在采场进行 就可以降低采场到选矿厂的运输成本 46 3 2X射线预选 5 降低了废弃物的堆存成本 因为干式堆存块状尾矿比存放磨细了的选矿尾矿更