第2章 工艺流程的设计与计算A

第2章工艺流程 flowsheet 的设计与计算 2 1选矿厂规模及基础指标的确定2 2设计方案的技术经济比较2 3破碎流程的设计与计算2 4磨碎流程的设计与计算2 5选别流程的选择与计算2 6矿浆流程的计算2 7小结 2 1选矿厂规模及基础指标的确定 2 1 1选矿厂规模的划分原则 1 设计规模需考虑因素 国家 地方 企业建设需要 一般原则一产品需要量 国内外用户对产品的需求 资源情况 技术上可能性 经济上合理性 资金 二一次建厂与分期建厂 中小型一次建 大型一般分期建 三分散建厂与集中建厂 资源的分散性与集中性 2 规模划分 一 按服务年限 大型 20年 中型 15年 小型 10年 亦有特例二 按生产规模非金属矿与金属有所不同 就金属选矿厂有色与黑色也不尽相同 非金属如石墨1万吨 年 一指产品 算大型选矿厂 表选矿厂规模 scale 的划分 2 1 2选矿各车间 workshop 工作制度 设备作业率 设备小时处理量 Q时 表主要设备作业率 operatingrate 和作业时间 2 1 2影响工艺流程选择的因素 设计工艺流程的基本原则 设计的工艺流程应根据试验研究报告并参考类似选矿厂成熟经验 最好进行技术经济方案比较 稳定可靠 高效低耗是确定工艺流程的根本原则 流程能很好地适应矿石性质的波动 具有一定的灵活性 不同矿石类型的分别处理或混合处理 详细研究磨矿细度对回收有用成分的影响 对复杂成分考虑阶段选别方案 流程能最大限度地实现资源综合利用 在选择原则流程和进一步编制详细工艺流程时 应注意的问题 产品方案和产品质量尽可能实现资源的综合回收 要做好市场预测和经济分析工作 产品质量符合市场要求 在破碎过程中预先富集 提高生产效率 降低生产成本 拣选 重介质选矿 磁滑轮预选 大块抛尾 选择性粉碎和分级 阶段磨矿 阶段选别 早收多收 综合回收及综合利用 提高资源利用率 节约能耗和材料 环境保护 其他因素 规模大小与选别流程 当地自然条件和技术经济条件 矿山开采前后期矿石质量等 2 1 3工艺指标的确定方法 主要指 等指标的确定 一般据实验报告中推荐的指标 同时要考虑试验和生产的差距 结合生产实际可能达到的指标来确定 1 确定精矿 的方法 注意金属与非金属的不同 金刚石要求回收率100 注意与精矿品位综合考虑 2 精矿 确定 应符合我国或WTO制定的质量标准及选矿厂设计的技术规范 而选矿厂设计处理矿石能得到的最佳精矿品位 在选矿试验中已查明 故设计人员应用上述原则方法 采用技术经济比较 便可确定最佳工艺指标 2 1 4非金属矿 non metalore 选矿工艺流程选择 产品要求特点 晶形大小 晶体长度 长径比 产品粒度 产品白度 等 石棉矿石 纤维长短 风力吸选法 逐段破碎逐段吸选石墨矿 鳞片大小 多段磨矿多段浮选高岭土 用白度和细度衡量 选择性分散 絮凝 2 2设计方案 designproject 的技术经济比较 进行方案比较的基本原则p18 六点 基础可靠 效益优先 综合取舍 方案比较的步骤 三个 提出方案 技术经济比较 投资 周期 效益 效率 推荐方案 方案比较的要点及方法 2 3破碎流程的设计与计算 破碎作业的主要任务是为磨碎 grinding 作业准备经济合格的给料 或者直接为选别 冶炼等用户提供最合适的入选 入炉的物料 目的 为选择破碎 crushing 筛分及辅助设备 运输 漏斗 给矿机 feeder 等提供依据 主要是为了求出各作业各产物的重量Q和产率r 2 3 1破碎流程 crushingprocess 的选择 任务 主要是决定破碎及筛分的段数 它取决于总破碎比i 粉碎段数的确定由i Dmax dmax及选厂规模确定 而破碎最终产物dmax 则视不同用途 据实际情况而定 下面重点举供球磨给料时dmax的确定方法 图中以碎矿 磨矿的总成本最低而确定的入磨最大粒dmax的方法 表4 3 此外尚有供自磨 棒磨 砾磨 选别等的给料时 开路流程 opencircuit 和闭路流程 closedcircuit 关于预先 检查筛分 预先筛分 ScreeningInAdvance 指在矿石含粉矿或水分较多时 预先筛分可防止破碎机堵截 有利于其工作 防止过粉碎 减少给矿量 但增加厂房 基建投资 预先筛分筛孔尺寸a应在本段破碎机排矿口宽e和排矿产物最大粒度dmax之间选取 e a dmax检查筛分 checkscreening 为了控制破碎产品粒度 充分发挥其生产能力而设 如果排料中大于排矿口尺寸矿石较多 则一定要设 筛分效率 是指实际得到的筛下产品重量与筛分给矿中小于筛孔尺寸粒级的重量之比 用百分数或者小数表示 E Q1 Q0 100 Q1 筛下产品的重量 Q0 筛分给矿的重量 筛上产品中小于筛孔尺寸粒级含量 筛分给矿中小于筛孔尺寸粒级含量 常规筛分制度 检查筛分筛孔尺寸a 排矿口宽度e与破碎最终产物粒度d相等 筛分效率E 85 等值筛分制度 增大检查筛分筛孔尺寸 比破碎最终产物粒度大20 30 降低排矿口宽度和检查筛分效率 12 25 最大相对粒度Zmax 破碎机排矿产物中最大粒度与排矿口宽度之比 称为最大相对粒度 过大颗粒与可碎性 表4 4 洗矿作业应用条件 含泥量多的氧化矿 或含泥多 200目超过5 水分 高于5 高的矿石 等值筛分 的意义 筛分过程是不平衡的 难筛颗粒 通过筛孔慢 细粒通过筛孔快 由于这种不平衡 可以利用加大筛孔尺寸 降低筛分效率的办法来提高筛子的生产率 两种筛分制度所得到的筛下产物有着等值的比表面 即相同的平均粒度 也就是说 筛下产物对碎矿而言是 等值 的 磨矿机的生产能力在筛子的两种工作制度下将是一样的 甚至在第2种制度下还有所增加 所以两种工作制度下筛分产物的质量是等值的 但在第2种制度下 由于筛孔的增加 总筛分效率的降低 筛子的生产能力将大大增加 可以减少筛子的安装台数 不同筛分工作制度下产物的粒度特性 bb两段开路流程bc两段闭路流程bbb三段开路流程bbc三段闭路流程 三 破碎流程计算时所需原始资料 破碎处理量 t h 原矿最大粒度 Dmax 和破碎最终产物粒度 dmax 矿石的物理性质 可碎性 含水 含泥量和矿石松散密度 原矿 各段破碎机破碎产物粒度特性曲线 P21 22 各段筛分作业的筛分效率 常规筛分工作制度 a d e d E 85 等值筛分工作制度 e 0 8d a 1 1d E 73 a 1 2d E 65 a 1 3d E 60 2 3 2破碎流程的计算 目的 确定各个破碎产物和筛分产物的重量Q 产率 ProductivityRate 以此作为选择设备的依据 并使各段的负荷能大致平衡 下面计算式中 Q1 原矿量 t h Q2 Q3 Qn 各产物的重量 1 2 n 原矿及各产物中小于筛孔的级别含量 E 筛分效率 C 循环负荷 a 筛孔尺寸 mm e 排矿口宽度 mm d 破碎最终产物粒度 mm 一 二 三 一没有预先筛分和检查筛分的一段开路破碎作业此时Q1 Q2 1 2 即破碎机排矿量等于它的给矿量二有预先筛的一段开路破碎作业已知Q1r1 1E 求Q2Q3Q4Q5 r2r3r4r5 Q2 Q1 1E 1 指给矿中小于筛孔级别的含量 Q3 Q1 Q2 Q1 1 1E Q3 Q4Q5 Q1 r2 Q2 Q1 r3 Q3 Q1r4 r3 r5 Q5 Q1 C 三没有预先筛分有检查筛分的一段闭路破碎作业已知Q1r1 1 3E求Q2Q3Q4Q5 r2r3r4r5 见图有 Q5 Q3 3E 3 破碎机排矿中小于筛孔级别的含量 因为Q5 Q1 Q3 Q5 3E Q1 3EQ4 Q3 Q5 Q1 3E Q1 Q1 1 3E 3E则有 C Q4 Q1 1 3E 3E100 Q2 Q3 Q1 Q4 r2 r3 Q2 Q1 r4 Q4 Q1 四 预先筛分和检查筛分合一的破碎作业 Q1 已知Q1r1 1 5E求Q2Q3Q4Q5C r2r3r4r5 Q3 Q1 1 Q5 5 E又Q3 Q1则Q5 Q1 1 1E 5EC Q5 Q1 1 1E 5Er4 Q4 Q1 Q5 Q4 r5 r4Q3 Q1 r3 r1 Q2 Q1 Q5 r2 r1 r5 五 预先筛分和检查筛分分开的破碎作业已知Q1r1 1 5E1E2求Q2Q3Q4Q5Q6Q7C r2r3r4r5r6r7 C Q2 Q1 上式中Q5 5E2 Q6 Q3 Q1 1 1E1 2 3 3破碎筛分流程计算步骤 1 计算破碎车间小时生产能力 2 计算总破碎比 并据此确定破碎流程方案 3 计算各段破碎比 4 计算各段破碎产品的最大粒度 5 计算各段破碎机的排矿口宽度 6 确定各段筛子的筛孔尺寸和筛分效率 7 计算各产物的产率和重量 8 绘制破碎数质量流程图 破碎筛分流程计算实例 例题1 设计原始条件 斑岩铜矿石 属中等可碎性矿石 按原矿计的选矿厂年生产能力Q 900万吨 年 矿石松散密度为 1 7t m3 原矿最大粒度Dmax 900mm 最终破碎产品粒度为12mm 水分4 原矿及破碎产品粒度特性采用典型粒度特性曲线 粗碎为每日三班 每班6 5小时 全年工作日330天 计算总破碎比 选择破碎流程方案S 900 12 75初步拟订选用粗碎 中碎前有预先筛分的三段一闭路破碎流程 如图 粗碎生产能力 Q1 9000000 330 6 5 3 1398 6t h中 细碎生产能力同粗碎 整个破碎车间保持一致 计算选择各段破碎比 平均破碎比 Sa 4 21 由于第三段破碎作业为闭路作业 则第一段和第二段的破碎比可略小 第三段略大初步确定 S1 S2 4 0则 S3 75 4 4 4 69 计算各段破碎产品的最大粒度 d4 Dmax S1 900 4 0 225mmd8 Dmax S1 S2 900 4 0 4 0 56 25mmd11 Dmax S1 S2 S3 900 4 0 4 0 4 69 12mm 计算各段破碎排矿口宽度初步确定粗碎用颚式破碎机 中碎用标准型圆锥破碎机 细碎用短头型圆锥破碎机 最大相对粒度查表4 4确定 第一段破碎排矿口宽度e4 d4 Z1max 225 1 6 140 6mm取141mm 第二段破碎排矿口宽度e8 d8 Z2max 56 25 1 9 29 73mm取30mm 第三段破碎排矿口宽度采用等值筛分制度 a3 1 2d11 e13 0 8d11 E 65 e13 0 8d11 9 6mm取10mm 若采用常规筛分工作制度则e13 d11 10mm 计算各段筛子筛孔尺寸和筛分效率粗筛 棒条筛 a1应在e4和d4之间选择 取a1 180mm E1 60 中筛 振动筛 a2应在e8和d8之间选择 取a4 50mm E2 80 在实际设计中 有时候取E1 E2 100 细筛 等值筛分 振动筛 a3 1 2d11 14 4mm取15mm e13 0 8d11 10mm E1 65 计算各产物的产率和重量 第一段破碎作业 Q1 1398 6t h 1 100 Q2 Q1 1 180E1 1398 6 0 30 60 251 7t h 2 Q2 Q1 251 7 1398 6 18 0 Q3 Q1 Q2 1146 9t h 3 4 1 2 82 0 Q5 Q1 1398 6t h 5 1 100 1 180 为原矿中小于180mm粒级含量 查原矿粒度特性曲线 图4 3 Z1 180 900 0 2 粗筛的筛孔尺寸与原矿的最大粒度之比 第二段破碎作业 Q6 Q1 5 50E2 1398 6 0 35 80 391 6t h 6 Q6 Q1 391 6 1398 6 28 0 Q7 Q8 Q1 Q6 1007 0t h 7 8 1 6 72 0 Q9 Q1 1398 6t h 9 1 100 5 50 产物5中小于50mm粒级含量 为原矿中小于50mm粒级含量 Z1 50 900 与粗碎机排矿中新生小于50mm粒级含量 Z2 50 141 之和 图4 5 5 50 1 50 4 4 50 0 1 0 82 0 3 0 35 第三段破碎作业 循环负荷 Circulationburden Q1 Q11 Cs 13 Q13 Q11 100 Q12 Q13 Q1 Cs 1398 6 105 71 1478 5t h 12 13 105 71 Q10 Q9 Q13 2877 06t h 10 9 13 205 71 11 1 100 Q11 Q1 1398 6t h 9 15 产物9中小于15mm粒级含量 图4 6 理论 9 15 1 15E1E2 4 4 15E2 8 8 15实际计算方法 9 15 1 15 4 4 15 8 8 15 直接用中碎机排矿产物中小于15mm的粒极含量 9 15 8 15 Z3 15 30 13 15 产物13中小于15mm粒级含量 细筛筛孔尺寸与细碎排矿口宽之比Z3 15 10 查图4 9 13 15 1 0 30 0 70流程计算和设备选型完成之后 应根据各段作业的负荷系数进行调整 使这个破碎系统处于平衡状态 便于生产和设备的维护与管理 调整手段有 根据产品目录 改变排矿口宽度 使计算后选定的排矿口尺寸在选定型号破碎机排矿口调节范围之内 改变筛孔尺寸 改变筛分效率 改变破碎机型号和规格 绘制数质量流程图 2 4磨碎流程 GrindingCircuit 的设计与计算 需要解决的问题 确定磨矿段数 掌握磨矿段数与磨矿指标之间的关系 要求产物粒度 200目含量 72 采用一段磨矿 产物粒度 200目含量72 80 采用二段磨矿 预先分级的必要性 给矿中合格粒度大于15 最大给矿粒度小于6毫米 应设置预先分级 检查分级 CheckClassification 与磨矿机构成闭路的分级作业 保证合格的磨矿粒度 非常重要 控制分级 overallClassification 用在一段磨矿检查分级溢流之后或阶段选别尾矿之后的分级作业 为获得更细粒级产品 2 4 1磨碎流程的选择 段数 据最终粒度要求 矿石性质 嵌布粒度而定 一般金属矿段数较少 而非金属矿尤其是石墨 段数较多 为3 5段 磨碎流程基本形式 1 一段磨碎流程最常见的磨矿流程 下一页图A和DA 有检查分级的一段闭路磨矿流程 最常用 最适宜的给矿粒度12mm D 有检查分级和溢流控制分级的一段闭路磨矿流程 也较常用 Q1 2 两段磨碎流程 3 各种分级作业的应用目的 a预先分级 矿石进入磨矿机作业之前的分机作业目的 分出给料中已合格的粒级 从而提高Q 或者预先分出矿泥或有害可溶性盐类 用于给矿中合格粒级含量不小于14 15 其最大粒度不大与6 7mm b检查分级 与磨矿构成闭路的分级作业目的 保证溢流粒度合格 同时及时将粗粒返回磨机 形成合适的返砂循环 以满足磨机最佳通过量 提高磨机效率E 减少过磨碎 保证选别作业给矿的适宜粒度 C溢流控制分级overfall 一段磨矿检查分级溢流之后或阶段选别尾矿之后的分机作业目的 为使一段磨矿获得更细的溢流粒度 或者为配合在一段磨矿中实现阶段选而设 D返砂 returnfines 控制分级 一段磨矿检查分级返砂之后的分级作业 降低返砂中合格产物的含量 目前 较多的选厂使用旋流器作控制分级 以供给浮选的粒度均匀 可获得较好效果 4 自磨流程的应用 自磨技术的发展 特别是湿式自磨在选矿厂的广泛应用 使破碎磨矿流程发生了根本性的变化 自磨允许原矿直接给入或经粗碎后给入 而自磨的产物经分级后可进行选别 这大大简化了流程 硬度大的矿石半自磨流程 5 8 介质 昆钢大红山选矿厂 常用的湿式自磨流程 自磨机 autogenousgrinder 与螺旋分级机构成闭路 操作稳定 返砂量大 自磨机与振动筛构成闭路 流程简单 只适宜于细磨 自磨机与水力旋流器构成闭路 适宜于细磨 不足之处 生产率低 电耗高和配套设备多 产品粒度难以控制等缺点 设计时必须与常规磨矿进行对比 磨矿流程的选择原则 a 采用常见碎磨流程 必须遵循多碎少磨的原则 磨矿能力降低 消耗降低 粉矿仓无离析现象 磨矿给矿均匀 设备维护工作量大大降低 b 分级若采用水力旋流器 需增加隔筛 减少对旋流器的磨损 c 注意采用先进的分级工艺及设备 中澳铁矿项目 2 4 2磨矿流程计算Grinding 需原始资料 磨矿车间的处理量Q 原矿处理量 实际入磨量 重选厂为合格原矿处理量 要求的磨矿细度d 选矿试验确定的最佳磨矿细度最合适的循环负荷c 使磨机获得最佳工作效果 注意工业实验或与类似选厂资料对比 注意用磨机允许的单位容积小时通过量12T m3 h校对 原矿及各产物 溢流和返砂 中计算级别的含量 0 075 计算级别 就是参与磨矿流程计算的某一粒级的含量 它的获得方法 a原矿中 可由选矿试验测得 或采用类似厂实际资料 查表4 8 b而分级溢流中计算级别的含量 要求的磨矿细度 试验确定 表4 9 c返砂中计算级别的含量 与分级机溢流产物的粒度有关 分级为水利旋流器时 可查有关专著 沉砂 一般比表中高15 左右 表4 10 两段磨矿机单位生产能力之比值K 与矿石性质 最终磨矿细度等因素有关 在无实际生产资料可供参考时 取K q2 q1 0 80 0 85 q1和q2分别为第一段和第二段磨矿机按新生成计算级别的单位生产能力 两段磨矿机容积之比值m V2 V1 两段一闭路 m 2或3 两段全闭路 m 1 旋流器预先分级确定磨矿给料量 旋流器的给矿粒度 分离粒度界限 各窄级别在沉砂和溢流中的分配率 工业试验 理论计算 沉砂量 大于分离粒度的累积含量 按沉砂计的旋流器效率Eu第一段粗磨 Eu 0 75 0 85第二段再磨 Eu 0 6 0 7 二 常用磨矿流程计算 一 带有检查分级的一段磨矿流程 A 已知Q1 Q4 求Q2 Q5 r2 r5Q1 Q4Q5 CQ1 C的确定见表4 7 Q2 Q3 Q1 Q5r2 Q2 Q1r5 Q5 Q1 二 第一段开路的两段磨碎流程已知 Q1 1 3 7 9 两段磨矿机容积之比 m 两段磨矿机 grinders 按新生成计算级别的单位生产能力之比 k q2 q1求 3 4 5 6 7 8的Q及 2 计算步骤重点先计算出第一段磨矿排出产物中计算级别的含量 2 Q9 Q2 Q1