陳典助

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司,湖南長沙 410011)

瑤崗仙裕新多金屬白鎢礦選礦廠設(shè)計實(shí)踐

陳典助

(長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司,湖南長沙 410011)

從原礦工藝礦物學(xué)研究、選礦試驗、工藝流程設(shè)計、選礦回水利用及尾礦處理等方面,介紹了湖南瑤崗仙裕新多金屬礦建設(shè)的各個環(huán)節(jié)。論述了采、選礦廢水回用、尾礦處理設(shè)計方案的可行性與合理性,實(shí)現(xiàn)了采、選礦廠廢水的零排放。

流程設(shè)計;設(shè)備選擇;回水利用;尾礦處理

某多金屬白鎢礦床位于一重點(diǎn)水資源保護(hù)區(qū),環(huán)境保護(hù)要求新增項目實(shí)行廢水“零”排放。礦床主要為矽卡型白鎢礦床,可利用的資源儲量:111b+ 122b+333礦石量 69 779.1 kt,平均品位 WO30.303%,氧化物量WO3為211 540 t,與所有礦山企業(yè)一樣,項目在采礦、選礦過程中將產(chǎn)生大量廢水,因此如何實(shí)現(xiàn)廢水回用,達(dá)到“零”排放,成為采礦、選礦工藝流程設(shè)計的重點(diǎn)。

由于礦體厚大集中,走向長度1 800 m,厚度一般為73～1.2 m,平均22 m,覆蓋層薄;采礦方案選用山坡-凹陷露天開采,平均剝采比僅3.26 t/t。采礦場產(chǎn)生的廢水主要為雨水和地下積水,該兩部分水的雜質(zhì)為泥、砂、植物遺體等懸浮物,只需經(jīng)過澄清即可達(dá)一級飲用水標(biāo)準(zhǔn)排放,所以項目總平面布置選擇了采礦場和選礦廠異地布置,以保證建成投產(chǎn)后所產(chǎn)廢水互不影響。

所以選礦廢水回用方案成為研究的重點(diǎn)。

1 研究成果概述

1.1 白鎢礦礦物學(xué)及浮選工藝研究成果

眾所周知,白鎢礦為鈣鎢酸鹽,化學(xué)式為Ca-WO4,密度5.9～6.2 t/m3,結(jié)晶呈正方晶系,工藝礦物學(xué)分析為氧化礦,具有較好的可浮性。其選礦方法有重選與浮選相結(jié)合,或單一浮選法。目前國內(nèi)大多數(shù)白鎢選礦廠采用浮選法,如:湖南省柿竹園多金屬礦的黑白鎢采用混合浮選再加溫脫藥進(jìn)行分離浮選、河南欒川洛鉬集團(tuán)浮鉬尾礦回收白鎢礦、甘肅省小柳溝祁青白鎢礦等。

含有多金屬硫化礦的白鎢礦,在白鎢浮選前都先浮硫化礦[1～5],然后再用脂肪酸類或陽離子捕收劑、兩性捕收劑在堿性條件下對白鎢礦進(jìn)行浮選[6]。常選用碳酸鈉作調(diào)整劑,水玻璃作抑制劑,一般不另加起泡劑。

有人曾開展了回水分選復(fù)雜白鎢礦的半工業(yè)試驗[7],由于回水中脂肪酸捕收劑(塔爾油)的存在(殘留濃度15～20 mg/L),使得鎢在硫化礦中的損失達(dá)10%～15%。為降低鎢的損失,采用BΠK-420絮凝劑對廢水進(jìn)行處理,并在采用硫化礦浮選和白鎢浮選分別用各自的回水的流程下使用回水,獲得了最終精礦含58%WO3,回收率87%,損失在硫化礦精礦中的WO3小于1%的良好指標(biāo)。由此可知,對選鎢廢水進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砑斑x擇適當(dāng)返回地點(diǎn)進(jìn)行回用是一項重要的研究內(nèi)容。

1.2 選礦廠實(shí)現(xiàn)廢水“零”排放的理論分析

選礦廠處理單位噸礦石理論新水補(bǔ)加量W新可按下式計算(單位:m3水/t·原礦):

式中W1為浮選尾礦在尾礦庫內(nèi)固結(jié)后的自然含水量,一般為18%～22%,可按20%計算,其產(chǎn)率通常為95%,則處理單位噸原礦尾砂帶走的水量W1為0.237 m3;W2為尾礦水在庫內(nèi)的損失量,主要為自然滲透和蒸發(fā),損失量可按總?cè)霂焖康?0%計算,一般浮選尾礦濃度為30%,因此W2為0.222 m3;W3為浮選精礦帶走的水,浮選精礦經(jīng)濃縮、過濾后一般含水率為12%～15%,精礦產(chǎn)率一般為5%,因此W3為0.009 m3;W0為原礦含水量,一般按含水率5%計算,因此W0為0.05 m3。

所以W新=0.418 m3水/t·原礦。

選礦廠必須用到新水的有:設(shè)備冷卻水、浮選泡沫沖洗水、過濾設(shè)備清洗水、浮選藥劑制備水,這些水一般為總用水量的15%～10%,因此用量為0.35～0.33 m3水/t·原礦,其耗量小于W新,其它均可考慮使用處理后的回水,因此對尾礦水進(jìn)行合理的處理,使之能回用于工藝生產(chǎn),理論上選礦廠可以實(shí)現(xiàn)廢水“零”排放。

2 選礦工藝研究

環(huán)境評價對項目的建設(shè)具有一票否決權(quán),但項目投資效益同樣具有決定權(quán),追求良好的選礦指標(biāo)也是項目能否實(shí)施的前提。因此選礦工藝研究既要保證良好的選礦指標(biāo),又要滿足實(shí)現(xiàn)選礦廢水“零”排放。

2.1 工藝礦物學(xué)研究

原礦工藝礦物學(xué)研究是制定選礦工藝流程和選礦指標(biāo)的基礎(chǔ),因此首先開展了原礦的工藝礦物學(xué)研究,原礦主要礦物及其相對含量見表1,原礦多元素分析見表2,鎢在礦物中的分布見表3。

表1 主要礦物相對含量 %

表2 多元素分析表 %

表3 鎢在主要礦物中的分布 %

2.2 選礦試驗研究方案及成果

2.2.1 選礦工藝流程試驗研究方案

由表1、表2和表3可知:礦石中鎢主要以白鎢礦礦物形式存在,占原礦總鎢量的85%。黑鎢礦和鎢華的數(shù)量較少,兩者占6.39%。金屬硫化物如Mo、Bi、Au、Ag含量僅接近綜合回收標(biāo)準(zhǔn),因此制訂的試驗研究原則:優(yōu)先回收白鎢礦,多金屬硫化物作為附產(chǎn)品回收,先作選礦實(shí)驗室小型試驗,確定選礦工藝流程及參數(shù),再進(jìn)行擴(kuò)大試驗;小型試驗確定的流程:原礦磨至-0.074 mm占84%,先鉬鉍等可浮,后鉍硫混浮,脫硫尾礦再作白鎢常溫粗選,產(chǎn)出白鎢粗精礦。白鎢粗精礦經(jīng)脫水、加溫攪拌脫藥后進(jìn)入白鎢精選作業(yè),產(chǎn)出白鎢精礦,鎢浮選捕收劑采用改良的“731”氧化石蠟皂。選礦擴(kuò)大試驗取得了很好的指標(biāo):原礦含WO30.4%,鎢精礦含 WO368.72%,WO3回收率73.49%。說明多金屬白鎢礦采用先脫硫,后白鎢常溫粗選+粗精礦加溫精選的浮選工藝流程方案是合理、可行的。

2.2.2 選鎢尾礦回水試驗研究方案

選礦廠應(yīng)以提高選礦生產(chǎn)指標(biāo)和降低生產(chǎn)成本為目標(biāo),選礦廠回水處理工藝和深度應(yīng)以滿足選礦廠用水水質(zhì)的要求為前提,盡可能降低回水處理成本。如磨礦產(chǎn)品濃縮回水只考慮降低懸浮物含量,尾礦水應(yīng)考慮自然沉淀和太陽能分解藥劑作用,或添加藥劑加快沉降速度、降解藥劑含量。凡口鉛鋅礦選礦廠回水采用濃縮機(jī)沉降,沉淀池暴氣自然降解方法;河南欒川冷水選礦廠尾礦水采用濃縮、濃硫酸調(diào)節(jié)pH值、添加氯化鐵處理回用;西藏甲銅多金屬礦回水方案分段回用,部分水集中處理方案。

鑒于本項目的選礦尾礦回水主要用于磨礦和浮選作業(yè)補(bǔ)加水,對水質(zhì)的要求主要為降低懸浮物和油性物質(zhì),為降低處理成本,在擴(kuò)大試驗研究的基礎(chǔ)上,開展了用石灰作處理藥劑的尾礦水處理及回水試驗研究。試驗表明:尾礦礦漿中投入2 kg/t·原礦的石灰后,尾砂沉降速度大幅度提高,靜置1 h后,尾礦水已變清,尾礦水處理前后檢測結(jié)果見表4。由表4檢測結(jié)果可以看出,水中雜質(zhì)含量均達(dá)到工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn),尤其是尾礦水中石油類物質(zhì)降解了一半,可以推斷該水返回磨礦和脫硫浮選作業(yè)對鎢的回收率影響較少。

處理后回水100%回用試驗研究發(fā)現(xiàn),其結(jié)果與新水試驗結(jié)果對比:白鎢礦的回收率僅降低0.5%,若按含WO365%的標(biāo)準(zhǔn)白鎢精礦12萬元/t計算,折算至單位噸原礦僅損失3.69元。但選礦藥劑用量卻大幅度降低:NaOH用量降低了850 g/t·原礦, Na2SiO3降低4 300 g/t·原礦,選礦藥劑成本降低2.28元/t原礦,結(jié)果見表5。這說明研究的浮鎢尾礦水的處理方案是經(jīng)濟(jì)合理可行的。

表4 處理前、后尾礦水檢測含量結(jié)果對比 mg/L

表5 選礦藥劑成本及礦漿加溫成本

3 選礦工藝設(shè)計應(yīng)用

3.1 選礦工藝流程設(shè)計

設(shè)計的選礦原則流程:兩段連續(xù)磨礦,先浮硫化礦,后浮白鎢礦,詳述如下。

3.1.1 磨礦流程

采用球磨機(jī)與水力旋流器構(gòu)成兩段閉路磨礦流程,控制磨礦產(chǎn)品粒度為-0.074 mm占84%。

3.1.2 浮選、精礦脫水流程

硫化礦浮選采用一粗兩掃兩精產(chǎn)出硫化礦混合粗精礦,進(jìn)入沉淀池貯存進(jìn)行集中處理。

脫硫尾礦的白鎢粗選為一粗一精一掃產(chǎn)出白鎢粗精礦,浮鎢尾礦在選礦廠添加石灰乳后自流入尾礦庫。白鎢粗精礦先濃縮到55%～70%,再自流至加溫攪拌槽加溫脫藥,其后白鎢精選為一粗五精四掃產(chǎn)出白鎢精礦。

白鎢精礦選用濃縮+壓濾+干燥三段聯(lián)合脫水流程,產(chǎn)出含水≤4%的白鎢精礦,包裝后外銷,選礦原則流程圖如圖1所示。

圖1 選礦工藝原則流程圖

3.2 選礦回水利用流程設(shè)計

設(shè)計采用了分段回水流程,以降低回水處理量和成本,詳述如下。

3.2.1 磨礦流程回水

磨礦合格產(chǎn)品自流至自動提耙高效原礦濃縮機(jī),濃縮至40%～45%濃度,自流入浮選車間,溢流作為回水直接返回磨礦。

3.2.2 白鎢粗精礦回水

選用了深錐濃縮機(jī)+普通濃縮機(jī)兩段連續(xù)脫藥、脫水流程,既降低了回水中懸浮物的含量,又降低了白鎢粗精礦濃縮時1%～2%的損失率。該部分溢流水直接返回白鎢粗選。

3.2.3 尾礦庫回水

白鎢浮選尾礦、白鎢加溫浮選尾礦和白鎢精礦濃縮及壓濾水設(shè)計采用自流至選礦廠的尾礦池集中,經(jīng)添加石灰乳再自流至尾礦庫,在庫內(nèi)澄清后再自流至尾礦庫下游的回水庫,泵送選礦廠回水高位水池,用于磨礦系統(tǒng)和浮選系統(tǒng)的補(bǔ)加水。

3.2.4 其它回水設(shè)施設(shè)計

在露天采場上部境界外設(shè)大型截洪溝,在境界下部沖溝設(shè)置大型凈化庫,凈化庫防洪能力按100年一遇雨水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,無雨水時采礦場排水在凈化庫內(nèi)澄清后返回采礦生產(chǎn)用水;雨季時庫內(nèi)的澄清水用泵揚(yáng)至尾礦庫下游的回水庫,實(shí)現(xiàn)了采礦場向重點(diǎn)水資源保護(hù)區(qū)的“零”排放。

在尾礦庫下游設(shè)計回水庫,回水庫防洪按100年一遇24 h洪水總量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,正常生產(chǎn)和少量雨水時,回水庫內(nèi)澄清水全部返回選礦生產(chǎn)。雨水多時,回水庫內(nèi)多余的澄清水用泵揚(yáng)入另一低排放標(biāo)準(zhǔn)水系,實(shí)現(xiàn)了向重點(diǎn)水資源保護(hù)區(qū)“零”排放。

3.3 高效節(jié)能型浮選設(shè)備選擇研究

長沙有色冶金設(shè)計研究院研發(fā)的CCF系列新型浮選柱屬于高柱體(柱高8～12 m)逆流無充填式浮選柱,分選原理:屬微泡逆流接觸碰撞浮選,柱底產(chǎn)生的微泡在柱內(nèi)形成網(wǎng)狀、層流平穩(wěn)上升,礦化的有用礦物顆粒在柱內(nèi)下降時將與微泡發(fā)生數(shù)次接觸碰撞,因此其被泡沫捕獲的概率幾乎接近100%,相比常規(guī)浮選機(jī)而言有用礦物回收率將得到提高;而且礦化層高,泡沫層厚,柱頂淋洗水和泡沫兼并作用使得精礦品位大幅度提高,一臺浮選柱可以代替2～3次常規(guī)浮選機(jī)作業(yè)。因此具有節(jié)省能耗和泡沫沖洗水量的優(yōu)點(diǎn)。

柿竹園兩個多金屬選礦廠、洛鉬集團(tuán)多個鉬選廠和尾礦回收白鎢選礦廠等企業(yè)多年來的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)表明:浮選柱+浮選機(jī)聯(lián)合流程具有節(jié)能和減少用水量等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)報道[8]用浮選柱作浮鉬尾礦回收白鎢礦的粗選作業(yè),在含 WO3為 0.035%～0.05%條件下,粗選段回收率達(dá)到76%以上,比浮選機(jī)提高10%,而且富集效果好,泡沫不發(fā)粘。實(shí)際工藝綜合回收率達(dá)到60%左右,作業(yè)用水量大幅度減少,還節(jié)約了能耗。

通過上述分析研究,同時考慮到浮選柱的另一優(yōu)點(diǎn)是對細(xì)粒級礦物分選效果更顯著,而白鎢礦由于密度大,在磨礦過程容易過磨,因此脫硫浮選和白鎢粗選段設(shè)計采用浮選柱+浮選機(jī)聯(lián)合流程,即粗選和精選作業(yè)選用浮選柱,掃選作業(yè)選用浮選機(jī)。同采用單一浮選機(jī)流程相比,估計節(jié)能20%,減少耗水量5%～10%。

4 結(jié)束語

通過對多金屬白鎢礦礦石的工藝礦物學(xué)研究,制定了合理的選礦工藝流程和回水處理方法;選用浮選柱作粗、精選設(shè)備減少了用水量,并采用分段回水方案降低了水處理成本,實(shí)現(xiàn)了項目要求的廢水“零”排放,從而使本項目通過了地方環(huán)保局的評審,項目得以實(shí)施,使有限的礦產(chǎn)資源轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益和社會效益,本設(shè)計的主要創(chuàng)新點(diǎn)有:

1.設(shè)計中主干流程采用浮選柱代替常規(guī)浮選機(jī),節(jié)省了用地,降低了投資,并減少能耗20%左右。

2.鎢粗精礦脫藥脫水采用深錐+常規(guī)濃縮機(jī)的兩段濃縮方案,不僅保證了加溫脫藥的濃度、減少能耗,還提高了鎢的回收率約1%～2%。

3.為了降低尾礦回水對鎢浮選指標(biāo)的影響,設(shè)計選用向尾礦漿添加石灰乳,再經(jīng)尾礦庫+回水庫兩級澄清、降解選礦藥劑的綠色回水方案,降低了水處理成本。

4.采用分段回水流程,降低了回水處理和輸送成本,提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

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Design Practice of Concentrator in Yaogangxian Yuxin Poly-metallic Scheelite

CHEN Dian-zhu
(Changsha Engineering and Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy,Changsha410011,China)

This paper introduces the concentrator construction of Hunan Yuxin poly-metallic ore from the study on technological mineralogy of run-of-mine ore,mineral processing test,process design,recycling water utilization and tailing treatment.The feasibility and rationality of the design scheme of recycling water utilization and tailing treatment was discussed detailedly,and that design can achieve zero effluent discharge of the stope and concentrator wastewater.

process design;equipment selection;recycling water utilization;tailing treatment

TD928.1

A

1003-5540(2012)05-0010-04

陳典助(1968-),男,教授級高工,主要從事有色金屬礦選礦廠設(shè)計技術(shù)工作。

2012-06-20