劉志國(guó),王傳龍,康金星,王 鑫,王亞運(yùn)(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司,北京100038)

1 前言

高原地帶由于其特殊的地質(zhì)構(gòu)造與成礦作用,易形成豐富的礦產(chǎn)資源。我國(guó)的青藏高原處在地中海-特提斯成礦帶,資源潛在價(jià)值非常巨大,在萬(wàn)億元以上。目前在青藏高原已發(fā)現(xiàn)礦種120 種,礦產(chǎn)地2 000 余處,其中有18 種礦產(chǎn)儲(chǔ)量居全國(guó)儲(chǔ)量的前列[1-4]。

近年來(lái),隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展,對(duì)礦產(chǎn)資源的需求急劇上升,礦產(chǎn)資源短缺的局面日益嚴(yán)重。西部高原地區(qū)蘊(yùn)含豐富的礦產(chǎn)資源,該地礦產(chǎn)資源的合理開(kāi)發(fā)對(duì)保障我國(guó)礦產(chǎn)資源安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前,我國(guó)西部高原地區(qū)資源開(kāi)發(fā)已卓有成效,諸多礦山已經(jīng)投產(chǎn)或在建,其中比較有代表性的高海拔礦山有玉龍銅礦、甲瑪銅礦和普朗銅礦等[5]。與此同時(shí),我國(guó)高原選礦技術(shù)也得到長(zhǎng)足的發(fā)展,本文就此進(jìn)行分析總結(jié),并對(duì)高原選礦技術(shù)的發(fā)展方向提出一些見(jiàn)解。

2 高原環(huán)境對(duì)選礦的影響

高原地區(qū)由于低壓缺氧、寒冷干燥、環(huán)境脆弱及基礎(chǔ)建設(shè)薄弱等特點(diǎn)會(huì)對(duì)選廠人員、技術(shù)、設(shè)備等造成一系列影響。

2.1 對(duì)人員的影響

長(zhǎng)期生活在較低海拔地區(qū)的人,初到高海拔地區(qū)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)“高山反應(yīng)”,如氣喘胸悶、心跳加快、頭暈惡心以及失眠等不良生理反應(yīng)。另外,工作人員在不同的海拔高度下腦部功能也有較大差別,隨著海拔的升高,工作人員腦部各項(xiàng)機(jī)能有所下降,導(dǎo)致工作效率降低[6]。

2.2 對(duì)設(shè)備的影響

高海拔環(huán)境下的缺氧、低溫低壓、強(qiáng)溫差、強(qiáng)紫外線等因素會(huì)對(duì)設(shè)備造成諸多不利影響,比如電力設(shè)備的軸功率降低、柴油動(dòng)力設(shè)備燃料燃燒不完全、電器設(shè)備易老化、設(shè)備散熱效果變差等。因此,在高原環(huán)境下需為有需求的設(shè)備提供必要的防護(hù)措施,電氣設(shè)備的選擇必須遵循國(guó)家頒布的高原電氣標(biāo)準(zhǔn)。

另外,一些在低海拔使用設(shè)備可能在高原地區(qū)使用效果變差,比如陶瓷過(guò)濾機(jī)受高原低壓影響脫水效果減弱、自吸式浮選機(jī)受高原空氣稀薄的影響導(dǎo)致吸氣量受影響。

2.3 對(duì)礦物可浮性的影響

高海拔的缺氧環(huán)境造成礦漿中的溶解氧降低、礦漿電位降低,對(duì)硫化礦的浮選有一定影響。夏忠勇[7]、張永德[8]等人研究發(fā)現(xiàn),隨著海拔升高,方鉛礦的可浮性逐步增加,而閃鋅礦的可浮性逐漸降低。

另外,一些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐反饋,與低海拔地區(qū)相比,高原選廠硫化礦浮選時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),有可能會(huì)出現(xiàn)浮選時(shí)間不足的問(wèn)題。唐順昌[9]等人指出在某4 500 m 高海拔銅硫礦現(xiàn)場(chǎng)銅礦浮選明顯延后。

3 高原選礦技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 工程設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐

隨著大量的高原選礦廠建成投產(chǎn),國(guó)內(nèi)在高原選廠的設(shè)計(jì)建設(shè)上積累了大量經(jīng)驗(yàn)。在廠址選擇方面[10-12],應(yīng)充分考慮總圖運(yùn)輸、尾礦庫(kù)選址、供電、供水、排水以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響等因素,本著“以人為本”的原則進(jìn)行選址;在浮選機(jī)選型方面[13],受高原空氣稀薄影響,多采用充氣式浮選機(jī)取代自吸式浮選機(jī);在設(shè)備選型和工藝方案比選方面,要考慮通風(fēng)采暖的投資和成本,馮建偉[14]對(duì)某高寒金屬礦的碎磨流程進(jìn)行研究,全面考慮所有設(shè)施的投資及成本后,與HPGR 流程相比,SABC 流程更具優(yōu)勢(shì)。

3.2 高原自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

由于高原選礦廠的特殊地理環(huán)境,選礦廠建設(shè)應(yīng)按照“多機(jī)械、少人工”的原則,盡可能提高選礦廠的自動(dòng)化水平,減少人工。但高原環(huán)境的低壓、強(qiáng)溫差等環(huán)境會(huì)對(duì)自動(dòng)化電器設(shè)備造成極大的不利影響[15-16],因此高原選礦廠的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案需采用規(guī)范設(shè)計(jì)原則、優(yōu)化信號(hào)集成、可靠配電接地、合理選型設(shè)備等科學(xué)手段,保證自動(dòng)化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

西藏巨龍銅業(yè)有限公司知不拉銅多金屬礦選礦廠[17]、塔什庫(kù)爾千縣金鋼礦業(yè)有限責(zé)任公司選礦廠[18]、位于西藏墨竹工卡縣的天仁礦業(yè)選礦廠[19]等高原選礦廠充分考慮高原環(huán)境對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的影響,采取多種措施提高自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性,最終通過(guò)高原自動(dòng)化系統(tǒng)提高了設(shè)備作業(yè)效率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度、改善了工作環(huán)境、提高了產(chǎn)量、降低了生產(chǎn)成本,具有重要借鑒價(jià)值。

3.3 節(jié)水及廢水利用技術(shù)

高原地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源寶貴,因此高原選礦廠應(yīng)注重節(jié)水技術(shù)開(kāi)發(fā)。金鋼礦業(yè)喬普卡鐵礦根據(jù)礦石性質(zhì)針對(duì)性地設(shè)計(jì)了預(yù)選工藝流程,通過(guò)大塊干選、細(xì)粒干選及粗磨預(yù)選的組合手段,最大限度地提高了入選礦石的品位,減少了選廠用水。許建民[20]等提出一種干法磁鐵礦鐵精粉生產(chǎn)工藝,通過(guò)采用帶有動(dòng)態(tài)磁系的磁滾筒實(shí)現(xiàn)磁鐵礦的干法磁選,為高寒地區(qū)的磁鐵礦開(kāi)發(fā)找了一個(gè)可行的途徑。烏努格吐山銅鉬礦選礦廠除充分利用尾礦回水和濃縮機(jī)回水外,還開(kāi)創(chuàng)性地完全利用城市中水作為新水補(bǔ)加到生產(chǎn)過(guò)程中,每天節(jié)省新水資源約1.6 萬(wàn)t[21]。

對(duì)于選礦廢水,高原選礦廠注重廢水處理及回用,做到廢水零排放的同時(shí)減少新水的使用。一方面,開(kāi)發(fā)廢水處理方法,如高海拔地區(qū)復(fù)雜銅鉛鋅多金屬礦選礦廢水治理及回用方法[22],一種高寒冷地區(qū)高分散、高細(xì)度及難沉降白鎢礦選礦廢水的處理方法[23];另一方面,開(kāi)發(fā)適宜的選礦工藝和藥劑,采用合理的選礦廢水回用制度實(shí)現(xiàn)選礦廢水的全回用,如西藏甲瑪銅礦通過(guò)采用分段浮選、分段回水、部分回水處理后返回的選礦工藝流程實(shí)現(xiàn)選礦廠廢水零排放[24];而甲瑪?shù)V區(qū)銅鉛鋅多金屬硫化礦通過(guò)采用銅鉛部分混浮—銅鉛分離—混浮尾礦選鋅的工藝流程,配合使用鋅礦物組合抑制劑ZG-2 與銅鉛分離脫藥劑XZ-1 可實(shí)現(xiàn)選礦回水的全循環(huán)利用[25]。

3.4 高原浮選技術(shù)研究進(jìn)展

高原環(huán)境會(huì)對(duì)浮選造成一系列的影響,如礦漿電位、藥劑與礦物作用效果、礦漿氣泡特性、礦物浮游速度以及浮選機(jī)性能等。針對(duì)此類問(wèn)題,近年來(lái)已有不少研究。

3.4.1 浮選藥劑研究

由于高原地區(qū)氣溫較低,一些藥劑(如酯類)在存儲(chǔ)和使用過(guò)程中容易結(jié)晶,影響浮選效果。西北礦冶研究院對(duì)此做了相應(yīng)研究,并提出了解決方法[26-27],可將硫氮腈酯與丁銨黑藥、柴油、乙醇、黃氰酯按一定比例混合使用或者將硫氮酯類藥劑與黃原酸酯類藥劑攪拌混合使用?；旌嫌盟幉粌H能夠發(fā)揮藥劑的協(xié)同效益,也能大幅度降低藥劑的凝固點(diǎn),對(duì)高海拔地區(qū)硫氮酯類捕收劑的使用有一定的指導(dǎo)意義。

3.4.2 浮選設(shè)備研究

北京礦冶研究總院開(kāi)發(fā)出XCF Ⅱ浮選機(jī)及XCFⅡ/KYFⅡ浮選機(jī)聯(lián)合機(jī)組,該設(shè)備在高海拔地區(qū)適應(yīng)性較好。賽什塘銅礦地處高海拔地區(qū),2000年選礦廠技術(shù)人員在對(duì)多種類型浮選機(jī)進(jìn)行必選后,選擇了XCFⅡ/KYFⅡ型聯(lián)合浮選機(jī),并成功應(yīng)用[28]。

中南大學(xué)為解決詹姆遜浮選槽在高海拔地區(qū)產(chǎn)生微氣泡的效率會(huì)降低的情況,用微孔管代替高壓泵形成微氣泡,取得了較好效果[29]。

3.4.3 浮選機(jī)理研究研究

北京科技大學(xué)提出了一種海拔影響浮選氣泡特性測(cè)量裝置及方法[30],可以實(shí)現(xiàn)不同氣壓下氣泡尺寸、氣泡數(shù)量、氣泡穩(wěn)定性和氣泡上升速度等氣泡動(dòng)力學(xué)特性參數(shù)的測(cè)量,為研究海拔影響浮選氣泡特性提供了研究基礎(chǔ),對(duì)于指導(dǎo)高原地區(qū)礦物浮選具有重要研究意義。

夏忠勇研究了不同海拔下鉛鋅硫化礦浮選電化學(xué)行為,發(fā)現(xiàn)高海拔條件下礦漿溶氧量低,導(dǎo)致礦漿電位低,而這較低的電位對(duì)方鉛礦與乙硫氮反應(yīng)生成金屬捕收劑鹽的影響很小,故不會(huì)對(duì)方鉛礦的浮選產(chǎn)生影響。但低電位對(duì)D2(雙乙硫氮)的生成不利,且海拔越高,電位越低,D2越難生成,而閃鋅礦浮選需要大量的D2,故對(duì)閃鋅礦的浮選越不利。因此,高海拔環(huán)境下反而有利于鉛鋅的浮選分離。

3.5 高原固液分離裝備

高海拔環(huán)境的低壓環(huán)境使真空過(guò)濾技術(shù)的作用效果不佳,高原選礦廠多以加壓過(guò)濾技術(shù)取代真空過(guò)濾技術(shù)或者對(duì)真空過(guò)濾技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

西藏華泰龍礦業(yè)甲瑪選礦廠海拔超過(guò)4 000 m,受大氣壓的影響,陶瓷過(guò)濾機(jī)的真空過(guò)濾效果不佳,銅精礦產(chǎn)品水分達(dá)不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。將銅精礦產(chǎn)品脫水改進(jìn)為加壓過(guò)濾技術(shù)后不但使產(chǎn)品水分達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),還解決了陶瓷過(guò)濾機(jī)酸洗后酸性水進(jìn)入生產(chǎn)水系統(tǒng)造成pH 值波動(dòng)的問(wèn)題[31]。

金鋼礦業(yè)選礦廠地處新疆喀什塔什庫(kù)爾干縣帕米爾高原,海拔4 200 m。該廠的真空脫水系統(tǒng)存在真空泵效率低、自動(dòng)排液裝置落后等問(wèn)題。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)改變真空泵及排液裝置,提高了真空泵的真空度和過(guò)濾機(jī)的過(guò)濾效率。

然而,高原選礦廠也并非完全不能使用傳統(tǒng)的真空陶瓷過(guò)濾機(jī),要根據(jù)礦山生產(chǎn)的實(shí)際情況而定。杜玉艷[32]通過(guò)認(rèn)真分析研究錫鐵山鉛鋅精礦特性,認(rèn)為其粒度組成較粗,礦漿黏度不大,為此大膽采用節(jié)能型陶瓷過(guò)濾機(jī)方案,實(shí)現(xiàn)了陶瓷過(guò)濾機(jī)在高海拔地區(qū)的首次應(yīng)用及成功實(shí)踐。

4 高原選礦技術(shù)發(fā)展方向

4.1 自動(dòng)化技術(shù)的使用

首先,高原的特殊環(huán)境不適宜工作人員長(zhǎng)期在一線工作,高原選礦廠的設(shè)計(jì)應(yīng)本著多機(jī)械少人工的原則進(jìn)行建設(shè)。再者,國(guó)家和行業(yè)對(duì)礦山的自動(dòng)化建設(shè)愈發(fā)重視。2020 年4 月,工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委和自然資源部聯(lián)合發(fā)布《有色金屬行業(yè)智能礦山建設(shè)指南(試行)》,對(duì)礦山的自動(dòng)化和智能化建設(shè)作出了全方位的要求和規(guī)劃。結(jié)合高原選礦廠的自身性質(zhì)以及行業(yè)發(fā)展的需求,急需發(fā)展適用于高原選礦廠的自動(dòng)化系統(tǒng)和裝備,減少人工,提高選礦廠的生產(chǎn)效率。

4.2 高效、無(wú)毒(低毒)、易降解環(huán)保選礦藥劑的開(kāi)發(fā)

由于高原礦山生態(tài)環(huán)境脆弱,環(huán)境遭到破壞后很難恢復(fù),在高原礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中需極其重視環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。我國(guó)青藏高原富含銅鉛鋅硫化礦,在硫化銅浮選、銅硫分離、銅鉛分離、銅鉬分離、鋅硫分離等諸多方面都需要新型環(huán)保選礦藥劑的開(kāi)發(fā)與使用。例如北京礦冶研究總院為西藏某特大型銅鉬礦使用了生產(chǎn)指標(biāo)好、對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)小的高效、低用量、易降解捕收劑BK401和起泡劑BK201[33-34]。西藏華泰龍礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司以高效易降解的ZG-2 為銅礦物抑制劑、HTL-3 為鉬捕收劑,實(shí)現(xiàn)了西藏某選礦廠的銅鉬混合精礦的高效、低毒分離[36]。

4.3 高原環(huán)境對(duì)硫化礦浮選影響的機(jī)理研究

目前已有的研究資料顯示,高原環(huán)境對(duì)硫化礦的浮選有一定的影響,比如在高原環(huán)境中硫化鉛鋅礦的可浮性差異增大、某些選礦廠中出現(xiàn)硫化銅礦的上浮速度減慢、浮選捕收劑與硫化礦作用效率降低等問(wèn)題。充分研究高原環(huán)境對(duì)硫化礦浮選的影響可以為高原環(huán)境下浮選工藝和藥劑的選擇、浮選時(shí)間的確定等問(wèn)題提供一定的理論依據(jù)。

5 結(jié)論

由于高原地區(qū)低壓缺氧、寒冷干燥、環(huán)境脆弱以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱,高原選礦面臨人員高原反應(yīng)、設(shè)備性能及壽命受到影響、環(huán)境生態(tài)保護(hù)等一系列的問(wèn)題。在解決上述問(wèn)題的過(guò)程中,選礦從業(yè)者積累了相應(yīng)的高原選礦廠經(jīng)驗(yàn)和技術(shù),如設(shè)備選型經(jīng)驗(yàn)、高原自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備、節(jié)水和廢水回用技術(shù)、高海拔高寒地區(qū)浮選工藝和藥劑、高海拔固液分離裝備等。未來(lái),針對(duì)高原選礦技術(shù),高原選礦廠自動(dòng)化系統(tǒng)和裝備的開(kāi)發(fā)、高效無(wú)毒易降解環(huán)保選礦藥劑的開(kāi)發(fā)、高原環(huán)境對(duì)硫化礦浮選影響的機(jī)理研究等可能是較為重要的發(fā)展方向。