Vysvětlení čtyř fází zpracování nerostů: Od drcení k odvodnění

Koncentrátor zpracovávající 10 000 tun rudy denně často expeduje méně než 400 tun produktu. Zbývajících více než 9 600 tun jsou horniny a voda, které se musí rozbít, třídit, separovat a vypouštět v pevném pořadí – a tomuto pořadí konstruktéři závodu říkají čtyři stupně zpracování nerostů. Chybí jeden článek řetězu a doplatí na to celý závod: mlýn, který mele špatnou velikost, vyhladoví flotační buňky a zahušťovadlo, které se špatně usazuje, zvyšuje náklady na vodu po léta.

Nejprve stručná odpověď. Čtyři stupně zpracování minerálů jsou: (1) rozmělňování, které zahrnuje drcení a mletí; (2) velikost a klasifikace; (3) koncentrace; a (4) odvodnění. Každý vývojový diagram – porfyr mědi, sulfid zinečnatý, fosfátová hornina, potaš solanka nebo ruda s obsahem lithia – je postaven z těchto čtyř stupňů uspořádaných, zacyklených a vyladěných kolem jednoho cíle: nejprve uvolnit cenné minerály, za druhé je oddělit a jako poslední dostat vodu ven.

Objednávka není obchodovatelná, protože každá fáze předává konkrétní produkt další. Flotace nemůže získat částice, které jsou stále uzavřeny uvnitř horniny, takže zmenšení velikosti musí být na prvním místě. Broušení nemůže udržet stabilní cílovou velikost, aniž by klasifikace uzavřela smyčku, takže velikost leží mezi mletím a separací. A mokrý koncentrát není ani prodejný, ani levný na přemisťování, takže odvodnění vždy uzavírá vývojový diagram. Když závod nedosahuje výkonnosti, zkušení metalurgové diagnostikují předávání mezi jednotlivými fázemi předtím, než se dotknou reagenční lavice.

Čtyři fáze zpracování minerálů v kostce

Projděte jakýkoli dobře vedený koncentrátor z primárního drtiče do haly koncentrátu a projdete stejnými čtyřmi stupni ve stejném pořadí. Stroje se mění s rudou - závod na výrobu potaše na thajském pobřeží a závod na výrobu zinku ve Vnitřním Mongolsku sdílejí stejnou logiku, i když se jejich vybavení liší. Proužek níže ukazuje typickou cestu částice rudy.

Uvnitř této čáry se skrývají dvě smyčky. Klasifikace posílá nadměrně velké částice zpět do mlýna, takže mlecí okruh běžně recykluje 150–350 % své nové suroviny jako cirkulační zátěž. Koncentrace posílá meziprodukty zpět k opětovnému zpracování, takže flotační okruh několikrát znovu zpracuje hlušinu čističe a lapače, než uniknou. Vývojový diagram je proto méně přímá čára než řízená sada smyček napájejících přímku – a ve smyčkách se skrývá většina konstrukčních chyb.

Uvidíte tuto práci s názvem zpracování nerostů, úprava rudy nebo beneficiace – termíny popisují stejnou disciplínu. Co se liší, je důraz. Operace s rýžovacím zlatem může probíhat pouze proséváním, gravitační separací a odvodňováním, přičemž drcení úplně vynecháme, protože příroda již zlato osvobodila. Žáruvzdorná zlatá ruda může přidat loužení po čtyřech fázích. Zacházejte se čtyřstupňovou kostrou jako s páteří a poté přidejte nebo odeberte končetiny, aby odpovídaly rudě před vámi.

Fáze 1: Rozmělnění – drcení a mletí

Rozmělnění existuje z jednoho důvodu: osvobození. Ruda opouští důl jako kusy skály, ve kterých je cenný minerál fyzicky uzamčen v odpadu. Žádný separátor na trhu nedokáže vybrat krystal chalkopyritu z 20centimetrové hrudky porfyru. První fáze rozbije tuto hrudku, dokud hodnota minerálů nezůstane sama o sobě, a vše navazující - regenerace, cena činidla, velikost zahušťovadla - závisí na tom, jak dobře se to udělá.

Proč osvobození stanoví cíl

Velikost osvobození je vlastností rudy, nikoli zařízení. V mnoha porfyrových měděných rudách měří chalkopyritová zrna v průměru zhruba 50 až 150 mikronů, což je důvod, proč se flotační vsázka obvykle mele na P80 - otvor síta, kterým projde 80 % materiálu - mezi asi 45 a 150 mikrony. Drť hrubší a částice zůstávají uzamčeny, takže regenerace klesá. Rozemlete jemněji, než ruda skutečně potřebuje, a vytvoříte slizy pod cca 10 mikronů, které pomalu plavou, spotřebovávají extra činidlo a špatně se usazují v zahušťovadle. Celá ekonomika závodu leží mezi těmito dvěma poruchovými režimy, a proto jsou laboratorní testy rekuperace mletím prvním bodem každého seriózního projektového plánu.

Drcení je jediným největším spotřebitelem energie ve většině závodů a průmyslové odhady běžně připisují několik procent celosvětové výroby elektřiny rozmělňování ve všech dolech. Tato cena vysvětluje pravidlo, které zná každý správce mlýna: drtit co nejvíce, drtit tak málo, jak je potřeba. Lámání horniny v drtiči stojí zlomek dosažení stejného zmenšení velikosti v mlýně.

Jak drcení a mletí rozděluje práci

Povrchová ruda může dorazit v blocích o průměru téměř metru. Drcení jej snižuje ve fázích: primární čelist nebo krouživý drtič na zhruba 150-250 mm, sekundární kuželový drtič na 25-75 mm a často terciální drtič na 6-19 mm. Každý stroj dosahuje redukčního poměru zhruba 3:1 až 6:1 na jeden průchod, což je důvod, proč sází řetězové drtiče dohromady namísto toho, aby vše dělal jeden stroj.

Pod zhruba 10-12 mm přebírá broušení. Ruda se mele ve vodě a klasickým tahounem pro mletí prvního stupně je kulový mlýn typu mokré mřížky. Jeho mřížková vypouštěcí deska tlačí buničinu ven z bubnu na řízené úrovni a nechá hrubé částice odejít dříve, než jsou rozemlety kolem cíle. Pro přebroušení a jemnější úkoly druhého stupně udržují přepadové vypouštěcí mlýny buničinu místo toho déle. Výběr mezi těmito dvěma není katalogovým rozhodnutím; vyplývá přímo z cíle mletí vaší rudy a indexu práce. Pokud chcete podrobnější návod tohoto stroje – nabíjení média, výběr vložky, běžné závady a postupy údržby – náš průvodce provozem a údržbou kulového mlýnu s mokrou mřížkou pokrývá detaily.

Specifikace, které je třeba uvést před nákupem

• Tvrdost rudy: požádejte o pracovní index Bond v kWh/t. Měkké rudy, jako je vápenec, se pohybují kolem 8-12, většina porfyrových měděných a zinkových rud kolem 12-16 a tvrdé rudy taconitového typu mohou překročit 20.
• Krmivo a velikost produktu: písemně uvedenou maximální krmnou hrudku, kterou musí mlýn přijmout, a P80, který musí okruh dodat.
• Výkon a výkon: tuny za hodinu pro první stupeň mletí versus přebroušení, protože stejná ruda může potřebovat různé stroje pro každou z nich.
• Spotřeba oceli: brusné médium a vložka gramy na tunu, tiché náklady, které v abrazivních rudách konkurují elektřině.
• Výkon na tunu: uvádějte kWh/t při cílovém mletí, nikoli pouze instalované kilowatty motoru.

Dodavatel, který odpoví na těchto pět čísel z testovací práce na vašem skutečném vzorku, má větší cenu než ten, kdo nabídne katalogový model dvojnásobné velikosti za poloviční cenu. Předimenzované závody neplýtvají pouze kapitálem; nedostatečně zatížený mlýn láme média a vložky rychleji a může dokonce mlít hruběji než správně naložený menší mlýn.

Fáze 2: Velikost a klasifikace

První závěr: Klasifikace je levné pojištění pro vše navazující. Samotná scéna nezískává žádný kov a nic neprodává. To, co dělá, je rozhodnout, částice po částici, které velikosti se posunou vpřed a které se vrátí pro další práci. Když se výsledky flotace odchylují, první místo, kam se zkušení metalurgové dívají, je obvykle přepad cyklónu, nikoli police s činidly.

Třídiče, spirálové třídiče a hydrocyklony

Tuto práci vykonávají dvě rodiny zařízení. Síta pracují na sucho a podle otvorů, od sít grizzly chránících primární drtiče až po jemná síta téměř 0,1 mm. Klasifikační stroje pracují za mokra a podle chování částic ve vodě, což z nich dělá přirozeného partnera pro kulové mlýny. Spirálový třídič využívá nakloněný žlab a rotující šnek: hrubé písky klesají, šnek je shrnuje zpět do kopce k posuvu mlýna a jemné částice přetékají do dalšího stupně. Je jednoduchý, tolerantní k rázům posuvu a snadno se udržuje, a proto zůstává běžný ve středně velkých okruzích a dvoustupňových brusných postupech, kde jsou řezy hrubší a posuv mírný.

Hydrocyklon nemá vůbec žádné pohyblivé části. Kejda je čerpána tangenciálně; odstředivá síla vrhá hrubé částice na stěnu a ven skrz vrchol, zatímco jemné částice spirálovitě vycházejí z vírového vyhledávače nahoře. Změnou průměru, tlaku, velikosti vrcholu a víru může operátor umístit separační řez kdekoli od asi 5 do více než 100 mikronů. Podtok z cyklonu se vrací do mlýna jako cirkulující zátěž – běžně 150-350 % nového nástřiku – a přepad se stává flotačním nástřikem při stabilní P80.

Klasifikace také chrání ekonomiku osvobození. Každá částice rozemletá pod cílem plýtvá energií a stává se slizem, který se těžko získává a pomalu odvodňuje. Udržování těsné smyčky – správná velikost řezu, stálá hustota, výměna opotřebitelných dílů dříve, než deformují řez – je jednou z nejméně okouzlujících a nejvýnosnějších disciplín v koncentrátoru. Zeptejte se kteréhokoli dodavatele, jak jejich třídič nebo cyklónový obal drží řez pod opotřebením, nejen v den uvedení do provozu; odpověď odděluje dodavatele zařízení od skutečných procesních partnerů.

Fáze 3: Koncentrace – Oddělení hodnotových minerálů od Gangue

Koncentrace je místo, kde se peníze objevují. Krmivo vstupuje v kvalitě, která se často měří ve zlomcích procenta, a odchází jako produkt, který stojí za odeslání: měděný koncentrát běžně s 20–30 % Cu, zinkový koncentrát nad 45 % Zn, přičemž využití rozhoduje o tom, zda podnikatelský plán dolu skutečně funguje. Na všech čtyřech fázích záleží, ale právě na tomto se nejviditelněji setkávají chemie, fyzika a konstrukce strojů.

Flotace pěny: tahoun v oboru

Flotace využívá jednoduchou povrchovou vlastnost: se správnými reagenciemi se částice cenných minerálů odmítají smáčet a místo toho se přichytí na vzduchové bubliny, čímž je vyženou do pěny, která se sbírá jako koncentrát. Reagencie spadají do několika rolí – kolektory činí cílové povrchy hydrofobními, pěnidla stabilizují bublinkovou pokrývku, vápno nebo jiné modifikátory nastavují pH a depresanty nebo aktivátory zapínají a vypínají jednotlivé minerály. Než cokoli z toho začne fungovat, musí kaše správně splňovat chemii, což je úkol úpravy: nádoba na míchání činidel nebo nádoba na míchání s vysokou koncentrací poskytuje činidlům několik minut kontaktního času, takže první buňka dostane upravenou buničinu spíše než chemické překvapení.

Produkční okruh to provozuje jako smyčka bank. Hrubší buňky umožňují rychlé, hromadné zotavení; scavenger buňky vymačkávají zbytek z hrubších hlušin; čistší buňky znovu vyčistí hrubší koncentrát, aby dosáhl stupně kvality, přičemž jejich hlušina se recykluje do hlavy. Hodnoty a obnovy obchodují proti sobě na každém ventilu a uspořádání okruhu – nikoli reflexy operátora – určuje, kde se obchod usadí.

Výběr stroje se řídí velikostí částic a tonáží. Samonasávací stroje typu SF, JJF a BF čerpají svůj vlastní vzduch a kal a vyhovují středně velkým závodům, které chtějí méně čerpadel a jednodušší uspořádání. Pro velké buňky a hrubé nebo husté krmení běží tankové stroje XCF a KYF na společném dmychadle: články KYF poskytují silný rozptyl vzduchu při nízkém výkonu, zatímco články XCF zvládají nasávání kejdy mezi bankami, takže celá linka teče vodorovně bez pomocných čerpadel. Hrubozrnné úkoly vyžadují stroje typu CLF, které udržují těžké částice v suspenzi.

Dovybavení jasně ukazuje pákový efekt. Při jedné modernizaci flotace zinku 3 000 tun za den v Yunnanu, nahrazení starých bank většími tankovacími stroji a zpřísnění klasifikace poskytly metalurgům stabilní P80, se kterými mohli pracovat - a následovalo zotavení. Projekty jako ta technická reforma flotace zinku jen zřídka změní rudu; mění, jak důsledně se tyto čtyři stupně vzájemně předávají.

Když flotace není řešením: gravitace, magnetická a elektrostatická separace

Flotace dominuje sulfidům a mnoha průmyslovým nerostům, ale tři další rodiny si vydobyjí své místo tam, kde jim fyzika vyhovuje více. Gravitační separace využívá rozdíly v hustotě v přípravcích, třepacích stolech a spirálových koncentrátorech; je levný na tunu a vyniká u hrubého zlata, kasiteritu, chromitu a těžkých minerálních písků, ale ztrácí účinnost, když se částice zjemňují. Magnetická separace je páteří magnetitové železné rudy – bubnové separátory běžně získávají magnetit nad 90 % – a verze s vysokou intenzitou rozšiřují metodu na hematit a ilmenit. Elektrostatická separace odděluje vodiče od nevodičů v obvodech se suchým plážovým pískem a odděluje rutil od zirkonu, kde jsou oba nemagnetické.

Fáze 4: Odvodnění – zahušťovadla, filtry a regenerace vody

Odvodňování vypadá jako úklid a chová se jako ziskové centrum. Flotační vsázka s 30 % pevných látek nese více než dvě tuny vody na každou tunu rudy. Pokud tato voda odejde s koncentrátem a hlušinou, závod musí čerpat, upravovat a platit za výměnu; pokud je regenerována a vrácena, stejná voda slouží okruhu roky. V suchých těžebních oblastech není obnova vody položkou udržitelnosti – je to provozní licence.

Zahušťování vrací většinu vody jako první

Zahušťovač dělá těžké zvedání. Zředěná kejda vstupuje do velké nádrže, flokulant váže jemné částice do rychle se usazujících shluků a čistá voda přetéká okrajem pro opětovné použití, zatímco hrábě tlačí usazené lože do centrálního výpusti. Konvenční zahušťovač s centrálním pohonem – konfigurace používaná u většiny středně velkých koncentrátorů – typicky přijímá nástřik s 20-35 % pevných látek a poskytuje podtékání s 50-70 % pevných látek, přičemž přepad vrací jako procesní vodu. Dimenzování zahušťovadla je cvičením při zkušebním usazování: plocha na tunu za den závisí na tom, jak rychle se vaše vyvločkovaná sušina skutečně usadí, nikoli na optimismu z katalogu.

Stejná logika se vztahuje i na hlušinu. Zahuštění hlušiny na 55-70 % pevných látek předtím, než opustí závod, zmenšuje zařízení na hlušinu, snižuje riziko prosakování a udržuje vodu v okruhu místo toho, aby byla pohřbena pod jezírkem. Pro mnoho nových projektů je nyní zahušťovač hlušiny navržen současně se zahušťovačem koncentrátu, protože oba čerpají ze stejných dat usazování.

Filtrace a sušení: připraveno na cestu

Filtrace dokončí koncentrát. Vakuové kotoučové a bubnové filtry běžně přivádějí měděné nebo zinkové koncentráty do pásma vlhkosti 8-15 %, tlakové filtry klesají tam, kde jsou specifikace přísné, a keramické kotoučové filtry svítí na jemné, vysoce hodnotné koncentráty. Většina zasílaných koncentrátů se pohybuje pod limity vlhkosti v rozmezí 8–12 % stanoveném pravidly bezpečnosti přepravy, takže filtr je poslední bránou kvality před prodejem produktu. Tepelné sušení se přidává pouze tam, kde filtry nedosahují specifikací, protože palivo je dražší než filtrační tkanina.

Jeden často opomíjený bod: odvodňovací výkon dosahuje zpět proti proudu. Recyklovaná voda nese rozpuštěná činidla a soli, a jak se smyčka uzavírá, mění se chemické složení vody a může měnit selektivitu flotace. Závody, které monitorují kvalitu vratné vody spolu s kvalitou a regenerací, se vyhýbají pomalému posunu, který se jinak objevuje měsíce po uvedení do provozu.

Jak se čtyři stupně vzájemně vyvažují: Příklad hmotnostní bilance

První závěr: čtyři fáze nejsou čtyři samostatné nákupy; jedná se o jednu hmotnostní bilanci rozdělenou do čtyř pracovních míst. Nejrychlejší způsob, jak to vidět, je jednoduchá aritmetika na středně velké měděné rostlině.

Přísun 10 000 tun denně při 1,0 % mědi nese 100 tun obsaženého kovu. Při 90% výtěžnosti se koncentrátu hlásí 90 tun. Pokud koncentrát zušlechťuje 25 % mědi, denní produkce je 360 ​​tun – a zhruba 9 640 tun hlušiny opustí závod, kde je stále zbývajících 10 tun mědi. Každá ze čtyř fází se projevuje v těchto číslech: náklady na drcení a velikost mletí určují, jak blízko k 90% výtěžnosti může závod dosáhnout, stabilita klasifikace rozhoduje o tom, zda výtěžnost platí po celou směnu, koncentrační zařízení nastavuje stupeň 25% a odvodňování rozhoduje o tom, kolik z více než 23 000 tun vody používané denně s 30% obsahem pevných látek se vrátí zpět.

Přečtěte si interakce v obou směrech. Jemnější mletí zvyšuje osvobození a potenciální zotavení, ale znásobuje náklady na energii a slizy, které pak zatěžují jak flotaci, tak zahušťování. Hrubší mletí šetří energii a umožňuje rychlejší chod zahušťovadel, ale prosakuje hodnotu do hlušiny. Vyšší ředění proti proudu vyhlazuje flotaci, ale zatěžuje zahušťovadlo; silnější podtoky usnadňují odvodnění, ale riskují únik hrubých částic do buněk. Žádný stupeň nelze ladit izolovaně, a proto zkušení konstruktéři vypořádají hmotnostní bilanci na papíře před svařením jediné nádrže.

Kontrolní seznam kupujícího pro vybavení v každé fázi

Většina zklamání z nákupu nerostných surovin se vrací ke stejné hrstce nedostatků: zkušební práce provedené na něčí rudě, energie uváděná jako velikost motoru a servisní podmínky zůstaly vágní až do prvního selhání. Níže uvedený seznam proměňuje čtyři fáze na otázky, které můžete položit kterémukoli dodavateli.

1. Nejprve proveďte testy a mineralogii. Vědět, které minerály mají hodnotu, jejich zrnitost a jak se prolínají s hlušinou, protože velikost osvobození rozhoduje o celém vývojovém diagramu.
2. Vyžádejte si zkušební práci na vašem vzorku. Broušení, usazování a flotační testy vaší rudy na stolici – nikoli na „podobném“ ložisku – jsou nejlevnějším snížením rizika, které si můžete koupit.
3. Přizpůsobte třídu stroje službě. Mřížkový výsyp pro první stupeň broušení a přepad pro přebroušení; spirálové klasifikátory nebo hydrocyklony podle vašeho střihu; samonasávací nebo foukané typy buněk, aby vyhovovaly tonáži a velikosti částic.
4. Porovnejte energii na tunu, ne kilowatty. Požádejte o kWh/t při cílovém mletí a odhad výkonu životního cyklu, protože samotné mletí může spotřebovat polovinu elektrické energie závodu.
5. Cena opotřebitelných dílů. Média, vložky, cyklónové součásti, filtrační tkaniny a shrnovací zuby jsou opakující se náklady; písemně potvrdit jejich míru spotřeby a dodací lhůty.
6. Zkontrolujte vodní smyčku. Zahušťovadlo citované bez usazení zkušební práce je odhad; požádat o usazovací plochu za tunu a den za nabídkou.
7. Instalaci a uvedení do provozu uveďte ve smlouvě. Dodavatel se skutečnými zkušenostmi v terénu se zaváže k dozoru, podpoře při uvádění do provozu a školení operátorů, nejen k harmonogramu dodávek.
8. Požádejte o referenční rostliny se stejnou minerální rodinou. Prodejce, který zadal podobnou rudu v podobné tonáži, navrhne řešení problémů, s nimiž jste se ještě nesetkali.

Dva z nich si zaslouží důraz. Testování vaší skutečné rudy je nesmlouvavé, protože každé základní pravidlo v tomto článku se ohýbá s mineralogií. A podpora při uvádění do provozu odděluje dodavatele zařízení od stavitelů závodů: první týdny provozu nového koncentrátoru nastavily jeho provozní návyky na léta a zkušený tým při uvádění do provozu zabraňuje vytváření špatných návyků.

Od schématu k pracovnímu závodu: Proč je nejlepší plánovat etapy společně

Vývojový diagram nakreslený jedním týmem a vybavení zakoupené od několika dalších se obvykle poprvé setkají na místě, kde jsou problémy s rozhraním drahé: vypouštění mlýna, které nevyhovuje třídění, zahušťovadlo dimenzované na kejdu někoho jiného, ​​řídicí systém, který mluví třemi dialekty. Pro odstranění těchto švů existuje dodávka inženýrsko-procurement-construction, obvykle zkrácená na EPC. Jedna strana nese hmotnostní bilanci od zkušebních prací až po uvedení do provozu, takže čtyři stupně jsou navrženy proti sobě, spíše než se smontují dodatečně.

Tento model vyhovuje výrobcům, kteří si zařízení vyrábějí sami. Naše továrna v Zhuji, Zhejiang - asi 70 kilometrů od Hangzhou, s železničním a dálničním spojením do přístavu - strávila desetiletí na zařízeních pro obohacování a míchání mokrým procesem, podporuje své návrhy systémem kvality certifikovaným podle ISO 9001 a více než 200 výrobními a testovacími stroji a dodává kompletní projekty EPC na zpracování minerálů. Nedávná práce zahrnuje celý čtyřstupňový řetězec: flotační stroje XCF-KYF16, 3 000 x 3 000 míchacích nádrží a 9metrové zahušťovadlo dodané společně pro závod na výrobu potaše v Thajsku; koncentrátory spodumenu a lepidolitu v Sichuanu a Zimbabwe; zinkové, molybdenové a měděné okruhy ve Vnitřním Mongolsku, Shaanxi a Guangxi; a projekty slaného jezera potaše v Qinghai a Laosu.

Praktickou výhodou pro majitele závodu je jediná odpovědnost. Když mlýn, třídič, flotační buňky a zahušťovadlo pocházejí z jednoho inženýrského oboru, záruky propustnosti jsou sjednány jednou, náhradní díly sdílejí dodací lhůtu a posádka, která uvádí do provozu, viděla vývojový diagram předtím, než přistály. To nečiní projekt bez rizika - rudy jsou vždy plné překvapení - ale odstraňuje rizika, která si sami způsobili, což jsou ta nejdražší.

Často kladené otázky

Pokud plánujete nový koncentrátor nebo přestavujete starý, zapojte do diskuse brzy čtyři fáze – ideálně s analýzou hlavy, cílovou propustností a, pokud je to možné, s laboratorní zprávou. Tyto tři dokumenty umožňují technikovi zařízení načrtnout hmotnostní bilanci, navrhnout správnou třídu stroje pro každý stupeň a označit rizika, která jsou pro vaši rudu skutečně důležitá, namísto citování z brožury.

Naši inženýři pracují s měděnými, zinkovými, zlatými, fosfátovými, potašovými a lithiovými rudami od prvních zkušebních prací až po uvedení do provozu a jsme stejně rádi, že přezkoumáme stávající schéma, jako navrhneme nové. Pošlete podrobnosti o své rudě, cílovou propustnost a požadavky na mletí a my se vrátíme s návrhem krok za krokem, který můžete držet proti jakékoli jiné nabídce.