選礦節能降耗技術現狀及發展趨勢

張迎棋

（新疆有色金屬工業（集團）有限責任公司 烏魯木齊 830000）

選礦節能降耗技術現狀及發展趨勢

張迎棋

（新疆有色金屬工業（集團）有限責任公司 烏魯木齊 830000）

隨著中國鋼鐵工業的高速發展，選礦技術裝備水平也不斷提升，但在能源的有效利用方面，國內和國外先進的選礦企業還存在著較大的差距。本文闡述了選礦節能降耗的一些生產技術現狀及發展趨勢。指出選礦企業應依靠科技進步，采用節能新技術、新設備、優化工藝流程及強化節能管理等措施，以達到節能降耗、降低生產成本的目的。

選礦 節能降耗 發展

目前，鐵精粉價格大幅下挫，能否降低生產成本，是關系到冶金礦山企業生死存亡的關鍵問題，這必然對選礦廠提出更高的要求。而我國金屬礦選礦廠能耗指標比世界先進水平高出50%以上，因此選礦廠必須響應節能降耗這一基本國策，依靠科技進步，通過選擇高效新型節能技術和設備，優化和縮短工藝流程，提高單位電耗的使用率，最大幅度的降低生產成本，增加企業經濟效益、社會效益。

1 選礦廠能耗概況

選礦廠能耗中電耗約占90%，電耗占選礦廠直接生產成本的50%～60%。其中碎磨作業電耗占總電耗的60%～70%，磨礦能耗占碎磨總能耗的80%～90%；尾礦輸送電耗占總電耗的20%以上；脫水作業電耗占總電耗的10%左右，某鐵礦選礦廠各作業電耗概況如圖1所示。此外，磨機襯板和磨礦介質的損耗費占選礦廠總損耗費的90%以上，碎磨作業的生產費用占礦山礦石運輸和選礦的總生產費用的80%。因此，選礦廠節能降耗的重點應放在碎磨礦作業，其次為尾礦輸送、脫水作業。

圖1 某鐵礦選礦廠各作業電耗概況

2 選礦廠節能降耗的技術

2.1 應用循環流水作業技術

在露天礦場進行粗碎、利用干線運輸機與高傾角皮帶運輸機將礦石運送到選礦廠的工藝稱為循環流水作業工藝。根據國外實踐資料，與利用露天采場的自卸汽車或鐵路運輸的工藝相比，循環流水作業工藝礦石輸送方案經濟6～10倍[1]。

2.2 強化預選拋尾技術

礦石在進入破碎或磨礦作業前，應先對礦石進行預選拋尾。礦石經過預選拋尾，不僅可以提高原礦品位，而且避免了廢石的運輸、破碎、磨礦和進一步的選礦處理，從而節省了大量的能源，并且選出的廢石可就地作充填材料或建筑材料，基本不造成環境污染。為了擴大預選拋尾的經濟效果，有的礦山甚至把預選拋尾作業安排在井下，選出的廢石就地充填，免去這些廢石的提升。此外，預選拋尾還可部分取代效率低而成本高的選擇性開采方法，可使一些低品位的表外礦石變為有用資源，延長礦山的服務年限。

2.3 強化破碎工藝，降低入磨粒度

破碎是利用機械能擠壓礦石使其碎裂解理，而磨礦是利用機械能沖擊、剪切和研磨使礦石碎裂、剝蝕達到解離。根據破碎理論，達到同一破碎比采用破碎所消耗的能量明顯低于采用磨礦所消耗的能量，所以應盡量降低破碎最終產品(即入磨)的粒度，因而現在普遍認同“多碎少磨”原則有助于降低破磨總費用。

J.C.Farrant認為當破碎的粒度為9～12mm時，破磨的總能耗最低，而國內公認的經驗粒度范圍為10～15mm。

資料表明，將入磨粒度由20、15、12mm降低到8、5、3mm以下，就可降低破磨總能耗的15%～30%[2,3]。近年來，根據“多碎少磨”和“料層粉碎”這兩個節能原理，國內外公司制造了一系列結構完善的破碎設備。

2.4 降低磨礦作業能耗

由圖1可知，降低磨礦電耗和鋼耗是降低選礦廠總能耗的關鍵，也是降低選礦成本的有效途徑。

（1）選擇大型、高效磨礦設備。大型磨機普遍采用液壓動力和靜壓軸承、氣胎離合器、齒輪潤滑使用噴油裝置等新技術，使磨機整體技術水平和經濟效益得到較大提高，單位電耗平均下降20%，生產能力增加10%，鋼耗下降40%。采用大型球磨機不僅在節能降耗方面成效顯著，而且在穩定磨礦細度、穩定生產工藝和提高生產效率方面優勢明顯。

（2）采用先進的襯板、磨礦介質。首先應積極推廣橡膠襯板和磁性襯板技術，橡膠襯板具有獨特的彈性和突出的抗腐蝕性能，可降低電耗10%～15%；磁性襯板壽命長、厚度薄、重量輕、鋼耗少，在不同型號的磨機內應用磁性襯板可降低能耗5%～10%。其次磨礦介質應選用耐磨損、沖擊韌性強的貝氏體鋼球。此外，掌握介質磨損規律作到合理補加，對降低鋼耗有重要作用。

（3）強化分級作業，提高分級效率。芬蘭海諾寧教授研究表明：分級效率從51%提高到80%，可使磨礦效率提高25%，電耗減少20%。因此，強化分級作業，提高分級效率，減少磨礦循環負荷是降低電耗的重要措施。在磨礦分級閉路環節中，應廣泛采用水力旋流器，因其分級效率比螺旋分級機高出15%～30%。另外細篩與磨機組成磨礦分級組的分級效率和分級能力更高，也是節能降耗的重要措施[4,5]。

（4）實施自動控制。球磨機自動控制系統能自動檢測磨機音頻、磨機功率及分級機電流，分析磨機工作狀態，采用模糊算法和模糊推理，優化磨礦分級控制模型，實現球磨機給礦自動控制、磨礦濃度自動控制、分級溢流粒度自動控制，充分發揮磨礦分級效率，實現磨機處理能力最大化。根據國內外經驗表明，磨礦分級回路實行自動控制后磨機產量和選礦金屬回收率可提高5%，相應電耗和鋼耗下降5%～10%，且生產工藝穩定。

2.5 降低選別作業能耗

（1）選擇新型高效設備。新型高效選別設備的使用，是實現選別節能降耗關鍵之一。目前，各類浮選設備層出不窮，質量優劣不同，在選用時應根據不同情況，進行方案比較。

（2）選擇新型高效藥劑。選礦藥劑在選礦中具有極其重要的作用。高效選礦藥劑可節省藥劑用量1/3～1/2，顯著地降低藥劑費用，大大降低選礦成本，同時改善精礦的品位，提高金屬回收率3%～5%。

2.6 強化精礦高效脫水

精礦脫水盡管流程簡單、設備少、投資少，但是其工藝和設備的合理與否，直接影響選廠的經濟效益。脫水流程應盡量借助先進設備采用兩段脫水(濃縮+過濾)。傳統的脫水通常采用以過濾介質為濾布的盤式真空過濾機、折帶式真空過濾機、內濾式轉鼓真空過濾機和外濾式轉鼓真空過濾機。其普遍存在真空低、能耗高、產能低、濾餅水分高、維修工作量大等問題[6]。

2.7 尾礦高濃輸送及再選

（1）實現尾礦高濃輸送。尾礦輸送電耗占選礦總電耗的20%以上，故尾礦輸送的濃度大小對于能耗指標有決定性影響。我國尾礦排放濃度普遍低(15%～25%)，造成了尾礦輸送能耗大，經營費用高。通過高效濃縮設備和變頻調速尾礦輸送泵，實現45%以上高濃度輸送，可節省能耗30%～50%。同時可提高循環水的利用。

（2）尾礦再選。過去受思想認識和技術條件的限制，有的礦山由于選礦回收率不高，礦產綜合利用程度不足，致使現已堆存甚至正在排出的尾礦中含豐富的有用元素。一些磁鐵礦尾礦，仍含鐵20%，經強磁選機回收可獲得品位達60%的鐵精礦[7]。

2.8 完善選礦廠自動化

隨著自動控制技術、計算機技術、自動檢測儀表、信息處理技術的發展，選礦全流程自動控制技術正在被越來越多的選礦廠所采用。選礦全流程自動控制技術是由生產過程控制系統、生產執行系統(MES)和多媒體監控系統組成，通過這3個系統實現在線優化生產調度和管理，使整個選礦生產過程處于最佳狀態，最大限度地提高產量、精礦品位和金屬回收率等技術經濟指標，達到高產優質、減人增效、節能降耗的目的。據資料統計，選礦廠采用全流程自動控制技術可使能耗降低10%左右[8]。

2.9 優化縮短工藝流程

工藝流程與技術、設備是相輔相承的，新型高效節能技術和設備提高了選礦效率，使優化縮短工藝流程成為可能。如將上述破磨、分級、選別、輸送等新型高效節能技術和設備合理銜接匹配，充分發揮各技術和設備的作用，就能組成既節能又縮短的工藝流程。

3 選礦廠節能降耗的發展趨勢

目前國內選礦能耗指標水平遠遠落后于國際先進水平，節能降耗的潛力和空間都很大，因而需要進一步開發和應用節能新技術、新設備和新工藝。

3.1 高效破碎技術

礦石破碎理想的情況是“沿礦物界面的選擇性破裂”。但目前的粉碎方法基本屬于機械破碎，這就導致了礦石的“穿晶破裂”而不是“沿界面破裂”。根據新的破碎理論，研究最多的高效破碎工藝技術是電照射法、熱力破碎法、微波照射法以及超聲波粉碎法。這些方法利用電磁能、微波輻射等手段使礦物界面熱應力發生變化，導致礦石強度變低或者內部產生裂紋，從而達到快速破碎和節能的效果。

3.2 高效磨礦技術

（1）應用磨機的超臨界轉速運轉。研究采用礦石和介質流導向機構，人為改變常規磨機中磨礦介質和礦石流的運動軌跡，使其在超臨界轉速運轉狀態下仍按設計的拋物線軌跡運動，此時礦石和介質以很大的速度拋落，使物料因受到較大的沖擊而被磨細。這樣就實現了利用球磨機的超臨界轉速運轉來提高磨礦能力和磨礦效率[3]。

（2）加入助磨劑。凡是在細粉碎過程中能夠顯著提高粉碎效率或降低能耗的化學物質，稱之為助磨劑。通過添加助磨劑提高磨礦效率早已成功地應用于磨礦生產，但在礦石上的應用研究較少。研究高效礦石助磨劑將對節能降耗有明顯效果[9]。

（3）推廣自磨和半自磨工藝。采用半自磨－球磨工藝跟常規碎磨工藝比較基本投資和單位生產成本低38%和7%[10]。

3.3 研究低溫選礦藥劑

在我國北方和高原山區，大多數礦山的氣溫較低，磨礦之后，礦漿的溫度可能在5～8℃。而浮選中為保持捕收劑高度的分散性和良好的表面活性，獲得較理想的分選指標，礦漿通常需加溫到25～35℃。因此，從提高浮選效果、節能降耗、降低生產成本考慮，研究低溫浮選藥劑是非常必要的[11,12]。

3.4 研究新選別工藝

（1）微生物選礦技術。微生物選礦是生物學、化學及其他工程學科在礦物加工領域中的綜合應用。微生物選礦就是利用某些微生物或其代謝產物與礦物相互作用，產生氧化、還原、溶解、吸附等反應從而脫除礦石中不需要的組分或回收其中的有價金屬的技術。微生物選礦技術具有簡單易行、成本低、能耗少且污染少等特點[13]。

（2）原地浸出工藝。通過從地表鉆進至含礦層的鉆孔，壓入溶浸劑(化學試劑)，使其沿礦體或準備被溶浸礦石受控制運動，使有用組分有選擇性地轉為液相，而后將飽含金屬的溶液從抽液鉆孔提升至地表，再經管道運輸至精煉加工裝置。與露采堆浸法相比，原地浸出法的基建投資降低約1/2，與傳統的采選冶方法相比生產成本降低30%～50%[14]。

（3）選冶聯合工藝。選冶聯合工藝對于降低礦山冶金總能耗和綜合回收多金屬礦具有實際意義。應加強高效節能焙燒還原技術和設備研究。

3.5 精礦管道輸送

精礦管道輸送在國外已經被認為是經濟、有效、技術上成熟的運輸方式，國內如采用精礦高濃度長距離管道輸送技術，將能很大地提高企業的技術經濟指標[15]。

4 結束語

隨著中國加入WTO，中國在各個經濟產業掀起了一場經濟革命，其中冶金行業迅猛發展，對礦產資源需求巨大，對選礦企業來說是一個絕好的發展機遇；同時，鐵精粉價格大幅下挫，對選礦企業來說也是一個嚴峻的挑戰。因此，選礦企業要在激烈的競爭中立于不敗之地，必須節能降耗，降低產品成本，增強企業競爭力。目前，我國選礦企業大力推廣和應用了一些節能降耗的新技術、新設備和新工藝，在節能降耗方面已取得了一定的成績，但與國際先進水平相比仍然有很大差距，一些最新工藝的研究和應用才剛剛起步。今后，我們要進一步提高對節能降耗重要性的認識，加強對節能降耗新措施的研究，努力把選礦建設為節約型、環境友好型工業。

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收稿：2014-02-26