輥磨在鉛鋅尾礦渣綜合利用中的應用

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，徐昕

輥磨在鉛鋅尾礦渣綜合利用中的應用

Ap p lica tion o f Ve rtica lRo lle rM ill in Com p rehensive Utiliza tion o f Lead and Zinc Ta iling Slag

石光，劉箴，聶文海，宋留慶，徐昕

本文論述了我國鉛鋅尾礦綜合利用的現狀，并簡單介紹了鉛鋅尾礦粉磨工藝流程。通過介紹TRMR25.2鉛鋅尾礦輥磨在中節能金磚（福建）資源再生有限公司投產的年產20萬噸鉛鋅尾礦微粉生產線的使用情況，驗證了該型輥磨的運行參數和性能指標。同時，該公司也取得了較好的社會經濟效益。

立式輥磨；鉛鋅尾礦；工藝流程；經濟效益

1　概述

福建省三明市尤溪縣分布著大量的優質鉛鋅礦、褐鐵礦等重金屬礦，長期以來選礦后的大量廢棄物均堆放在尾礦庫內，這些尾礦中含有大量的重金屬離子和選礦藥劑，導致了土壤及河流嚴重的污染，對礦區附近人民身體健康和生存環境構成嚴重威脅。

尾礦中的非金屬礦物存量巨大，附加值高,將尾礦加工處理為微粉，可用于水泥和混凝土等產業。隨著技術的進步其潛在價值將遠遠超過金屬元素的價值。

中節能金磚（福建）資源再生有限公司于2012年投資建設了一條年產20萬噸鉛鋅尾礦微粉生產線，將鉛鋅尾礦粉磨至適當細度用作混凝土礦物摻合料或水泥混合材，這對于改善環境、實現固體廢棄物的減量化、無害化和資源化，擴大國家資源量、拓寬就業渠道，促進中節能和福建尤溪齊翔礦業集團有限公司清潔生產發展、建立循環經濟模式以及走可持續發展道路具有積極意義。

2　本項目鉛鋅尾礦物料性能

中節能金磚（福建）資源再生有限公司的尾礦渣原料來自福建尤溪齊翔礦業有限公司對廢礦石的再選后的尾渣。其鉛鋅尾礦石礦物成分主要含硫化鋅、硫化鉛和硫化鐵。選礦流程見圖1。

圖1　選礦流程圖

表1　鉛鋅尾礦原料物理性質

最后的選礦尾渣堆存到鉛鋅尾礦壩上。經由裝載機轉存到尾礦堆場內，按含硫化鐵的含量分為三種尾渣堆。鉛鋅尾礦原料外觀描述見表1，鉛鋅尾礦原料成分分析見表2，鉛鋅尾礦原料粉磨功試驗結果見表3。

3　TRMR2521立式輥磨系統的工藝流程

3.1系統工藝流程

鉛鋅尾礦儲存于露天尾礦壩上，由裝載機送入帶篩板的地坑，經計量皮帶秤、皮帶輸送機、螺旋給料機、喂料溜管落到磨盤上，恒速旋轉的磨盤借助于離心力將鉛鋅尾礦向外均勻分散，形成一定厚度的料床，物料在進入粉磨區域前先進行預壓實、排氣；同時料床上的物料受到2個磨輥的擠壓而被粉碎。顆粒較細的物料在磨盤邊緣處被從風環進入的熱氣體帶起并進入到選粉機中進行分選（動靜態組合式高效選粉機能有效調節尾礦微粉細度，產品比表面積可以控制在4000～5000cm2/g范圍內），合格細粉被帶入袋式收塵器收集作為成品，粗粉則返回到磨盤再次粉磨；大顆粒物料在風環處落入進風道，通過吐渣口進入外循環系統。在此過程中，物料與熱氣體進行了充分熱交換，水分被迅速蒸發，按工藝要求操作，通過選粉機分選的合格細粉水分能控制在＜0.5%。部分難磨的大顆粒物料落入風環，通過吐渣口進入外循環系統，并經過除鐵后再次進入輥磨與新喂物料一起粉磨。出收塵器的成品通過空氣輸送斜槽、提升機等設備送入到成品庫中。

系統中設計了三道除鐵裝置：計量秤后的第一條皮帶設有帶式除鐵器，經過轉運點后的皮帶設有另一臺帶式除鐵器，物料循環系統中設有一臺超精細除鐵器，這三道除鐵裝置可以有效地除去尾礦中的鐵質，降低設備的磨損。圖2所示為TRMR2521鉛鋅尾礦粉磨系統流程簡圖。

3.2系統主要設備及參數

TRMR2521鉛鋅尾礦輥磨是根據料床粉磨的原理，通過磨輥、磨盤之間的相對運動研磨鉛鋅尾礦的機械設備裝置，集粉碎、粉磨、烘干、選粉等工序于一體，結構緊湊。表4所示為中節能金磚（福建）資源再生有限公司的年產20萬噸鉛鋅尾礦微粉粉磨生產線的主要配置。

表2　鉛鋅尾礦原料成分組成，%

表3　鉛鋅尾礦原料粉磨功試驗結果

4　鉛鋅尾礦微粉活性激發劑添加系統

4.1鉛鋅尾礦微粉活性指數

中節能金磚（福建）資源再生有限公司使用的TRMR2521輥磨2013年8月投產，經過半年多的生產實踐，其生產的鉛鋅尾礦微粉在實驗室進行了檢測，其各項性能指標具體如表5所示。

表4　系統主要設備參數

圖2　TRMR2521鉛鋅尾礦粉磨系統流程簡圖

4.2活性激發劑工作原理

通過實驗數據可知，輥磨粉磨可以物理激發金屬尾礦的潛在活化性能，而實現金屬尾礦大摻量、高附加值綜合利用需要更進一步的化學激發。本項目所使用的尾礦專用激發劑其主要成分為聚羧酸醇胺型高分子聚合物。依靠其表面活性能和功能集團的作用，改變尾礦微粉顆粒界面上的物理化學性質。尾礦通過輥磨粉磨成微細粉過程中，使得部分外加能量轉化為尾礦顆粒表面能，使其表面呈現亞穩態，增大了表面的反應活性。隨著尾礦顆粒粒徑減小，比表面積增加，當尾礦微粉比表面積≥450m2/kg時，強烈的粉磨過程使金屬尾礦顆粒不同程度發生晶格畸變。此時，活性激發劑中帶電功能基團附著在其表面，防止裂紋重新愈合，有利于金屬尾礦微粉活性效應的發揮。

表5　鉛鋅尾礦微粉的性能及活性指數

4.3活性激發劑添加系統

活性激發劑添加方式采用氣液兩相混合霧化，直接將定制的噴槍通過法蘭連接到輥磨出風口與袋式收塵器之間的微粉成品輸送管道上。工藝流程簡單，易于實現，同時采用隔膜計量泵添加，添加量精確可控。工藝流程簡圖如圖3所示。

以TRMR25.2鉛鋅尾礦輥磨產量32t/h計算，添加點設計在輥磨到袋式收塵器之間的微粉成品輸送管道上，系統基本工藝指標如表6所示。

圖3　活性激發劑添加系統工藝流程簡圖

5　TRMR2521輥磨系統運行情況

輥磨系統的運行穩定性決定了鉛鋅尾礦微粉產量和質量的高低。其中影響輥磨系統穩定性的主要因素包括：入磨鉛鋅尾礦原料的粒度和水分；磨機的研磨壓力；選粉機密封結構及轉速；系統風溫和風量；磨輥與磨盤、擋料圈的情況等。在實際應用中必須有效控制上述各因素，通過加強生產管理和不斷探索，優化各參數。

5.1鉛鋅尾礦原料粒度和水分

中節能金磚（福建）資源再生有限公司的原料鉛鋅尾礦來源是福建尤溪齊翔礦業有限公司選礦后的尾渣。其中含有尾礦壩上直徑3cm以上的大塊巖石，這些巖塊如進入磨機會造成磨機的振動加大，同時由于尾礦渣多為粉狀或是細沙狀，容易富集在磨盤上造成料層不穩，進而影響粉磨的效果。在生產初期曾發生因振動過大引起磨機跳停現象。為排除鉛鋅尾礦中大塊物料對生產的影響，在皮帶輸送機上安裝了一套振動篩，使入磨的鉛鋅尾礦顆粒直徑＜3cm，避免了鉛鋅尾礦中大塊物料對生產的影響。

鉛鋅尾礦的含水量對生產的穩定性也有較大的影響，從實際生產操作得出這樣的結論：入磨鉛鋅尾礦本身的含水量在10%左右，時該磨機系統運行非常穩定，產量可以達到35t/ h。鉛鋅尾礦的含水量影響著生產操作參數的調整，我們通過磨內噴水裝置噴水量的調節，來穩定料層、減小磨機的振動，提高粉磨效率。

5.2研磨壓力

液氣彈性系統通過磨輥將壓力傳遞給物料，合適的壓力是輥磨實現穩定料床粉磨的前提。壓力過低，輥磨的產量下降，料床厚度增加、循環負荷增大；壓力過高，主電機電流增大、料床變薄、磨機振動加大。TRMR2521鉛鋅尾礦輥磨采用兩個磨輥同時加壓的液壓系統，一般情況下，有桿腔的油壓設定值為6MPa。加壓油缸的這個設定值能夠保證液壓系統的穩定和保證系統的保壓時間，并使料層穩定在20～25mm左右，減少磨機的振動，有效發揮磨機的粉磨效率。

5.3選粉機密封結構及轉速

TRMR2521鉛鋅尾礦輥磨的選粉機為籠式動態選粉機。粉磨系統運行時，粉磨后的物料在熱風的帶動下，成螺旋狀氣流被吸入選粉機分選。選粉機的密封情況及轉速影響鉛鋅尾礦微粉的產量和質量。鉛鋅尾礦微粉篩余控制的關鍵部位在轉子上側的密封結構，該處的密封結構為迷宮密封。當該部分結構磨損較大時，大量的粗顆粒鉛鋅尾礦微粉從該處通過，使產品的篩余值變大，甚至超過8%的規定值。所以該處的部件材料采用耐磨材料，防止密封結構因磨損而失去原有的功能。在生產時通過選粉機轉速的調整，來改變鉛鋅尾礦微粉的產品的細度。當產量增加時，應考慮適當提高選粉機的轉速。

表6　活性激發劑添加系統工藝指標

表7　鉛鋅尾礦微粉理化性能檢測

5.4磨機風溫和風量

磨機的風溫包括入口熱風溫度和磨機出口溫度。正常生產時，根據不同的投料量和物料含水量，磨機的入口風溫控制在240～280℃之間，這個溫度的熱風能有效烘干成品粉。以熱值20 900kJ/kg無煙煤為燃料的熱風爐在正常生產情況下，煤耗量控制在26～30kg/t之間。

磨機的出口溫度是有效穩定生產的影響因素之一，一般控制在85～95℃之間。在喂料水分約10%條件下，出磨溫度85℃時仍然能夠保證成品水分≤0.5%。從生產實際看，磨機的出口溫度控制在88～93℃對生產非常有利，在這個溫度區間，能有效控制生產的穩定，可以調節投料量、噴水量及其他參數，保持磨內的動態平衡；這個溫度能保證入除塵器的氣體溫度高于露點溫度，所以88～93℃的出口溫度既能保證磨內的物料充分烘干，又能防止除塵布袋結露。

磨機系統的通風量直接影響入庫鉛鋅尾礦微粉成品顆粒的粗細。風量過大，會使鉛鋅尾礦粉的較粗顆粒被帶起，使流體中的含塵濃度增加，產品比表面積變小，磨內壓差增大；風量過小，會降低產量，產品比表面積變大，回料量增加。磨機系統的通風量的大小由主風機的風門開度決定。主風機風門開度應根據投料量的大小相應調整。

5.5料層厚度與擋料圈高度

磨輥與磨盤、擋料圈的幾何尺寸、相對位置及耐磨層的材質直接影響了料層的穩定及粉磨的效率。TRMR2521輥磨的磨輥與磨盤的間隙控制在10mm左右，擋料圈與磨輥大端的間隙控制在25mm左右。磨機穩定運行時料層的厚度在20～25mm之間，料層太薄，＜15mm時磨機會振動劇烈，料層太厚磨機也會振動，而且會增加主電機負荷，降低粉磨效率。擋料圈的高度控制在160～165mm之間，擋料圈過高會導致料層變厚，降低粉磨效率，同時會增加排鐵的難度；擋料圈過低，會增加回料量，產量難以提高。

6　結語

表7所示為福建省建筑工程質量檢測中心檢測結果。

在中材（天津）粉體技術裝備有限公司與該公司員工的共同努力下，該磨機系統設備及工藝參數得到不斷優化，生產運行日趨穩定。本項目的順利完成，具有重大的環境保護效益，滿足了我國資源綜合利用的認定要求，為進一步實現尾礦的綜合利用打下了堅實的基礎。

［1］張美欽.淺談鉛鋅選礦廠尾礦的綜合利用［J］.化學工程與裝備，2006.

［2］柴星騰，聶文海.礦渣粉磨技術進展［N］.中國建材報，2006.

［3］王仲春.水泥工業粉磨工藝技術［M］.北京：中國建材工業出版社，1998.

TQ172632.5

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