1洗矿作用及黏土性质对洗矿过程的影响

1 洗矿作用

洗矿多是设在选别前作为预处理作业使用 。 在处理砂锡矿时, 利用洗矿方法分离出粗粒的不含矿废石,所得细粒级再经脱泥人选,可以减少处理的矿量。对于手选或光电分选作业,为便于识别,亦常常需要事先对矿石进行洗矿。某些含泥多的矿石经洗矿后可避免在操作中堵塞破碎机、 筛分机及矿仓等, 保证流程畅通 。 有些矿石的原生矿泥和矿块在可选性上(如可浮性等)有很大差别,用洗矿方法将泥和砂分开,分别进行处理,可以获得更好的选别指标。这种情况下,洗矿虽然仍是一项辅助作业,但对整个生产过程却有重大影响。

对于某些坡积或残坡积的氧化锰矿石、褐铁矿石、铝土矿矿石,胶结物(黏土)中所含的有用矿物很少,在洗矿之后作为最终尾矿丢弃,所得块状矿石品位高,即可作为最终产品应用 。 这时的洗矿使成为独立的选别作业 。

某些风化硅质胶磷矿采用分级擦洗脱泥流程进行处理也同样可以获得最终产品, 高岭土矿也常采用洗选除砂和分级等作业获得最终产品。

2 黏土性质对洗矿过程的影响

矿石中的胶结物(黏土)的性质,对矿石的可洗性有重大影响。黏土的成分是含有云母、褐铁矿、绿泥石、石英、方解石和角闪石混合物的天然水成矾土(Al203)硅酸盐, 其粒度微细, 主要由小于2µm的颗粒组成。 在微细颗粒中间牢固地保持着水分。 因而实际上黏土是由固相和液相(水)组成的两相体系。

含黏土的矿石经过水的浸泡, 是否易于分散, 这与黏土本身的塑性和膨胀性有关。

塑性是表示黏土在一定的含水范围内, 受压发生变形而不断裂, 压强除去后继续保持原形而不流动的性质。黏土保持有塑性的最低含水量称为塑性下限(或称塑限)。随着含水量增加到一定限度,黏土开始具有流动性,此时的含水量称为塑性上限(或称液限)。

黏土的塑性指数愈高, 在水中愈难分散, 因而洗矿也愈难进行。

黏土的膨胀性是指黏土被水湿润后, 体积增大的性质 。 在湿润前黏土被少量水固着, 各颗粒间处在黏结力作用之下 。 遇水后水分子渗入到颗粒的空隙内, 黏结力解除而体积增大。这一过程进行得愈快,矿石就愈容易碎散。

黏土的膨胀性与其致密程度有关。黏土微粒间的空隙愈小,则水分愈不容易渗人,膨胀过程进展愈慢 。 同时膨胀性也与黏土的润湿性有关。 固体颗粒的润湿性愈强, 水分子愈容易渗入。

3 矿石的可洗性

矿石的可洗性与黏土塑性、含水量、膨胀性、渗透性以及矿石的粒度组成有关。黏土塑性愈小, 膨胀和渗透性愈强, 则矿石愈易洗, 矿石中块状物料含量愈多, 在洗矿中产生冲击搅拌作用将愈大,亦能加速过程的进行。表 l列出了矿石可洗性的分类,可供评定时参考。

　　表 1 矿石可洗性的分类

洗矿设备

在生产中, 除了可以在固定格筛、振动筛、 滚轴筛等筛分机械上增设喷水管集筛分和洗矿在同一个作业中完成以外, 还常用低堰式螺旋分级机 (螺旋洗矿机)、 圆筒洗矿筛、水力洗矿筛、 圆筒洗矿机和槽式洗矿机等完成洗矿作业。

l 筛分机类型洗矿设备

借助于矿粒在筛上翻滚和水力冲洗,可以将黏附在大块矿石上的微细颗粒清洗掉。固定格筛可用来对粗碎前的原矿进行筛洗, 滚轴筛可用于筛洗中碎前的矿石, 而振动筛则可用来对中碎或细碎前的矿石进行筛洗。

经筛分机类型洗矿设备分出筛上洗净的粗粒矿石和筛下泥砂产品, 一般而言筛下泥砂产品还需经槽式选矿机或螺旋分级机进一步泥砂分离 。

A 水力洗矿筛

图 2是水力洗矿筛的结构,它由高压水枪、平筛、溢流筛、斜筛和大块物料筛等部分组成。平筛及斜筛宽约3m,平筛长2~3m,斜筛长5 ~6m,倾角20°~22°,大块物料筛倾角40°~45°。两侧溢流筛与平面筛垂直,筛条多用25 ~30mm 的圆钢制作,间距一 般为25 ~30mm。

　　图2   水力洗矿筛的结构

　　1, 8一运料沟; 2一高压水枪; 3一平筛; 4一溢流筛;

　　5一斜筛, 6一大块物料筛; 7一筛下产物排出口

物料由运料沟l直接给到平筛上,粒度小于筛孔的细颗粒随即透过筛孔漏下,而粗颗粒则堆积在平筛与斜筛的交界处,在高压水枪冲洗下,胶结团被碎散。碎散后的泥砂也漏到筛下,连同平筛的筛下产物一起沿运料沟8经筛下产物排出口排出。被冲洗干净的大块物料被高压水柱推送到大块物料筛上, 然后排出 。

水力洗矿筛的结构简单、生产能力大、操作容易。其缺点是水枪需要的水压较高、动力消耗大、 对细小结块的碎散能力低 。

B 振动洗矿筛

洗矿用的各种振动洗矿筛都是在定型的筛分机上增加高压水冲洗装置而构成(见图 3) ,常采用双层筛面,用于处理中碎或细碎前后的矿石。

冲洗水压强一般为0.2-0.3MPa,处理每吨矿石的水耗为1 ~2m3。当原矿含泥量不很大、黏结性不强时,利用这类设备即可满足洗矿的要求。

为均匀地沿筛子的宽度喷射水流,可使用图5-9-4所示的特殊形状喷水嘴。喷水嘴中心线与筛上物料表面间的倾角一般为l00°~ 110°, 从喷水嘴到物料表面的距离以300mm 为宜。

　　图 3 振动洗矿筛结构简图

喷水嘴可以做成旋流器的形式(水从切线方向进入) ,也可以做成旋涡式轴套(水从中心进入)。旋涡式轴套呈圆锥形,内壁为螺旋沟槽。水进入螺旋沟槽后产生旋涡,形成相当均匀的喷射 。使用这两种喷嘴可以在降低水耗的同时提高洗矿效率。

C 圆简洗矿筛

当矿石需要作不太强的擦洗以进行碎散时, 可以使用图 4所示的圆筒洗矿筛。这种设备的筛分圆简是由冲孔的钢板或编织筛网制成, 也可以用钢棒做成条筛圆筒 。 筒内沿纵向设有高压冲洗水管。借助筒筛的旋转,促使矿块翻转、相互撞击,再加上水力冲刷而将矿石碎散, 冲洗过程如图 5所示。洗出的泥砂透筛排出 。

　　图 4 圆简洗矿筛的结构

　　1一筛筒; 2一托辊; 3一传动装置; 4一主传动轮; 5一离合器; 6一传动轴; 7一支承轮

　　图 5 圆简洗矿筛内的高压冲洗水管

为了改善洗矿效果,有些圆筒洗矿筛在给矿端还专门设置了不带筛孔的碎散段,内设阻碍板、链条等,以强化碎散效果 。

圆筒洗矿筛的筒体直径为1. 0~3.0m、长度为3. 0~ 7.5m,筒体转速为15-30r/min,生产能力为30~ 400t/h 。

2 带筛圆筒擦洗机

带筛圆简擦洗机的结构如图6所示,适用于处理粒度达300mm的中等可洗和难洗的矿石。

带筛圆筒擦洗机不同于圆简洗矿筛, 它具有无孔的简体,给料和排料端均有端盖,如同球磨机一样。筒体和端盖内壁均有锰钢或橡胶衬板, 衬板上有筋条, 形成螺距逐渐向排料端增大的螺旋线, 可以使物料得到良好的碎散, 并保证物料向排料端运动 。 筒体是借金属托轮或橡胶轮胎的摩擦, 或者是齿轮传动而转动。

　　图6 带筛圆筒擦洗机

　　1—筒体 2—带筋衬板 3—传动辊 4—圆筒筛 5—减速机 6—电动机

带筛圆筒擦洗机可以水平安装, 也可以倾斜安装。 在倾斜安装时, 为避免简体的轴向移动, 可以用止推托辊支撑着筒体, 安装倾角一般小于6°。 排料口的直径要大于给料口的直径,但排料口有一定(或可调)高度的环状堰,倍以在擦洗机内形成固定的物料层。通常,擦洗机的充填率可达25%。矿石与水同时由给料口进人筒体,要有一定的浓度(固体质量分数为40% ~50% ) ,使其有足够的流动性。同时,在擦洗机筒体内可设置固定的喷嘴水管,水压一般为 0. 1 ~0.2MPa。

对可能发生明显磨剥现象的矿石,擦洗机应采用较低的转数(3o%-4o%的临界转速)。在处理难洗的高塑性黏土质矿石时,应采用高转数(70% ~80%临界转速)。在简体旋转时, 物料在擦洗机内形成瀑落式运动, 使矿块抛落并产生强烈的摩擦, 迫使高塑性黏土质物料的碎散。经高压水冲洗过的块状物料随矿浆流从排料口排出, 流入安装在擦洗机上的悬臂锥形圆筒筛内, 实现泥砂与块状物料的充分分离。

3 槽式洗矿机

如图7 所示, 槽式洗矿机的结构与螺旋分级机的类似, 在一个近似半圆形的斜槽中装置两根长轴,上面有不连续的搅拌叶片。

叶片的顶点连线为一螺旋线, 螺旋线的直径为800mm, 螺距为300mm。 两螺旋的旋转方向相反, 上部叶片均向外側旋动。 矿浆由槽的下端给入, 矿石的胶结体被叶片切割、 擦洗,并受到上端给入的高压水冲洗,黏土和矿块被解离开来。黏土形成矿浆从下部溢流槽排出,粗粒物料则借叶片推动,从槽上端的排矿口排出。

这种洗矿机具有较强的切割、擦洗能力,对小泥团的碎散能力也较强,适合于处理矿石不太致密, 矿块粒度中等且含泥较多的难洗矿石, 其优点是处理能力大、 洗矿效率较高;缺点是入洗矿石粒度受限制, 一般不能大于50mm,否则螺旋叶片易被卡断,甚至出现断轴事故 。

规格为6660mm x1500mm的槽式洗矿机, 槽容积为6m3 , 处理云南坡积砂锡矿的处理能力为800~ 1100t/d, 每吨矿石耗水量4 ~6m3。

　　图7 用于洗矿作业泥沙分离的螺旋分级机

　　1—泥质溢流 2—沉降池 3—给料口 4—沉砂

4 分级机类型洗矿设备

图 8所示的低堰式螺旋分级机亦可用作洗矿设备,但因其碎散能力不太强,故主要用于处理其他洗矿设备排出的泥砂产品, 从中进一步脱除泥质部分。

　　图 8 用于洗矿作业泥砂分离的銀旋分级机

　　1一泥质溢流; 2一沉降池; 3一给料口; 4一沉砂

3 洗矿流程

常用的洗矿流程基本有两类: 一是由普通的筛分机械(格筛、振动筛、圆筒筛等)和螺旋分级机组成的洗矿一泥砂分离流程; 二是由专门的洗矿设备组成的流程。

利用普通筛分机械组成的洗矿流程,通常是与破碎车间的碎矿流程结合在一起的。碎矿流程中的筛分设备同时也是洗矿设备, 不需要另外增加专门设备。 这种流程节约投资且操作方便。当原有的筛分设备不够用或不合适时,亦可另外增加少量的洗矿筛等设备。这样的流程适合于处理原矿含泥少、 黏土的塑性指数低且很少结团的矿石 。

对于那些含泥多、 黏土塑性高、 又多黏结成团的矿石, 需要采用专门的洗矿设备, 并且要进行2次甚至3次洗矿才能将黏土同矿砂基本分离开来。

一般情况下,在洗矿流程后面,应设有矿泥浓缩作业,主要采用斜板分级浓密机、深锥浓密机、 立式砂仓等设备, 浓缩作业的溢流水返回洗矿作业。

1 云南砂锡矿的洗矿流程

云锡公司黄茅山选矿厂处理的人工堆积 (早年选过的尾矿) 和自然堆积的砂锡矿, 送往选矿厂的原矿含锡0.329%、含铁26. 68% ,在+50mm 粒级中基本不含有价金属,可作废石丢弃, -2mm粒级占原矿的88.42% , -0.074mm 粒级占原矿的59.96% ,其中不少属于胶体微粒, 黏结性强, 粗砂被它们黏结在一起, 属于难洗矿石 。

黄茅山选矿厂采用如图9所示的洗矿流程。 矿石先经水力洗矿筛进行第一次洗矿, 隔除+50mm废石并分散部分泥团, -50mm 粒级的矿石再用槽式洗矿机进行第二次洗矿。槽式洗矿机的沉砂(+2mm)给人一段磨矿机,溢流(-2mm)给人旋流器分级、脱泥,然后送选别作业。

对槽式洗矿机的测定结果表明, 沉砂产率为14. 86% ,溢流产率为85. 14%。沉砂中一0.074mm粒级的含量在4%以下; 溢流中+2mm 粒级的含量仅有 0.23%。洗矿效率达到了95. 76% 。

　　图9  黄茅山选矿厂的洗矿流程