CN113368971A - 一种改变棒磨机成浆工艺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种改变棒磨机成浆工艺的方法,包括如下步骤:取出棒磨机原浆总质量的10wt%以上的物料在特定粒径dcp处进行分级分成组分A与组分B,dcp为80‑150μm,以使组分A与组分B之间的质量比为(1‑9):(9‑1);将所述组分A进行研磨,研磨的平均粒径在20μm以下,将所述组分B进行整形摩擦,消除棱角;将经过上述步骤处理后的组分A与组分B混合后,添加到剩余的所述棒磨机原浆中。本发明的改变棒磨机成浆工艺的方法通过在原始矿浆中添加具有强润滑性的组分A以及可以增加粒度之间级配关系的组分B,从而提高了矿浆浓度,整个方法操作条件温和,绿色环保,成本低。

Description

一种改变棒磨机成浆工艺的方法
技术领域
本发明涉及矿物加工和矿浆输送领域,具体为一种改变棒磨机成浆工艺的方法。
背景技术
在矿山行业经常有矿物质进行近距离管道输送,比如黄金尾矿、白银尾矿、铁矿石、磷矿石、煤以及其他矿物质需要从坑道输送到加工场地。如果采用车辆运输,需要人工装车、卸车、运输等环节,但是矿山开采区一般道路状况较差,车辆运输受限,为此采用管道输送可以减少很多困难,性价比较高,能耗较低。
矿浆采用管道输送传统工艺是将矿物质进行加工,用棒磨机与水、分散剂一起进行研磨制取一定浓度矿浆(研磨后颗粒粒径<1mm),之后采用矿浆泵加压,管道输送到用户。
采用传统工艺存在一定弊端,一是矿浆浓度较低。为了减少输送中沉淀问题,一般制取的矿浆浓度较低(为了降低运动粘度),通过提高流速和压力来缓解沉淀现象(相当于水力输送矿物质),从而造成因流速过快,矿物质对管道和设备磨损严重;二是由于矿浆浓度低,矿浆制取就需要大量的水,矿区和工厂水互相不平衡,造成大量水资源浪费;三是由于浓度较低,后续工厂加工处理能耗非常巨大。
有鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于一种改变棒磨机成浆工艺的方法,通过在原始矿浆中添加具有强润滑性的组分A以及可以拉大粒度之间级配关系的组分B,从而提高了矿浆浓度,同时更加节能,整个方法操作条件温和,绿色环保,成本低。
为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
本发明提供了一种改变棒磨机成浆工艺的方法,具体包括如下步骤:
取出棒磨机原浆总质量的10wt%以上的物料在特定粒径dcp处进行分级分成组分A与组分B,dcp为80-150μm,以使组分A与组分B之间的质量比为(1-9):(9-1);
将所述组分A进行研磨,研磨的平均粒径在20μm以下,将所述组分B进行整形摩擦消除棱角;
将经过上述步骤处理后的组分A与组分B混合后,添加到剩余的所述棒磨机原浆中。
若要得到高浓度矿浆,需要解决颗粒物高密度堆积和高流动性两个主要因素,只有高密度堆积才能实现高浓度,良好的流动性才能保障高密度堆积物具有液体性质,才能称之为“浆”,否则再高的浓度没有流动性只能称之为“固体”,而不能称为“浆”,若是固体也就失去了其可以泵送的意义。
因此为了解决上述问题,本发明提供了一种改变棒磨机成浆工艺的方法,之所以采用棒磨机进行研磨,因为棒磨机相对于其他研磨工具其研磨效率较高,所以本发明特针对的是棒磨机成浆工艺进行一定的改良。
在同样矿物质下,传统棒磨机制浆浓度最低,其主要原因是粒度分布上存在一定缺陷(不能形成紧密堆积),其粒度呈正态分布或“橄榄型”分布(如附图1所示),也就是说中间颗粒过多造成了级配关系不合理(合理关系是小颗粒填充大颗粒缝隙),不能形成紧密堆积,颗粒之间缝隙率较大,所以矿浆浓度过低。如果有手段可以减少中间颗粒,或者增加小颗粒与大颗粒(相当于减少中间颗粒),那么矿浆最终浓度可以得到大幅度提高。
本发明通过抽取一部分原浆并对该部分原浆进行分级加工,分别加工出组分A以及组分B,其实主要目的是为了减少中间颗粒的含量,增加级配差距,从而提高矿浆的浓度。
通过采用本发明的方案成浆后的矿浆粒度分布如附图2所示,通过抽取原浆部分原料再分级和加工成A、B两种组份回填到原浆中,粒度分布由原来的单峰转化为两个明显的峰,形成了良好级配关系,提高了堆积密度,从而提高了浓度。
在上述矿浆的组分中,矿物质组分A(可以看作矿浆中“小颗粒”)有两个作用:一是A起到润滑作用,润滑作用越强流动性就越高,流动性强才能打开提高浓度空间。衡量润滑性高低一般采用休止角指标,休止角越小润滑作用越强,一般矿物质堆积休止角小于30°时就表现很强润滑性,所以为了提高润滑性需要对组分A的休止角进行限定,当休止角不控制在本发明方案要求的范围内,可能会影响到整个矿浆的流动性。矿浆的流动性高低与A的多少和粒径dA大小有直接关系。研究表明矿物质颗粒接近亚纳米级时,具有一定润滑作用,不同矿物质起到润滑作用的粒径dA不同,通过实验找到最佳润滑作用直径的dA(直径dA过大或过小都不利于提高流动性)即可大幅度提高矿浆流动性;
在之前的专利中,为了提高矿浆的流动性也涉及到了通过添加组分A的方式,但是发明人通过大量实践发现只是单纯的添加组分A并不能达到理想的高浓度、高流动性效果,所以基于之前的专利做了进一步的改进,将原浆按照一定的比例取出一部分进行研磨,研磨所形成的组分A以及组分B按照一定的比例回填到原浆中,发明人发现通过采用这样的方式相比于原有的添加组分A的方式浓度更高,取得了更为优异的效果,在整个操作方法中,发明人重点摸索的两个参数:为原浆取出的比例以及回填的组分A以及组分B之间的比例,只有将上述两个参数均控制在适宜的范围内,才能保证形成的矿浆同时具有高浓度与高流动性,当然上述两个参数也是发明人经过了大量的实践摸索得到的。
其中,组分A与组分B按照质量比(1-9):(9-1)进行混合然后回填到剩余的棒磨机原浆中。其实抽取的过程相当于减少了中间组分,组分A与组分B相当于增加大颗粒与小颗粒,这样三种作用共同作用于棒磨机原浆中,更进一步拉大级配差距,改变了磨机没有调节手段的窘境,更进一步增大了生产弹性。
优选地,取出棒磨机原浆总质量的百分比为20-60wt%之间,取出棒磨机原浆总质量的百分比可以为15wt%,25wt%,30wt%,35wt%,40wt%,50wt%,较优地为30-40wt%之间,因为如果抽取低于20%,经过分级然后加工成的A组份和B组份量过于少,虽有提高浓度和流动性作用,但是相对于原工艺提高不多;同样当抽取量大于60%以上后,其提高浓度作用已经不再明显,加工量过大消耗动力和设备投资相对增加,没有意义。
优选地,组分A与组分B的质量比可以通过分级粒径dcp本身的取值大小进行调整,这样以dcp为界限分成组分A与组分B,两者之间的质量比其实还可以为3:7、4:6、5:5等等,之所以两者控制在这样的质量比是因为现有矿浆大、中、小颗粒之间堆积缝隙率不同,根据不同矿浆颗粒堆积缝隙率大小进行调整,缝隙率较大的矿浆(说明大颗粒多),所以增加A组份去填充,缝隙率小的矿浆采取适合的A和B组份。一般控制在(3-5):(5-7)最为合适。
本发明的dcp特定为80-150μm之间,这个数值是根据原浆的粒径分布情况确定的,通过实践发现将分级的粒径临界值设定在这个范围内,分级后的组分A与组分B质量配比合适,且回填后有较好的效果。
另外,需要强调的是,一般来说组分A的量最好大于总浆量的8-10%,才能有较明显效果,那么抽取原浆比例最好大于15%,主要原因是抽取的原浆15%还要经过分级(按照一定比例分级),如果按照7:3比例分级,最终得到的A组份才勉强超过10%(刚刚满足A组份要求),另外A与B分级比例过大(A占比大),那么得到A的原料颗粒粒径偏大(超细磨机喂料越大功耗呈几何倍数增加),无形增加了制作A组份的功耗,同时B组份得到也少;如果分级比例过小就无法满足A组份量的需求,同时B组份又过剩。所以,抽取原浆比例适当的增加,才会有更多的调节余地。本发明所涉及的百分比均为质量百分比。
优选地,为了保证最佳的流动性,所述组分A的粒径在20μm以下。
同样地,为了保证较高的堆积密度,所述组份B的球形率大于60%。
本发明通过在原浆中增加组分A与组分B,改变磨机制浆浓度低现象,同时还能节约更多制作A的能耗。之所以能够起到降低能耗的效果,因为传统的工艺为组分A的制作是直接用原浆作为超细研磨机的原料,通过本方案研磨的方式为原浆在粒径dcp分级后的细颗粒作为原料,由于原料粒度出现数量级的减小,磨耗将大幅度降低,更加节能。
这里需要说明的是,本身矿浆是指矿物质所加工成的浆体,是所有矿物质的统称。如果矿物质需要做成浆体,那么势必都需要高浓度和高流动性,因此为了保证比较高的浓度和流动性,本发明对于所添加的两种粒径组分的质量比,以及回填的比例均进行了优化设计,如果不满足上述参数范围,对于矿浆最终所达到的高浓度是会有影响的。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)通过增加组份A,提高流动性,通过增加A和B组份,提高粗、细颗粒含量(相对而言减少了中间颗粒),拉大级配关系,矿浆浓度与原浆相比显著提高。
(2)由于制取组份A原料颗粒大幅度减小,超细研磨机的功耗下降50%以上,***更加节能。
(3)通过增加A和B组份,传统磨机制浆可调节手段增加。
(4)通过提高A和B的总量,直至原浆的100%,矿浆浓度与传统磨机原浆相比显著提高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。
图1为传统棒磨机成浆工艺的浆料的粒度分布图;
图2为采用本发明棒磨机成浆工艺的浆料的粒度分布图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
步骤一、以山西某磷矿石厂现有生产矿浆生产线进行实验,具体操作过程如下:
通过实验室研究,该磷矿石最佳润滑颗粒粒径为15μm,既该磷矿石制取矿浆所需要的A组分平均粒径dA为15μm,那么研磨平均粒径dA为15μm磷矿粉(干基),将其直接加入到现有矿浆中进行实验。
实验过程如下:
(1)组分A的制备:实际生产按照本方案,抽取30wt%原浆,设计dcp=120μm处进行分级(正好实现A:B=4:6,保证了A达到总浆量的12wt%),小于dcp=120μm颗粒研磨成平均粒径dA=15μm的A组份,测试其休止角26°;大于dcp=120μm颗粒经过整形成为B组份,经测试球形率大于60%,占总浆量18%。
(2)将平均粒径dA=15μm的A组份(12wt%)全部加入到原浆中(粘度1156mPa.s)中并进行搅拌均匀,这时矿浆浓度相对原来提高了3.6个百分点,粘度保持在1145mPa.s。
本实施例制备的高浓度高流动性矿浆相对于传统制取方法提高了3.6个百分点,稳定性大于8h不产生硬沉淀,表观粘度为1145mPa.s,满足管道输送要求。
步骤二、以步骤一实验为基础,在不加入A组份的时候,将整形后球形率大于60%的B组份先少量分批次加入(B组份的5wt%,10wt%,20wt%,30wt%,40wt%)加入到原浆中(粘度1156mPa.s)中并进行搅拌均匀,在保持原有流动性情况下最多只能加入B组份5%,浓度提高0.2个百分点,之后流动性开始下降,由液体向固体转化。
本实施例通过加入B组份后,浓度基本不能提高,并且不能多增加B组份(最多只能添加5wt%)。本实验说明了没有良好的流动性,堆积密度再大是没有意义的。
步骤三、在以上步骤一、步骤二的基础上,同时将两种措施实施进行测试叠加效应,同时将制取的组分A与组分B加入(相当于抽取30%,按照质量比4:6分级,得到A占比12wt%,B占比18wt%)。具体操作过程如下:
实验过程如下:
(1)按照步骤一进行,生产线矿浆浓度提高3.6个百分点。
(2)按照步骤二进行,生产矿浆浓度基本不能提高。
(3)再按照步骤一与步骤二同时进行,最终测试矿浆浓度相对与实施前矿浆浓度提高了8.1个百分点,粘度保持1146mpa.s左右(与原浆粘度相近)。
从该实施例的数据可以看出,向原有生产线加入组分A可以提高流动性和提高浓度;如果再加入组份B,有了良好流动性后,矿浆浓度又提高了4个多百分点,将二者同时加入的方法同时实施,效果更佳,二者有叠加的效应。出现这种现象主要是抽取了原浆一部分,在dcp=120μm处分级,小于120μm颗粒进行超细研磨达到平均15μm,那么相当于30%的原浆15-120μm之间颗粒没有,也就是说相当于减少了原浆30%的中间颗粒;同时又加入了B组份(大颗粒),相当于提高了大颗粒含量,同时也拉大了大小颗粒之间级配,堆积密度更大,从而浓度更高。
以实施例1为基础,通过设置以下组别1-组别7以对实施例1的诸多参数变换进行对比,具体设置方式以及检测结果如下组别1-组别7的具体实施方式以及表1所示。
组别1
具体操作步骤与上述实施例1一致,只是组分A的dA=30μm。
组别2
具体操作步骤与上述实施例1一致,只是组分A的休止角为40°。
组别3-1
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例10%,分级后A:B=9:1。
组别3-2
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例10%,分级后A:B=5:5。
组别3-3
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例10%,分级后A:B=1:9。
组别4-1
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例30%,分级后A:B=9:1。
组别4-2
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例30%,分级后A:B=5:5。
组别4-3
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例30%,分级后A:B=1:9。
组别5-1
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例70%,分级后A:B=1:9。
组别5-2
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例70%,分级后A:B=2:8。
组别5-3
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例70%,分级后A:B=5:5。
组别5-4
具体操作步骤与上述实施例1一致,抽取原浆比例70%,分级后A:B=9:1。
对于上述各个组别的具体实验结果进行评价,具体结果参见下述表1-表4所示。
表1实验结果
原生产线 实施例1 组别1
粘度mpa.s 1156 1146 1160
浓度wt% 60.2 68.3 62.4
浓度变化 +8.1 +2.2
表2实验结果
原生产线 实施例1 组别2
粘度mpa.s 1156 1146 1150
浓度wt% 60.2 68.3 61.9
浓度变化 +8.1 +1.7
表3实验结果
原生产线 实施例1 组别3-1 组别3-2 组别3-3
粘度mpa.s 1156 1146 1152 1148 1153
浓度wt% 60.2 68.3 63.5 62.3 60.5
浓度变化 +8.1 +3.3 +2.1 +0.3
单位功耗kw/t 28.5 32.6 32.9 29.6 28.9
A组份比例wt% 0 12 9 5 1
B组份比例wt% 0 18 1 5 9
抽取比例wt% 0 30 10 10 10
表4实验结果
原生产线 实施例1 组别4-1 组别4-2 组别4-3
粘度mpa.s 1156 1146 1145 1143 1150
浓度wt% 60.2 68.3 65.5 67.6 60.7
浓度变化 +8.1 +5.3 +7.4 +0.5
单位功耗kw/t 28.5 32.6 50 32.8 29.2
A组份比例wt% 0 12 27 15 3
B组份比例wt% 0 18 3 15 27
抽取比例wt% 0 30 30 30 30
表5实验结果
原生产线 实施例1 组别5-1 组别5-2 组别5-3 组别5-4
粘度mpa.s 1156 1146 1160 1157 1146 1151
浓度wt% 60.2 68.3 66.6 67.8 65.2 62.3
浓度变化 +8.1 +6.4 +7.6 +5.0 +2.1
单位功耗kw/t 28.5 32.6 29.3 31.5 60.3 80.2
A组份比例wt% 0 12 7 14 35 63
B组份比例wt% 0 18 63 56 35 7
抽取比例wt% 0 30 70 70 70 70
通过以上实验数据分析,实施例1与各个组别对比分析,可以得出以下结论:
(1)表1中,实施例1与组别1对比,只是组分A的dA=30μm。在保持相同流动性或相近粘度情况下得到矿浆粘度1160mpa.s,加入A与B浓度只提高了2.2个百分点(B组份只有在良好的流动性情况下才能起到提高浓度作用),说明组分A的dA=30μm对矿浆浓度提高和流动性提高没有起到帮助,可见如果组分A的粒径不控制在设定的范围内,其并不能达到提高流动性的效果。
(2)表2中,实施例1组别2对比,只是组分A的休止角为40°。在保持相同流动性或相近粘度情况下得到矿浆粘度1150mpa.s,浓度提高了1.7个百分点,与实施例1相差较大,说明组分A的休止角如果较大,润滑性欠佳,对矿浆浓度提高也有一定的帮助,但是如果组分A的休止角在设定范围之内其效果更为优异。
(3)表3中,实施例1与组别3的3个小分项实验对比,抽取比例为同时为10%,分级后A与B比例不一样,分别是9:1,5:5,1:9。
组别3-1中A组份得到了基本保证,达到总量9%,但是B组份太少,相对于原浆只提高3.3个百分点,相对于实施例1少提高了4.8个百分点,说明在原浆中加入合理比例A组份时基本都可以提高3个点以上浓度,但是组别3-1加入B组份过少,所以没有达到实施例1的效果。
组别3-2虽然抽取比例相同,但分级按照5:5分级,加入A组份相当于5%,B组份也为5%,在A组份不足时首先不能形成良好流动性,所以再加入B组份总得效果就开始下降,浓度相对于原浆有所提高(2.1个百分点),但是低于组别3-1的效果了,说明提高浓度首先一定要保障A组份的量,再加入B组份效果更加。
组别3-3也抽取了10%比例,但是但分级按照1:9分级,也就是说A组份占比只有1%,B组份占比9%,从结果可以看出,浓度只发生了0.3点的变化,浓度提高效果很低,组别3-3进一步说明了在A组份小于合理占比时,加入B作用非常小了。
以下从表3中的功耗再进行分析。
从表3几个实验的功耗可以看出,以原浆功耗作为基准,加入A组份越多,功耗越大,加入A组份越小功耗越小。
从实施例1与组别3-1比较功耗看,虽然组别3-1加工A组份量(9%)小于实施例1的量(12%),但是功耗略高于实施例1,原因是分级比例A组份90%,有很多大颗粒进入了A组份,造成超细磨机喂料粒径加大,所以造成功耗高的原因。行业上一般加工同样产量和细度产品,喂料大小不一样,功耗差别较大,组别3-1符合行业现象。
(4)从表4分析,实施例1与组别4-1、4-2、4-3进行对比,抽取比例和实施例1一样(30%),分级后A与B比例不一样,分别是9:1,5:5,1:9。
实施例1和组别4-2,比较接近,组别4-2的A组份略微比实施例1多3%,B组份少3%,二者结果相近,功耗略有增加,主要是研磨A组份量也增加了3%。这个对比说明在原料粒度相近情况下,功耗也相近。
实施例1和组别4-1比较,A组份大幅度提升,B组份大幅度下降,功耗也大幅度提升,浓度反而下降。分析主要原因是研磨A组份的量大幅度提升,以及分级比例按照9:1的话大部分大颗粒进入到A组分中,也就相当于加工A组份喂料颗粒变大,二者因素叠加造成功耗大幅度上升。还有,虽然A组份比实施例1的多了一倍,效果下降,也说明添加A组份需要“适可而止”,多了反而起反作用。
实施例1与组别4-3比较,A组份严重不足(只有3%),加入较多B组份,浓度提高很有限,进一步说明加入B组份前提是A组份的量要满足高流动性要求。
从表4功耗方面整体分析,进一步表明,加工A的量越大能耗越高,同样加工量,喂料粒径越大,功耗越大。
(5)从表5的组别5-1、5-2、5-3、5-4可以看出,在抽取比例均为70%时候,加工A组份越多,功耗大幅度上升,主要有两个原因,加工A组份的量逐步提高,另一个原因是由于分级时候A组份占比加大,势必大颗粒进入A组份原料就多,也就是说用于研磨A组份喂料粒径大幅度提升,所以功耗出现成倍增加。
实施例1与组别5-2相比较,可以看出,组别5-2A组份量14%大于实施例1的A组份12%,但是功耗却下降了,原因是由于组别5-2抽取比例大于实施例1,分级后作为A组份的原料较多,所以组别5-2分级后的A组份原料粒径低于实施例1(喂料粒径小),所以功耗才出现比实施例1低,这个比较进一步说明,A组份原料粒径直接决定本项目能耗高低。
从表5的几个对比实验可以看出,A组份一定要添加适当比例,A组份过多不仅浓度不能提高,功耗还较大,得不偿失,A组份最佳比例控制在10-20%之间均可以。
(6)通过以上所有实验比较,可以得出:
在整个方案中,首先保证所述组分A休止角<30°,才能有很强的润滑性以便于提高流动性;另外所述组分B球形率>60%有利于流动性。其次A组份的量控制在10-20%之间最佳;还有抽取比例控制原浆20-60wt%之间从效果和能耗方面来说是最佳的。一般按照30wt%抽取就可以满足效果和能耗两方面要求。上述各个实施例以及组别中所涉及到的百分比均为质量百分比。
实施例2
其他步骤与实施例1一致,只是组分A的研磨粒径为10μm。
实施例3
其他步骤与实施例1一致,只是组分A的研磨粒径为20μm。
实施例4
其他步骤与实施例1一致,只是抽取的原浆比例为20wt%。
实施例5
其他步骤与实施例1一致,只是抽取的原浆比例为60wt%。
实施例6
其他步骤与实施例1一致,只是dcp=80μm处进行分级。
实施例7
其他步骤与实施例1一致,只是dcp=150μm处进行分级。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明,然而应意识到,在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此,这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (6)

1.一种改变棒磨机成浆工艺的方法,其特征在于,包括如下步骤:
取出棒磨机原浆总质量的10wt%以上的物料在特定粒径dcp处进行分级分成组分A与组分B,dcp为80-150μm,以使组分A与组分B之间的质量比为(1-9):(9-1);
将所述组分A进行研磨,研磨的平均粒径在20μm以下,将所述组分B进行整形摩擦消除棱角;
将经过上述步骤处理后的组分A与组分B混合后,添加到剩余的所述棒磨机原浆中。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组分A与所述组分B之间的质量比为(3-5):(5-7)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组分A休止角<30°。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组分B球形率>60%。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述组分A的粒径在10μm以下。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,取出棒磨机原浆总质量的百分比为20-60wt%之间。
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