De fire stadier af mineralforarbejdning forklaret: Fra knusning til afvanding

En koncentrator, der behandler 10.000 tons malm om dagen, sender ofte mindre end 400 tons produkt. De øvrige over 9.600 tons er sten og vand, der skal brydes, sorteres, adskilles og drænes i en fast rækkefølge – og den rækkefølge kalder anlægsdesignerne de fire trin i mineralforarbejdning. Gå glip af et led i kæden, og hele anlægget betaler for det: en mølle, der maler den forkerte størrelse, udsulter flotationscellerne, og et fortykningsmiddel, der sætter sig dårligt, får vandomkostningerne til at stige i årevis.

Det korte svar først. De fire trin af mineralforarbejdning er: (1) findeling, som dækker over knusning og formaling; (2) dimensionering og klassificering; (3) koncentration; og (4) afvanding. Hvert flowsheet - kobberporfyr, zinksulfid, fosfatsten, kaliumchlorid eller lithiumholdig malm - er bygget ud fra disse fire trin, der er arrangeret, sløjfet og tunet omkring ét mål: befri de værdifulde mineraler først, adskille dem derefter, og få vandet ud til sidst.

Ordren er ikke til forhandling, fordi hver fase afleverer et bestemt produkt til den næste. Flotation kan ikke genvinde partikler, der stadig er låst inde i sten, så størrelsesreduktion skal komme først. Slibning kan ikke holde en stabil målstørrelse uden klassificering, der lukker løkken, så dimensionering sidder mellem slibning og adskillelse. Og et vådt koncentrat er hverken salgbart eller billigt at flytte, så afvanding lukker altid flowsedlen. Når en plante underpræsterer, diagnosticerer erfarne metallurger overdragelserne mellem stadier, før de rører reagensbænken.

De fire stadier af mineralforarbejdning med et blik

Gå en hvilken som helst velkørende koncentrator fra den primære knuser til kraftfoderskuret, og du vil passere gennem de samme fire trin i samme rækkefølge. Maskinerne skifter med malmen - en kaliumchloridfabrik på den thailandske kyst og en zinkfabrik i Indre Mongoliet deler samme logik, selvom deres udstyr er forskelligt. Strimlen nedenfor viser den typiske rejse for en partikel af malm.

To løkker gemmer sig inde i den linje. Klassificering sender overdimensionerede partikler tilbage til møllen, så et slibekredsløb genbruger almindeligvis 150-350 % af sit nye foder som cirkulerende belastning. Koncentration sender mellemstykker tilbage til genbehandling, så et flotationskredsløb genbehandler renere og rensende tailings flere gange, før de slipper ud. Et flowsheet er derfor mindre en lige linje end et kontrolleret sæt af sløjfer, der føder en lige linje - og sløjferne er der, hvor de fleste designfejl gemmer sig.

Du vil se dette arbejde kaldet mineralforarbejdning, malmforædling eller beneficiation - udtrykkene beskriver den samme disciplin. Det, der varierer, er vægten. En placer-guldoperation kan kun køre screening, gravitationsseparation og afvanding, og springe slibning helt over, fordi naturen allerede har befriet guldet. En ildfast guldmalm kan tilføje udvaskning efter de fire trin. Behandl rammen i fire trin som rygraden, og tilføj eller fjern derefter lemmer for at matche malmen foran dig.

Fase 1: Finding - Knusning og slibning

Sønderdeling findes af én grund: befrielse. Malm forlader minen som klippestykker, hvori det værdifulde mineral er fysisk låst inde i affald. Ingen separator på markedet kan plukke en krystal af chalcopyrit ud af en 20-centimeter porfyrklump. Fase et bryder den klump, indtil værdimineralerne står alene, og alt nedstrøms - genvinding, reagensomkostninger, dimensionering af fortykningsmiddel - afhænger af, hvor godt dette er gjort.

Hvorfor befrielsen sætter målet

Frigørelsesstørrelse er en egenskab ved malmen, ikke af udstyret. I mange porfyrkobbermalme måler chalcopyritkorn omkring 50 til 150 mikron i diameter, hvilket er grunden til, at flotationsfoderet typisk males til en P80 - den sigteåbning, som 80 % af materialet passerer - mellem omkring 45 og 150 mikron. Slib grovere og partikler forbliver låst, så genvindingen falder. Kværn finere, end malmen faktisk har brug for, og du skaber slimes under omkring 10 mikron, som flyder langsomt, forbruger ekstra reagens og sætter sig dårligt i fortykningsmidlet. Hele anlæggets økonomi ligger mellem disse to fejltilstande, og derfor er laboratorietestarbejde med male-gendannelse det første punkt i enhver seriøs projektplan.

Slibning er den største enkeltforbruger i de fleste anlæg, og industriestimater tilskriver almindeligvis et par procent af den globale elproduktion til findeling på tværs af alle miner. Den pris forklarer en regel, som enhver mølleinspektør kender: knus så meget som muligt, mal så lidt som nødvendigt. At bryde sten i en knuser koster en brøkdel af at opnå samme størrelsesreduktion i en mølle.

Hvordan knusning og slibning deler arbejdet

Dagbrudmalm kan ankomme i blokke tæt på en meter på tværs. Knusning tager det ned i etaper: en primær kæbe eller gyratorisk knuser til ca. 150-250 mm, en sekundær kegleknuser til 25-75 mm, og ofte en tertiær gennemløb til 6-19 mm. Hver maskine opnår et reduktionsforhold på ca. 3:1 til 6:1 pr. gennemløb, hvilket er grunden til, at man planter kædeknusere sammen i stedet for at bede én maskine om at gøre alt.

Under ca. 10-12 mm tager slibningen over. Malmen males i vand, og den klassiske arbejdshest til formaling i første trin er kuglemøllen af ​​typen våd gitter. Dens gitterudledningsplade tvinger pulp ud af tromlen på et kontrolleret niveau og lader grove partikler forlade, før de slibes forbi målet. Til genslibning og finere opgaver i andet trin holder overløbsudledningsmøller papirmassen længere i stedet. At vælge mellem de to er ikke en katalogbeslutning; det følger direkte af din malms malemål og arbejdsindeks. Hvis du ønsker en dybere gennemgang af denne maskine - medieopladning, valg af foring, almindelige fejl og vedligeholdelsesrutiner - vores guide til betjening og vedligeholdelse af en kuglemølle af vådt gitter dækker detaljerne.

Specifikationer, der skal fastlægges, før du køber

• Malmhårdhed: Spørg efter Bond arbejdsindekset i kWh/t. Bløde malme såsom kalksten sidder tæt på 8-12, de fleste porfyrkobber- og zinkmalme nær 12-16, og hårde malme af taconit-typen kan overstige 20.
• Foder og produktstørrelse: den maksimale foderklump møllen skal acceptere, og den P80 kredsløbet skal levere, oplyst skriftligt.
• Gennemstrømning og ydelse: tons i timen for første slibning versus genslibning, fordi den samme malm kan have brug for forskellige maskiner til hver.
• Stålforbrug: slibemedier og liner gram pr. ton, en stille pris, der i slibende malme konkurrerer med elektricitet.
• Effekt pr. ton: angiv kWh/t ved målmaling, ikke kun installeret motorkilowatt.

En leverandør, der besvarer disse fem numre fra testarbejde på din faktiske prøve, er mere værd end én, der citerer en katalogmodel, der er dobbelt så stor til halv pris. Overdimensionerede møller spilder ikke kun kapital; en underbelastet mølle knækker medier og foringer hurtigere og kan endda male grovere end en korrekt fyldt mindre.

Trin 2: Dimensionering og klassificering

Konklusion først: klassificering er en billig forsikring for alt downstream. Selve scenen genvinder intet metal og sælger intet. Det, den gør, er at bestemme, partikel for partikel, hvilke størrelser der går fremad, og hvilke der vender tilbage for mere arbejde. Når flotationsresultaterne glider, er det første sted, erfarne metallurger ser, normalt cyklonoverløbet, ikke reagenshylden.

Skærme, spiralklassifikatorer og hydrocykloner

To familier af udstyr udfører dette job. Skærme arbejder tørt og med åbning, fra grizzly skærme, der beskytter primære knusere ned til fine skærme tæt på 0,1 mm. Klassificeringsmaskiner arbejder våde og ved partikeladfærd i vand, hvilket gør dem til den naturlige partner for kuglemøller. Spiralklassifikatoren bruger en skrå trug og en roterende skrue: groft sand synker, skruen river dem tilbage op ad bakke til møllens foder, og fine partikler løber over til næste trin. Den er enkel, tolerant over for tilførselsstigninger og nem at vedligeholde, hvorfor den fortsat er almindelig i mellemstore kredsløb og to-trins slibeflowsheets, hvor snittene er grovere og fremføringen er moderat.

Hydrocyklonen har ingen bevægelige dele overhovedet. Gylle pumpes tangentielt ind; centrifugalkraften kaster grove partikler til væggen og ud gennem apex, mens fine partikler spiraler ud af hvirvelsøgeren i toppen. Ved at ændre diameter, tryk, apex og hvirvelfinderstørrelser kan en operatør placere separationssnittet hvor som helst fra omkring 5 til mere end 100 mikron. Cyklonunderløb vender tilbage til møllen som cirkulerende belastning - sædvanligvis 150-350% af nyt foder - og overløb bliver flotationsfoder ved en stabil P80.

Klassificering beskytter også befrielsesøkonomi. Hver partikel, der er jordet under målet, spilder strøm og bliver til et slim, der er svært at genvinde og langsomt at afvande. At holde løkken stram - korrekt snitstørrelse, ensartet tæthed, sliddele udskiftet, før de forvrænger snittet - er en af ​​de mindst glamourøse og mest rentable discipliner i en koncentrator. Spørg enhver leverandør, hvordan deres klassificerings- eller cyklonpakke holder sit snit under slid, ikke kun på idriftsættelsesdagen; svaret adskiller udstyrsleverandører fra ægte procespartnere.

Trin 3: Koncentration - Adskillelse af værdimineraler fra Gangue

Koncentration er der, hvor pengene dukker op. Foder kommer ind i en kvalitet, der ofte måles i brøkdele af en procent og forlader det som et produkt, der er værd at sende: kobberkoncentrat almindeligvis ved 20-30 % Cu, zinkkoncentrat over 45 % Zn, hvor genvinding afgør, om minens forretningsplan rent faktisk virker. Alle fire stadier betyder noget, men det er her, hvor kemi, fysik og maskindesign mødes på den mest synlige måde.

Skumflotation: industriens arbejdshest

Flotation udnytter en simpel overfladeegenskab: med de rigtige reagenser nægter værdifulde mineralpartikler at blive befugtet og binder sig til luftboblerne i stedet for, og rider dem op i et skum, der skummes af som koncentrat. Reagenser falder ind i en håndfuld roller - samlere gør måloverflader hydrofobe, skummer stabiliserer bobletæppet, kalk eller andre modifikatorer indstiller pH, og sænkende midler eller aktivatorer tænder og slukker for individuelle mineraler. Før noget af det virker, skal gyllen opfylde kemien ordentligt, hvilket er opgaven med at konditionere: en agentblandetank eller en højkoncentrationsblandetank giver reagenser flere minutters kontakttid, så den første celle modtager behandlet pulp i stedet for en kemisk overraskelse.

Et produktionskredsløb kører dette som en løkke af banker. Rudere celler giver en hurtig, bulk opsving; rensningsceller klemmer resten fra grovere tailings; renere celler renser det grovere koncentrat igen for at nå kvalitet, med deres tailings genbrugt til hovedet. Karakter og genvinding handler mod hinanden ved hver ventil, og kredsløbslayoutet - ikke operatørens reflekser - bestemmer, hvor den handel sætter sig.

Maskinvalg følger partikelstørrelse og tonnage. Selvansugende SF-, JJF- og BF-maskiner trækker deres egen luft og gylle og passer til mellemstore anlæg, der ønsker færre pumper og enklere layout. Til store celler og grove eller tætte tilførsler kører XCF- og KYF-tankmaskiner på en fælles blæser: KYF-celler leverer stærk luftspredning ved lav effekt, mens XCF-celler håndterer gylleindtag mellem banker, så hele linjen flyder horisontalt uden hjælpepumper. Grovkornede opgaver kræver maskiner af typen CLF, der holder tunge partikler i suspension.

Retrofits viser tydeligt gearingen. I en opgradering på 3.000 tons pr. dag af zinkflotation i Yunnan gav udskiftning af de gamle banker med større tankmaskiner og skærpende klassificering metallurgerne en stabil P80 at arbejde med - og genopretning fulgte. Projekter som den tekniske reform af zinkflotation ændrer sjældent malmen; de ændrer, hvor konsekvent de fire stadier overdrages til hinanden.

Når flotation ikke er svaret: tyngdekraft, magnetisk og elektrostatisk adskillelse

Flotation dominerer sulfider og mange industrielle mineraler, men tre andre familier tjener deres plads, hvor fysikken passer dem bedre. Tyngdekraftseparation udnytter tæthedsforskelle i jigs, rysteborde og spiralkoncentratorer; det er billigt pr. ton og udmærker sig ved groft guld, cassiterit, chromit og tungt mineralsand, men mister effektivitet, da partikler bliver fine. Magnetisk separation er rygraden i magnetitjernmalm - tromleseparatorer genvinder rutinemæssigt magnetit over 90 % - og højintensitetsversioner udvider metoden til hæmatit og ilmenit. Elektrostatisk adskillelse opdeler ledere fra ikke-ledere i tørt strandsandkredsløb, og adskiller rutil fra zirkon, hvor begge er ikke-magnetiske.

Trin 4: Afvanding - Fortykningsmidler, filtre og vandgenvinding

Afvanding ligner husholdning og opfører sig som et profitcenter. Et flotationsfoder med 30 % faststof bærer mere end to tons vand for hvert ton malm. Hvis dette vand forlader med koncentratet og tailings, skal anlægget pumpe, behandle og betale for udskiftninger; hvis det genvindes og returneres, tjener det samme vand kredsløbet i årevis. I tørre mineregioner er vandindvinding ikke en bæredygtighedspost - det er driftstilladelsen.

Fortykkelse returnerer det meste af vandet først

Fortykningsmidlet gør det tunge løft. Fortyndet gylle kommer ind i en stor tank, flokkuleringsmiddel binder fine partikler til hurtigt bundfældende klynger, og klart vand løber over kanten til genbrug, mens river skubber det bundfældede leje til en central udledning. Et konventionelt fortykningsmiddel med et centralt drev - den konfiguration, der bruges på tværs af de fleste mellemstore koncentratorer - modtager typisk foder med 20-35 % tørstof og leverer underløb ved 50-70 % tørstof, hvilket returnerer overløbet som procesvand. Dimensionering af et fortykningsmiddel er en øvelse i afsætningsprøvearbejde: arealet pr. ton pr. dag afhænger af, hvor hurtigt dine flokkulerede faste stoffer faktisk bundfældes, ikke af katalogoptimisme.

Den samme logik strækker sig til tailings. Fortykning af tailings til 55-70 % tørstof, før de forlader planten, krymper tailingsanlægget, reducerer risikoen for nedsivning og holder vandet i kredsløbet i stedet for at blive begravet under en dam. Til mange nye projekter er tailingsfortykningsmidlet nu designet samtidig med koncentratfortykningsmidlet, fordi begge trækker på samme bundfældningsdata.

Filtrering og tørring: klar til vejen

Filtrering afslutter koncentratet. Vakuumskive- og tromlefiltre bringer sædvanligvis kobber- eller zinkkoncentrater ind i 8-15 % fugtighedsbåndet, trykfiltre bliver lavere, hvor specifikationerne er strenge, og keramiske skivefiltre skinner på fine, højværdikoncentrater. De fleste afsendte koncentrater rejser under fugtgrænser i intervallet 8-12 % fastsat af transportsikkerhedsregler, så filteret er den sidste kvalitetsport, før produktet sælges. Termisk tørring tilføjes kun, hvor filtre ikke kan nå specifikationen, fordi brændstof er dyrere end filterdug.

Et ofte glemt punkt: afvandingsydelsen når tilbage opstrøms. Genbrugsvand bærer opløste reagenser og salte, og efterhånden som løkken lukkes, ændres vandkemien og kan ændre flotationsselektiviteten. Anlæg, der overvåger returvandskvaliteten sideløbende med kvalitet og genvinding, undgår den langsomme drift, der ellers opstår måneder efter idriftsættelse.

Hvordan de fire stadier balancerer hinanden: Et massebalanceeksempel

Konklusion først: de fire stadier er ikke fire separate indkøb; de er én massebalance opdelt i fire job. Den hurtigste måde at se det på er simpel aritmetik på en mellemstor kobberfabrik.

Foder på 10.000 tons om dagen ved 1,0% kobber bærer 100 tons indeholdt metal. Ved 90 % genvinding rapporterer 90 tons til koncentratet. Hvis koncentratet har en kvalitet på 25 % kobber, er den daglige produktion 360 tons - og omkring 9.640 tons tailings efterlader anlægget stadig med de resterende 10 tons kobber. Hvert af de fire stadier viser sig i disse tal: findelingsomkostninger og formalingsstørrelse angiver, hvor tæt på 90 % genvinding anlægget kan komme, klassificeringsstabilitet afgør, om denne genvinding holder for hele skiftet, koncentrationsudstyr indstiller 25 %-graden, og afvanding bestemmer, hvor meget af de mere end 23.000 tons vand, der bruges dagligt, kommer tilbage med 30 % faststof.

Læs interaktionerne i begge retninger. En finere slibning øger frigørelse og potentiel genvinding, men multiplicerer energiomkostninger og slim, som så belaster både flotation og fortykkelse. En grovere slibning sparer strøm og lader fortykningsmidlerne køre hurtigere, men lækker værdi ind i tailings. Højere fortynding opstrøms udglatter flotation, men belaster fortykningsmidlet; tykkere underløb letter afvandingen, men risikerer, at grove partikler slipper ud til cellerne. Ingen scene kan indstilles isoleret, hvorfor erfarne designere afregner massebalancen på papir, før en enkelt tank svejses.

En købers tjekliste for udstyr på alle stadier

De fleste indkøbsskuffelser i mineralforarbejdning spores tilbage til den samme håndfuld huller: testarbejde udført på en andens malm, energi angivet som motorstørrelse og servicevilkår efterladt vage indtil det første nedbrud. Listen nedenfor gør de fire faser til spørgsmål, du kan stille til enhver leverandør.

1. Kør først analyserne og mineralogien. Kend hvilke mineraler der har værdi, deres kornstørrelser og hvordan de vokser sammen med gang, fordi frigørelsesstørrelsen bestemmer hele flowarket.
2. Kræv testarbejde på din prøve. Slibning, bundfældning og flotationstest på din malm - ikke på en "lignende" forekomst - er den billigste risikoreduktion, du kan købe.
3. Match maskinklasse til pligt. Gitterudledning til første trins slibning og overløb til genslibning; spiralklassifikatorer eller hydrocykloner, der passer til dit snit; selvansugende eller blæste celletyper, der passer til tonnage og partikelstørrelse.
4. Sammenlign energi pr. ton, ikke kilowatt. Spørg efter kWh/t ved målslibningen og et livscykluseffektestimat, da slibning alene kan tage halvdelen af ​​anlæggets elektricitet.
5. Pris på sliddelene. Medier, liners, cyklonkomponenter, filterklude og rivetænder er tilbagevendende omkostninger; bekræfte deres forbrugssatser og leveringstider skriftligt.
6. Tjek vandsløjfen. Et fortykningsmiddel citeret uden at afgøre testarbejde er et gæt; bede om afregningsarealet pr. ton pr. dag bag tilbuddet.
7. Sæt installation og idriftsættelse ind i kontrakten. En leverandør med reel erfaring i marken vil forpligte sig til supervision, idriftsættelsessupport og operatørtræning, ikke kun en leveringsplan.
8. Spørg efter referenceplanter med samme mineralfamilie. En leverandør, der har bestilt lignende malm med samme tonnage, vil designe omkring problemer, du ikke har mødt endnu.

To af disse fortjener at fremhæve. Testarbejde på din faktiske malm er ikke til forhandling, fordi hver tommelfingerregel i denne artikel bøjer med mineralogi. Og idriftsættelsessupport adskiller udstyrsleverandører fra anlægsbyggere: De første uger af en ny koncentrator sætter dens driftsvaner i årevis, og et erfarent idriftsættelseshold forhindrer dårlige vaner i at dannes.

Fra ruteskema til arbejdsanlæg: Hvorfor planlægges faserne bedst sammen

Et flowsheet tegnet af et hold og udstyr købt fra flere andre plejer at mødes for første gang på stedet, hvor grænsefladeproblemer er dyre: en mølleudledning, der ikke passer til klassificeringsapparatet, et fortykningsmiddel, der er dimensioneret til en andens gylle, et kontrolsystem, der taler tre dialekter. Engineering-indkøb-konstruktion levering, normalt forkortet til EPC, eksisterer for at fjerne disse sømme. Den ene part bærer massebalancen fra testarbejde til idriftsættelse, så de fire trin er designet mod hinanden i stedet for at samles efter kendsgerningen.

Den model passer til producenter, der selv bygger udstyret. Vores fabrik i Zhuji, Zhejiang - omkring 70 kilometer fra Hangzhou, med jernbane- og motorvejsforbindelser til havn - har brugt årtier på vådprocesberigelse og blandeudstyr, understøtter sine designs med et ISO 9001 certificeret kvalitetssystem og mere end 200 produktions- og testmaskiner og leverer EPC-projekter til fuld mineralforarbejdning. Seneste arbejde spænder over hele kæden i fire trin: XCF-KYF16 flotationsmaskiner, 3.000 gange 3.000 blandetanke og et 9 meter fortykningsmiddel sendt sammen til en kalifabrik i Thailand; spodumen og lepidolite koncentratorer i Sichuan og Zimbabwe; zink-, molybdæn- og kobberkredsløb på tværs af Indre Mongoliet, Shaanxi og Guangxi; og saltsø-kaliprojekter i Qinghai og Laos.

Den praktiske fordel for en anlægsejer er enkelt ansvarlighed. Når møllen, klassificereren, flotationscellerne og fortykningsmidlet kommer fra ét ingeniørskop, forhandles gennemløbsgarantier én gang, reservedele deler en leveringstid, og idriftsættelsespersonalet har set flowsedlen, før de lander. Det gør ikke et projekt risikofrit - malme er altid fyldt med overraskelser - men det fjerner de selvforskyldte risici, som er dem, der koster mest.

Ofte stillede spørgsmål

Hvis du planlægger en ny koncentrator eller genopbygger en gammel, så tag de fire trin ind i diskussionen tidligt - ideelt set med et hovedassay, en målgennemstrømning og, hvor det er tilgængeligt, en laboratorierapport i hånden. Disse tre dokumenter lader en udstyrsingeniør skitsere en massebalance, foreslå den rigtige maskinklasse for hvert trin og markere de risici, der faktisk betyder noget for din malm, i stedet for at citere fra en brochure.

Vores ingeniører arbejder med kobber, zink, guld, fosfat, kaliumchlorid og lithiummalm fra første testarbejde til idriftsat anlæg, og vi er lige så glade for at gennemgå et eksisterende flowsheet som at designe et nyt. Send dine malmdetaljer, gennemløbsmål og slibningskrav, så vender vi tilbage med et trin-for-trin-forslag, som du kan holde imod ethvert andet tilbud.