Дробление, помол и классификация

2. Процессы обогащения

Дробление, помол и классификация

1.1 Технологический процесс

Этап 1: Карьерное сырье (18-22% P₂O₅) грубо дробят до -150 мм в челночном дробилке, при этом процесс обогащения не проводится. Дробленное продукция транспортируется ленточным конвейером, оснащенным устройствами для удаления железа и подавления пыли. Цель этого этапа – первоначальное дробление добытых крупных кусков руды (≤500 мм) до размера частиц, подходящего для последующего вторичного и тонкого дробления (-150 мм). Суть этого этапа – уменьшение физического размера; практически нет обогащения или изменения качества, он служит лишь подготовкой к последующим операциям.

Этап 2: Грубо дробленное продукция поступает в замкнутый цикл двухступенчатого конического дробления и просеивания, в результате которого получается годное дробленное рудо размером -12 мм. В процессе удаляется часть низкокачественной пустой породы размером +25 мм (содержание P₂O₅ в руде <6%)

Этап 3: Годное дробленное рудо помалывают в замкнутом цикле шаровой мельницы и классификации до тонкости, при которой 55-60% частиц имеют размер -0,074 мм, получая переливную пульпу с содержанием P₂O₅ 21-25% и MgO ≤1,0%. Помол дополнительно диссоциирует минералы, обеспечивая подачу руды с требуемым размером частиц и качеством на последующую флотацию. Цель этого этапа – помол тонко дробленного годного продукта до размера частиц, необходимого для мономерной диссоциации минералов, и обеспечение требуемого размера частиц за счет классификации. Этот этап является ключевым для достаточной диссоциации минералов, обеспечивая подачу пульпы с требуемым размером частиц, концентрацией и качеством на последующую флотационную операцию, где сортировка минералов осуществляется по различиям поверхностных свойств.

Рисунок 1: Схема дробления и просеивания фосфатного руды

Не все фосфатные руды проходят через все три этапа. Требуется ли для фосфатного руды полный трехэтапный процесс «грубое дробление – вторичное дробление – помол», зависит от требуемого размера подаваемого сырья и свойств руды:

• Одноэтапный процесс: Для мягких фосфатных руд с размером частиц ≤300 мм, содержанием P₂O₅ 24-30% и небольшим глинистым обволакиванием руду дробят до 50 мм, затем удаляют грязь барабанным мойкой. Просеивание до 0-10 мм позволяет непосредственно получить коммерческую порошкообразную руду.

• Двухэтапный процесс: Для фосфатных руд с содержанием P₂O₅ 18-22%, размером включений 0,2-0,5 мм, высоким содержанием SiO₂ и низким MgO после дробления до 12 мм удаление отбросов тяжелосредным циклоном или спиральным концентратором позволяет получить концентрат с качеством 26-28% без использования шаровой мельницы.

• Трехэтапный процесс: Фосфатные руды с содержанием P₂O₅ менее 22%, размером апатита <0,1 мм и ассоциированными с карбонатами/силикатами требуют последующей флотации. Перед флотацией руду необходимо помолоть до тонкости, при которой более 55% частиц имеют размер -0,074 мм, чтобы получить концентрат с качеством более 30%. Поэтому необходимо выполнить полный процесс дробления → конического дробления → шарового помола.

1.2 Необходимое оборудование и параметры

Процесс дробления, помола и классификации фосфатного руды оснащен следующим оборудованием: челночное дробилко (PV510×850) для грубого дробления, дисковой питатель (D-1800) для подачи сырья, коническое дробилко (SH90C) для вторичного дробления, двухярусный круговой вибросито (YK1860) для просеивания и ленточный конвейер для возврата руды (B650) для транспортировки возвратной руды; секция помола оснащена шаровой мельницей для руды (MQY4060); классификация осуществляется высокоэффективным спиральным классификатором (FG-20). Кроме того, пульпный насос (6/4D-AH) может помогать в транспортировке материалов.

Рисунок 2: Оборудование и параметры для дробления фосфатного руды

1.3 Обработка трех видов отходов

Сточные воды образуются в основном при мойке, промывке цехов и оборудования, а также бытовыми стоками, содержат в основном кислоты и тяжелые металлы. Применяются технологии нейтрализации и осаждения; сточные воды от производства нитратов после обработки повторно используются. Отходящие газы образуются при сушке и дроблении, содержат SO₂ и пыль, и очищаются в десульфуризационных башнях и адсорбции на активированном угле; SO₂, образующийся при кислотлении фосфатного руды, обрабатывается для восстановления серных ресурсов. Твердые отходы образуются при дроблении и шаровом помоле фосфатного руды, включая гипсовые шлаки и отходы обогащения, которые утилизируются путем складирования и производства кирпича; гипсовые шлаки могут использоваться для изготовления кирпичей, а отходы после обработки – для забивки шахт или производства удобрений.

Рисунок 3: Трех видов отходов, образующихся при дроблении, помоле и классификации фосфатного руды

1.4 Энергопотребление

• Энергопотребление дробильного оборудования: При первичном дроблении добытой фосфатной руды нормативное энергопотребление челночного дробилка составляет обычно 10-15 кВт·ч на тонну дробленной руды. Другие типы дробильного оборудования, такие как конические дробилки, имеют разные нормативы энергопотребления в зависимости от их характеристик и производительности, как правило, колеблющиеся в разумных пределах.

• Энергопотребление помола и классификации: Нормативное энергопотребление помольного оборудования, такого как шаровые мельницы, составляет обычно 20-30 кВт·ч на тонну помолотой фосфатной руды. Постоянно появляются новые технологии и оборудование для помола, направленные на снижение энергопотребления на этом этапе.

2. Процессы обогащения

2.1 Очистка от грязи и деслиминг

Оборудование для очистки от грязи включает в основном процессы мойки руды, деслиминга классификацией циклонами и повторного деслиминга просеиванием. Конкретная технологическая схема показана на рисунке:

Руда с качеством 18%-28% после классификации по размеру частиц распределяется ленточным конвейером по желобовому мойке, первая классификация проводится по сита с ячейкой 3,5±0,5 мм. Мелкая руда размером <4 мм récupерируется как руда для кислотного процесса, а перелив размером >4 мм поступает в загрузочную часть мойки руды, транспортируется лентой на последующие процессы просеивания, дробления и повторного деслиминга, в результате чего в конечном итоге получается руда для желтого фосфора (крупный размер частиц) и руда для кислотного процесса (мелкий размер частиц) с качеством 28%.

Рисунок 4: Технологическая схема очистки от грязи и деслиминга фосфатного руды

Основное оборудование на этапе очистки от грязи и деслиминга включает в общей сложности 9 комплектов: желобовой мойка (2200×8400) для интенсивной очистки от грязи, линейное сито (2SUL1.5×3.0AT) для мокрого классифицирующего просеивания, трехступенчатая группа циклонов (Φ350×4, Φ200×7, Φ125×15) для ступенчатого деслиминга, осушительные сита №1 и №2 для осушения с целью получения концентрата, утолщитель плюс 6 фильтр-прессов для обработки шламной воды руды и рециркуляции воды для циркуляции.

Рисунок 5: Основное оборудование на этапе очистки от грязи

Все три вида отходов, образующихся на этапе очистки от грязи и деслиминга фосфатного руды, повторно используются или утилизируются на месте в соответствии с экологическими требованиями: сточные воды от очистки от грязи после осаждения повторно используются, технологические сточные воды не сбрасываются; отходы направляются на сухое складирование, а фильтрат также повторно используется после осаждения; неорганизованная пыль контролируется путем сбрызгивания воды для подавления пыли; шум оборудования снижается за счет мер по демпфированию и шумоподавлению; твердые отходы и бытовой мусор складируются отдельно или направляются на мусороперерабатывающую станцию.

Рисунок 6: Сброс трех видов отходов при методе очистки от грязи и деслиминга

2.2 Тяжелосредное обогащение

Чтобы избежать снижения эффективности разделения и увеличения стоимости, вызванных мелкими частицами, только крупная фракция низкокачественной коллофановой руды после дробления и просеивания поступает на тяжелосредное разделение. После просеивания крупномерное сырье (+8 мм) поступает в безнапорный трехпродуктовый тяжелосредный циклон для разделения. На первом этапе разделения (точка подачи руды) плотность разделения обычно контролируется на уровне около 2,80 г/см³, и удаляемые отходы представляют собой низкоплотную сланец; система второго этапа разделения обеспечивает бесступенчатую онлайн регулировку, повторно концентрируя тяжелую среду до плотности разделения 2,90 г/см³, разделяя апатитовые зоны от доломитовых зон с небольшой разницей плотности 2,80~2,90 г/см³. Концентрат и отходы тяжелой среды очищаются от среды на сите для удаления среды, превращаясь в финальный концентрат и отходы; отходы повторно просеиваются для получения рудного песка с содержанием P₂O₅ около 20%, который объединяется с мелкомерным сырьем исходной руды для récupерации продукции.

Рисунок 7: Технологическая схема тяжелосредного обогащения

Рисунок 8: Свойства руды и среды

Суть этапа тяжелосредного обогащения фосфатного руды – разделение апатита от доломита в узком диапазоне плотности 2,80-2,92 г/см³. Ключевое оборудование – группа безнапорных трехпродуктовых тяжелосредных циклонов (Φ600-Φ750 мм, 60-120 т/ч), дополненная утяжелителем в виде магнетитовой порошок размером -0,045 мм, криволинейным ситом для удаления среды, двухбарабанным магнитным сепаратором мощностью 180 мТл, автоматической системой контроля плотности на основе ядерного плотномера FB-2300, а также насосами для годной/разбавленной среды и циклом предварительного просеивания и дробления, обеспечивающими содержание P₂O₅ в концентрате >28,4%, в отходах ≤10%, общий коэффициент récupерации более 83% и расход среды <0,5 кг/т.

Рисунок 9: Оборудование и параметры для тяжелосредного обогащения

- Сточные воды: Образуются из циркуляционной жидкости среды и промывной воды для удаления среды, после ступенчатой нейтрализации для удаления тяжелых металлов и осаждения-биохимического разложения органических веществ повторно используются (коэффициент циркуляции >90%), соответствуя нормам сброса;
- Твердые отходы: Включают осадок обогащения и шлам фильтр-пресса, среда récupерируется магнитным разделением (коэффициент récupерации >98%), отходы после утолщения и фильтрования под давлением (влажность <12%) складируются или используются с учетом ресурсности (например, для производства водного стекла, забивки);
- Отходящие газы (пыль): Образуются при дроблении и просеивании, контролируются мешковым очищением от пыли + мокрым сбрызгиванием для подавления пыли и замкнутой трубопроводной системой, выброс пыли ≤10 мг/м³, соответствуюя экологическим требованиям.

Рисунок 10: Трех видов отходов при тяжелосредном обогащении

2.3 Флотация

Флотация – наиболее широко используемая технология при обогащении фосфатного руды. Флотационные процессы делятся на прямую флотацию, обратную флотацию и двухступенчатую флотацию (прямо-обратную флотацию, обратно-прямую флотацию и двойную обратную флотацию).

• Прямая флотация: Прямая флотация фосфатного руды проводится в щелочных условиях (pH 9-10), в основном используются депрессанты для ингибирования силикатных пустых пород, тем самым разделяя и получая целевой минерал – фосфатный концентрат, при этом технологическая схема относительно проста.

• Одноступенчатая обратная флотация: Одноступенчатая обратная флотация обычно требует регулирования pH пульпы до 4-6; после добавления депрессантов фосфатных минералов используются анионные коллекторы для всплытия карбонатных пустых пород с целью снижения содержания Mg в фосфатном концентрате. Этот процесс простой и низкозатратный, с зрелой технологией промышленного производства, в основном подходит для флотации известковых фосфатных руд.

• Двухступенчатая флотация: Двухступенчатая флотация использует разные реагенты в разных средах для удаления кремния и снижения содержания магния, распространенные процессы включают прямо-обратную флотацию, двойную обратную флотацию и обратно-прямую флотацию. Процесс прямо-обратной флотации более сложный, чем прямая флотация и одноступенчатая обратная флотация, с большим количеством типов и расходом флотационных реагентов, что приводит к повышенным расходам на обогащение; однако он обладает высокой адаптивностью и способствует récupерации низкокачественных руд. Обратно-прямая флотация часто используется для обогащения кремне-кальциевой смешанной коллофановой руды.

Рисунок 11: Технологические схемы прямой и обратной флотации

Рисунок 12: Три технологические схемы двойной флотации

Рисунок 13: Сравнение пяти типов флотации

Основное оборудование (флотационная машина, утолщитель, фильтр-пресс) практически одинаково для пяти процессов, но количество флотационных ступеней в технологической схеме определяет количество требуемых флотационных машин и сложность цикла регулирования pH и системы приготовления реагентов. Прямо-обратная, обратно-прямая и двойная обратная флотация требуют двух-трех ступеней флотации, что соответствует дополнительным капиталовложениям около 30-50% в трубопроводы, насосные станции и системы управления.

Рисунок 14: Оборудование и параметры для пяти методов флотации

По мере перехода флотационного процесса от «прямой → обратной → прямо-обратной/обратно-прямой → двойной обратной» количество трех видов отходов и сложность их обработки постепенно увеличиваются: прямая флотация образует только щелочные сточные воды и низкокремнистые отходы, обработка которых самая простая; обратная флотация требует нейтрализации и башен для удаления кислоты из-за использования кислот; прямо-обратная/обратно-прямая флотация образует двухступенчатые щелочные и кислые сточные воды, а также два типа отходов, требуя двойной системы нейтрализации с нагрузкой на обработку в 1,5-2 раза больше, чем при прямой флотации; двойная обратная флотация включает последовательное добавление кислоты дважды, образуя наибольшее количество отходящих газов, требующих многоступенчатого удаления кислоты; сточные воды имеют наибольшее химическое потребление кислорода и взвешенные вещества; общее количество трех типов отходов наибольшее, но содержание MgO и SiO₂ в шлаке значительно снижено, что более благоприятно для последующей безопасной захоронки или забивки, в результате чего общие инвестиции в охрану окружающей среды наибольшие.

Рисунок 15: Три вида отходов при пяти типах флотации

Увеличение энергопотребления обусловлено главным образом увеличением времени флотационной операции, дополнительным добавлением реагентов и повторным помолом, требуемым в некоторых процессах. Поэтому чем сложнее процесс, тем выше энергопотребление на единицу продукции.

Рисунок 16: Энергопотребление различных флотационных процессов

2.4 Сравнение процессов обогащения

• Очистка от грязи и деслиминг: Обрабатывает глинистые выветренные фосфатные руды путем очистки от грязи, деслиминга и классификации просеиванием, процесс простой, производство открытое, без загрязнения реагентами, но качество и коэффициент récupерации фосфатного концентрата низкие.

• Тяжелосредное обогащение: Использует тяжелосредные циклоны как оборудование для разделения и магнетит как утяжелитель, применяет процесс мойки руды и деслиминга + одной грубой и одной очистной флотации, низкое загрязнение и хорошие показатели обогащения для крупнозернистых фосфатных руд, но не подходит для мелкозернистых включений фосфатных руд.

• Флотация: Включает различные процессы, такие как прямая флотация и обратная флотация, является основным методом обогащения фосфатного руды, подходит для сложных и трудновывелимых фосфатных руд с хорошими показателями продукции.

Рисунок 17: Область применения, преимущества и недостатки трех процессов обогащения

2.5 Показатели производительности

• Продукт флотации фосфатного руды: P₂O₅ (сухой вес) 29%-35% (до 36%-38% при двухступенчатой флотации), коэффициент удаления MgO 85% (0,6%-1,0%), SiO₂ можно снизить до ≤0,5%, размер частиц 5-50 мм, влажность 10%-12%.

• Сырье для желтого фосфора (электропечи метод): Требуется P₂O₅≥30%, MgO≤2%, SiO₂/CaO ≤0,2 (SiO₂ обычно ≤5%), F≤0,5% и т.д., размер частиц такой же, как у флотационных продуктов.

• Сырье для мокрого процесса получения фосфорной кислоты: Требуется P₂O₅≥28% (высокое качество позволяет снизить расход кислоты), MgO≤2%, SiO₂<5% и т.д., влажность ≤5% (сухой вес).

Рисунок 18: Показатели производительности обогащенного фосфатного руды