鉱物加工の 4 つの段階の説明: 破砕から脱水まで

1 日に 10,000 トンの鉱石を処理する精鉱では、出荷される製品は 400 トン未満であることがよくあります。残りの 9,600 トン以上は岩石と水であり、一定の順序で砕き、分別し、分離し、排出する必要があります。その順序を、プラント設計者が鉱物処理の 4 段階と呼んでいます。チェーンの 1 つのリンクを逃すと、プラント全体がその代償を負います。不適切なサイズを粉砕するミルは浮遊選鉱セルを枯渇させ、沈殿が不十分な濃縮剤は水のコストを何年にもわたって上昇させます。

まずは短い答えから。鉱物処理の 4 つの段階は次のとおりです。(1) 粉砕。粉砕と粉砕が含まれます。 (2) サイジングと分類。 (3) 集中力。 （４）脱水。銅斑岩、硫化亜鉛、リン酸塩岩、カリ塩水、またはリチウム含有鉱石など、すべてのフローシートは、これら 4 つの段階から構築され、1 つの目標に沿って配置、ループ、調整されます。つまり、最初に貴重な鉱物を解放し、次にそれらを分離し、最後に水を取り出すということです。

各段階で特定の製品が次の段階に引き渡されるため、順序は交渉の余地がありません。浮遊選鉱では、岩石の中にまだ閉じ込められている粒子を回収することはできないため、サイズを小さくすることが最初に行われなければなりません。分級によってループを閉じないと、粉砕では安定したターゲット サイズを維持できないため、サイジングは粉砕と分離の間に位置します。また、湿った濃縮物は販売できず、移動コストも安くないため、脱水によって常にフローシートが閉じられます。プラントのパフォーマンスが低下した場合、経験豊富な冶金学者は試薬ベンチに触れる前にステージ間の引き継ぎを診断します。

鉱物加工の 4 つの段階の概要

うまく稼働している濃縮機であれば、一次破砕機から濃縮小屋まで歩くと、同じ 4 つの段階を同じ順序で通過することになります。機械は鉱石に応じて変わります。タイ海岸のカリ工場と内モンゴルの亜鉛工場は、設備は異なっていても、同じロジックを共有しています。下のストリップは、鉱石の粒子の典型的な移動を示しています。

2 つのループがその行の中に隠れています。分級により、過大な粒子がミルに戻されるため、粉砕回路では通常、新しい原料の 150 ～ 350% が循環負荷としてリサイクルされます。集中すると中鉱は再処理のために送り返されるため、浮遊選鉱回路は、クリーナー尾鉱とスカベンジャー尾鉱を逃亡する前に数回再処理します。したがって、フローシートは直線ではなく、直線を供給する制御されたループのセットであり、ループにはほとんどの設計ミスが隠れています。

この作業は鉱物処理、選鉱、または選鉱と呼ばれており、これらの用語は同じ分野を表しています。異なるのは強調です。砂金の操作は、自然がすでに金を解放しているため、粉砕を完全に省略し、選別、重力分離、および脱水のみを実行する場合があります。耐火性の金鉱石では、4 つの段階の後に浸出が追加される場合があります。 4段の骨組みを背骨として、目の前の鉱石に合わせて手足を付けたり外したりしていきます。

ステージ 1: 粉砕 - 粉砕と粉砕

粉砕が存在する理由は 1 つ、それは解放です。鉱石は、貴重な鉱物が物理的に廃棄物の中に閉じ込められた岩片として鉱山から出ます。市販されている分離機では、20 センチの斑岩の塊から黄銅鉱の結晶を取り出すことはできません。第 1 段階では、価値のあるミネラルが独立するまでその塊を破壊します。回収、試薬のコスト、増粘剤のサイジングなど、下流のすべてのことは、これがどれだけうまく行われるかによって決まります。

なぜ解放が目標を設定するのか

解放サイズは鉱石の特性であり、機器の特性ではありません。多くの斑岩銅鉱石では、黄銅鉱の粒子の直径はおよそ 50 ～ 150 ミクロンです。そのため、浮遊選鉱原料は通常、P80 (材料の 80% が通過するスクリーンの口径) 約 45 ～ 150 ミクロンまで粉砕されます。粉砕が粗くなり、粒子が固定されたままになるため、回収率が低下します。鉱石を実際に必要とするものより細かく粉砕すると、約 10 ミクロン未満のスライムが生成されます。スライムはゆっくりと浮遊し、余分な試薬を消費し、増粘剤への定着が悪くなります。プラントの経済全体がこれら 2 つの故障モードの間に位置するため、実験室での粉砕回復テスト作業が、本格的なプロジェクト計画の最初の項目となります。

ほとんどの工場では粉砕が最大の電力消費源であり、業界の推定では一般に、全鉱山における世界の発電量の数パーセントが粉砕によるものであると考えられています。このコストは、工場の管理者なら誰でも知っているルール、つまりできるだけ粉砕し、必要最小限の粉砕を説明するものです。破砕機で岩石を破砕するコストは、ミルで同じサイズの縮小を達成するのに比べて数分の一で済みます。

破砕と粉砕がどのように作業を分担するか

露天掘りの鉱石は直径 1 メートル近くのブロックで到着することがあります。粉砕は段階的に行われます。一次ジョーまたは回転式クラッシャーで約 150 ～ 250 mm、二次コーン クラッシャーで 25 ～ 75 mm、多くの場合、三次パスで 6 ～ 19 mm になります。各機械はパスごとにおよそ 3:1 ～ 6:1 の減速比を達成します。そのため、1 台の機械にすべてを依頼するのではなく、複数のチェーンクラッシャーを一緒にプラントします。

およそ 10 ～ 12 mm 未満では研削が優先されます。鉱石は水中で粉砕され、第一段階の粉砕には湿式グリッドタイプのボールミルが古典的な主力製品です。その格子排出プレートは、制御されたレベルでドラムからパルプを押し出し、ターゲットを通過して粉砕される前に粗大粒子を残します。再粉砕およびより細かい第 2 段階作業の場合、オーバーフロー排出ミルはパルプをより長く保持します。 2 つのどちらを選択するかは、カタログ上の決定ではありません。それは鉱石の粉砕目標と作業指数から直接導き出されます。このマシンの詳細なウォークスルー (メディアの充填、ライナーの選択、一般的な故障、メンテナンス ルーチン) が必要な場合は、湿式グリッド タイプ ボール ミルの操作とメンテナンスに関するガイドで詳細が説明されています。

購入前に確認しておきたい仕様

• 鉱石の硬度: 結合仕事指数 (kWh/t) を求めます。石灰岩などの柔らかい鉱石は 8 ～ 12 付近にあり、斑岩の銅および亜鉛鉱石のほとんどは 12 ～ 16 付近にあり、硬いタコナイト タイプの鉱石は 20 を超える場合があります。
• 飼料と製品のサイズ: 工場が受け入れなければならない最大飼料塊と、回路が供給しなければならない P80 (書面で記載)。
• スループットと負荷: 第一段階粉砕と再粉砕の時間当たりトン。同じ鉱石にはそれぞれ異なる機械が必要になる場合があるため。
• 鋼の消費量: 1 トン当たりの研削メディアとライナーのグラム数。研磨鉱石では電気代に匹敵する静かなコストです。
• トン当たりの電力: 設置されたモーターのキロワット数だけでなく、目標粉砕時の kWh/t を見積もります。

実際のサンプルでのテスト作業からこれら 5 つの数字に答えるサプライヤーは、2 倍のサイズのカタログ モデルを半額の価格で見積もるサプライヤーよりも価値があります。大規模な工場は資本を無駄にするだけではありません。負荷が低いミルはメディアとライナーをより早く破砕し、正しく負荷された小型のミルよりも粗く粉砕することさえあります。

ステージ 2: サイジングと分類

結論を先に言うと、分類は下流のあらゆるものに対する安価な保険です。ステージ自体は金属を回収せず、何も販売しません。どのサイズが前進し、どのサイズがさらなる作業のために戻るかを、粒子ごとに決定します。浮遊選鉱の結果が変動した場合、経験豊富な冶金学者が最初に探すのは通常、試薬棚ではなくサイクロンのオーバーフローです。

スクリーン、スパイラル分級機、液体サイクロン

2 つのファミリーの機器がこの仕事を行います。スクリーンは、一次破砕機を保護するグリズリースクリーンから 0.1 mm 近くの細かいスクリーンまで、乾燥して絞りによって機能します。分級機は湿式で水中での粒子の挙動によって動作するため、ボールミルの自然なパートナーとなります。スパイラル分級機は傾斜したトラフと回転スクリューを使用します。粗い砂は沈み、スクリューが砂をかき集めて上り坂のミルフィードに戻し、微粒子は次の段階にオーバーフローします。シンプルで送りサージに強く、メンテナンスも簡単です。そのため、中規模の回路や、切り込みが粗く送りが中程度である 2 段階研削フローシートで一般的に使用され続けています。

液体サイクロンには可動部品がまったくありません。スラリーは接線方向にポンプで注入されます。遠心力により、粗い粒子が壁に投げ込まれ、頂点から外に排出され、一方、細かい粒子は上部の渦ファインダーかららせん状に排出されます。直径、圧力、頂点および渦ファインダーのサイズを変更することで、オペレーターは約 5 ミクロンから 100 ミクロン以上までの任意の場所に分離カットを配置できます。サイクロンのアンダーフローは循環負荷 (通常は新しいフィードの 150 ～ 350%) としてミルに戻り、オーバーフローは安定した P80 で浮選フィードになります。

分類は解放の経済学も保護します。ターゲットの下にあるすべての粒子は電力を浪費し、回復が困難で脱水が遅いスライムになります。正しい切断サイズ、一貫した密度、切断が歪む前に摩耗部品を交換するなど、ループをしっかりと保つことは、集光器の中で最も魅力的ではなく、最も収益性の高い分野の 1 つです。試運転日だけでなく、分級機またはサイクロン パッケージが磨耗時にどのように傷を保持しているかをサプライヤーに尋ねてください。その答えは、機器ベンダーと真のプロセスパートナーを区別します。

ステージ 3: 濃縮 - 脈石から価値のあるミネラルを分離する

集中するとお金が現れます。飼料は多くの場合パーセント単位で測定されるグレードで供給され、出荷する価値のある製品として出荷されます。通常、銅精鉱は Cu 20 ～ 30%、亜鉛精鉱は Zn 45% 以上で、回収によって鉱山の事業計画が実際に機能するかどうかが決まります。 4 つの段階すべてが重要ですが、これは化学、物理学、機械設計が最も目に見える形で交わる段階です。

泡浮選: 業界の主力製品

浮遊選鉱は単純な表面特性を利用します。適切な試薬を使用すると、貴重な鉱物粒子が濡れることを拒否し、代わりに気泡に付着し、泡の中に乗り上げ、濃縮物としてすくい取られます。試薬はいくつかの役割に分類されます。コレクターはターゲット表面を疎水性にし、泡立て剤はバブルブランケットを安定させ、石灰やその他の調整剤は pH を設定し、抑制剤または活性剤は個々のミネラルのオンとオフを切り替えます。何かが機能する前に、スラリーは化学的性質を適切に満たす必要があります。これがコンディショニングの仕事です。試薬混合タンクまたは高濃度混合タンクでは、試薬に数分間の接触時間を与え、最初のセルが化学的な驚きではなく処理済みパルプを受け取るようにします。

実稼働回路はこれをバンクのループとして実行します。粗い細胞は高速で大量の回収を行います。スカベンジャー細胞は、粗い尾鉱から残りを絞り出します。クリーナーセルは粗精鉱を再洗浄してグレードに達し、その尾部はヘッドにリサイクルされます。グレードとリカバリーはすべてのバルブで相互にトレードし、オペレーターの反射神経ではなく、回路レイアウトがそのトレードがどこで落ち着くかを決定します。

機械の選択は粒子サイズとトン数に応じて行われます。自吸式の SF、JJF、BF タイプの機械は、独自の空気とスラリーを吸引し、ポンプの数を減らし、レイアウトをシンプルにする中規模のプラントに適しています。大型セルおよび粗いまたは濃厚な供給の場合、XCF および KYF タンク機械は共通のブロワーで動作します。KYF セルは低出力で強力な空気分散を実現しますが、XCF セルはバンク間のスラリーの吸入を処理するため、補助ポンプなしでライン全体が水平に流れます。粗粒度の作業には、重い粒子を懸濁状態に保つ CLF タイプの機械が必要です。

改修により、その影響が明確に示されます。雲南省で行われた 1 日あたり 3,000 トンの亜鉛浮遊選鉱のアップグレードでは、古い銀行をより大型のタンク機械に置き換え、分類を厳格化することで、冶金学者は安定した P80 を扱​​うことができ、その後回復が続きました。亜鉛浮遊選鉱の技術改革のようなプロジェクトでは、鉱石が変わることはほとんどありません。 4 つのステージがどのように一貫して相互に受け渡すかを変更します。

浮力が答えではない場合: 重力、磁気、静電分離

浮遊選鉱は硫化物や多くの工業用鉱物の主流を占めていますが、他の 3 つのファミリーは物理学の方が適した場所を獲得しています。重力分離は、治具、振動台、スパイラル濃縮装置の密度差を利用します。トンあたりのコストが安く、粗い金、錫石、クロム鉄鉱、重鉱物砂の処理に優れていますが、粒子が細かくなると効率が低下します。磁気分離は磁鉄鉱鉄鉱石の根幹であり、ドラム分離機では通常 90% 以上の磁鉄鉱が回収され、高強度バージョンではこの方法が赤鉄鉱とイルメナイトに拡張されています。静電分離により、乾燥したビーチ砂の回路内で導体と不導体が分離され、両方とも非磁性であるルチルとジルコンが分離されます。

ステージ 4: 脱水 - 増粘剤、フィルター、水の回収

脱水はハウスキーピングのように見え、プロフィットセンターのように機能します。固形分 30% の浮遊選鉱原料には、鉱石 1 トン当たり 2 トン以上の水分が含まれます。その水が濃縮物と尾鉱とともに出た場合、工場は汲み上げ、処理し、交換の費用を支払わなければなりません。回収して返送すると、同じ水が何年も回路に供給されます。乾燥した鉱山地域では、水の回収は持続可能性の項目ではなく、運営ライセンスが必要です。

とろみをつけると、最初にほとんどの水分が戻ります

増粘剤は面倒な作業を行います。希釈されたスラリーが大きなタンクに入り、凝集剤が微粒子を結合して急速に沈降するクラスターを形成し、きれいな水が再利用のためにリムから溢れ出し、レーキが沈降した床を中央排出口に押し出します。中央ドライブを備えた従来の濃縮装置 (ほとんどの中型濃縮装置で使用される構成) は、通常、固形分 20 ～ 35% の原料を受け取り、固形分 50 ～ 70% のアンダーフローを供給し、オーバーフローをプロセス水として戻します。増粘剤のサイズを決定することは、沈降テスト作業の練習です。1 日あたりのトン当たりの面積は、カタログ上の楽観主義ではなく、凝集固体が実際に沈降する速度によって決まります。

同じ論理が尾鉱にも当てはまります。尾鉱が工場から出る前に固形分が 55 ～ 70% になるまで濃縮すると、尾鉱施設が縮小され、浸透のリスクが軽減され、水を池の下に埋めるのではなく回路内に留めることができます。多くの新しいプロジェクトでは、尾鉱濃縮装置は濃縮濃縮装置と同時に設計されています。これは、両方とも同じ沈降データを利用しているためです。

濾過と乾燥: すぐに走行可能

ろ過により濃縮物が完成します。真空ディスクおよびドラム フィルターは通常、銅または亜鉛の精鉱を 8 ～ 15% の水分帯に持ち込み、圧力フィルターは仕様が厳しい場合はより低くなり、セラミック ディスク フィルターは微細で価値の高い精鉱に適しています。出荷される濃縮物のほとんどは、輸送安全規則で設定された 8 ～ 12% の範囲の水分制限内で輸送されるため、フィルターは製品が販売される前の最後の品質ゲートとなります。燃料は濾布よりも高価であるため、フィルターが仕様に達しない場合にのみ加熱乾燥が追加されます。

見落とされがちなポイントは、脱水性能が上流にまで及ぶことです。リサイクルされた水には溶解した試薬と塩が含まれており、ループが閉じると水の化学的性質が変化し、浮選選択性が変化する可能性があります。勾配や回収と並行して戻り水の質を監視するプラントは、運転開始から数か月後に発生する緩やかなドリフトを回避します。

4 つのステージがどのように相互にバランスをとるか: マスバランスの例

まず結論として、4 つのステージは 4 つの個別の購入ではありません。それらは 4 つのジョブに分割された 1 つのマスバランスです。それを確認する最も簡単な方法は、中規模の銅工場での単純な演算です。

銅 1.0% の 1 日あたり 10,000 トンの飼料には、100 トンの金属が含まれます。 90% の回収率では、90 トンが濃縮物に供給されます。精鉱が 25% の銅を選別した場合、1 日の生産量は 360 トンとなり、およそ 9,640 トンの尾鉱が残りの 10 トンの銅を保持したままプラントから排出されます。 4 つの段階のそれぞれがこれらの数値に表れます。粉砕コストと粉砕サイズは、プラントがどれだけ 90% に近い回収率を得ることができるかを設定し、分類の安定性はその回収率がシフト全体で維持されるかどうかを決定し、濃縮装置は 25% の等級を設定し、脱水は 30% 固形分で毎日使用される 23,000 トンを超える水のうちどれだけが戻ってくるかを決定します。

双方向のやり取りを読んでください。より細かく粉砕すると、遊離性と潜在的な回収率が向上しますが、エネルギーコストとスライムが増加し、浮遊と濃厚化の両方に負担がかかります。粗く粉砕すると電力が節約され、増粘剤の運転が速くなりますが、価値が尾鉱に漏れます。上流での希釈率が高いと浮遊はスムーズになりますが、増粘剤が多く含まれます。アンダーフローが厚いと脱水は容易になりますが、粗大粒子がセルに漏れる危険性があります。どの段階も単独で調整することはできません。そのため、経験豊富な設計者は、単一のタンクを溶接する前に紙の上で質量バランスを決定します。

あらゆる段階での機器に関する購入者のチェックリスト

鉱物加工における調達の失望のほとんどは、同様のいくつかのギャップに遡ります。他人の鉱石で行われたテスト作業、モーターのサイズとして見積もられたエネルギー、最初の故障まであいまいなサービス条件などです。以下のリストは、4 つの段階をどのサプライヤーにも質問できる質問にまとめたものです。

1. 最初にアッセイと鉱物学を実行します。遊離サイズがフローシート全体を決定するため、どの鉱物に価値があるのか​​、その粒径、脈石とどのように混ざり合うのかを把握してください。
2. サンプルのテスト作業を要求します。 「同様の」鉱床ではなく、貴社の鉱石に対するベンチスケールの粉砕、沈降、浮選試験は、購入できる最も安価なリスク軽減策です。
3. マシンのクラスを任務に合わせます。第一段階粉砕のグリッド排出と再粉砕のオーバーフロー。カットに合わせてスパイラル分級機または液体サイクロンを使用します。トン数と粒子サイズに合わせて自吸式または吹き込みセルタイプを選択できます。
4. キロワットではなく、トン当たりのエネルギーを比較します。粉砕だけで工場の電力の半分が消費される可能性があるため、目標粉砕時のkWh/tとライフサイクル電力の見積もりを尋ねてください。
5. 摩耗部品の価格を決定します。メディア、ライナー、サイクロンコンポーネント、濾布、レーキ歯は繰り返し発生するコストです。消費率とリードタイムを書面で確認します。
6. 水ループを確認してください。テストワークを確定せずに引用された増粘剤は推測です。オファーの後に、1 日あたり 1 トンあたりの沈降面積を求めます。
7. 設置と試運転を契約に含めます。実際の現場経験を持つサプライヤーは、納品スケジュールだけでなく、監督、試運転サポート、オペレーターのトレーニングにも尽力します。
8. 同じ鉱物科を持つ参考植物を尋ねてください。同様のトン数で同様の鉱石を発注したベンダーは、お客様がまだ満たしていない問題を回避して設計します。

そのうちの 2 つは強調する価値があります。この記事のすべての経験則は鉱物学に影響を与えるため、実際の鉱石のテスト作業については交渉の余地がありません。また、試運転サポートは、機器サプライヤーとプラント建設業者を区別します。新しい濃縮装置の最初の数週間で、何年もの間その動作習慣が決まり、経験豊富な試運転スタッフが悪習慣の形成を防ぎます。

フローシートからプラントの稼働まで: 各段階を一緒に計画するのが最適な理由

1 つのチームが作成したフローシートと、他の複数のチームから購入した機器は、現場で初めて遭遇する傾向があります。そこではインターフェースの問題が発生し、費用が高くなります。分級機の供給に適合しない工場の排出、他人のスラリーに合わせたサイズの増粘剤、3 つの方言を話す制御システムなどです。エンジニアリング、調達、建設の納品は通常 EPC と短縮され、これらの継ぎ目を取り除くために存在します。一方の当事者がテスト作業から試運転までのマスバランスを実行するため、4 つのステージは事後的に組み立てられるのではなく、相互に対照して設計されます。

このモデルは、機器を自社で製造するメーカーに適しています。杭州から約 70 キロメートル、鉄道と高速道路で港に接続されている浙江省祝吉にある当社の工場は、湿式プロセスの濃縮および混合装置に数十年を費やし、ISO 9001 認定の品質システムと 200 台を超える生産および試験機でその設計を裏付け、完全な鉱物処理 EPC プロジェクトを提供しています。最近の作業は 4 段階のチェーン全体に及びます。XCF-KYF16 浮選機、3,000 x 3,000 の混合タンク、および 9 メートルの濃縮機がタイのカリ工場向けに一緒に出荷されました。四川省とジンバブエのスポジュメンとレピドライトの濃縮施設。内モンゴル、陝西、広西にわたる亜鉛、モリブデン、銅の回路。そして青海省とラオスの塩湖カリプロジェクト。

プラント所有者にとっての実際的な利点は、単一の責任を負うことです。ミル、分級機、浮遊選鉱セル、および濃縮機が 1 つのエンジニアリング範囲から構成されている場合、スループットの保証は一度に交渉され、スペアパーツにはリードタイムが共有され、試運転作業員は着陸前にフローシートを確認します。だからといって、プロジェクトにリスクがなくなるわけではありません。鉱石は常に驚きに満ちています。しかし、最もコストがかかるリスクである自ら招いたリスクは排除されます。

よくある質問

新しい濃縮装置を計画している場合、または古い濃縮装置を再構築する場合は、理想的にはヘッドアッセイ、目標スループット、および入手可能な場合は検査レポートを用意して、4 つの段階を早い段階で議論に持ち込んでください。これら 3 つの文書を使用すると、機器エンジニアはカタログから引用する代わりに、質量バランスを概略的に示し、各段階に適切な機械クラスを提案し、鉱石にとって実際に重要なリスクにフラグを立てることができます。

当社のエンジニアは、最初のテスト作業から試運転プラントまで、銅、亜鉛、金、リン酸塩、カリ、リチウム鉱石を扱います。新しいフローシートを設計する場合と同様に、既存のフローシートを喜んでレビューします。鉱石の詳細、スループット目標、粉砕要件を送信していただければ、他の提案に対抗できる段階ごとの提案を返信いたします。