某铀矿山磨矿分级系统改造及应用研究

刘会武，黄永，周玉强，刘忠臣，师留印，贾秀敏，杨剑飞，向秋林

(1.核工业北京化工冶金研究院，北京 101149；2.西安中核蓝天铀业有限公司，西安 710500)

矿石中有价矿物单体的充分解离是实现有价金属有效回收的前提。常规铀矿加工工艺一般根据矿石性质特点和所采取的选冶工艺，由破磨、选冶试验确定合适的矿石解离粒度。工业生产时一般经过粗碎、中碎、细碎等工序将采出的原矿石破碎到10～20 mm，再通过磨矿工序使矿石达到工艺要求的粒度，保证选冶工艺技术经济指标。

某铀矿山原处理矿石为碎裂蚀变斑状花岗岩，采用三段一闭路破碎-球磨机和螺旋分级机组成闭路磨矿的破磨工艺，最终矿石磨矿产品粒度为-0.015 mm。随着易加工处理的破裂蚀变斑状花岗岩型铀资源的不断消耗，拟开采难处理的角砾岩型铀矿石。角砾岩型矿石的硬度大、矿物呈微细粒嵌布，要达到满意的铀回收指标，需提高矿石的破磨细度。因此，在现有破磨工艺流程和设备的前提下，进行了磨矿工艺过程分析和磨矿工业试验，以确定最佳的磨矿工艺条件，满足矿石浸出工艺对矿石粒度的要求。

1 磨矿分级配置分析

磨矿分级工序由1台φ1 500 mm×3 000 mm格子型球磨机和1台FLG-1200型高堰式单螺旋分级机组成闭路磨矿分级系统。原磨矿产品粒度控制为-0.015 mm(-0.074 mm占比66%)，而由于硅质构造角砾岩矿石硬度大、致密、铀矿物粒度极小(粒径为0.01～0.05 mm)，浸出工艺要求磨矿产品粒度控制在-0.074 mm占比85%以上。因此，需对磨矿分级系统配置和工艺参数进行调整、优化，满足后续浸出工序对矿石粒度要求，保证磨矿系统生产效率。

2 磨矿分级配置优化

2.1 磨矿进料粒度优化

根据多碎少磨的破磨理论，破碎属于制约性过程，破碎机内矿石破碎概率约为50%～100%；而磨矿属于随机性过程，球磨机中矿石破碎概率低于10%。据统计，三段矿石破碎的能耗总和为1.1～5.3 kW·h/t，而破碎产品磨至0.074 mm矿粉的能耗为31～46 kW·h/t，磨矿能耗为破碎能耗的10倍左右。此外，如果磨机给矿粒度减小，矿石粒度分布范围变窄，还可以减少磨机内钢球配置规格种类，提高矿石磨矿概率，提高磨矿效果。因此，减小球磨机给矿粒度，不仅可提高球磨机生产能力，同时可减少其能耗及钢球消耗，整体提升破磨工序增产降耗效果[1-2]。

结合矿石生产实际情况，原矿山生产采用堆浸—搅拌浸出联合提铀工艺，即：破碎后矿石筛分—粗粒级矿石堆浸—离子交换提铀；细粒级矿石磨矿—搅拌浸出—固液分离—萃取提铀。配置的破碎系统较磨矿系统处理能力大，因此，有条件调整破碎工艺参数，减小球磨机进料矿石粒度，实现“多破少磨”。为此，对破碎系统三段破碎机的出料口宽度进行了调整，并将15 mm筛网更换为12 mm筛网，减少球磨机进料矿石粒度。

2.2 球磨机钢球配比优化

根据磨矿理论及经验可知：粗矿料需要大直径钢球研磨，细矿料需小直径钢球研磨；大直径钢球的装填比例大致和粗矿粒的百分率相当，小直径的装填比例和细矿粒的百分率一致。目前，球磨机装填最大钢球直径国内外多采用段式球径半理论公式估算，再结合实际矿料性质进行校核和调整。在此基础上，根据矿石进料的粒级分布确定不同直径的钢球配比[3-4]。

根据给矿粒度变化，通过分析、计算，将球磨机钢球配比由φ100 mm、φ80 mm、φ60 mm、φ40 mm钢球分别占30%、25%、25%、20%调整为φ100 mm、φ80 mm、φ60 mm、φ40 mm钢球分别占20%、20%、30%、30%，以适应进料中粗粒级矿石比例的减少，增强矿石的研磨效率。

2.3 螺旋分级机结构优化

影响螺旋分级机分级效果的因素有矿石性质、分级面积、螺旋分级机给料矿浆浓度等。矿石性质主要是指矿石的密度、粒度和含泥量。矿石密度越大螺旋分级机生产能力也越高；而矿石的粒度组成和含泥量主要是影响矿浆黏度，随着矿浆黏度的升高，使矿粒沉降速度降低，从而降低分级处理能力和分级精度。分级面积的大小影响分级机处理能力并决定分级粒度，通过增大分级槽宽度、提高溢流堰高度或减小槽体角度都可以使分级机面积增大，从而提高分级机处理能力，减小分级粒度[5-6]。螺旋分级机给料矿浆浓度也会对分级粒度和处理能力产生较大的影响。

由于分级设备宽度和槽体角度不可变，可以适当提高分级机溢流堰高度，改善分级机分级效果。通过观察分级机内矿浆高度及试验，将螺旋分级机溢流堰高度增加50 mm，有效提高了分级机的分级效果。

3 磨矿分级联动工艺试验

3.1 溢流矿浆质量分数对磨矿产品粒度的影响

在保持一定的分级处理能力条件下，分级机进料矿浆浓度对矿石分级粒度和处理能力的影响存在一个临界值。矿浆浓度过大，颗粒的沉降速度小，使溢流矿浆粒度变粗；而矿浆浓度过小，又会造成分级机矿浆流速过快，同样造成粗颗粒来不及沉降流出。因此，需要通过试验确定合理的分级机进料矿浆浓度。在矿石给料速度一定时，分级机进料浓度由球磨机进口加水量和球磨机出口加水量控制。受限于球磨机适宜的磨矿浓度，一般通过控制球磨机出口加水量，调节进入分级机的矿浆浓度。在进料速度4.25 t/h、磨矿质量分数66.9%条件下，分级机溢流液矿浆质量分数对磨矿产品粒度的影响如图1所示。

图1分级机溢流矿浆质量分数对磨矿产品粒度的影响

从图1可看出：溢流矿浆质量分数降低，可以显著提高磨矿产品细度。但溢流矿浆质量分数过低，一方面将会加快分级机内矿浆流速，对沉降分级产生负作用；另一方面还会影响后续中性矿浆浓密工序。综合考虑，溢流矿浆质量分数控制在20%～25%，可保证分级溢流矿浆中-0.074 mm粒级占比90%以上。

3.2 磨矿矿浆质量分数对磨矿产品粒度的影响

对磨矿过程分析可知，球磨机内矿浆越浓，黏性就越大，流动性较差，在磨机内的停留时间就越长；同时浓矿浆中含的固体矿粒较多，被钢球研磨的物料也较多，有利于矿石的研磨。但浓矿浆磨矿过程钢球有效密度变小，又会对矿石的研磨效果产生一定的负面影响。

磨矿矿浆质量分数随矿石性质而定，球磨机给矿较粗和处理硬度大、密度大的矿石，应当采用浓矿浆磨矿。矿石粗磨(产品粒度在0.15 mm以上)或研磨密度大的矿石时，磨矿质量分数宜控制在75%～82%。矿石细磨(产品粒度在0.10～0.075 mm)或研磨密度较小的矿石时，磨矿质量分数应低些，通常65%～75%。在进料速度4.2 t/h、溢流矿浆质量分数23.8%条件下，研究了磨矿矿浆质量分数对磨矿产品粒度的影响，试验结果如图2所示。

图2磨矿矿浆质量分数对磨矿产品粒度的影响

从图2可知：在球磨机进料速度4.2 t/h条件下，磨矿产品-0.074 mm占比随球磨机的磨矿质量分数呈现出先升高、后降低的趋势，最优的磨矿质量分数为70%左右。在此磨矿质量分数条件下，球磨机运行效率较高。

3.3 矿石给料速度对磨矿产品粒度的影响

当给矿速度很低时，磨矿机内矿量小，不但磨机生产率低；而且易形成空磨，磨机磨损和矿石过粉碎严重。为了使磨机高效工作，应当维持合理的给矿速度。随着给矿速度的提高，磨机排矿产物中合格粒级的含量逐渐减少，而产出的合格粒级数量却增加，比功耗将降低，磨矿效率显著提高。但给矿速度超过磨机在特定操作下的定额时，磨机将发生过负荷，出现排出钢球，“吐出”大块矿石及涌出矿浆等情况，甚至被堵塞。

在保证磨矿粒度的前提下，进行了不同球磨机的给矿速度试验。试验结果如表1所示。

表1给矿速度对磨矿产品粒度的影响

从表1可看出：随着球磨机给矿量的增加，分级机溢流出料中+0.074 mm矿石占比也随之提高；球磨机给矿量达5.22 t/h时，+0.074 mm粒级矿石占比仍可控制在10%以内。当球磨机给矿量提高至5.6 t/h时，螺旋分级机返砂量大大增加；运行15 min后，球磨机涌出矿浆，即出现俗称的“涨肚”现象，球磨系统无法正常运转。因此，确定在此磨矿条件下，球磨系统正常的处理能力可达到5.2 t/h。

3.4 球磨机磨矿产品筛析

球磨机系统调试稳定运行后，对工业试验磨矿产品进行了粒级筛析，与条件试验磨矿矿样粒度对比结果如图3所示。

图3磨矿产品粒度分布对比

从图3可看出：-0.074 mm矿石占比在工业试验与条件试验中基本一致，达到了磨矿控制要求；但与条件试验相比，工业试验-0.037 mm细粒级矿石占比略高。

4 结论

球磨工艺能耗约占常规铀矿生产企业能耗的30%～40%，对其进行系统优化是中国硬岩型铀矿生产企业提质增效的有效途径。通过调整、优化磨矿分级系统配置和工艺参数，实现了致密、高硬度角砾岩型铀矿石的高细度磨矿，满足了后续浸出工序对矿石粒度的要求、提高了磨矿分级系统生产效率。

1)“多破少磨”是优化球磨机钢球配比，提高球磨机生产能力，整体提升破磨工序增产降耗的有效途径之一。

2)螺旋分级机溢流矿浆质量分数是影响磨矿产品粒度的主要因素。在球磨机出口增加补水管对进入分级机矿浆质量分数进行调节，保证分级机溢流矿浆质量分数为20%～25%，可将分级机溢流矿浆中-0.074 mm粒级占比控制在90%以上。

3)通过对磨矿分级系统进行改造，提高了球磨分级系统产量及产品细度，在保证磨矿产品-0.074 mm粒级占比90%以上前提下，磨矿分级系统处理能力可达5.2 t/h。

致谢：感谢西安中核蓝天铀业有限公司706矿领导及相关技术人员对工作的大力支持和协助。