基于高压辊磨水泥微制粒的堆浸技术试验研究及工程实践

张景河 何涛

摘要：金川矿业公司矿石为低品位难选冶金矿石，矿石硬度大、难破碎，破碎机衬板磨蚀快，且矿石中金以微细粒为主，金浸出率低，平均为57 %左右。针对生产中存在的问题，在小型试验研究的基础上，采用高压辊磨机+水泥微制粒技术，解决了矿石磨蚀性问题，且大幅度降低了产品粒度，提高了生产能力，由544万t/a提高到645万t/a;同时采用水泥微制粒工艺，解决了粒度变细带来的渗透性问题，金浸出率提高了10百分点，年新增效益约12 107万元，为类似矿山生产工艺优化改进提供了有益借鉴。

关键词：高压辊磨;水泥微制粒;堆浸;渗透性;柱浸

中图分类号：TD953文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2020）10-0055-05doi：10.11792/hj20201011

引 言

堆浸技术是一种传统的黄金生产工艺，其投资小、成本低、工艺简单、可充分发挥规模效益，且在处理低品位金矿石、尾渣方面具有独特优势。新疆金川矿业有限公司（下称“金川矿业公司”）是新疆境内一大型黄金堆浸矿山企业，设计生产能力500万t/a，采矿方式为露天开采，破碎为三段一闭路流程，堆浸为汽车筑堆、多层堆浸滴淋生产工艺，矿石属于低品位难选冶金矿石[1-3]。生产中由于矿石硬度大，导致破碎机（颚式破碎机和圆锥破碎机）衬板磨蚀过快，产量不达产，粒度不达标，生产不连续，成本居高不下，且金浸出率低，平均为57 %左右。

金川矿业公司通过技术攻关，采用耐磨材料，使颚式破碎机和圆锥破碎机衬板磨蚀问题得到较大改善，处理量由445万t/a提升到544万t/a。2016年，进一步实施高压辊磨机+水泥微制粒技术改造，破碎流程由三段一闭路改为四段二闭路，处理量得到显著提高，由544万t/a提高到645万t/a;产品粒度大幅度下降，由-8.0 mm 占80 %降低到-4.5 mm占80 %;金浸出率提高了10百分点。同时，通过采用水泥微制粒工艺，解决了粒度变细后带来的渗透性问题。此次技术改造使矿山实现了规模、效益的大跨越，可为其他矿山堆浸工艺优化提供借鉴。

1 矿石性质

1.1 化学成分及矿物组成

矿石化学成分分析结果见表1，矿石矿物组成分析结果见表2。

由表1可知：矿石中只有金品位达到工业回收的要求，其他元素不具有综合回收利用价值;砷、碳、硫会影响金的浸出。

由表2可知：矿石中主要金属硫化物为黄铁矿，少量毒砂、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿等;金属氧化物主要为褐铁矿等;脉石矿物主要为石英，其次为长石、高岭石，少量方解石、重晶石，很少的绢云母及绿泥石等。矿石中石英相对含量高，含泥不高。矿石工艺类型为低金属硫化物石英脉型金矿石。

1.2 金矿物嵌布特征

矿石中金矿物嵌布状态分析结果见表3，金矿物嵌布粒度分析結果见表4。

由表3、表4可知：矿石中金以粒间金为主，分布率为70.26 %;其次为石英包裹金，分布率为22.75 %。金以微细粒金为主，几乎全部小于10 μm。

2020年第10期/第41卷选矿与冶炼选矿与冶炼黄 金

1.3 矿物学影响因素

矿石为低品位难选冶金矿石，其具有以下特点：

1）含矿岩石多为硅化热液角砾岩，硬度大、难破碎，矿石中二氧化硅相对含量为80 %以上，普氏硬度系数f=16。

2）金的粒度微细，几乎全部小于10 μm，且包裹金多，22.75 %为石英包裹金。

3）金品位低，全区平均为0.83 g/t，且部分矿区矿石含砷、含碳。

2 试验结果与讨论

2.1 高压辊磨机原理

高压辊磨机主要由机架、辊子、轴承、传动、喂料、液压、润滑和控制等系统组成[4]。电动机通过万向联轴器、减速机与安装在机架水平滑轨上的辊子（定辊+动辊）系统连接，运转时动辊两端独立的液压系统将动辊推向定辊，产生破碎所需的压力。

高压辊磨机磨损件为辊子的辊套，以及辊子两端挡矿用的倒三角形边护板。目前，辊套普遍采用碳化钨硬质合金柱钉表面，高压辊磨机工作时，物料填充在辊钉间，形成抗磨料垫，保护辊面。近年来，由于辊套辊钉不断改进，处理中等硬度矿石时，辊套的使用寿命可达10 000 h以上，边护板使用寿命达20 d以上，高压辊磨机设备已经走向成熟，在水泥行业被誉为“大国重器”。

与传统冲击破碎原理不同，高压辊磨机采用静压粉碎，通过对矿石施以静载高压，使其内部受到极大损伤而产生众多的微裂隙，同时被挤压成更细的粒度。在挤压过程中，形成矿石挤压矿石的层压粉碎效应，使不同粒度矿石同时受到挤压而破碎;物料加上辊面形成料垫，避免辊套辊钉直接接触矿石，大大降低了硬矿石带来的磨蚀性问题。

高压辊磨机独特的破碎原理，使其具有多碎少磨、降本扩能、简单高效、适合破碎硬矿石等诸多优势，在现代化矿山得到广泛应用。

针对金川矿业公司的矿石特点，采用高压辊磨机可以解决硬度大、难破碎的问题，并可降低产品粒度，且静压粉碎产生的微裂隙利于包裹金的浸出。

2.2 滚瓶试验

对高压辊磨产品和常规破碎产品开展了滚瓶对比试验，滚瓶浸出9 d，考察金浸出率的变化及药剂消耗，结果见表5。

由表5可知：粒度下降1 mm，金浸出率提高超过1.5百分点;在同等粒度P80≤4.5 mm时，高压辊磨产品金浸出率比常规破碎产品提高了6.05百分点，主要原因是高压辊磨机挤压产生的更多微裂隙使包裹金得到有效浸出。

2.3 柱浸试验

柱浸试验中1#、2#、3#所用矿石均为矿山各采区岩心综合样经过高压辊磨机破碎后的产品，4#为常规破碎产品。

2.3.1 试验条件

柱浸试验条件见表6。

2.3.2 渗透性试验

对上述柱浸物料开展相关渗透性测试，结果见表7。

由表7可知：当试验矿样为高压辊磨产品，P80 ≤4.5 mm，对应矿石中-0.074 mm占比为8.90 %时，渗透性开始大幅度下降，极限滴淋强度为6 L/（m2·h），大于此数值，矿石表面出现积水。

2.3.3 柱浸试验结果

柱浸试验结果见表8。

由表8可知：

1）粒度越细，金浸出率越高。高压辊磨产品在P80≤4.5 mm时，金浸出率可达到69.29 %，比常规破碎产品金浸出率63.05 %提高了6.24百分点。

2）影响渗透性的主要因素是矿石中-0.074 mm粒级占比，当高压辊磨产品在 P80≤4.5 mm 时，-0.074 mm占比达到8.90 %，此时渗透性变差，滴淋强度大幅度下降。

3）如果能对矿石中的粉料（-0.074 mm粒级）采用制粒团矿等相关措施，解决其对渗透带来的影响，那么降低粒度提高金浸出率将得以实现。

2.4 水泥微制粒

2.4.1 制粒堆浸工艺

堆浸的金矿石粒度越细，金矿物暴露越充分，金浸出率相应也越高，上述试验中已得到充分证实。但是，矿石粒度越细，其中的粉矿量越多，而粉矿对堆浸极为不利，筑堆时会产生粒度偏析造成分布不均。滴淋时粉矿颗粒会随着滴淋液移动，一是进入浸出贵液中，使浸出贵液浑浊并影响下一级的吸附作业;二是在矿堆中移动形成局部充填并堵塞，使浸出贵液不能继续向下渗透而偏析绕流到其他区域，从而导致该区域浸出停止，金浸出率急剧下降，这就是堆浸中常见的“偏析”现象。偏析的表现是矿堆表面形成积水，发生不均匀沉降，不同区域和深度的浸渣金品位有较大波动。

制粒堆浸是针对粉矿（包括黏土）开发的十分有效的工艺手段，而且已经得到大量工业化应用。生产中，常用石灰和水泥作为黏结剂进行粉矿制粒，相比水泥制粒，其效果更好。常见的制粒方法有皮带制粒法、滚筒制粒法等。在金矿堆浸中，用贫液代替工业水制粒的效果更好，因为在用贫液制粒的同时，即对粉矿进行了预先浸出。

2.4.2 制粒堆浸渗透性试验

该矿石含泥不高，影响渗透性的主要因素是高压辊磨产品中-0.074 mm的粉矿量[5]，因此对高压辊磨产品开展了制粒堆浸渗透性对比试验，结果见表9。

由表9可知：在粒度P80≤4.5 mm、水泥量4 kg/t、加水量6 %时，制粒达到了最佳效果，渗透性问题得到解决，金浸出率达到67.90 %，滴淋强度可达到11 L/（m2·h），对应压实密度为1.70 g/cm3。

为了确保多层筑堆时的渗透性和保持10 L/（m2·h）的合适滴淋强度，在工业实践中，选择P80≤4.5 mm的粒度条件。

3 高压辊磨机+水泥微制粒技术改造

根据上述试验研究，对矿山现有工艺实施了技术改造，破碎流程由三段一闭路改为四段二闭路，并利用高压辊磨产品皮带、产品料仓实施制粒，解决了粒度变细后带来的渗透性问题。

在制粒试验研究和生产实践中，针对P80≤4.5 mm的高压辊磨产品直接实施制粒，而不是筛分出细粉料对其制粒。这是由于新增筛分流程会使工艺复杂化，同时细粒级干筛工艺目前还存在设备不成熟、冬季筛孔易堵塞等难以解决的实际问题，而湿筛更不可行。

由于没有新增专用制粒设备，只是利用现有的2条产品皮带和料仓及通过汽车装卸等固有的生产操作，即实现了理想的制粒效果，因此称之为“水泥微制粒”。

3.1 改造后破碎工艺流程

改造后破碎工艺流程见图1。

3.2 高压辊磨机

2016年9月开始实施高压辊磨机技术改造，在原三段一闭路流程基础上增加高压辊磨闭路，改造为四段二闭路流程，并于2017年3月16日投产。技术改造前后指标对比如下：

1）改造前：处理量800 t/h，产品粒度P80≤8.0 mm，-0.074 mm占5 %～6 %;改造后：处理量1 000 t/h，产品粒度P80≤4.5 mm，-0.074 mm占8 %～9 %。

2）高压辊磨机给料粒度P80≤16 mm，中细碎负荷大大降低，中碎由2台全开减为1用1备，细碎由4台全开减为1用3备（偶尔开2台），筛分设备由6台减为3台，双层改为单层，循环负荷由230 %降为80 %以下，解决了细碎能力瓶颈问题和中细碎机体开裂问题。由于中细碎负荷降低，衬板磨蚀性大大改善。

3）高压辊磨机运行辊压力11.5 MPa，辊电流90～100 A，辊缝55～70 mm，辊套寿命达10 000 h，可破碎矿石量达1 000万t。

4）边护板采用耐磨材料，使用时间达到20 d以上，同时改进了边护板固定方式，实现了快速更换。

5）为了控制上堆产品粒度，最终将边料返回改为闭路循环。

6）改造后，破碎成本增加1.302元/t，其中高压辊磨系统成本3.147元/t，原系统成本降低1.845元/t;金浸出率提高了10百分點。

高压辊磨系统运行参数统计见表10，改造前后成本变化见表11，主要指标对比见表12。

3.3 水泥微制粒

在高压辊磨产品中均匀添加水泥和少量水，利用皮带转接、料仓、汽车转运进行自然混合完成制粒，无需新增制粒设备。实践证明：此次技术改造有效解决了渗透性问题，且多层堆浸不影响渗透性。

1）工艺参数。水泥量4 kg/t，加水量6 %，固结时间 48 h。

2）制粒。①添加水泥和水：在高压辊磨产品皮带上均匀添加水泥和少量水，在产品进入料仓时二次喷水。②4次自然混合：皮带转接混合1次，进入料仓混合1次，装矿入车混合1次，汽车卸矿混合1次，4次混合基本完成了制粒。③固结：筑堆2 d即可完成固结，然后布管滴淋。

3）加水点布置。在皮带、料仓口加设水雾喷头，喷水量和产量关联，实现自动化准确加水。

4）成本增加。主要是添加水泥增加的成本，为1.80元/t。

3.4 技术改造效益

1）破碎成本增加1.302元/t;产品粒度变细带来氰化钠耗量增加，成本增加0.36元/t;石灰成本增加0.6元/t;水泥成本增加1.80元/t;合计成本增加4.062元/t。

2）金浸出率提高10百分点，原矿金品位0.83 g/t，黄金价格按275元/g计算，则产值增加22.83元/t。

3）吨矿效益新增18.77元，年处理645万t矿石，新增效益约12 107万元。

3.5 生产实践中应注意的问题

1）高压辊磨机给料要确保稳定、连续、挤满、均匀，达到最佳挤压效果，避免对辊面造成不均匀磨损。

2）辊面形成的料垫对辊子起到了很好的保护作用，给矿中有一定比例的粉料有利于料垫的形成。

3）高压辊磨机给料皮带必须安装除铁器，杜绝铁块进入高压辊磨机，损伤辊面。

4）高压辊磨机上方的缓冲料仓对稳压给料作用很大，缓冲料仓的料位高度要稳定在较小波动范围。

5）要及时观察和测量辊面辊钉磨损情况，及时更换断钉，以及修复局部损伤。

6）調整好辊缝、辊压力，达到最大辊电流，使高压辊磨机最大限度做功，保证最佳挤压效果。

7）水泥微制粒效果关键在于均匀添加水和水泥，在皮带、料仓入口多点位加设水雾喷头，加水量、水泥量和瞬时矿量关联，实现自动控制，且水泥要均匀撒加在皮带矿层表面。

8）采用贫液制粒，浸出效果更好。

9）冬季生产中由于加水后造成料仓堵塞，因此冬季加水量调整为5 %，其他季节加水量为6 %，同时料仓实施保温措施并安装空气炮，彻底解决了堵塞问题。

4 结 论

1）金川矿业公司矿石工艺类型为低金属硫化物石英脉型金矿石，金以微细粒为主，且22.75 %的金为石英包裹金。同时，含矿岩石多为硅化热液角砾岩，硬度大（f=16）、难破碎，品位低（0.83 g/t），且部分矿区矿石含砷、含碳，是一种低品位难选冶金矿石。

2）经多次试验研究，最终采用高压辊磨机+水泥微制粒技术，解决了矿石磨蚀性问题，减轻了中细碎压力，提升了生产能力，大幅度降低了产品粒度;同时利用水泥微制粒工艺，解决了粒度变细带来的渗透性问题;利用高压辊磨机挤压产生的微裂隙，实现了包裹金的有效浸出。技术改造后，金浸出率提高了10百分点，年新增效益约12 107万元。

3）高压辊磨机+水泥微制粒技术在金川矿业公司的成功应用，给类似矿山提供了有益的实践参考。

[参 考 文 献]

[1] 许时.矿石可选性研究[M].2版.北京：冶金工业出版社，1995.

[2] 印万忠.黄金选矿技术[M].北京：化学工业出版社，2016.

[3] 徐天允，徐正春.金的氰化与冶炼[M].沈阳：沈阳黄金学院，1993.

[4] 段玉震.高压辊磨机的研究与应用[J].矿山机械，2007（4）：56-57.

[5] 谷晋川.堆浸提金强化技术评述[J].矿产资源综合利用，1999（4）：32-35.

Experimental research on heap leaching technology based

on high pressure roller mill plus cement microgranulation and its engineering practice

Zhang Jinghe，He Tao

（Xinjiang Jinchuan Mining Co.，Ltd.）

Abstract：The ores in Jinchuan Mining Company belong to lowgrade refractory gold ores that are hard and difficult to crush making crushers easily wear，and the gold in the ores is dominated by microfine grains resulting in low gold leaching rate averaging about 57 %.To solve these production problems，based on lab scale tests，high pressure roller mill+cement microgranulation technology is employed，solving the wearing problems due to the ore property and greatly reducing the product grain size，improving the production capacity from 5.44 Mt/a to 6.45 Mt/a;at the same time the cement microgranulation technology is used to solve the permeability due to shrinking grain size，improving gold leaching rate by 10 percentage points，creating 121.07 million yuan more profits annually.The research can be used as reference for production process optimization in similar mines.

Keywords：high pressure roller mill;cement microgranulation;heap leaching;permeability;column leaching