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突破国外设备、技术垄断,大型浮选设备研发的筚路蓝缕

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-11-24 09:35:24

浮选机自问世以来,已经有100年的历史。在历史上先后出现过法格葛伦、法连瓦尔德、米哈诺布尔、XJZ、SF、KYF以及BS-K等多种型号的浮选机,浮选机的容量也从最开始的8m3发展到目前超过160m3的尺寸。自建国以后,我国在苏联浮选机的基础上,开始独立研制浮选设备。目前,我国已经具备制造超大容积浮选机的能力。那么,浮选机的发展历史究竟是怎样的?

中国浮选设备自主化拉开序幕

20世纪50年代中期,国内最大的钢铁生产基地——鞍钢发生了一件事,冶炼出的钢铁无论如何也不能达到国家需要的品质标准。经过层层排查后发现,最大问题出现在了矿石浮选环节。

矿石浮选是矿石冶炼的第一步,决定着矿物的最终品质。但鞍钢浮选出来的矿物不仅量少,杂质也多。针对这一问题,国家高薪聘请苏联专家数次改造,但收效甚微。

矿冶科技集团有限公司首席科学家沈政昌介绍道,当时中国采用的是苏联的A型浮选机,A型浮选机更适合用于硫化矿,对鞍山的矿种不是很适应。

进口设备无法保证矿物的纯度,适应中国矿情的浮选装备自主研发势在必行。充分了解情况后,矿冶集团科研组特地仿制了一台小型浮选机,通过改变浮选机的各个结构,增加搅拌机转速,经过800多个日夜的奋斗,最终实验得出适合鞍钢矿厂的浮选数据。

1958年,中国自主改进的第一批浮选机投放进鞍钢选矿厂,我国浮选装备自主化逐渐拉开序幕。

首次大型化成功!打破国外大型浮选设备垄断

上个世纪八十年代开始,我国城镇化进程加快,矿产资源需求不断增加,国内选矿生产线处理规模不断提升,大型浮选技术与设备成为支撑整个行业发展的必需品。

突破国外设备、技术垄断,大型浮选设备研发的筚路蓝缕

不同于国外十多年大型浮选机的技术积累与工业应用,当时我国应用最大浮选机容积仅为38立方米,与同期国外单槽160立方米浮选机存在较大差距。关键技术与设备的垄断导致浮选机在国内产品价格高昂,大幅增加企业投资费用,矿山企业的发展也受到严重制约。

与国外成熟的浮选机研发技术与设备制造经验相比,这无异于是刚会走路的小娃娃和成年人比赛跑步。但大型浮选机必须自己搞出来,否则中国制造业就永远没有话语权。我们要做中国人自己的大型浮选机。

1999年,金川镍铜矿选矿生产线处理规模提升到6000吨/天,需要配备50立方米的浮选机。2000年,“浮选机大型化关键技术研究及工业应用”科研项目正式立项。国外厂商听闻项目立项的消息,立刻将产品的中国报价降低了四分之一。这无异于给本就不富裕的科研试验“雪上加霜”。

浮选机大型化研究面临巨大压力。作为大型工业设备,浮选机难在开展工业试验。一套试验下来少说也要花掉上千万人民币。为缩短试验时间,节约成本,工业试验就露天做,不分四季地做,白天黑夜地做。团队所有人扎根在大西北现场,跨过了一整个大西北风雪交加的冬季,收集各矿物性质因设备尺寸放大后气、固、液物理化学结合的运行数据,一步一步优化设备内部机械结构,适应不同矿物性质的特殊水力环境。50立方米浮选机就是在无数次现场工业试验中获得圆满成功。

新产品量产以后,国内矿企的腰板一下子就硬了,国外浮选机厂家的报价马上又降了一半。

自此,矿冶科技集团走上了大型浮选机的自主研发道路,一步步掌握了从50立方米浮选机到320立方米浮选机自主知识产权,并在国内实现了大规模生产建设。

2005年,以金川公司扩建14000吨/天项目为契机,160立方米浮选机研制成功,彻底改变了大型选矿设备被发达国家垄断的局面,标志着我国大型选矿设备的研究开发跻身国际先进行列,极大提高我国大型浮选设备在国际市场竞争力。

2008年,乘江西铜业德兴铜矿扩建90000吨/天项目机会,成功开发200立方米浮选机,中国顺利跨入拥有特大型浮选装备国家之列。

同年11月,当时世界上最大的320立方米浮选机屹立在德兴铜矿大山选矿厂。仅3个月的时间,完成了大型浮选机图纸设计、试验方案确认和设备制造几大环节,与国外容积相当的浮选机相比,粗粒矿物回收率提高2—3个百分点,单位容积装机功率低12%,实际功耗低13.79%。中国浮选机又实现了新的飞跃。

首次国内完整理论体系建立!突破国外技术垄断

自20世纪60年代以来,矿冶科技集团致力于BGRIMM系列浮选设备技术的研究及推广应用,至今已发展成为一个完善的浮选机体系,目前已开发十余种型号、三百多种规格的浮选设备及联合机组。从选别的矿物来看,它能满足有色金属、稀有金属、贵金属、黑色金属、非金属及污水处理等需要;从适用选矿厂的规模来看,它能满足日处理10吨到10万吨级选厂的需求。

矿产资源规模开发是对储量巨大的贫矿资源化利用的必然选择。在这个过程中,浮选装备大型化起到了至关重要的作用。以一个6万吨/天的大型选矿厂为例,如果采用我们目前工程化最多的320立方米大型浮选装备,比采用20立方米浮选机,占地面积、能耗将降低60%,投资降低50%。因此,浮选装备大型化成为了世界各相关研发机构的研究重点和核心机密。但是,我国在该领域起步晚、差距大,曾长期受制于人。由于浮选机内涉及气液固三相复杂物理化学作用,以及浮选动力学特征大尺度下非线性变化,整体技术复杂难度大,需要我们在理论、技术和工程化等方面全面自主创新。

在理论上,我们定义了“大型浮选机内浮选动力学区域”,提出了“提高运输区高度有利于粗粒矿物回收”和“加强预矿化作用可增加细粒矿物回收”的新观点,明确了提高大型浮选机分选指标的方向,解决了困扰大型浮选装备分选指标下降的核心难题。发明了基于平均叶轮搅拌雷诺数相等、以几何及悬浮相似为核心的趋势外推和不同动力学区域非同步放大方法,突破了浮选装备大型化的理论瓶颈。

基于应用基础研究成果,我们发明了广域输出的后倾叶轮、定向流空气分配器等多项关键技术,解决了浮选机大型化的技术瓶颈,开发了具有自主知识产权50—680立方米系列浮选机成套技术,降低了矿石边界品位,增加了可开发储量,推进了我国选矿厂的大型化、现代化进程。

突破国外设备、技术垄断,大型浮选设备研发的筚路蓝缕

首次容积世界第一!领跑国际超大型浮选装备

众所周知,我国金属矿产资源人均占有量少、整体禀赋差、开发难度大。全球资源竞争进一步加剧,全球范围内对大宗矿产的争夺正逐渐演变为对关键矿产资源的控制。

2021年11月,中央政治局审议《国家安全战略(2021-2025年)》,明确提出确保能源矿产安全,首次把矿产安全上升到国家战略。2023年,自然资源部印发《自然资源部关于深化矿产资源管理改革若干事项的意见》,明确提出要加强重要矿产资源国内勘探开发和增储上产。同时,随着矿产资源开发利用程度日益增强,需浮选处理的矿石中有用成分含量越来越低、侵染粒度越来越细,成分越来越复杂难选。据不完全统计,目前全球约有20多万台套、中国约有5万多台套小型浮选设备在运行,功耗大、效率低,亟需进行智能化和大型化升级。

矿冶科技集团积极响应国家建设智慧矿山的需求,努力实现矿山选厂的集约化、智能化建设,同时带动国产相关设备和技术共同发展形成规模化效益,服务支撑我国中长期矿产资源安全,我国浮选装备不断踏上新征程。2018年9月,随着680立方米超大型浮选机工业试验项目圆满完成规定的设备性能验证及生产指标提升任务,标志着历经10年磨砺从研发到工业测试,实现了从理论研究到结构设计,从制造建设再到工业测试的快速转化,实现了浮选机从320立方米容积到680立方米容积的“领跑”跨越发展。

“我们珍惜每一块矿石”

这台浮选机,见证了中国浮选装备从无到有、从小到大、由弱变强的发展历程。在矿冶集团有这样一句话:“我们珍惜每一块矿石”。它的含义,就是要求我们研发出世界上最先进的矿冶技术与装备,达到资源利用最大化。这既是我们矿冶人的使命,也是我们的信念!