高壓輥磨對磁鐵礦石磁選特性的影響

侯　英，徐亦元 ，謝冬冬 ，王　冬 ，曾　海，楊　春，楊洪英，吳中賢

（1.中鋼集團(tuán)安徽天源科技股份有限公司，安徽 馬鞍山　243004；2.遼寧科技大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧 鞍山　114051；3.東北大學(xué) 冶金學(xué)院，遼寧 沈陽　110819；4.鞍鋼集團(tuán)弓長嶺礦業(yè)公司，遼寧 遼陽　111008）

高壓輥磨機(jī)具有粉碎效率高、能耗低、鋼耗低、耐磨性好、處理能力大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、生產(chǎn)環(huán)境好等特點(diǎn)［1-4］。高壓輥磨粉碎會使得產(chǎn)品更好的單體解離，或者內(nèi)部生成許多微小裂紋，有利于提高后續(xù)選別及處理指標(biāo)［5-6］。

很多學(xué)者針對高壓輥磨機(jī)破碎對分選效果的影響方面開展了大量的研究工作，袁致濤等研究了高壓輥磨機(jī)操作參數(shù)對攀西釩鈦磁鐵礦粉碎產(chǎn)品特性的影響［7］，印萬忠等研究了不同破碎方式對邦鋪鉬銅礦石可磨性及鉬浮選的影響［8］，劉磊研究了貧赤鐵礦石的高壓輥磨機(jī)粉碎和高效分選技術(shù)［9］。目前，針對高壓輥磨對粉碎產(chǎn)品特性和粉碎產(chǎn)品的磨礦特性研究較多，同時針對鉬銅礦石和貧赤鐵礦石分選的影響開展了一些研究，但是針對磁鐵礦石分選特性的影響還有待探索。本試驗以弓長嶺磁鐵礦石為研究對象，通過高壓輥磨機(jī)和顎式破碎機(jī)粉碎產(chǎn)品的階段磨礦—磁選—細(xì)篩再磨工藝對比，研究不同粉碎方式對磨礦特性、磁選特性和分選指標(biāo)的影響。

1　試驗

1.1　試驗礦樣

試驗所采用的礦樣取自弓長嶺選礦廠，為磁鐵礦石中碎產(chǎn)品（-70 mm），X射線熒光光譜分析結(jié)果：Fe，Na2O，MgO，Al2O3，SiO2，K2O，CaO，P，S，TiO2，Cu，Zn，Pb，BaO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為27.884 6%，0.2570%，1.3658%，0.1065%，67.4797%，0.1295%，1.783 3%，0.317 4%，0.210 1%，0.027 1%，0.071 9%，0.024 4%，0.030 3%，0.312 4%。有回收價值的金屬元素為鐵，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.88%，有害雜質(zhì)元素硫和磷含量較低。

1.2　試驗方法

對弓長嶺磁鐵礦石進(jìn)行高壓輥磨和顎式破碎，然后進(jìn)行階段磨礦—磁選—細(xì)篩再磨試驗研究。

高壓輥磨試驗采用CLM-25-10型高壓輥磨機(jī)，輥面壓力5.5 N/mm2，輥面間距3 mm，顎式破碎試驗應(yīng)用RK/PEF-60×100型顎式破碎機(jī)，分別將物料給入高壓輥磨機(jī)或顎式破碎機(jī)，破碎產(chǎn)品進(jìn)行篩分，篩孔尺寸為3.2 mm，篩上產(chǎn)品返回高壓輥磨機(jī)或顎式破碎機(jī)再進(jìn)行粉碎，篩下產(chǎn)品混勻、縮分、取樣。

粒度分布分析采用 3.2、2.5、2.0、1.0、0.45、0.25、0.15和0.074 mm的篩子，選取代表性礦樣，在振篩機(jī)上篩分30 min，對每層篩上的產(chǎn)品進(jìn)行稱重、記錄、結(jié)果處理。

磨礦試驗采用XMQ-240×90錐形球磨機(jī)，磨礦濃度70%，稱樣500.0 g，加水214 mL，測定產(chǎn)品-74 μm礦粉或-45 μm礦粉含量。

磁選試驗采用XCGS型磁選管，磁選管直徑50 mm，取代表性礦樣50 g，磁場強(qiáng)度160 mT，在適宜條件下進(jìn)行磁選管試驗。

2　結(jié)果與討論

2.1　高壓輥磨和顎式破碎對產(chǎn)品粒度特性的影響

對弓長嶺磁鐵礦石的高壓輥磨和顎式破碎產(chǎn)品進(jìn)行粒度分析，結(jié)果如表1所示。高壓輥磨產(chǎn)品粗粒級含量較顎式破碎產(chǎn)品低，而細(xì)粒級較顎式破碎產(chǎn)品高，-74 μm質(zhì)量分?jǐn)?shù)高11.75%。

表1　高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品粒度分布Tab.1　Particle size distribution of products crushed by HPGR and JC

高壓輥磨和顎式破碎產(chǎn)品適合應(yīng)用Rosin-Rammler（R-R）分布對其粒度特性進(jìn)行描述，R-R方程［10］為

式中：R(d)為產(chǎn)品粒度大于d的篩上正累計產(chǎn)率，%；d為顆粒的直徑或篩孔寬，mm；exp(1/b)為分界粒度，mm；在d＜exp(1/b)時，b越大，粒度分布越均勻；在d?exp(1/b)時，n越大，粒度分布就越均勻；當(dāng)0＜d＜1 mm時，n越小，粒度分布越均勻；在d=exp(1/b)附近時，b和n共同影響粒度的分布。

不同碎磨方式下產(chǎn)品粒度回歸結(jié)果和產(chǎn)品粒度分布分別如表2和圖1所示。由表2的結(jié)果可知，高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品小于粒度特性分界粒度（exp(1/b)）礦粉占91.84%和90.31%，說明大部分粒度范圍在d＜exp(1/b)范圍內(nèi)，且高壓輥磨產(chǎn)品的b值大于顎式破碎產(chǎn)品的b值；同時，高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品在0＜d＜1 mm范圍內(nèi)的礦粉占80.89%和73.16%，且高壓輥磨產(chǎn)品的n值小于顎式破碎產(chǎn)品的n值。上述分析表明，高壓輥磨產(chǎn)品的粒度分布要比顎式破碎產(chǎn)品的粒度分布均勻。

表2　高壓輥磨和顎式破碎產(chǎn)品R-R方程回歸結(jié)果Tab.2　Constants of R-R curve fitting of products crushed by HPGR and JC

圖1　高壓輥磨和顎式破碎產(chǎn)品粒度分布曲線Fig.1　Particle size distribution curve of products crushed by HPGR and JC

由圖1可以看出，高壓輥磨產(chǎn)品比顎式破碎產(chǎn)品的細(xì)粒級（-74 μm）礦粉高11.75%。

2.2　高壓輥磨和顎式破碎對磨礦和磁選的影響

2.2.1一段磨礦細(xì)度試驗結(jié)果將試驗礦樣分別磨到-74 μm礦粉分別占30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%和70%下進(jìn)行磁選試驗，磁選采用磁選管，高壓輥磨產(chǎn)品—球磨—磁選和顎式破碎產(chǎn)品—球磨—磁選試驗結(jié)果如圖2所示。適宜于高壓輥磨工藝的一段磨礦產(chǎn)品細(xì)度為-74 μm礦粉占40%，適宜于顎式破碎工藝的一段磨礦產(chǎn)品細(xì)度為-74 μm礦粉占50%。高壓輥磨產(chǎn)品的磁選精礦品位低且回收率高說明，更多的連生體進(jìn)入到磁選精礦中，采用高壓輥磨工藝可回收更多的有用礦物。

圖2　一段磨礦細(xì)度試驗結(jié)果Fig.2　Test results of primary grinding fineness

2.2.2二段磨礦細(xì)度試驗結(jié)果再磨磁選采用磁選管，高壓輥磨和顎式破碎工藝磁選精礦再磨磁選試驗結(jié)果如圖3所示。二段磁選主要目的是保證精礦品位，并盡可能提高回收率，保證精礦品位65%以上，適宜的高壓輥磨和顎式破碎產(chǎn)品的再磨細(xì)度均為-74 μm礦粉占85%。

圖3　高壓輥磨和顎式破碎工藝磁選精礦再磨磁選磨礦細(xì)度試驗結(jié)果Fig.3　Test results of grinding fineness of regrinding magnetic concentrate of HPGR and JC process

2.2.3細(xì)篩篩孔尺寸試驗結(jié)果采用38、45、50和57 μm的篩子對再磨磁選精礦進(jìn)行篩分，試驗結(jié)果如圖4所示。篩下物料作為最終精礦，篩上進(jìn)行再磨再選，篩下產(chǎn)品的精礦品位需要達(dá)到67.5%以上，同時要盡可能多地獲得篩下產(chǎn)物，因此，適宜的篩孔尺寸為50 μm，高壓輥磨工藝獲得細(xì)篩篩下產(chǎn)品的作業(yè)產(chǎn)率為45.83%，品位為67.68%，回收率為47.56%；顎式破碎工藝獲得細(xì)篩篩下產(chǎn)品的作業(yè)產(chǎn)率為45.49%，品位為67.66%，回收率為46.48%；高壓輥磨工藝的產(chǎn)率、品位和回收率分別比顎式破碎工藝高0.34%、0.02%和1.08%。

2.2.4三段磨礦細(xì)度試驗結(jié)果針對細(xì)篩篩上產(chǎn)品進(jìn)行三段再磨再選試驗，試驗結(jié)果如圖5所示。隨著三段磨礦細(xì)度的增加，精礦品位逐漸升高，回收率逐漸降低，磁選精礦品位需要達(dá)到67.5%以上，同時要盡可能多地獲得磁選精礦，適宜高壓輥磨和顎式破碎產(chǎn)品的三段磨礦細(xì)度均為-45 μm礦粉占85%。

圖4　細(xì)篩篩孔尺寸條件試驗結(jié)果Fig.4　Condition test results of sizes of fine screen

圖5　三段磨礦細(xì)度條件試驗結(jié)果Fig.5　Condition test results of third stage grinding fineness

2.3　全流程試驗結(jié)果

對弓長嶺磁鐵礦石進(jìn)行階段磨礦—磁選—細(xì)篩再磨工藝流程試驗，最終確定高壓輥磨機(jī)碎磨分選流程和顎式破碎機(jī)碎磨分選的數(shù)質(zhì)量流程如圖6和圖7所示。高壓輥磨機(jī)碎磨分選流程獲得綜合精礦的產(chǎn)率為29.76%，品位為67.63%，回收率為74.73%。顎式破碎機(jī)碎磨分選流程獲得綜合精礦的產(chǎn)率為29.24%，品位為67.67%，回收率為73.81%。高壓輥磨機(jī)碎磨分選工藝與顎式破碎機(jī)碎磨分選工藝相比，綜合精礦品位相近，產(chǎn)率高0.52%，回收率高0.92%。

3　結(jié)論

（1）高壓輥磨產(chǎn)品較顎式破碎產(chǎn)品的粒度細(xì)，細(xì)粒級含量更高，粒度分布更加均勻，磁鐵礦石進(jìn)行高壓輥磨機(jī)粉碎的效果更好。

（2）適宜的高壓輥磨產(chǎn)品一段磨礦細(xì)度為-74 μm礦粉占40%，適宜的顎式破碎產(chǎn)品一段磨礦細(xì)度為-74 μm礦粉占50%；適宜的高壓輥磨和顎式破碎二段磨礦細(xì)度為-74 μm礦粉占85%；適宜的高壓輥磨和顎式破碎三段磨礦細(xì)度為-45 μm礦粉占85%。

圖6　高壓輥磨機(jī)碎磨分選工藝數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.6　Quantity and quality flow chart of crushing and separating process of HPGR

圖7　顎式破碎機(jī)碎磨分選工藝數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.7　Quantity and quality flow chart of crushing and separating process of JC

（3）適宜的細(xì)篩篩孔尺寸為50 μm，高壓輥磨工藝獲得細(xì)篩篩下產(chǎn)品的作業(yè)產(chǎn)率為45.83%，品位為67.68%，回收率為47.56%；顎式破碎工藝獲得細(xì)篩篩下產(chǎn)品的作業(yè)產(chǎn)率為45.49%，品位為67.66%，回收率為46.48%；高壓輥磨工藝的產(chǎn)率、品位和回收率分別比顎式破碎工藝高0.34%、0.02%和1.08%。

（4）高壓輥磨機(jī)碎磨分選工藝與顎式破碎機(jī)碎磨分選工藝相比，綜合精礦品位相近，產(chǎn)率高0.52%，回收率高0.92%。

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