高壓輥磨操作參數(shù)對磁鐵礦石球磨功指數(shù)的影響

侯英，徐亦元，楊洪英，姚金，吳中賢，張旭

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高壓輥磨操作參數(shù)對磁鐵礦石球磨功指數(shù)的影響

侯英1, 2, 3，徐亦元1，楊洪英3，姚金4，吳中賢2，張旭2

(1. 中鋼集團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 礦業(yè)工程學院，遼寧 鞍山，114051；3. 東北大學 冶金學院，遼寧 沈陽，110004；4. 東北大學 資源與土木工程學院，遼寧 沈陽，110004)

對弓長嶺磁鐵礦石進行高壓輥磨和顎式破碎，分析不同粉碎工藝對粉碎產(chǎn)品粒度特性的影響，測定不同粉碎方式在不同目標粒度下的 Bond 球磨功指數(shù)，研究顎式破碎和不同的高壓輥磨機輥面壓力對Bond球磨功指數(shù)的影響。研究結(jié)果表明：高壓輥磨產(chǎn)品比顎式破碎產(chǎn)品細粒級質(zhì)量分數(shù)高，高壓輥磨輥面壓力4.5 N/mm2和5.5 N/mm2產(chǎn)品的粒度分布更加均勻；在磨礦細度小于0.074 mm的質(zhì)量分數(shù)為65%，高壓輥磨產(chǎn)品在輥面壓力為2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2下的Bond球磨功指數(shù)比顎式破碎產(chǎn)品分別降低11.36%，21.38%，15.62%，22.59%和27.49%，在磨礦細度小于0.074 mm的質(zhì)量分數(shù)為40%，高壓輥磨產(chǎn)品在輥面壓力為2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2下的Bond球磨功指數(shù)比顎式破碎產(chǎn)品分別降低18.49%，27.61%，22.69%，30.37%和35.08%，Bond球磨功指數(shù)降低幅度分別降低7.13%，6.23%，7.07%，7.87%和7.59%；輥面壓力為5.5和6.5 N/mm2的Bond球磨功指數(shù)降低幅度最大，粗磨節(jié)能效果更顯著。

高壓輥磨機；顎式破碎機；磁鐵礦石；Bond球磨功指數(shù)；粒度特性

高壓輥磨機是一種新型高效的粉碎設備，具有單位破碎能耗和鋼耗低、處理能力大、設備作業(yè)率高、占地面積少等特點。高壓輥磨機實施的是準靜壓料層粉碎，經(jīng)高壓輥磨機粉碎的產(chǎn)品，粒度小，分布均 勻[1?4]，礦物解離效果好[5?8]。粉碎產(chǎn)品內(nèi)部可產(chǎn)生大量微裂紋，能夠有效降低Bond球磨功指數(shù)，節(jié)能效果明顯[9?10]，能耗降低30%~50%[11]。功指數(shù)是指將理論上不限定的粒度破碎到80%可以通過100 μm篩孔寬(或65%可以通過0.074 μm篩孔寬)時所需的功[12]，它在一定程度上反映物料粉碎的難易程度，即可碎性和可磨性。袁致濤等[10]對攀西釩鈦磁鐵礦進行了高壓輥磨和顎式破碎，發(fā)現(xiàn)高壓輥磨產(chǎn)品內(nèi)部的晶內(nèi)裂紋和解離裂紋比顎式破碎產(chǎn)品多，其Bond球磨功指數(shù)比顎式破碎產(chǎn)品低14.05%，節(jié)能效果顯著。印萬忠 等[13]針對邦鋪鉬銅礦石的高壓輥磨產(chǎn)品進行了可磨性和浮選試驗，高壓輥磨產(chǎn)品Bond 球磨功指數(shù)至少降低9.05%，并且可以增大高壓輥磨產(chǎn)品的磨礦細度。劉磊[14]針對貧赤鐵礦石的高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品進行了不同目標粒度下(0.28 mm和0.074 mm)的Bond球磨功指數(shù)試驗，目標粒度越小，Bond球磨功指數(shù)降低的程度越低，分別降低了28.23%和13.96%；侯英等[15?16]針對鉬銅礦石的高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品開展了不同目標粒度下(0.45 mm、0.20 mm、0.105 mm和0.074 mm)的Bond球磨功指數(shù)試驗，發(fā)現(xiàn)不同粉碎方式產(chǎn)品的磨礦細度修正系數(shù)不同，Bond球磨功指數(shù)隨著磨礦細度的改變而改變，但針對不同高壓輥磨操作參數(shù)下的產(chǎn)品沒有進行研究，是否不同操作參數(shù)下的產(chǎn)品也會有相同的變化趨勢沒有開展研究。許多學者針對高壓輥磨工藝可以降低產(chǎn)品的Bond球磨功指數(shù)進行了大量的試驗研究和論述，但是針對不同的高壓輥磨機操作參數(shù)對Bond球磨功指數(shù)的影響沒有進行詳細論述。本文作者針對弓長嶺磁鐵礦石在不同的輥面壓力下進行高壓輥磨和顎式破碎，分析產(chǎn)品的粒度分布特性，測定不同粉碎方式在不同目標粒度下的 Bond 球磨功指數(shù)，研究不同的高壓輥磨機輥面壓力和顎式破碎對粉碎能耗的影響。

1 試驗

1.1 試驗礦樣

試驗礦樣為鞍鋼集團弓長嶺礦業(yè)公司選礦廠磁鐵礦石中碎產(chǎn)品，應用顎式破碎機破碎到20 mm以下。

1.2 試驗方法

對弓長嶺磁鐵礦石進行高壓輥磨和顎式破碎試驗，得到高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品。然后對高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品進行Bond球磨功指數(shù)試驗。

高壓輥磨試驗選用CLM?25?10型高壓輥磨機，壓輥直徑為250 mm，壓輥寬度為100 mm，輥面壓力為0~7 N/mm2，輥面速度為0~0.52 m/s，工作輥間距為4~7 mm。設置高壓輥磨機的工作參數(shù)，高壓輥輥面壓力為2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2，高壓輥磨機兩輥之間的間距固定為3 mm，無壓啟動設備，將物料堆滿料倉，加壓后迅速打開下料口使物料落入兩壓輥之間，試驗過程中記錄電耗情況，試驗完成后對粉碎產(chǎn)品進行打散，應用3.2 mm的篩子進行篩分，篩上產(chǎn)品返回高壓輥磨機進行輥壓，篩下產(chǎn)品混勻、縮分、取樣。

顎式破碎試驗的細碎選用武漢洛克粉磨設備制造有限公司生產(chǎn)的RK/PEF?60×100型顎式破碎機，進料粒度小于50 mm，出料粒度范圍為0.1~15.1 mm。將物料給入顎式破碎機，應用3.2 mm的篩子進行篩分，篩上產(chǎn)品返回顎式破碎機，篩下產(chǎn)品混勻、縮分、取樣。

高壓輥磨產(chǎn)品和傳統(tǒng)破碎產(chǎn)品Bond 球磨功指數(shù)試驗采用武漢探礦機械廠的筒體直徑×長度為305 mm× 305 mm磨礦功指數(shù)球磨機，有效容積為22 L，筒體轉(zhuǎn)速為70 r/min，電機功率化為6 kW，內(nèi)裝有285個鋼球、鋼球總質(zhì)量為20.125 kg。球徑配比如下：直徑36.5 mm，43個；直徑30.2 mm，67個；直徑25.4 mm，10個；直徑19.2 mm，71個；直徑15.9 mm，94個。

功指數(shù)測定過程是篩分作業(yè)與干式球磨作業(yè)相配合，在保持循環(huán)磨機給料量恒定(700 cm3)條件下進行實驗室閉路磨礦。在閉路循環(huán)過程中，根據(jù)每個循環(huán)新生成的篩下產(chǎn)物量預估并調(diào)整下一個循環(huán)的磨機轉(zhuǎn)數(shù)，直至循環(huán)負荷在250%條件下達到穩(wěn)定狀態(tài)。邦德將此穩(wěn)定狀態(tài)下磨機每轉(zhuǎn)動1周所新生成的篩下產(chǎn)物量定義為物料的可磨度(單位為g/r)，越大，物料越容易被磨碎。

2 結(jié)果與討論

2.1 粒度特性對比

對弓長嶺磁鐵礦石在輥面壓力分別為2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2情況下的高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品進行粒度分析，篩分結(jié)果如表1所示。

高壓輥磨機和顎式破碎機的粉碎產(chǎn)品粒度較細，運用羅辛?拉姆勒(Rosin?Rammler，R?R)分布對其粒度特性進行描述，R?R方程為[17?18]

式中：為粒度大于的正累計產(chǎn)率，%；為顆粒直徑或篩孔寬，mm；e1/b為粒度特性分界粒度，mm；當<>e1/b時，越大，粒度分布就越均勻；當0＜＜1 mm時，越小，粒度分布越均勻；在=e1/b附近時，和共同影響粒度的分布[19]。

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。

表1 不同粉碎方式下粉碎產(chǎn)品粒度分布

由表2可知：高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品在小于粒度特性分界粒度(e1/b)的質(zhì)量分數(shù)占80%~90%，因此，越大，粒度分布越均勻；同時，高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品在0＜＜1 mm范圍內(nèi)的質(zhì)量分數(shù)占70%左右，越小，粒度分布越均勻；針對上述分析，粒度分布均勻程度由大到小順序為：高壓輥磨產(chǎn)品(5.5 N/mm2)或高壓輥磨產(chǎn)品(4.5 N/mm2)，高壓輥磨產(chǎn)品(6.5 N/mm2)，高壓輥磨產(chǎn)品(2.5 N/mm2)，高壓輥磨產(chǎn)品(3.5 N/mm2)或顎式破碎產(chǎn)品。

表2 不同碎磨方式下產(chǎn)品正累計曲線R-R方程回歸結(jié)果

1—輥面壓力2.5 N/mm2；2—輥面壓力3.5 N/mm2；3—輥面壓力4.5 N/mm2；4—輥面壓力5.5 N/mm2；5—輥面壓力6.5 N/mm2；6—顎式破碎產(chǎn)品。

由圖1可以看出：高壓輥磨產(chǎn)品(4.5 N/mm2)、高壓輥磨產(chǎn)品(5.5 N/mm2)和高壓輥磨產(chǎn)品(6.5 N/mm2)較高壓輥磨產(chǎn)品(2.5 N/mm2)、高壓輥磨產(chǎn)品(3.5 N/mm2)和顎式破碎產(chǎn)品的粒度小，細粒級質(zhì)量分數(shù)更高，粒度分布更加均勻。綜合分析表2和圖1可知：高壓輥磨產(chǎn)品(4.5 N/mm2)和高壓輥磨產(chǎn)品(5.5 N/mm2)的粒度分布最均勻，磁鐵礦石在輥面壓力為4.5 N/mm2和5.5 N/mm2時進行高壓輥磨機粉碎的效果最好。

2.2 Bond球磨功指數(shù)對比

對輥面壓力為2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2情況下的高壓輥磨機和顎式破碎機全閉路粉碎的小于3.2 mm磁鐵礦石進行Bond球磨功指數(shù)試驗(目標粒度分別為0.45，0.25，0.15和0.074 mm)。

高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品的Bond球磨功指數(shù)按照下式進行計算[20]：

式中：ib為Bond球磨功指數(shù)，kW?h/t；1為試驗篩孔尺寸(即目標粒度)，μm；bp為磨礦平衡時球磨機單轉(zhuǎn)新生成的試驗篩孔以下粒級物料的質(zhì)量，g/r；80為產(chǎn)品中80%物料通過時的粒度，μm；80為給料中80%物料通過時的粒度，μm。

Bond球磨功指數(shù)試驗結(jié)果如表3所示。

表3 Bond球磨功指數(shù)試驗結(jié)果

根據(jù)表3中的試驗數(shù)據(jù)，Bond球磨功指數(shù)的計算結(jié)果如圖2所示。

1—輥面壓力2.5 N/mm2；2—輥面壓力3.5 N/mm2；3—輥面壓力4.5 N/mm2；4—輥面壓力5.5 N/mm2；5—輥面壓力6.5 N/mm2；6—顎式破碎產(chǎn)品。

由圖2可以看出：高壓輥磨產(chǎn)品和顎式破碎產(chǎn)品的Bond球磨功指數(shù)在目標粒度為0.45~0.25 mm時變化比較平緩，在0.25~0.15 mm區(qū)間內(nèi)緩慢增加，在0.15~0.074 mm區(qū)間內(nèi)迅速增加。由此可以分析出，在粗磨情況下，節(jié)能效果明顯。

建立不同粉碎方式產(chǎn)品的目標粒度與小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。

由表3可以分析要求達到的產(chǎn)品粒度下的目標粒度，然后根據(jù)圖2中目標粒度與Bond球磨功指數(shù)之間的關(guān)系可以得出要求達到的產(chǎn)品粒度下的Bond球磨功指數(shù)。

考察磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占65%情況下的Bond球磨功指數(shù)，根據(jù)圖3可以查出不同粉碎方式產(chǎn)品的目標粒度下，顎式破碎產(chǎn)品的目標粒度為117.52 μm，高壓輥磨輥面壓力2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2下產(chǎn)品的目標粒度分別為120.23，126.32，124.12，126.11和123.76 μm。根據(jù)圖2可以查出上述目標粒度下的Bond球磨功指數(shù)，顎式破碎產(chǎn)品為13.698 kW·h/t，高壓輥磨2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2產(chǎn)品分別為12.142，10.770，11.559，10.603和9.933 kW·h/t。高壓輥磨產(chǎn)品在不同輥磨壓力(2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2)下與顎式破碎產(chǎn)品相比，Bond球磨功指數(shù)降低的幅度如圖4所示。

1—輥面壓力2.5 N/mm2；2—輥面壓力3.5 N/mm2；3—輥面壓力4.5 N/mm2；4—輥面壓力5.5 N/mm2；5—輥面壓力6.5 N/mm2；6—顎式破碎產(chǎn)品。

考察磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占40%情況下的Bond球磨功指數(shù)，根據(jù)圖3可以查出不同粉碎方式產(chǎn)品的目標粒度下，顎式破碎產(chǎn)品的目標粒度為167.27 μm，高壓輥磨輥面壓力下產(chǎn)品的目標粒度分別為176.41，200.31，190.92，215.03和194.63 μm。根據(jù)圖2可以查出上述目標粒度下的Bond球磨功指數(shù)，顎式破碎產(chǎn)品為11.944 kW·h/t，高壓輥磨2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2產(chǎn)品球磨功指數(shù)分別為9.735，8.646，9.234，8.317和7.754 kW·h/t。高壓輥磨產(chǎn)品在不同輥磨壓力(2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2)下與顎式破碎產(chǎn)品相比，Bond球磨功指數(shù)降低的幅度如圖4所示。

由圖4可以看出：細度小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)為65%時，高壓輥磨產(chǎn)品在不同輥面壓力(2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2)下的Bond球磨功指數(shù)與顎式破碎產(chǎn)品相比，降低的幅度分別為11.36%，21.38%，15.62%，22.59%和27.49%，Bond球磨功指數(shù)降低的幅度最大的高壓輥磨機輥面壓力為5.5和6.5 N/mm2。

細度小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)為40%時，高壓輥磨產(chǎn)品在不同輥磨壓力(2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2)下的Bond球磨功指數(shù)與顎式破碎產(chǎn)品相比，降低幅度分別為18.49%，27.61%，22.69%，30.37%和35.08%，Bond球磨功指數(shù)降低的幅度最大的高壓輥磨機輥面壓力為5.5和6.5 N/mm2。

1—磨礦細度小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)為65%；2—磨礦細度小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)為40%。

對比磨礦細度小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)分別為65%和40%情況下Bond球磨功指數(shù)降低的幅度，在輥面壓力分別為2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2時，后者比前者分別降低7.13%，6.23%，7.07%，7.87%和7.59%。在輥面壓力5.5和6.5 N/mm2情況下降低幅度最大，粗磨情況下節(jié)能效果顯著。

3 結(jié)論

1) 與顎式破碎產(chǎn)品相比，高壓輥磨產(chǎn)品(4.5和5.5 N/mm2)的粒度分布最均勻，磁鐵礦石在輥面壓力為4.5 N/mm2和5.5 N/mm2時進行高壓輥磨機粉碎的效果最好。

2) 磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占65%情況下，高壓輥磨產(chǎn)品在不同輥面壓力(2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2)下的Bond球磨功指數(shù)比顎式破碎產(chǎn)品分別降低11.36%，21.38%，15.62%，22.59%和27.49%；磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占40%情況下，高壓輥磨產(chǎn)品在不同輥面壓力(2.5，3.5，4.5，5.5和6.5 N/mm2)下的Bond球磨功指數(shù)比顎式破碎產(chǎn)品分別降低18.49%，27.61%，22.69%，30.37%和35.08%；磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占40%比磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占65%情況下Bond球磨功指數(shù)降低的幅度分別降低7.13%，6.23%，7.07%，7.87%和7.59%。

3) 在磨礦細度為小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占65%和40%情況下，Bond球磨功指數(shù)降低的幅度最大的高壓輥磨機輥面壓力為5.5和6.5 N/mm2。對比磨礦細度小于0.074 mm的磨礦質(zhì)量分數(shù)占65%和40%，輥面壓力為5.5和6.5 N/mm2情況下降低幅度最大，高壓輥磨產(chǎn)品在粗磨情況下節(jié)能效果更顯著。

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(編輯 楊幼平)

Influence of operating parameters of high pressure grinding rolls on bond work index of ball mill of magnetite ore

HOU Ying1, 2, 3, XU Yiyuan1, YANG Hongying3, YAO Jin4, WU Zhongxian2, ZHANG Xu2

(1. Sinosteel Anhui Tianyuan Technologies Co. Ltd., Maanshan 243000, China;2. School of Mining Engineering, University of Science and Technology Liaoning, Anshan 114051, China;3. School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110004, China; 4. School of Resources & Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China)

Magnetite ore from Gongchangling was crushed by high pressure grinding rolls (HPGR) and jaw crusher (JC). The size characteristic of the products crushed by different crushing manners was analyzed, the Bond work indexes of ball mill by different crushing manners of different target particle sizes were measured, and the influence of Bond work indexes of ball mill of the products crushed by HPGR at different roll surface pressure and JC were studied. The results show that the fine fraction content of crushed products by HPGR is more than that produced by jaw crusher, and the particle size distribution of the product crushed by HPGR at the roll surface pressure of 4.5 and 5.5 N/mm2is more uniform. When mass fraction of grinding product smaller than 0.074 mm is 65%, Bond work index of ball mill of the products crushed by HPGR at roll surface pressure of 2.5, 3.5, 4.5, 5.5, and 6.5 N/mm2decreases, compared with that crushed by JC, respectively by 11.36%, 21.38%, 15.62%, 22.59%, and 27.49%. On the other hand, presence of 40% by weight instead of 65% of grinding product finer than 0.074 mm affected the decreasing value to be about 18.49%, 27.61%, 22.69%, 30.37%, and 35.08%, respectively. Reduction amplitudes of latter are lower than those of former by 7.13%, 6.23%, 7.07%, 7.87% and 7.59%, respectively. The biggest reduction amplitude is the product crushed by HPGR at the roll surface pressure of 5.5 and 6.5 N/mm2. Furthermore, the energy saving of coarse grinding is significantly higher than that of finer grinding.

10.11817/j.issn.1672-7207.2018.01.002

high pressure grinding rolls; jaw crusher; magnetite ore; Bond work index of ball mill; size characteristic

TD952

A

1672?7207(2018)01?0008?07

2017?01?15；

2017?03?27

國家自然科學基金資助項目(51504053)；遼寧省教育廳項目(2016TSPY12)；鞍山市科技計劃項目(110000144)；遼寧科技大學青年基金資助項目(2015QN13) (Project(51504053) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (2016TSPY12) supported by the Education Department of Liaoning Province; Project(110000144) supported by the Science and Technology Department of Anshan City; Project(2015QN13) supported by University of Science and Technology Liaoning Province)

侯英，博士(后)，副教授；從事難選礦物高效碎磨分選技術(shù)研究；E-mail: houying77@126.com