某鐵礦石高壓輥磨試驗(yàn)

朱顯幫

(1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司)

選礦廠碎磨作業(yè)生產(chǎn)成本一般占選廠直接生產(chǎn)成本的60%以上，而其中磨礦能耗占碎磨總能耗的80%～90%。因此，降低磨礦能耗是降低選廠總能耗的關(guān)鍵。研究表明，在常規(guī)破碎范圍內(nèi)，單位能耗隨產(chǎn)品粒度減小的變化很小，而在常規(guī)磨礦范圍內(nèi)，則隨磨礦粒度的減小，磨礦所需單位能耗急劇增加。在磨礦機(jī)中磨出同樣的破碎比產(chǎn)品，所需能耗是該破碎能量的4.75倍[1]。所以，在破碎機(jī)中使用粉碎能量比在磨礦機(jī)中更有效。

高壓輥磨機(jī)作為一種新型超細(xì)碎設(shè)備，可將粒度為65～20 mm的給礦物料破碎成3～10 mm的細(xì)碎或超細(xì)碎產(chǎn)物。其理論基礎(chǔ)為層壓粉碎理論，即大量顆粒受到高度的空間約束而集聚在一起，在強(qiáng)大外力作用下互相接觸、擠壓所形成的群體粉碎。高壓輥磨機(jī)克服了傳統(tǒng)破碎重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)大塊顆粒的針對(duì)性破碎，而忽略或未主動(dòng)利用全粒級(jí)的破碎和大、小塊協(xié)同破碎。此外，可在未被粉碎的顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量裂紋、塌散、疏松，使物料可磨性得到改善[2-4]。為此，以國(guó)內(nèi)某鐵礦石為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行高壓輥磨試驗(yàn)，以探索高壓輥磨對(duì)該礦石的碎礦效果和節(jié)能效果。

1 原礦性質(zhì)

原礦化學(xué)多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

由表1可知，原礦全鐵品位為25.31%，其中磁性鐵品位為14.47%，可回收的元素為鐵；主要有害雜質(zhì)磷含量不高，硫含量較高。

表2 原礦鐵物相分析結(jié)果 %

由表2可知，礦石中鐵的賦存狀態(tài)較為復(fù)雜，磁性鐵占全鐵的57.17%，赤(褐)鐵和碳酸鐵合計(jì)分布率為11.89%，而以不可回收的硅酸鐵形式存在的鐵占全鐵的29.91%。

2 高壓輥磨作業(yè)前后粒度篩析試驗(yàn)

試驗(yàn)采用的高壓輥磨機(jī)的規(guī)格為φ1 000 mm×400 mm，高壓輥磨機(jī)工作參數(shù)為電流182 A，油壓6.5 MPa，轉(zhuǎn)速26 r/min，輥距20 mm。試驗(yàn)給礦粒度為-30 mm，高壓輥磨作業(yè)前后粒度篩析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 高壓輥磨作業(yè)前后粒度篩析結(jié)果

由表3可知，原礦經(jīng)過(guò)1次輥磨后-6 mm粒度所占比例由30.72%提高到66.76%，-3 mm粒度所占比例由16.87%提高到42.57%，-1 mm粒度所占比例由10.00%提高到28.50%。由此可見(jiàn)，高壓輥磨機(jī)對(duì)該礦的碎礦效果十分顯著。原礦經(jīng)高壓輥磨處理后，細(xì)粒級(jí)含量大幅度提高，碎礦產(chǎn)品粒度組成得到優(yōu)化。細(xì)粒級(jí)含量的提高也為降低球磨機(jī)給礦粒度，實(shí)現(xiàn)“多碎少磨”提供了條件。

3 高壓輥磨作業(yè)前后相對(duì)可磨度試驗(yàn)

根據(jù)高壓輥磨機(jī)的層壓粉碎理論，物料顆粒在不斷增加的外力作用下，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量裂紋，在裂紋附近發(fā)生應(yīng)力集中，聚集勢(shì)能，并在作用力超過(guò)極限時(shí)發(fā)生粉碎。因此，經(jīng)高壓輥磨機(jī)處理后的物料有時(shí)盡管沒(méi)有破裂但內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生大量裂紋，可改善礦石磨礦性能，大大提高后續(xù)磨礦效率，降低磨礦能耗。為此，對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品進(jìn)行相對(duì)可磨度試驗(yàn)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)樣品為高壓輥磨前的原礦，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 高壓輥磨作業(yè)前后可磨度曲線

由圖1可見(jiàn)，原礦磨至-0.074 mm占70%所需時(shí)間為13.14 min，高壓輥磨產(chǎn)品磨至-0.074 mm占70%所需時(shí)間為10.52 min，根據(jù)相對(duì)可磨度計(jì)算公式：

(1)

計(jì)算得知，高壓輥磨產(chǎn)品相對(duì)可磨度K-0.074 mm70%為1.25，說(shuō)明高壓輥磨產(chǎn)品較原礦易磨，原礦經(jīng)高壓輥磨作用后礦石可磨性得到改善。

4 高壓輥磨作業(yè)前后球磨功指數(shù)試驗(yàn)

Bond球磨功指數(shù)表示物料磨細(xì)的難易程度。測(cè)定球磨功指數(shù)的實(shí)質(zhì)是用Bond功指數(shù)磨將某一指定給料粒度的物料研磨至平衡，即粉磨至某一要求粒度。試驗(yàn)以球磨磨至粒度為-0.074 mm時(shí)所消耗的功表示物料球磨的難易程度。以高壓輥磨前的原礦為標(biāo)準(zhǔn)樣品，輥磨后的礦樣為對(duì)比樣品，測(cè)定-0.074 mm礦樣的球磨功指數(shù)。

Bond球磨功指數(shù)的計(jì)算公式為[5]：

(2)

式中，Wib為Bond球磨功指數(shù)，kWh/t；P1為試驗(yàn)篩孔孔徑，74 μm；Gbp為磨礦平衡時(shí)球磨機(jī)單轉(zhuǎn)新生成的小于試驗(yàn)篩孔的粒級(jí)物料質(zhì)量，g/r；P80為產(chǎn)品中80%物料通過(guò)的粒度，μm；F80為給料中80%物料通過(guò)的粒度，μm。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

(1)原礦-0.074 mm磨礦邦德功指數(shù)計(jì)算指標(biāo)：原礦-0.074 mm含量為16.68%，P1=74 μm；F80=1 733.52 μm；P80=62.04 μm；Gbp=0.879 g/r。

(2)輥磨后產(chǎn)品-0.074 mm磨礦邦德功指數(shù)計(jì)算指標(biāo)：輥磨后產(chǎn)品中-0.074 mm含量為18.61%，F(xiàn)80=1 449.17 μm；P1=74 μm；P80=61.41 μm；Gbp=1.168 g/r。

經(jīng)計(jì)算：原礦-0.074 mm球磨功指數(shù)為21.65 kWh/t，經(jīng)高壓輥磨后-0.074 mm球磨功指數(shù)為17.42 kWh/t。結(jié)果表明：高壓輥磨后產(chǎn)品-0.074 mm球磨功指數(shù)比原礦降低4.22 kWh/t，降低能耗約19.54個(gè)百分點(diǎn)。

5 高壓輥磨產(chǎn)品粗粒濕式預(yù)選拋尾試驗(yàn)

對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品進(jìn)行不同粒度(3～0 mm、5～0 mm、8～0 mm)、不同磁場(chǎng)強(qiáng)度(318.47、238.35 kA/m)的粗粒濕式預(yù)選拋尾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。粗粒濕式預(yù)選拋尾采用CCTSφ400 mm×300 mm粗粒濕式永磁磁選機(jī)，上升水量為600 mL/s。

由表4可知，在相同的入選粒度下，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的下降，拋尾量增加，精礦品位升高，回收率下降，尾礦品位升高;在相同磁磁場(chǎng)強(qiáng)度下，隨著入選粒度的下降，拋尾量增加，精礦品位升高，回收率升高，尾礦品位降低;綜合考慮精礦指標(biāo)、尾礦指標(biāo)及入選粒度，試驗(yàn)最佳的入選粒度為-5 mm，磁場(chǎng)強(qiáng)度為318.47 kA/m，此時(shí)可拋尾尾礦產(chǎn)率為42.39%，全鐵品位為14.77%，磁性鐵品位為0.93%。

表4 不同粒度下不同磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié) 論

(1)某鐵礦高壓輥磨試驗(yàn)結(jié)果表明：①原礦經(jīng)高壓輥磨處理后，-6 mm粒度含量由30.72%提高到66.76%，-3 mm粒度含量由16.87%提高到42.57%，高壓輥磨使原礦中細(xì)粒級(jí)含量大幅增加，碎礦效果顯著；②高壓輥磨后礦石相對(duì)可磨度K-0.074 mm70%為1.25，Bond球磨功指數(shù)為17.42 kWh/t，輥磨后礦石變得易磨，且-0.074 mm Bond球磨功指數(shù)較原礦降低19.54個(gè)百分點(diǎn)，節(jié)能效果顯著；③粗粒濕式預(yù)選拋尾試驗(yàn)效果顯著，礦石最佳的入選粒度為-5mm，此時(shí)可拋尾產(chǎn)率為42.39%，尾礦中全鐵品位為14.77%，磁性鐵品位為0.93%。

(2)通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，初步表明：針對(duì)該礦石采用高壓輥磨技術(shù)可通過(guò)減小后續(xù)球磨系統(tǒng)的給礦粒度，實(shí)現(xiàn)多碎少磨；改善物料可磨性，降低球磨功指數(shù)；提前拋棄部分粗粒尾礦，減少后續(xù)球磨系統(tǒng)的處理量來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李 宏，馬保平，袁 靜，等.實(shí)行多碎礦少磨提高經(jīng)濟(jì)效益[J].有色金屬：選礦部分，1999(4)：13-17.

[2] 羅主平，劉建華.高壓輥磨機(jī)在我國(guó)金屬礦山的應(yīng)用與前景展望(一)[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009(2)：33-37.

[3] 李仕亮，杜玉艷.高壓輥磨機(jī)及其在選礦碎礦工藝中應(yīng)用的進(jìn)展[J].有色金屬：選礦部分，2011(1)：96-99.

[4] 張韶敏，丁臨冬，段海瑞，等.高壓輥磨機(jī)在選礦生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[J].礦冶，2013(4)：104-108.

[5] 侯 英，丁亞卓，印萬(wàn)忠，等.礦石高壓輥磨產(chǎn)品球磨功指數(shù)計(jì)算程序的建立[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013(11)：4385-4391.