某磁鐵礦高壓輥磨-濕式預選工藝試驗研究

王建中 郭 鵬

(太原鋼鐵(集團)有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦，山西 太原 030300)

0 引言

隨著破碎理論和破碎設備的發(fā)展，傳統(tǒng)破碎工藝不斷受到挑戰(zhàn)[1]。在磁鐵礦選礦領(lǐng)域，傳統(tǒng)三段一閉路破碎方式存在預選拋尾分離效果差、鐵損失率高、后續(xù)磨礦能耗高等缺點，且破碎產(chǎn)物粒度最細只能達到10～15 mm[2]。高壓輥磨機是一種基于層壓破碎原理的新型、高效礦巖破碎設備[3]，即物料不是在破碎機工作面或破碎介質(zhì)間做單個顆粒的破碎或粉磨，而是作為一個料層得到粉碎，在高壓作用下使顆粒相互擠壓，產(chǎn)生裂紋或劈碎[4]，因此，高壓輥磨不僅能使礦石得到粉碎，還使得顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋[5，6]，有利于提高被破碎礦石的單體解離度[7]，預選分離效果[8]及可磨性[9]，具有破碎比大、微裂紋優(yōu)勢明顯、單位破碎能耗和鋼耗低、處理能力大、設備作業(yè)率高、占地面積少等優(yōu)點[10]，產(chǎn)品含有大量的細粒和微細粒產(chǎn)品，其中很大部分礦物已完成初步單體解離，具備較好的分選條件，為充分實現(xiàn)“多碎少磨、能拋早拋”[11]創(chuàng)造了有利條件。

華北某鐵礦屬鞍山式沉積變質(zhì)類型貧鐵礦床[12]，礦石主要由磁鐵石英巖及少量赤鐵石英巖組成，全鐵品位31%左右，選礦采用三段一閉路破碎-階段磨礦-階段弱磁選-磁重選精選工藝流程，精礦全鐵品位67.5%，SiO2含量6%[13，14]。為通過技術(shù)進步提升礦山綜合效益，對高壓輥磨-預選工藝應用可行性進行了探討。

1 高壓輥磨試驗

1.1 試樣粒級分布

高壓輥磨選取選礦系統(tǒng)細碎后礦樣作為試樣，對該試樣進行了篩析，結(jié)果見表1。

表1 試樣粒級篩析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

由試樣篩析結(jié)果可知：-15 mm和-5.0 mm粒級負累積含量分別為93.85%、47.77%，-0.074 mm含量7.22%，試樣粒級主要分布在5～15 mm之間，占了試驗總量的46.08%。

1.2 開路試驗

高壓輥磨開路試驗在CLM25/10高壓輥磨機上進行，設置工作壓力分別為8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa，高壓輥磨機原始輥縫寬度為2.2 mm，轉(zhuǎn)速為20 r/min，每次給料量為20 kg，在不同壓力條件下進行高壓輥磨試驗。高壓輥磨結(jié)束后，收集輥壓產(chǎn)品，將物料混勻、縮分、取樣進行粒度組成干式篩分分析。試驗結(jié)果見表2和圖1。

表2 開路試驗產(chǎn)品粒級篩析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

圖1 輥壓給排料粒級對比

高壓輥磨機工作壓力在8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa時，輥壓產(chǎn)品-5.0 mm粒級累積含量分別占63.92%、66.79%、67.85%，-0.074 mm粒級累積含量分別占12.38%、14.49%、14.97%；隨著工作壓力的增大，輥壓產(chǎn)品細粒級含量逐漸提高，說明高壓輥磨機對該礦有較好的輥壓效果。

工作壓力條件在10.0 MPa和12.0 MPa時，輥壓產(chǎn)品細粒級含量相差不大；隨著工作壓力的增大，電耗依次為1.28 kW·h/t、1.60 kW·h/t、1.81 kW·h/t。因此，根據(jù)不同工作壓力下輥壓產(chǎn)品粒度分布及電耗，推薦最佳工作壓力為10.0 MPa。

1.3 3.0 mm高壓輥磨閉路篩分試驗

根據(jù)開路條件試驗得到高壓輥磨機最佳工作壓力值，將其設定為試驗工作壓力，每次給料量10 kg。每次高壓輥磨結(jié)束后，收集輥壓后產(chǎn)品，用3.0 mm振動篩進行篩分，稱出篩上、篩下物料重量，保留篩下物料，篩上物料返回與新給料混勻，重新給入高壓輥磨機；重復以上實驗流程，直至篩下物料重量接近新給料重量或者篩下物料不再增加，則該流程達到平衡。由試驗可知，高壓輥磨機3.0 mm閉路篩分循環(huán)作業(yè)負荷為108.20%。將循環(huán)平衡后的篩下物料縮分、取樣，進行粒度組成分析，結(jié)果見表3。

表3 3.0 mm閉路產(chǎn)品粒級組成(質(zhì)量分數(shù)) %

高壓輥磨機輥壓壓力在10.0 MPa下3.0 mm閉路篩分循環(huán)試驗的輥壓產(chǎn)品細粒級含量較多，-0.5 mm粒級累積含量占41.85%，-0.074 mm粒級累積含量占19.13%。

1.4 5.0 mm高壓輥磨閉路篩分試驗

根據(jù)開路條件試驗得到高壓輥磨機最佳工作壓力值，將其設定為試驗工作壓力，每次給料量10 kg，參照3.0 mm閉路篩分試驗，得出高壓輥磨機5.0 mm閉路篩分循環(huán)作業(yè)負荷為64.40%。將循環(huán)平衡后的篩下物料縮分、取樣，進行粒度組成分析，結(jié)果見表4。

表4 5.0 mm閉路產(chǎn)品粒級組成(質(zhì)量分數(shù)) %

高壓輥磨機輥壓壓力在10.0 MPa下5.0 mm閉路篩分循環(huán)試驗的輥壓產(chǎn)品細粒級含量適中，-0.5 mm粒級累積含量占29.90%，-0.074 mm粒級累積含量占13.97%。

1.5 邦德功指數(shù)測定

取常規(guī)破碎3.0 mm原礦和高壓輥磨3.0 mm原礦分別進行邦德功指數(shù)實驗。成品篩的篩孔尺寸為0.074 mm。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分別計算邦德功指數(shù)，結(jié)果見表5。

表5 邦德功指數(shù)測定

其計算公式如下：

(1)

式中：WIB—球磨功指數(shù)，kW·h/t；dpi—篩孔尺寸，μm；Gbp—磨機每一轉(zhuǎn)新生成成品質(zhì)量，g/r；P80—成品的80%通過粒度，μm；F80—實驗原料的80%通過粒度，μm。

原礦常規(guī)破碎3.0 mm邦德功指數(shù)為13.44 kW·h/t；原礦高壓輥磨3.0 mm邦德功指數(shù)為10.01 kW·h/t；高壓輥磨邦德功指數(shù)比常規(guī)破碎邦德功指數(shù)低25.52%。

1.6 磨礦試驗

取常規(guī)破碎到-3 mm原礦和高壓輥磨破碎到-3.0 mm原礦分別進行磨礦對比試驗。試驗樣品稱取500 g/次，磨礦濃度為60%，設定磨礦時間分別為0、3、6、9、12分鐘進行磨礦條件試驗，磨后產(chǎn)品采用0.074 mm標準篩進行濕式篩分，收集篩上樣品、烘干、稱重。試驗結(jié)果見表6。

表6 常規(guī)破碎原礦和高壓輥磨原礦磨礦對比試驗

磨礦細度達到-0.074 mm占40%時常規(guī)破碎原礦和輥壓原礦磨礦所需時間分別為兩分鐘和一分鐘；磨礦細度達到-0.074 mm占60%時常規(guī)破碎原礦和輥壓原礦磨礦所需時間分別為3.5分鐘和2.3分鐘；磨礦細度達到-0.074 mm占80%時常規(guī)破碎原礦產(chǎn)品和輥壓原礦產(chǎn)品磨礦所需時間分別為5.5分鐘和4.6分鐘，說明輥壓原礦比常規(guī)破碎原礦更易磨。

2 濕式預選試驗

2.1 試樣鐵品位分析

對選礦系統(tǒng)細碎后礦樣進行化學分析，結(jié)果見表7。

表7 原礦化學分析(質(zhì)量分數(shù)) %

原礦化學分析結(jié)果表明原礦全鐵品位30.64%，磁性鐵品位24.93%，鐵礦物之中磁性鐵分布率為81.36%，原礦為磁性鐵為主的鐵礦石。

2.2 粗粒濕式磁選拋尾對比試驗

采用高壓輥磨機將試樣輥壓到5-0 mm、3-0 mm，分別對這兩樣品進行粗粒濕式磁選拋尾。試驗設備為T-CTS1006粗粒濕式磁選機，磁場強度為500 mT,試驗簡要流程見圖2，試驗數(shù)據(jù)見表8。

圖2 輥壓產(chǎn)品磁選試驗流程

表8 粗粒磁選濕選拋尾試驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)) %

當輥壓產(chǎn)品粒度為5-0 mm和3-0 mm時，采用粗粒濕式磁選可拋出產(chǎn)率30.28%～31.20%、尾礦鐵品位11.38%左右、磁性鐵品位0.50%的粗粒尾礦，粗精礦磁性鐵回收率為99%以上，入選鐵品位可提高了8個百分點以上，入磨粗精礦全鐵品位達39%左右。輥壓產(chǎn)品濕式磁選拋尾效果明顯。

原礦輥壓到5-0 mm和3-0 mm、經(jīng)粗粒濕式磁選拋尾后，所獲選別指標接近，說明這兩種給礦粒度對選別指標影響較小。

3 工藝推薦

綜合試驗研究結(jié)果、選礦現(xiàn)有流程整體優(yōu)化及其它實際情況，在工程設計時應考慮：

1)現(xiàn)細碎產(chǎn)品由-12 mm 88%放粗到-25 mm，大幅度降低細碎系統(tǒng)循環(huán)負荷；

2)-25 mm產(chǎn)品全粒級進入高壓輥磨機破碎，輥磨機與濕式直線篩組成閉路，其產(chǎn)品由直線振動篩進行濕式檢查篩分，篩上產(chǎn)品(+5 mm)通過皮帶機返回到輥磨機；

3)篩下產(chǎn)品(-5 mm)自流進入濕式順流磁選機進行預選拋尾作業(yè)，預選精礦泵送入磨礦分級系統(tǒng)；

4)預選尾礦經(jīng)直線篩開路分級，篩上產(chǎn)品(+2 mm)可作為建材使用或外銷，篩下產(chǎn)品(-1 mm)進入尾礦系統(tǒng)。

5)推薦工藝原則流程見圖3。

圖3 工藝原則流程

4 結(jié)語

該礦山選礦系統(tǒng)細碎后礦樣經(jīng)高壓輥磨后，-0.5 mm粒級累積含量可達41.85%；經(jīng)粗粒濕式磁選可拋出產(chǎn)率30.28%～31.20%、尾礦鐵品位11.38%左右、磁性鐵品位0.50%的粗粒尾礦，粗精礦磁性鐵回收率為99%以上，入選鐵品位提高了8個百分點以上，入磨粗精礦全鐵品位達39%左右，輥壓產(chǎn)品濕式磁選拋尾效果明顯。說明高壓輥磨-濕式預先拋尾工藝是可行的，具有深入研究價值；同時隨著低品位礦石綜合回收利用力度的加大，該工藝會顯示出更低的成本優(yōu)勢，下一步將與現(xiàn)有流程、裝備結(jié)合，對工藝系統(tǒng)進行再優(yōu)化。