張莊鐵礦磨礦系統(tǒng)優(yōu)化試驗研究

石 剛 胡 蝶 吳 紅 袁程方 齊美超 吳彩斌 潘 猛3

（1.安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責任公司；2.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院）

鐵礦資源是人類生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生產(chǎn)、生活資料的重要來源［1-2］。在鐵礦資源生產(chǎn)過程中原材料的開采和選別是必不可少的，且極為重要［3］。據(jù)統(tǒng)計，粉碎作業(yè)的耗電總量占選礦廠總耗電量的60%以上，而磨礦作業(yè)的耗電量又占粉碎作業(yè)的90%以上，磨礦成本占選礦廠生產(chǎn)成本的40%～60%［4-5］。因此，磨礦是一項耗能高、效率低的作業(yè)。與此同時，磨礦作業(yè)又承擔著礦石破碎和礦物解離及為選礦提供滿足粒度要求磨礦產(chǎn)品的任務。磨礦產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣是通過磨礦機內(nèi)的研磨介質(zhì)來實現(xiàn)的，選擇合適大小的磨礦介質(zhì)至關(guān)重要［6］。

劉瑜等［7］對柿竹園脆性多金屬礦磨礦中存在的過粉碎、低效率等問題，運用精確化磨礦理論使磨礦產(chǎn)品質(zhì)量得到全面改善，提高了浮選指標且節(jié)能降耗效果顯著。劉安平等［8］在梅山鐵礦選廠四系列進行了精確化磨礦工業(yè)試驗，二段分級溢流產(chǎn)品中合格粒級含量提高了1.82個百分點，-10μm粒級含量降低了1.05個百分點，為后續(xù)磁選作業(yè)提供了較好的產(chǎn)品粒度。由此可見，精確化磨礦是改進和優(yōu)化磨礦工藝，降本增效，增加經(jīng)濟效益的有效途徑。

馬鋼張莊選礦廠鐵礦石主要以磁鐵礦的形式存在，其分布率為66.18%；其次為硅酸鐵，其分布率為21.08%；其他鐵礦物含量較低，因此選廠回收的目的礦物主要為磁鐵礦。本文以此為研究對象，對一系列一段磨礦分級回路進行磨礦工藝優(yōu)化，進行試驗室精確化磨礦試驗，確定最佳的磨礦條件，為工業(yè)磨礦優(yōu)化提供理論支持和技術(shù)依據(jù)。

1 試驗方法

1.1 試驗樣品

試驗樣品為馬鋼張莊鐵礦一段磨礦入磨樣品。樣品粒度篩析結(jié)果見表1。

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由表1可知，入磨樣P80為3.35 mm，說明濕式篩分作業(yè)控制得很好；但+1.18 mm粒級累積含量為80.45%，其中-0.15 mm粒級產(chǎn)率僅為3.08%，-0.075 mm粒級產(chǎn)率2.44%，說明入磨樣粒度組成整體偏粗；+1.18 mm鐵金屬占有率達79.26%，需要在磨礦過程中細磨和解離，且鐵品位隨粒度減小有逐漸增大趨勢，-0.075 mm粒級鐵品位達50%，說明要獲得高品位鐵精礦，必須細磨。

1.2 精確化磨礦球徑及其配比

根據(jù)礦石力學性質(zhì)、磨機給礦粒度組成特性以及選廠磨機工作條件，采用球徑半理論公式［9-10］計算出各粒級所需鋼球尺寸。球徑半理論公式［11］為：

式中，Db為所需鋼球直徑，cm；?為磨機轉(zhuǎn)速率，%；σ壓為礦石極限抗壓強度，kg/cm2；ρe為鋼球在礦漿中的有效密度，g/cm3；Do為磨內(nèi)鋼球“中間縮聚層”直徑，cm；df為磨機給礦粒度，cm；Kc為綜合修正系數(shù)，可通過查表獲得。

在確定了各級別所需球徑的基礎(chǔ)上，根據(jù)一段磨礦給礦及返砂的粒度組成，運用破碎統(tǒng)計力學原理［12-13］進行精確化裝球計算，得出精確化球徑配比為?50 mm:?40 mm:?30 mm=30%∶40%:30%（平均球徑為40 mm）。

為了比較精確化配比磨礦效果，采用了偏大球裝球制度?50 mm∶?4 0mm∶?30 mm=70%∶20%∶10%（平均球徑為46 mm）和偏小球裝球制度?40 mm∶?30 mm∶?20 mm=20%∶50%∶30%（平均球徑為29 mm）作為對比。

2 結(jié)果與討論

2.1 精確化磨礦工藝試驗

（1）磨礦時間。采用精確化裝球制度，在6.25 L錐形球磨機中固定磨礦濃度67%、磨機充填率40%，分別在2，2.5，3，3.5，4 min下進行磨礦時間試驗，對磨礦產(chǎn)品采用標準套篩進行篩析。磨礦時間曲線見圖1（圖中d為物料粒度，mm）。

由圖1可見，隨著磨礦時間的增加，試樣新生-0.075 mm粒級產(chǎn)率上升；為了模擬現(xiàn)場磨礦作業(yè)實際情況，結(jié)合磨礦作業(yè)要求，考慮到磨礦產(chǎn)品粒度的均勻性，決定選取2.5 min為最佳磨礦時間，此時磨礦產(chǎn)品細度為-0.075 mm32.54%，新生-0.075 mm粒級含量最高。

（2）磨礦濃度。磨礦濃度的大小直接影響礦漿的流動性、礦石和磨礦介質(zhì)的摩擦力以及磨機的生產(chǎn)效率等［14］。只有磨礦濃度在合適的范圍時，磨礦產(chǎn)品粒度以及磨機效率才能發(fā)揮到最優(yōu)化［15］。采用精確化裝球制度，在6.25 L錐形球磨機中固定磨礦時間2.5 min、磨機充填率40%，進行不同磨礦濃度試驗，磨礦濃度對磨礦效果的影響見圖2（圖中d為物料粒度，mm）。

由圖2可見，隨著磨礦濃度的增大，-0.075 mm粒級的含量并未一直增加；當磨礦濃度為60%～70%時，磨礦效果較好；當磨礦濃度超過70%時，隨著磨礦濃度的增加，磨礦能力減小而后趨于穩(wěn)定；當磨礦濃度為67%時，-0.075 mm粒級含量達到最大值32.54%，此時產(chǎn)品粒度分布較均勻，有利于提高并改善磨礦產(chǎn)品質(zhì)量。

（3）磨機充填率。采用精確化裝球制度，在6.25 L錐形球磨機中固定磨礦時間2.5min、磨礦濃度67%，進行鋼球充填率試驗，鋼球充填率與磨礦細度關(guān)系曲線見圖3（圖中d為物料粒度，mm）。

由圖3可見，隨著鋼球充填率的增加，可提高鐵礦的磨礦效果；當磨礦充填率為43%時，磨礦產(chǎn)品中的-0.075 mm粒級產(chǎn)率逐漸減小；充填率過高磨機負荷也相應增大，成本也會增加；當充填率為40%時，磨礦產(chǎn)品中的-0.075 mm含量最高，為32.54%；綜合考慮，磨礦產(chǎn)品均勻性和粒度分布以及實際磨機運轉(zhuǎn)情況，選取最佳鋼球充填率為40%。

2.2 精確化磨礦對比試驗

2.2.1 裝球制度對磨礦產(chǎn)品的影響

采用精確化裝球制度，在6.25 L錐形球磨機中固定磨礦時間2.5 min、磨礦濃度67%、鋼球充填率40%，3種裝球制度下的磨礦效果見圖4（圖中d為物料粒度，mm）。

由圖4可見，采用精確化裝球制度，磨礦效果顯著高于其他裝球制度，欠磨粒級+0.15 mm產(chǎn)率較低，細粒級增加速率較低，說明精確化磨礦產(chǎn)品粒度特性更加均勻。同樣條件下，精確化制度下的磨礦產(chǎn)品-0.075 mm含量為32.54%，高于偏大球制度6.13個百分點、偏小球制度15.78個百分點，證明了精確化裝球制度對鐵礦磨礦具有優(yōu)越性，磨礦產(chǎn)品粒度特性得到改善。

2.2.2 裝球制度對磁選指標的影響

參考選廠磁場強度，一段磁選磁場強度采用160 kA/m，磁選工藝流程見圖5。對3種不同裝球制度下的磨礦產(chǎn)品分別進行磁選試驗，磁選結(jié)果見表2。

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由表2可知，對比精確化、偏大球和偏小球3種制度下的磁選作業(yè)回收率可知，精確化制度磨礦下的鐵回收率為90.48%，高于偏大球制度2.97個百分點和偏小球制度3.59個百分點；偏大球制度下大球數(shù)量多，容易對礦石形成貫穿式破碎，形成過粉碎，不利于礦物的磁選作業(yè)；偏小球制度小球數(shù)量多，對礦物破碎能力不夠，合格粒級偏少；故偏大球制度和偏小球制度都不利于礦物的磨礦，精確化制度下可改善磨礦產(chǎn)品粒度特性，進而改善磁選效果。

對磁選精礦進行粒度篩析，并對各粒級篩析樣品化驗鐵品位，磁選精礦金屬量分布情況見圖6。

由圖6可見，3種不同裝球制度從磁選精礦+0.075 mm金屬分布率來看，精確化制度為31.09%，偏大球為35.81%，偏小球為29.81%，偏大球制度鐵金屬量大部分分布在粗粒級，粒度偏粗不利于磁選作業(yè)；從磁選精礦-0.023 mm粒級鐵金屬分布情況來看，精確化裝球制度為12.47%，偏大球制度為13.10%，偏小球制度為15.81%；偏小球制度小球數(shù)量多，比表面積大，對細粒級的研磨能力增加，容易造成礦物過磨，導致大量金屬集中在細粒級，不利于鐵金屬的回收；因此，0.023～0.075 mm的金屬分布率高，有利于磁選精礦的回收，精確化裝球制度下的磨礦產(chǎn)品磁選效果優(yōu)于偏大球制度和偏小球制度。

3 結(jié) 論

（1）張莊礦試驗室精確化磨礦最佳條件磨礦時間為2.5 min，磨礦濃度67%，鋼球配比?50 mm∶?40 mm∶?30 mm=30%∶40%∶30%，混合球平均直徑40 mm，充填率40%。

（2）精確化裝球制度下磨礦產(chǎn)品中-0.075 mm含量32.54%，高于偏大球制度6.13個百分點、偏小球制度15.78個百分點，精確化磨礦能改善磨礦產(chǎn)品的粒度特性。

（3）精確化裝球制度下磨礦產(chǎn)品中磁選回收率高于偏大球制度2.97個百分點、偏小球制度3.59個百分點；從磁選精礦的粒級分析和鐵金屬分布情況來看，0.023～0.075 mm粒級的金屬分布率高，有利于提高磁選指標。