選礦廠細(xì)篩再磨工藝優(yōu)化對(duì)比效果分析

靳躍棟，劉飛飛，張 浩，薛向欣，程功金，李麗匣

(1.遼寧首鋼硼鐵有限責(zé)任公司，遼寧 丹東 118103；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院礦物工程系，遼寧 沈陽(yáng) 110819；3.東北大學(xué)冶金學(xué)院資源與環(huán)境系，遼寧 沈陽(yáng) 110819；4.遼寧省冶金資源循環(huán)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110819)

遼寧鳳城翁泉溝地區(qū)含鈾硼鐵礦床屬于多元素共伴生的沉積變質(zhì)型礦，礦石中的主要有用礦物為磁鐵礦、硼鎂石、硼鎂鐵礦和晶質(zhì)鈾礦，占全國(guó)鐵礦石儲(chǔ)量的1%，B2O3儲(chǔ)量2 184萬(wàn)t，占全國(guó)硼總儲(chǔ)量的58.0%，是我國(guó)最重要的硼礦來(lái)源，鈾資源量經(jīng)概略計(jì)算為13 585 t，具有重要的綜合利用價(jià)值[1-4]。礦石中TFe、B2O3、U平均品位分別為30.65%、7.23%、0.004 8%[5]。遼寧首鋼硼鐵有限責(zé)任公司處理該類型礦石，為了綜合回收鐵、硼、鈾，采用階段磨礦階段磁選分選磁鐵礦，選鐵尾礦經(jīng)水力旋流器分級(jí)后，分級(jí)溢流得到硼精礦，分級(jí)沉砂通過(guò)搖床重選得到鈾精礦。選礦廠年處理原礦200萬(wàn)t，年產(chǎn)鐵精粉79.69萬(wàn)t，TFe品位54.13%，年產(chǎn)硼精礦13.10萬(wàn)t，B2O3品位15.49%，年產(chǎn)鈾精礦0.81萬(wàn)t，U品位0.163 9%[6-7]。

篩分設(shè)備的篩分效率影響產(chǎn)物的粒度組成和磨機(jī)處理能力[8]，某選礦廠通過(guò)更換篩板提高篩分效率后，二段分級(jí)溢流產(chǎn)品的粒度明顯變細(xì)，磨機(jī)處理能力增加[9]。高頻細(xì)篩嚴(yán)格按照篩孔尺寸分級(jí)，在篩面高頻振動(dòng)下，比重大的合格顆粒會(huì)成為篩下產(chǎn)物，篩下產(chǎn)物的礦物解離度和品位也更高，引入預(yù)先篩分，使給礦中低品位粗顆粒作為篩上產(chǎn)物排出，避免對(duì)檢查篩分的影響，可提高總篩分質(zhì)效率，降低選礦廠運(yùn)營(yíng)成本[10-14]。針對(duì)首鋼硼鐵生產(chǎn)中篩分效率低的問(wèn)題，對(duì)二系列進(jìn)行了篩分工藝改造，以提高篩分效率，改善篩下產(chǎn)物的粒度與品位，提高鐵的回收效果。本文介紹了細(xì)篩再磨工藝改造內(nèi)容，對(duì)比研究了改造后的二系列與未改造的一系列的篩分質(zhì)效率、篩下產(chǎn)物粒度與TFe品位關(guān)系，對(duì)兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物進(jìn)行磁選管試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)對(duì)比處理能力，并進(jìn)行初步經(jīng)濟(jì)分析，為類似選礦廠的細(xì)篩再磨工藝優(yōu)化提供參考。

1 細(xì)篩再磨工藝改造內(nèi)容

選礦廠磨選車間共兩個(gè)系列，二段磨礦分級(jí)作業(yè)為細(xì)篩再磨作業(yè)，預(yù)先和檢查分級(jí)合一的細(xì)篩、球磨磨礦工藝，球磨機(jī)為MQY3264溢流型球磨機(jī)，每個(gè)系列1臺(tái)，單臺(tái)處理能力140～160 t/h，篩分工藝為預(yù)先篩分和檢查篩分合一的作業(yè)，篩分新給礦為一段磁選精礦，其-0.074 mm粒級(jí)含量為32.50%、TFe品位為40.01%，篩下產(chǎn)物通過(guò)二段磁選(雙筒磁選機(jī))獲得鐵精礦。每個(gè)系列使用3臺(tái)陸凱D4MVSK2418C3四層疊復(fù)式高頻細(xì)篩，篩孔尺寸為0.11 mm×0.22 mm，單臺(tái)篩分面積為4.32 m2。生產(chǎn)過(guò)程存在篩分效率低、循環(huán)負(fù)荷大的問(wèn)題，為了提高篩分質(zhì)效率，對(duì)細(xì)篩再磨工藝進(jìn)行了改造。

將一系列保持原來(lái)的預(yù)先篩分和檢查篩分合一的細(xì)篩再磨工藝，將二系列的細(xì)篩再磨篩分工藝中的預(yù)先篩分和檢查篩分分開(kāi)，二系列改造后細(xì)篩再磨工藝流程圖見(jiàn)圖1，預(yù)先篩分使用3臺(tái)D4MVSK2418C3四層疊復(fù)式高頻細(xì)篩，篩孔尺寸為0.20 mm×0.40 mm(篩孔尺寸0.15 mm×0.30 mm的篩網(wǎng)供對(duì)比使用)，檢查篩分使用2臺(tái)2SG48-60-W-5STK德瑞克五路重疊式高頻細(xì)篩，篩孔尺寸為0.10 mm×2.46 mm，單層篩面尺寸1.0 m×1.4 m，單臺(tái)篩分面積為7 m2。德瑞克高頻細(xì)篩振動(dòng)力強(qiáng)，可達(dá)7.3 G(一般振動(dòng)篩只有4.0～5.0 G)，篩分效率更高[15]。

圖1 二系列改造后細(xì)篩再磨工藝流程圖

在現(xiàn)場(chǎng)流程穩(wěn)定的情況下，對(duì)一系列的篩分給礦、篩上產(chǎn)物和篩下產(chǎn)物，二系列的篩分給礦、預(yù)先篩分篩上產(chǎn)物、篩下產(chǎn)物、檢查篩分的篩上產(chǎn)物、篩下產(chǎn)物，每隔15 min取樣一次，三次合成一個(gè)樣品，作為一批次樣品，每個(gè)批次樣品取樣質(zhì)量為300～500 g。對(duì)兩個(gè)系列的每批次樣品進(jìn)行混勻、縮分，制取粒度篩分、TFe品位檢測(cè)樣品。粒度篩分采用實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)套篩進(jìn)行，+0.074 mm各粒級(jí)采用干篩、-0.074 mm各粒級(jí)采用濕篩。

一系列的篩分給礦、篩上產(chǎn)物和篩下產(chǎn)物各取樣7批。在二系列細(xì)篩再磨工藝改造中，為了確定適宜的預(yù)先篩分篩孔尺寸，保持振幅、篩分面積等與一系列相同，選擇0.15 mm×0.30 mm和0.20 mm×0.40 mm兩種篩孔尺寸，對(duì)兩種篩面的篩分給礦、篩上產(chǎn)物和篩下產(chǎn)物各取樣8批，對(duì)比兩種篩孔尺寸的篩分效果，確定預(yù)先篩分適宜的篩孔尺寸。

-0.074 mm粒級(jí)的分級(jí)質(zhì)效率按照式(1)進(jìn)行計(jì)算[16]。

(1)

式中：E為篩分質(zhì)效率，%；α為入篩給礦中-0.074 mm粒級(jí)含量，%；β為篩下產(chǎn)物中-0.074 mm粒級(jí)含量，%；θ為篩上產(chǎn)物中-0.074 mm粒級(jí)含量，%。

對(duì)一系列篩下產(chǎn)物、二系列檢查篩的篩下產(chǎn)物TFe品位、-0.074 mm含量關(guān)系進(jìn)行線性擬合。選擇篩孔尺寸為0.180 mm、0.125 mm、0.074 mm、0.053 mm和0.038 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩，對(duì)兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物進(jìn)行篩析，計(jì)算各個(gè)粒級(jí)產(chǎn)率及金屬分布率。在磁場(chǎng)強(qiáng)度7.96×104A/m條件下，對(duì)兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物進(jìn)行磁選管試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)兩個(gè)系列每天的平均小時(shí)處理量，數(shù)據(jù)由皮帶秤稱量統(tǒng)計(jì)，連續(xù)記錄12 d，對(duì)比兩個(gè)系列原礦處理能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩個(gè)系列篩分質(zhì)效率考查結(jié)果

一系列細(xì)篩篩下產(chǎn)物粒度及篩分質(zhì)效率考查結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，一系列細(xì)篩篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量為74.89%～84.20%，平均79.50%，篩分質(zhì)效率16.80%～31.03%，平均27.18%。二系列兩種篩孔尺寸預(yù)先篩分的篩分質(zhì)效率、篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量見(jiàn)表2，檢查篩分給礦、篩上產(chǎn)物、篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量、篩分質(zhì)效率見(jiàn)表3，預(yù)先篩分給礦及篩下產(chǎn)物負(fù)累積曲線如圖2所示。

表1 一系列細(xì)篩篩下產(chǎn)物粒度及篩分質(zhì)效率考查結(jié)果

由表2可知，預(yù)先篩分篩孔尺寸為0.15 mm×0.30 mm時(shí)，預(yù)先篩分質(zhì)效率為34.74%～61.54%，平均49.66%，篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量為60.52%～70.98%，平均67.09%；篩孔尺寸為0.20 mm×0.40 mm時(shí)，篩分質(zhì)效率為40.46%～64.19%，平均55.05%，篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量為54.22%～71.86%，平均63.49%。由圖2可知，經(jīng)過(guò)預(yù)先篩分產(chǎn)物、篩下產(chǎn)物的粗顆粒減少，細(xì)顆粒含量增多，有利于減輕檢查篩分作業(yè)篩上粗顆粒對(duì)細(xì)顆粒的阻礙作用，兩種篩孔的篩下產(chǎn)物+0.074 mm各粒級(jí)含量相差不大，篩孔0.20 mm×0.40 mm的篩面對(duì)-0.074 mm粒級(jí)的篩分質(zhì)效率高5.39%。綜合考慮預(yù)先篩分的篩下-0.074 mm含量、篩分質(zhì)效率，選擇適宜的預(yù)先篩分篩孔為0.20 mm×0.40 mm。

表2 二系列預(yù)先篩分中不同篩孔尺寸篩分考查

圖2 預(yù)先篩分給礦和預(yù)先篩分篩下產(chǎn)物負(fù)累積含量

由表3可知，二系列檢查篩分給礦、篩上產(chǎn)物、篩下產(chǎn)物中-0.074 mm平均含量分別為64.11%、40.78%、84.79%，篩分質(zhì)效率平均為69.56%。綜合二系列預(yù)先篩分和檢查篩分的平均篩分質(zhì)效率，二系列細(xì)篩再磨工藝中總篩分質(zhì)效率為38.29%，比一系列篩分質(zhì)效率高了11.11%，篩分質(zhì)效率得到提高。

表3 二系列檢查篩分的篩分質(zhì)效率考查

2.2 兩個(gè)系列篩下-0.074 mm含量與TFe品位關(guān)系

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)系列的細(xì)篩再磨工藝，待選礦廠運(yùn)行穩(wěn)定后，取兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物進(jìn)行-0.074 mm粒級(jí)含量和TFe品位檢測(cè)，對(duì)兩個(gè)系列的-0.074 mm粒級(jí)含量與TFe品位關(guān)系繪制了趨勢(shì)線。一系列篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)含量與TFe品位關(guān)系見(jiàn)圖3，二系列檢查篩分篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)含量與TFe品位關(guān)系見(jiàn)圖4。

圖3 一系列篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量與TFe品位關(guān)系

圖4 二系列檢查篩分篩下產(chǎn)物-0.074 mm含量與TFe品位關(guān)系

通過(guò)兩個(gè)系列的考查數(shù)據(jù)，細(xì)篩再磨工藝中一系列平均篩下-0.074 mm粒級(jí)含量為79.50%，TFe品位為44.81%，二系列的平均篩下-0.074 mm粒級(jí)含量為84.79%，TFe品位為46.75%。對(duì)比一系列，二系列篩下產(chǎn)物的-0.074 mm粒級(jí)含量提高了5.29%，TFe品位由44.81%提高到46.75%。

由圖3可知，-0.074 mm粒級(jí)含量范圍內(nèi)，TFe品位隨-0.074 mm粒級(jí)含量增加而升高。篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)含量為75%～82%時(shí)，TFe品位變化速率快，篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)含量大于82%時(shí)，TFe品位變化速率慢。由圖4可知，-0.074 mm粒級(jí)含量范圍內(nèi)，TFe品位與-0.074 mm粒級(jí)含量呈線性正相關(guān)，TFe品位隨-0.074 mm粒級(jí)含量增加而升高。磁鐵礦嵌布粒度細(xì)，主要富集在細(xì)粒級(jí)中，篩下細(xì)粒級(jí)含量增加，TFe品位也增高。

2.3 兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物考查及磁選試驗(yàn)

一系列篩下、二系列檢查篩分篩下各粒級(jí)產(chǎn)率、TFe品位、TFe分布率結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，二系列檢查篩分篩下比一系列篩下產(chǎn)品的粒度細(xì)，-0.038 mm粒級(jí)含量分別為46.78%、51.88%，對(duì)應(yīng)的TFe品位分別為47.76%、45.58%，-0.074 mm粒級(jí)含量分別為84.67%、76.25%，對(duì)應(yīng)的累積TFe品位分別為47.26%、45.57%，-0.125 mm各粒級(jí)TFe品位均高于一系列；一系列篩下產(chǎn)品TFe品位為44.81%，-0.038 mm、-0.074 mm粒級(jí)TFe分布率分別為47.58%、77.54%；二系列檢查篩下產(chǎn)品的TFe品位46.75%，比一系列高1.94%，-0.038 mm、-0.074 mm粒級(jí)TFe分布率分別為53.00%、85.60%，比一系列的相應(yīng)值高5.42%和8.06%；一系列篩下產(chǎn)品的-0.038 mm、-0.053+0.038 mm、-0.074+0.053 mm負(fù)累積TFe品位分別為45.58%、45.73%、45.57%，說(shuō)明-0.074 mm粒級(jí)下磁鐵礦的單體解離度變化不大；二系列檢查篩分-0.038 mm、-0.053+0.038 mm、-0.074+0.053 mm負(fù)累積TFe品位分別為47.76%、47.67%、47.26%，同樣表明，二系列的-0.074 mm粒級(jí)下磁鐵礦的單體解離度變化不大。但是，對(duì)比一系列和二系列可知，二系列的細(xì)篩流程改造，整體提高了磁鐵礦的解離度，使二系列檢查篩分篩下的TFe品位高于一系列篩下產(chǎn)品。

表4 一系列與二系列篩下產(chǎn)物各粒級(jí)TFe含量考查結(jié)果

在磁場(chǎng)強(qiáng)度為7.96×104A/m的條件下，對(duì)兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物進(jìn)行磁選管分選試驗(yàn)，一系列篩下產(chǎn)品獲得的磁選精礦TFe品位為54.20%，二系列磁選精礦的TFe品位為55.26%，比一系列高1.06%，再次說(shuō)明，二系列的預(yù)先、檢查篩分改造后，增加了鐵礦物的單體解離度，提高了分選指標(biāo)。

2.4 細(xì)篩再磨工藝改造后處理能力考查及經(jīng)濟(jì)效益分析

改造前兩個(gè)系列的篩分工藝相同，對(duì)二系列細(xì)篩再磨工藝的篩分進(jìn)行改造后，一系列與二系列處理量對(duì)比如圖5所示。由圖5可知，經(jīng)過(guò)12 d的處理量統(tǒng)計(jì)，一系列的處理量均值為127.98 t/h，改造后二系列的處理量均值為129.85 t/h，比一系列提高1.87 t/h。

圖5 一系列與二系列處理能力對(duì)比

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，細(xì)篩流程改造新購(gòu)置4臺(tái)德瑞克細(xì)篩，每臺(tái)德瑞克細(xì)篩170萬(wàn)元，4臺(tái)合計(jì)680萬(wàn)元，加上各項(xiàng)配套設(shè)施，設(shè)備總投資在730萬(wàn)元。改造后二系列處理量比一系列提高1.87 t/h，每年多出鐵精粉1.87×24×330=14 810 t，按鐵精粉凈利潤(rùn)200元/t計(jì)算，可增加產(chǎn)值14 810×200=296萬(wàn)元。一系列精礦中TFe平均品位為51.18%，二系列鐵精礦中TFe品位平均為51.85%，平均提升0.67%，鐵精礦價(jià)格平均提升6.7元/t，按照年生產(chǎn)80萬(wàn)t鐵精粉計(jì)算，年可增加經(jīng)濟(jì)效益80×6.7=536萬(wàn)元。1臺(tái)德瑞克細(xì)篩每年的能耗和篩片費(fèi)用為20萬(wàn)元，4臺(tái)合計(jì)80萬(wàn)元，選礦廠每年累計(jì)新增凈利潤(rùn)為296+536-80=752萬(wàn)元，一年可收回設(shè)備投資費(fèi)用。

3 結(jié) 論

1)一系列細(xì)篩再磨流程的篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)平均含量為79.50%，篩分質(zhì)效率為27.18%。二系列改造后預(yù)先篩分使用陸凱高頻細(xì)篩，其篩孔尺寸為0.20 mm×0.40 mm，檢查篩分使用德瑞克高頻細(xì)篩，篩孔尺寸為0.10 mm×2.46 mm，二系列細(xì)篩再磨工藝的篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)平均含量為84.79%，總篩分質(zhì)效率為38.29%，二系列總篩分質(zhì)效率比一系列高11.11%。

2)一系列與二系列細(xì)篩再磨生產(chǎn)中，二系列的篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)含量提高了5.29%，TFe品位由44.81%提高到46.75%。兩個(gè)系列篩下產(chǎn)物-0.074 mm粒級(jí)含量增加，TFe品位升高。通過(guò)磁選試驗(yàn)，改造后二系列篩下產(chǎn)物的磁選精礦TFe品位比一系列高1.06%。

3)一系列處理量平均為127.98 t/h，改造后二系列處理量平均為129.85 t/h，比一系列處理量高1.87 t/h，提高了選礦廠處理能力。改造后，選礦廠可每年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益752萬(wàn)元，購(gòu)置4臺(tái)德瑞克細(xì)篩，需新增投資730萬(wàn)元，預(yù)計(jì)1年可回收成本。

4)細(xì)篩再磨工藝改造對(duì)鈾、硼資源回收的影響，將通過(guò)后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，進(jìn)行長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)分析。