弓長嶺鐵礦石高壓輥粉碎—濕式預選試驗研究

董利娟 杜艷清 余瑩 劉瑞冬 程福超 肖赫 高峰岳貴琳 王家奇4，5

（1.鞍鋼集團礦業(yè)弓長嶺有限公司選礦分公司；2.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司大孤山球團廠；3.鞍鋼集團礦業(yè)有限公司弓長嶺球團廠；4.東北大學資源與土木工程學院；5.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術國家地方聯(lián)合工程研究中心）

弓長嶺選礦廠現(xiàn)采用傳統(tǒng)三段一閉路粉碎工藝，一選車間采用階段磨礦—階段磁選—細篩—中礦再磨—磁選的磨選流程，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝存在流程長、磨礦能耗高等問題，亟需研發(fā)創(chuàng)新工藝，引進先進技術裝備以滿足選礦廠對節(jié)能降耗的發(fā)展需求［1-6］。為此，針對弓長嶺選礦廠三段一閉路粉碎、階段磨礦粉碎、磨礦工藝開展高壓輥粉碎—濕式預選試驗，在產(chǎn)品進入球磨機前增加高壓輥磨作業(yè)，以降低球磨給料粒度，提高磨礦作業(yè)處理能力；再進行濕式預選作業(yè)，對入磨產(chǎn)品進行有效拋尾，降低入磨量，從而降低磨礦生產(chǎn)成本，提高選礦廠的處理能力和鐵精粉產(chǎn)量［7-12］。

1 試驗原料與方法

1.1 試驗原料

礦樣取自鞍鋼集團礦業(yè)弓長嶺有限公司選礦分公司一選廠的細碎產(chǎn)品，其化學多元素分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2，XRD物相衍射分析結(jié)果見圖1，主要礦物組成及含量見表3。礦石中的磁鐵礦和赤鐵礦為主要待回收礦物，其礦物粒度測定結(jié)果見表4。

由表1 可知，礦石TFe 品位28.27%，F(xiàn)eO 含量15.15%，mFe含量21.32%；主要雜質(zhì)組分為SiO2，含量高達48.61%；有害元素硫和磷含量較低，分別為0.019%和0.037%。

由表2 可知，鐵主要以磁鐵礦的形式存在，占有率為76.41%，其次以赤（褐）鐵礦的形式存在，占有率為10.65%；部分以硅酸鐵形式存在，占有率為9.06%，少量以硫化鐵和碳酸鐵形式存在，占有率分別為0.92%，2.97%；主要回收鐵礦物為磁鐵礦和赤（褐）鐵礦，兩者占有率合計87.06%。

由圖1可見，礦石中的主要組成礦物為磁鐵礦和石英，其他礦物由于含量較少，在XRD 圖譜中無法顯示。

由表3 可知，該鐵礦石礦物組成較簡單，金屬礦物主要為磁鐵礦和赤鐵礦，含量分別為30.21%和4.30%；另有少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、褐鐵礦和微量銳鈦礦等。脈石礦物主要為石英、角閃石、綠泥石、碳酸鹽礦物和長石，含量分別為22.24%、16.24%、12.22%、7.40%和4.94%，另有少量黑云母和輝石等。

由表4可知，磁鐵礦和赤鐵礦在各粒級中的分布不均勻，在+0.075 mm 粒級中的分布率分別為64.63%和53.96%，在-0.037mm 粒級中的分布率分別為10.24%和11.98%，可見磁鐵礦和赤鐵礦的工藝粒度以中粒嵌布為主，在細粒級中的分布率也較高。

1.2 試驗方法與設備

1.2.1 高壓輥磨機粉碎試驗

試驗采用HPGR3516型高壓輥磨機，輥直徑×長度為3 500 mm×1 600 mm。影響高壓輥磨機粉碎效果的主要操作因素有輥面壓力、輥面間距以及輥面速度，針對弓長嶺一選廠-12 mm 細碎產(chǎn)品進行不同操作條件下的單因素開路試驗，每次取質(zhì)量50 kg 試樣進行粉碎試驗，所得產(chǎn)品取樣后進行粒度特性分析。

1.2.2 高壓輥粉碎產(chǎn)品濕式預選試驗

在高壓輥磨機的優(yōu)化條件下，將一選廠細碎產(chǎn)品高壓粉碎至-6，-5，-4，-3，-2 mm，采用LG-300 型濕式筒式磁選機對以上不同粒級礦石進行弱磁分選試驗，考察筒式磁選機磁場強度對預選分離效果的影響。采用的磁選機處理能力100～300 kg/h，磁場強度80～400 kA/m。高壓輥粉碎產(chǎn)品經(jīng)弱磁分選后，對精礦、尾礦分別烘干稱重，化驗TFe及磁性鐵品位，計算產(chǎn)率與回收率，確定合理的給礦粒度與磁選場強。

2 高壓輥磨機粉碎試驗結(jié)果及分析

2.1 輥面間距及壓力正交試驗

高壓輥磨機影響物料粉碎效果的最重要的因素是液壓系統(tǒng)的工作壓力，液壓系統(tǒng)的工作壓力轉(zhuǎn)換成物料在粉碎過程中的受力就為輥面壓力。分別考察輥面間距為6，8，10，12，14 mm時，不同輥面壓力對粉碎產(chǎn)品粒度分布的影響。

2.1.1 輥面間距6 mm時輥面壓力對粉碎效果的影響

在輥面間距6 mm、輥面速度14 r/min 的條件下，輥面壓力為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖2。

由圖2 可見，當輥面壓力小于9 MPa時，隨著輥面壓力的增加，粉碎產(chǎn)品的粒度變細；當輥面壓力為9 MPa時，P80降低至8.4mm，其中-6mm產(chǎn)率達71.37%，-0.074 mm 產(chǎn)率為14.48%；當輥面壓力由9 MPa 增加至12 MPa時，粉碎效果降低；因此，當輥面間距為6 mm時，適宜的輥面壓力為9 MPa。

2.1.2 輥面間距8 mm 時輥面壓力對粉碎效果的影響

在輥面間距為8 mm、輥面速度14 r/min 的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖3。

由圖3 可見，當輥面間距為8 mm時，隨著輥面壓力的增大，高壓輥粉碎效果逐漸趨好；當輥面壓力為12 MPa時，粉碎產(chǎn)品粒度最細，粉碎產(chǎn)品P80可降至7.4mm，-6mm產(chǎn)率達75.98%，-0.074mm產(chǎn)率15.11%；因此，當輥面間距為8 mm時，適宜的輥面壓力為12 MPa。

2.1.3 輥面間距10 mm 時輥面壓力對粉碎效果的影響

在輥面間距為10 mm、輥面速度14 r/min 的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖4。

由圖4 可見，當輥面間距為10 mm時，隨著輥面壓力由6 MPa 提高到10.5 MPa時，高壓輥粉碎產(chǎn)品粒度降低；當輥面壓力為10.5 MPa時，P80降低至6.5mm，-6mm產(chǎn)率達到78.51%，-0.074mm產(chǎn)率16.34%；當輥面壓力由10.5 MPa增加至12 MPa時，粉碎效果變差；因此，當輥面間距為10 mm時，適宜的輥面壓力為10.5 MPa。

2.1.4 輥面間距12 mm 時輥面壓力對粉碎效果的影響

在輥面間距12 mm、輥面速度14 r/min的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖5。

由圖5 可見，當輥面間距為12 mm時，隨著輥面壓力的提高，高壓輥粉碎產(chǎn)品的粒度降低；當輥面壓力提高到12 MPa時，P80降低至8.4 mm，-6 mm產(chǎn)率達69.84%，-0.074 mm 產(chǎn)率12.45%；因此，當輥面間距為12 mm時，適宜的輥面壓力為12 MPa。

2.1.5 輥面間距14 mm 時輥面壓力對粉碎效果的影響

在輥面間距14 mm、輥面速度為14 r/min 的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖6。

由圖6 可見，當輥面間距為14 mm時，隨著輥面壓力由6 MPa 提高到7.5 MPa，高壓輥粉碎產(chǎn)品粒度降低；當輥面壓力為7.5 MPa時，P80降低至8.5 mm，-6 mm 產(chǎn)率達72.69%，-0.074 mm 產(chǎn)率14.15%；因此，當輥面間距為14 mm時，適宜的輥面壓力為7.5 MPa。

2.2 最佳輥面間距和輥面壓力對比

在高壓輥磨機輥面間距為6～14 mm、輥面速度為14 r/min 的條件下，輥面壓力為6～10.5 MPa 時的最佳粉碎指標對比見圖7。

由圖7 可見，當輥面間距為12 mm、輥面壓力為12 MPa時，高壓輥粉碎效果最差，產(chǎn)品粒度最粗；當輥面間距為10 mm、輥面壓力為10.5 MPa時，粉碎產(chǎn)品粒度最細；因此，適宜的輥面間距為10 mm、輥面壓力為10.5 MPa，并采用此操作條件進行后續(xù)高壓輥磨機轉(zhuǎn)速優(yōu)化試驗。

2.3 輥面轉(zhuǎn)速對粉碎效果的影響

在輥面間距10 mm、輥面壓力10.5 MPa 的條件下，輥面速度為10，12，14，16，18 r/min時，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖8。

由圖8 可見，當輥面轉(zhuǎn)速由10 r/min 升高至14 r/min 或16 r/min時，粉碎產(chǎn)品P80可降低至約6 mm，-2 mm 產(chǎn)率達53.87%和53.25%；進一步提高輥面轉(zhuǎn)速，礦石粉碎效果降低；因此，適宜的輥面轉(zhuǎn)速為14 r/min。

3 高壓輥粉碎產(chǎn)品濕式預選試驗結(jié)果及分析

3.1 磁場強度及給礦粒度正交試驗

3.1.1 磁場強度160 kA/m 時給礦粒度對選別指標的影響

在磁場強度為160 kA/m 的條件下，考察給礦粒度分別為-6，-5，-4，-3，-2 mm 時對選別指標的影響，結(jié)果見表5。

由表5 可知，當磁場強度為160 kA/m時，隨著給礦粒度由-6 mm 降至-2 mm，鐵回收率由86.84%降低至85.41%，TFe 品位由36.83%提高到39.93%，磁性鐵回收率在98%～99%內(nèi)波動，變化不大；當給礦粒度為-3 mm時，獲得的預選精礦TFe 品位為38.56%，拋尾率36.16%，鐵回收率為85.90%，磁性鐵回收率為98.77%。

3.1.2 磁場強度240 kA/m 時給礦粒度對選別指標的影響

在磁場強度為240 kA/m 的條件下，考察給礦粒度分別為-6，-5，-4，-3，-2 mm 時對選別指標的影響，結(jié)果見表6。

由表6 可知，當磁場強度為240 kA/m時，較磁場強度160 kA/m 時鐵回收率提高明顯；隨著給礦粒度由-6 mm 降至-2 mm，鐵回收率由88.74%緩慢降至87.55%，TFe 品位由35.96%提高到37.13%，磁性鐵回收率均保持在99%以上，表明濕式預選實現(xiàn)了對磁鐵礦的有效回收；當給礦粒度為-3 mm時，獲得的預選精礦TFe 品位為36.42%，拋尾率為31.31%，鐵回收率為88.73%，磁性鐵回收率為99.81%。

3.1.3 磁場強度400 kA/m 時給礦粒度對選別指標的影響

在磁場強度為400 kA/m 的條件下，考察給礦粒度分別為-6，-5，-4，-3，-2 mm 時對選別指標的影響，結(jié)果見表7。

由表7 可知，當磁場強度提高到400 kA/m時，鐵回收率提高幅度不大，但TFe品位較240 kA/m時有明顯降低；隨著給礦粒度由-6 mm 降至-2 mm，鐵回收率在89.20%左右波動，TFe 品位由34.37%提高到35.21%，磁性鐵回收率均高于99.50%；當給礦粒度為-3 mm時，獲得的預選精礦TFe 品位為35.61%，拋尾率為28.44%，鐵回收率為89.53%，磁性鐵回收率為99.78%。

鑒于工業(yè)上高壓輥磨產(chǎn)品一般可控制粉碎產(chǎn)品約-3 mm，同時濕式預選場強為160～280 kA/m。因此，綜合考慮不同給料粒度及選別磁場強度對濕式預選效果的影響，確定適宜的高壓輥粉碎粒度為-3 mm、預選磁場強度為240 kA/m。

3.2 擴大連續(xù)試驗

在給礦粒度為-3 mm、磁場強度240 kA/m的條件下，對高壓輥粉碎產(chǎn)品進行濕式預選拋尾連選試驗，每50 kg進行4組，結(jié)果見表8。

由表8 可知，在給料粒度-3 mm 及選別磁場強度240 kA/m 的條件下，獲得了預選粗精礦TFe 品位36.30%、拋尾率31.84%、鐵回收率88.19%的技術指標。

4 產(chǎn)品性質(zhì)分析

對高壓輥粉碎及磁選機預選拋尾得到的預選精礦及預選尾礦進行鐵物相分析，結(jié)果見表9。

由表9 可知，預選精礦磁性鐵含量達34.23%，占總鐵的89.21%；而尾礦磁性鐵含量僅為0.10%，占有率為0.96%，赤（褐）鐵礦及硅酸鐵占有率分別達54.05%和35.65%，表明經(jīng)高壓輥粉碎預選拋尾實現(xiàn)了磁鐵礦的有效回收，損失的鐵礦物主要為弱磁性赤（褐）鐵礦及硅酸鐵。

對高壓輥粉碎及磁選機預選拋尾得到的預選精礦及尾礦進行X射線衍射分析，結(jié)果見圖9、圖10。

由圖9、圖10 可見，預選精礦的主要礦物為磁鐵礦和石英，預選尾礦的主要礦物為石英和少量蛇紋石，鐵礦物由于含量太低無法在圖譜中顯示。經(jīng)高壓輥粉碎及磁選機預選拋尾，大部分脈石礦物進入尾礦中，實現(xiàn)了鐵礦物的有效富集與脈石礦物的提前拋除。

5 結(jié)論

（1）在高壓輥磨機輥面間距10 mm、輥面壓力10.5 MPa、輥面轉(zhuǎn)速14 r/min、給礦粒度-3 mm、磁場強度240 kA/m的最優(yōu)條件下，可獲得預選粗精礦TFe品位36.30%，拋尾率31.84%，鐵回收率88.19%的技術指標。

（2）預選精礦及預選尾礦的鐵物相及XRD 分析表明，經(jīng)高壓輥粉碎—磁選機預選拋尾，磁性鐵進入預選精礦中，大部分脈石礦物進入尾礦中，實現(xiàn)了鐵礦物的有效富集與脈石礦物的提前拋除。