高壓輥磨超細(xì)碎優(yōu)化七角井礦分選流程研究

曹克杰，展仁禮，陳鐵軍，姜翔波

1酒鋼集團(tuán)宏興股份公司 甘肅嘉峪關(guān) 735100

2武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院 湖北武漢 430081

3冶金礦產(chǎn)資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室 湖北武漢 430081

酒 鋼集團(tuán)七角井選礦廠采用三段二閉路破碎流程，磨選系統(tǒng)采用三段磨礦三段磁選流程，原礦入選鐵品位為 27%，精礦鐵品位為 60%，選礦比為4.0[1-5]。選礦比過大，造成選礦成本較高，資源不能有效利用。目前酒鋼面臨自產(chǎn)鐵礦資源短缺的問題[6-10]，勢必要優(yōu)化鐵礦石的選礦工藝，以經(jīng)濟(jì)高效的選礦工藝流程對七角井鐵礦資源進(jìn)行合理開發(fā)利用，為酒鋼轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展提供資源保障。

高壓輥磨機(jī)自 20 世紀(jì)由 Sch?enen 教授基于層壓粉碎理論研發(fā)以來，憑借能耗鋼耗低、產(chǎn)品粒度分布均勻、設(shè)備作業(yè)率高、可磨度高等諸多優(yōu)勢，在國內(nèi)鐵礦選礦廠得到廣泛的應(yīng)用[11-13]。李賢杰等人[14]采用高壓輥磨機(jī)和傳統(tǒng)顎式破碎機(jī)對陜西某鐵礦進(jìn)行破碎，結(jié)果表明高壓輥磨破碎產(chǎn)品 -0.074 mm 細(xì)粒級增加 18.35%，相對可磨性系數(shù)為 1.875；對其進(jìn)行粗粒級磁選拋尾試驗，結(jié)果表明高壓輥磨破碎產(chǎn)品精礦產(chǎn)率提高 9.97%，品位提高 3.94%。遼寧撫順傲牛鐵礦[15]采用高壓輥磨機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)破碎設(shè)備，使后續(xù)磨礦分選流程得到優(yōu)化，節(jié)能降耗效果顯著。本研究針對七角井鐵礦礦物嵌布粒度細(xì)、入選鐵品位低的特點，采用成熟可行的高壓輥磨+粗粒預(yù)先磁選拋尾流程，探究其對七角井礦物的分選效果，為酒鋼集團(tuán)對該礦的合理開發(fā)提供參考。

1 原料性質(zhì)

1.1 化學(xué)組成分析

對原料進(jìn)行元素分析，分析結(jié)果如表1 所列。

表1 礦石化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.1 Results of chemical composition analysis of ore %

由表1 可知：礦石中可供選礦回收的主要元素為鐵，原礦中鐵品位為 23.32%；由m(CaO+MgO)/m(SiO2+Al2O3)=0.19 可知，礦石屬于酸性礦石；主要雜質(zhì)組分 SiO2的含量高達(dá) 47.42%，其余雜質(zhì)組分 CaO、MgO、Al2O3的含量分別為 5.21%、4.15%、2.31%；有害雜質(zhì) P、K2O、Na2O 含量分別為 0.181%、0.560%、0.497%；S 含量較低，為 0.129%。

1.2 鐵物相分析

為了解礦石中鐵礦物的物相組成，對礦石進(jìn)行了鐵物相分析，分析結(jié)果如表2 所列。

表2 鐵物相分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of iron phase %

由表2 可知：鐵礦物主要以磁鐵礦和赤褐鐵礦形式存在，磁鐵礦的分布率為 68.94%，赤褐鐵礦的分布率為 13.80%，兩者合計為 82.74%；其次是硅酸鐵，分布率為 13.12%；碳酸鐵和硫化鐵含量較少。因此，礦石中的磁鐵礦是主要回收礦物。

1.3 粒度組成

對原料進(jìn)行粒度組成篩析，篩析結(jié)果如表3 所列。

表3 粒度篩析結(jié)果Tab.3 Particle size screening analysis

篩析結(jié)果表明：礦物中，分布量最多的是 40～30 mm 粒級，分布率為 38.37%；其次是 50～40 mm 和30～20 mm 粒級，分布率分別為 26.85% 和 20.56%；其他粒級分布率均小于 10%，細(xì)粒級 -3 mm 的占比僅為1.80%?？梢姡V物中粉礦含量少，有利于干式磁選拋尾。

2 試驗方法及工藝流程

采用高壓輥磨+粗粒預(yù)先磁選拋尾流程對該礦礦石進(jìn)行分選，試驗流程如圖1 所示。

圖1 試驗工藝流程Fig.1 Experiment process flow

首先，將原礦進(jìn)行粗碎，對粗碎產(chǎn)品進(jìn)行干式磁選拋尾。磁選所用設(shè)備為 CTDG-0808 型磁滑輪干選機(jī)，在磁場強(qiáng)度為 450 mT 的條件下，進(jìn)行筒體表面線速度和處理量條件試驗，探究不同線速度和處理量對分選結(jié)果的影響。

然后，將一段磁選拋尾的粗精礦產(chǎn)品進(jìn)行破碎，破碎至 0～20 mm 再對其進(jìn)行二段磁選拋尾試驗。試驗采用 CTDG-0808 型磁滑輪干選機(jī)，在磁場強(qiáng)度為450 mT，處理能力為 120 t/h 的條件下，進(jìn)行不同線速度條件試驗。

最后，將分選所得的精礦產(chǎn)品進(jìn)行高壓輥磨粉碎處理，對其破碎產(chǎn)品進(jìn)行 3 mm 或 5 mm 篩分。針對篩下產(chǎn)品，使用 T-CCT1006 型、磁場強(qiáng)度為 500 mT的粗粒濕式磁選機(jī)，以及 CTL-0908 型、磁場強(qiáng)度為300 mT 和 CTL-0605 型、磁場強(qiáng)度為 100 mT 粉礦干選機(jī)進(jìn)行濕式和干式磁選拋尾試驗。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 一段磁選拋尾試驗

3.1.1 線速度條件試驗

使用磁滑輪干選機(jī)對原料進(jìn)行干式磁選拋尾筒體表面線速度條件試驗。試驗條件：磁場強(qiáng)度為 450 mT，處理能力為 180 t/h，試驗流程為一次選。試驗結(jié)果如表4 所列。

表4 一段干式磁選線速度條件試驗結(jié)果Tab.4 Experiment results of line speed condition at first stage of dry magnetic separation

由表4 可知：隨著筒體表面線速度的增加，精礦鐵品位升高，產(chǎn)率下降，回收率下降。當(dāng)筒體表面線速度從 1.6 m/s 增加到 3.4 m/s 時，拋尾率從 5.81% 升高到 34.40%，尾礦鐵品位從 8.67% 升高到 13.67%，尾礦磁性鐵品位從 0.92% 升高到 5.90%；精礦中鐵品位從 24.25% 提高到 28.52%，鐵回收率從 97.84% 下降到79.91%，磁性鐵品位從 16.94% 升高到 21.95%，磁性鐵回收率從 99.67% 降低到 87.65%。

考慮到本次試驗原礦入選鐵品位較低，粗拋時需提高精礦回收率，因而選取筒體表面線速度為 2.0 m/s。此時，預(yù)選精礦全鐵品位為 24.93%，拋尾率為 10.96%，鐵回收率為 95.19%，磁性鐵回收率為98.97%。

3.1.2 處理能力條件試驗

使用磁滑輪干選機(jī)對鐵品位為 23.32%、粒度為50～0 mm 綜合樣原礦進(jìn)行干式磁選處理能力條件試驗。試驗條件：磁場強(qiáng)度為 450 mT，筒體表面線速度為 2.0 m/s，處理能力分別為 120、180、240 和 308 t/h，試驗流程為一次選。試驗結(jié)果如表5 所列。

表5 一段干式磁選處理量條件試驗結(jié)果Tab.5 Experiment results of treatment capacity condition at first stage of dry magnetic separation

由表5 可知：磁滑輪干選機(jī)的處理能力在 120～308 t/h 之間變化時，對選別指標(biāo)影響較小。當(dāng)處理能力從 120 t/h 提高到 308 t/h 時，拋尾率從 10.96%到 12.03%，尾礦鐵品位從 10.23% 到 11.10%，磁性鐵品位從 1.52% 到 2.30%；入選鐵品位從 24.93%提高到 25.19%，精礦磁性鐵回收率從 98.97% 降到 98.29%。綜合考慮，選取處理能力為 180 t/h，此條件下，可獲得鐵品位為 25.06%、磁性鐵回收率為98.79% 的鐵精礦，尾礦磁性鐵品位為 1.69%。

3.1.3 干式磁選拋尾試驗

根據(jù)條件試驗確定的工藝參數(shù)，即筒體表面線速度為 2.0 m/s，處理能力為 180 t/h，磁場強(qiáng)度為 450 mT，對鐵品位為 23.32%、50～0 mm 粒度綜合樣原礦進(jìn)行干式磁選拋尾流程試驗，試驗結(jié)果如表6 所列。試驗流程為一次選，同時為后續(xù)作業(yè)生產(chǎn)選礦試驗樣品。

表6 一段干式磁選拋尾試驗結(jié)果Tab.6 Experiment results at first stage of dry magnetic separation for tailing discarding

由表6 可知：一段磁選拋尾試驗可獲得產(chǎn)率為88.87%、鐵品位為 24.85%、磁性鐵回收率 98.91% 的鐵精礦，尾礦磁性鐵品位為 1.58%?？梢?，在上述試驗條件下，50～0 mm 粒度的綜合樣原礦干式磁選拋尾效果良好。

3.2 二段磁選拋尾試驗

將鐵品位為 24.85%、粒度為 50～0 mm 的干選粗精礦破碎到 20～0 mm 后，進(jìn)行干式磁選拋尾試驗。破碎后樣品粒度組成篩析結(jié)果如表7 所列。

表7 二段干式磁選給礦粒度篩析結(jié)果Tab.7 Screening analysis results of particle size at second stage of dry magnetic separation

篩析結(jié)果表明：20～0 mm 干選精礦中，分布最多的粒級是 20～15 mm，分布率為 26.87%；其次是15～10 mm、10～8 mm 和 5～3 mm，分布率分別為23.03%、12.73% 和 11.92%；其他粒級分布率均小于10%?？梢姡摰V樣粗粒級含量多，有利于干式磁選拋尾。

3.2.1 線速度條件試驗

使用磁滑輪干選機(jī)對鐵品位為 24.85%、粒度為20～0 mm 的粗精礦，在磁場強(qiáng)度為 450 mT，處理能力為 120 t/h 條件下，進(jìn)行干式磁選拋尾線速度條件試驗，試驗流程為一次選。試驗結(jié)果如表8 所列。

表8 二段干式磁選拋尾線速度條件試驗結(jié)果Tab.8 Experiment results of line speed condition at second stage of dry magnetic separation for tailing discarding

試驗結(jié)果表明：隨著筒體表面線速度增加，拋出的尾礦量增多，精礦鐵品位升高。當(dāng)筒體表面線速度從 1.8 m/s 增加到 3.6 m/s 時，拋尾率由 4.73%到 23.21%，尾礦鐵品位由 8.72% 到 12.85%，磁性鐵品位由 1.40% 到 5.08%；入選鐵品位從 25.45% 提高到28.24%，精礦磁性鐵回收率從 99.63% 降低到 93.40%?？紤]到拋尾中磁性鐵含量較高的特點，選取不拋尾(或拋尾)、筒體表面線速度為 2.6 m/s 時所得粗精礦進(jìn)行后續(xù)輥壓試驗。

3.2.2 磁選拋尾試驗

根據(jù)條件試驗確定的工藝參數(shù)，即筒體表面線速度為 2.6 m/s，處理能力為 120 t/h，磁場強(qiáng)度為 450 mT，對鐵品位為 24.85%、粒度為 20～0 mm 粗精礦進(jìn)行干式磁選拋尾流程試驗，試驗結(jié)果如表9 所列。試驗流程為一次選，同時為后續(xù)作業(yè)生產(chǎn)選礦試驗樣品。

表9 二段干式磁選拋尾試驗結(jié)果Tab.9 Experiment results at second stage of dry magnetic separation for tailing discarding

由表9 可知：二段磁選拋尾試驗可獲得產(chǎn)率為89.28%、鐵品位為 26.73%、磁性鐵回收率為 98.58%的鐵精礦，尾礦磁性鐵品位為 2.38%。

3.3 高壓輥磨機(jī)破碎再磁選試驗

使用高壓輥磨機(jī)對二段干選粗精礦進(jìn)行了輥壓破碎試驗，給礦粒度為 20～0 mm，鐵品位為 26.73%。對其破碎到粒度 5～0 mm、3～0 mm 后，進(jìn)行干式或濕式磁選拋尾試驗，試驗流程為一次選。三段給礦粒度組成篩析結(jié)果如表10 所列。

表10 三段磁選給礦粒度篩析結(jié)果Tab.10 Screening analysis results of particle size at third stage of magnetic separation

使用磁場強(qiáng)度為 500 mT 的粗粒濕式磁選機(jī)，以及磁場強(qiáng)度 300 mT 和磁場強(qiáng)度 100 mT 的粉礦干選機(jī)，分別對粒度 5～0 mm 或 3～0 mm 產(chǎn)品進(jìn)行干式或濕式磁選試驗，試驗流程為一次選。試驗結(jié)果如表11 所列。

表11 三段磁選試驗結(jié)果Tab.11 Experiment results at third stage of magnetic separation

試驗結(jié)果表明：干式磁選拋出的尾礦磁性鐵品位較高，濕式磁選拋出的尾礦磁性鐵品位較低，濕式磁選拋尾效果優(yōu)于干式磁選；因此，選取濕式磁選工藝對輥壓產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)選拋尾。此外，給礦粒度 3～0 mm拋出的尾礦量比給礦粒度 5～0 mm 多，尾礦中磁性鐵品位低，這說明給礦粒度 3～0 mm 濕式拋尾效果優(yōu)于 5～0 mm。

綜上，綜合樣原礦三段 50～0、20～0、3～0 mm 與 50～0、20～0、5～0 mm 磁選拋尾數(shù)質(zhì)量流程圖分別如圖2、3 所示。

圖2 綜合樣原礦三段(50～0、20～0、3～0 mm)磁選拋尾數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.2 Flow chart of quantity and quality of magnetic separation for tailing discarding in three stages(50～0,20～0,3～0 mm)of raw ore of composite sample

圖3 綜合樣原礦三段(50～0、20～0、5～0 mm)磁選拋尾數(shù)質(zhì)量流程圖Fig.3 Flow chart of quantity and quality of magnetic separation for tailing discarding in three stages(50～0,20～0,5～0 mm)of raw ore of composite sample

4 結(jié)論

(1)一段磁選拋尾條件試驗確定筒體表面線速度2.0 m/s、處理能力 180 t/h。磁場強(qiáng)度 450 mT 為最佳參數(shù)，可獲得產(chǎn)率為 88.87%、鐵品位為 24.85%、磁性鐵回收率為 98.91% 的鐵精礦，尾礦磁性鐵品位為1.58%。

(2)二段磁選拋尾條件試驗確定筒體表面線速度2.6 m/s、處理能力 120 t/h、磁場強(qiáng)度 450 mT 為最佳工藝參數(shù)，可獲得產(chǎn)率為 89.28%、鐵品位為 26.73%、磁性鐵回收率為 98.58% 的鐵精礦，尾礦磁性鐵品位為2.38%。

(3)根據(jù)高壓輥磨機(jī)破碎磁選拋尾試驗，可得出干式磁選拋出的尾礦磁性鐵品位較高，濕式磁選拋出的尾礦磁性鐵品位較低，濕式磁選拋尾效果較好。

(4)高壓輥磨機(jī)破碎磁選拋尾試驗中，3 mm 濕式磁選拋尾工藝中磁選精礦品位為 28.62%，回收率為94.83%；5 mm 濕式磁選拋尾工藝中磁選精礦品位為28.35%，回收率為 95.54%。