楊 建 唐 遠(yuǎn)

(1.重鋼西昌礦業(yè)有限公司；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

重慶鋼鐵集團(tuán)下屬的太和鐵礦為攀西地區(qū)四大釩鈦磁鐵礦礦床之一，其富含豐富的鐵、鈦、釩、鈷、鎳、銅、鈧、硫等多種資源[1-2]。該礦床已探明的釩鈦磁鐵礦工業(yè)儲量為2.38億t，遠(yuǎn)景儲量9億t，是一家以生產(chǎn)釩鈦磁鐵礦精礦和鈦精礦為主的國有礦山生產(chǎn)企業(yè)[3-5]。采用具有先進(jìn)技術(shù)和高可靠性的超細(xì)碎設(shè)備，配合開發(fā)預(yù)選拋廢、精選等先進(jìn)生產(chǎn)工藝，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)高爐爐料結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，從而生產(chǎn)高附加值的球團(tuán)礦。實(shí)踐證明，先進(jìn)粉碎設(shè)備的應(yīng)用是提高鐵礦石原料加工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和礦石回收率，提高行業(yè)整體效益和競爭力，保障產(chǎn)業(yè)安全的一項行之有效的工藝措施[6-7]。

高壓輥磨機(jī)是一種建立在新的粉碎理論基礎(chǔ)上的細(xì)碎或超細(xì)碎新設(shè)備，高壓輥磨機(jī)采用破碎效率更高的層壓粉碎原理，代表了粉碎設(shè)備的發(fā)展方向[8-9]。研究表明[10-12]，高壓輥磨機(jī)可大幅提高細(xì)粒級含量，降低入磨粒度，通過“多破少磨”提高整個破碎磨礦系統(tǒng)的處理能力，并大大降低選礦廠能耗。因此，重鋼太和鐵礦選廠新擴(kuò)建后，第1次在細(xì)碎后、球磨前增加了高壓輥磨設(shè)備。本文在結(jié)合選廠生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考察了高壓輥磨機(jī)在太和鐵礦的應(yīng)用及其最佳生產(chǎn)指標(biāo)，為進(jìn)一步提高選廠生產(chǎn)效益提供了指導(dǎo)。

1 原礦性質(zhì)及選廠擴(kuò)建前后破碎工藝

太和鐵礦選廠所處理的礦石為中等硬度礦石，其主要有用礦物為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦以及幾種硫化礦等，還含有少量的赤鐵礦、褐鐵礦等；脈石礦物主要有輝石、長石和綠泥石等。由于風(fēng)化程度較高，表層礦易泥化，礦石含泥量達(dá)10%。采選廠原碎磨流程采用的是三段一閉路破碎篩分工藝流程(見圖1)，對原礦外加洗礦作業(yè)，水洗礦經(jīng)預(yù)選直接拋尾。經(jīng)過對現(xiàn)場生產(chǎn)過程中各階段的考察研究發(fā)現(xiàn)，由于太和鐵礦礦石性質(zhì)復(fù)雜，破碎產(chǎn)品粒度較粗，磨礦效率不高。

圖1 太和鐵礦原破碎工藝流程

太和鐵礦選廠經(jīng)過擴(kuò)建，目前選廠建設(shè)規(guī)模為630萬t，在破碎階段引進(jìn)高壓輥磨機(jī)(型號為CM150×170)后，破碎生產(chǎn)工藝發(fā)展為四段破碎。原礦石經(jīng)粗碎和雙層水洗篩，上層篩上給入中碎，下層篩上給入細(xì)碎，水洗篩篩下細(xì)泥經(jīng)磁選拋尾后給入選鐵二段磨礦分級系統(tǒng)；中碎產(chǎn)品雙層篩分，上層篩上給入細(xì)碎形成閉路破碎，下層篩篩上給入高壓輥磨系統(tǒng)，組成高壓輥磨—干式篩分閉路循環(huán)，四段破碎工藝流程見圖2。

圖2 太和鐵礦四段破碎工藝流程

2 高壓輥磨機(jī)破碎效果考察

在破碎階段引進(jìn)高壓輥磨機(jī)后，從生產(chǎn)初期到設(shè)備操作性能穩(wěn)定階段，選廠對高壓輥磨機(jī)的直接操作工藝參數(shù)進(jìn)行了多次考察。前期主要考察高壓輥磨機(jī)破碎排礦產(chǎn)品的粒度特性，不涉及篩分閉路循環(huán)系統(tǒng)。生產(chǎn)穩(wěn)定階段對影響高壓輥磨機(jī)設(shè)備處理能力和處理效果的3個主要因素進(jìn)行了探究，分析了給料粒度、高壓輥磨機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速以及輥磨壓力對破碎排礦產(chǎn)品粒度特性的影響。

2.1 生產(chǎn)初期破碎效果

在安裝高壓輥磨機(jī)后的生產(chǎn)初期，對高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布情況進(jìn)行了多次考察，考察結(jié)果見圖3。

圖3 高壓輥磨機(jī)生產(chǎn)初期破碎產(chǎn)品粒度分布

由圖3可見，-40 mm細(xì)碎產(chǎn)品經(jīng)高壓輥磨機(jī)破碎后，排礦產(chǎn)品中+10 mm粗粒級含量明顯降低，+2.0 mm及+0.074 mm的細(xì)粒級含量也顯著降低。因此，高壓輥磨機(jī)的使用起到了顯著降低破碎產(chǎn)品粒度的效果。

前期由于配套設(shè)備能力問題，只有三分之二的礦量通過了高壓輥磨機(jī)，分析了高壓輥磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與否對礦石入磨粒度的影響，結(jié)果見表1。

表1 高壓輥磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與否對入磨粒度的影響

由表1可知，高壓輥磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，+6.0 mm顆粒含量顯著降低，而新增加粒級主要集中在0.074 ～3.20 mm粒級，-0.074 mm細(xì)粒級含量略有增加。高壓輥磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)大大增加了入磨物料的細(xì)粒級含量，有助于提高選廠的磨礦效率。

2.2 穩(wěn)定生產(chǎn)期間破碎效果

經(jīng)過幾年的生產(chǎn)使用，設(shè)備操作性能穩(wěn)定，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，高壓輥磨機(jī)的處理能力和處理效果與給料粒度、主機(jī)轉(zhuǎn)速、輥磨壓力大小有關(guān)。為此，對高壓輥磨機(jī)進(jìn)行了3個最佳條件的考察分析，高壓輥磨機(jī)給礦穩(wěn)定在約1 100 t/h，最大給礦粒度控制在-40 mm，考察結(jié)果如下。

(1)最佳給料粒度。為確定高壓輥磨機(jī)破碎時的最佳給料粒度，分別進(jìn)行了4組試驗樣品的篩分分析，不同給料條件下高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布見圖4。

由圖4可見，隨著給料粒度+10 mm粒級含量的增加，破碎效果并未降低，粒度降低較明顯的區(qū)間主要集中在3.2～10mm。當(dāng)給礦中+10 mm粒級含量占比小于60%時，破碎產(chǎn)品與給礦相比，+3.2 mm粒級所占比例降低，新生成粒級主要集中在-1.0 mm；當(dāng)給礦中+10 mm粒級含量接近70%時，破碎產(chǎn)品-1.0 mm粒級所占比例大幅降低(降至32%左右)。因此，確定生產(chǎn)給礦中+10 mm粒級含量不應(yīng)超過70%。

(2)最佳主機(jī)轉(zhuǎn)速。為確定高壓輥磨機(jī)破碎時的最佳主機(jī)轉(zhuǎn)速，取同一天給料產(chǎn)品(+10 mm粒級含量約70%)經(jīng)3種不同主機(jī)轉(zhuǎn)速破碎后的產(chǎn)品進(jìn)行篩分分析，不同轉(zhuǎn)速不同主機(jī)轉(zhuǎn)速條件下高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品的粒級分布見圖5，不同轉(zhuǎn)速時給礦量的變化情況見表2。

圖4 給料粒度與高壓輥磨機(jī)破碎產(chǎn)品粒度分布的關(guān)系

圖5 高壓輥磨機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速對破碎產(chǎn)品粒度的影響

表2 高壓輥磨機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速對給礦量的影響

由圖5可見，隨著高壓輥磨機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，設(shè)備給礦量由835 t/h增加到1 152 t/h。高壓輥磨機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速對破礦效果影響較小，但對給礦量影響較大。若采用當(dāng)前破碎工藝，高壓輥磨機(jī)給料的穩(wěn)定給礦量為1 100～300 t/h，分別對應(yīng)主機(jī)轉(zhuǎn)速為950～1 150 r/min。同時，考慮到車間料位需人工調(diào)節(jié)，若轉(zhuǎn)速過快很容易導(dǎo)致給料調(diào)節(jié)不及時，造成料位波動幅度過大，而引起設(shè)備主機(jī)電流的不穩(wěn)定。因此，為了保證較高的處理量和設(shè)備的穩(wěn)定，主機(jī)轉(zhuǎn)速宜控制在1 150 r/min左右。

(3)最佳輥磨壓力。為確定高壓輥磨機(jī)破碎時的最佳輥磨壓力，每次取樣過程中測定3次輥磨壓力，用3次的平均壓力代表輥磨壓力值，以最終破碎產(chǎn)品中+10 mm粒級的含量來衡量高壓輥磨機(jī)的破碎效果。壓力測定結(jié)果與破碎產(chǎn)品粒度的變化情況見表3。

表3 高壓輥磨機(jī)不同輥磨壓力對產(chǎn)品粒度的影響

由表3可知，隨著高壓輥磨機(jī)平均輥磨壓力的增大，破碎產(chǎn)品中+10mm粒級的含量基本呈降低趨勢，因此，在同等輥間距條件下，提高設(shè)備工作壓力有利于破礦效果的提升。當(dāng)高壓輥磨機(jī)的輥磨壓力低于11.0MPa時，破碎產(chǎn)品中+10mm粒級含量迅速提高到45%以上，當(dāng)輥磨壓力達(dá)到13.0MPa以上時，破碎產(chǎn)品中+10mm粒級含量基本在30%以下，破碎效果較好，入磨粒度控制的更為合理。因此，高壓輥磨機(jī)的輥磨壓力應(yīng)控制在13.0MPa以上。

3 結(jié) 論

(1)通過對太和鐵礦選廠高壓輥磨機(jī)的主要工藝參數(shù)進(jìn)行考察，確定了該型號設(shè)備的最佳操作條件：最佳給料粒度中+10 mm粒級應(yīng)控制在70%左右，此時破碎效果相對較好，破碎產(chǎn)品中細(xì)粒級含量較高；運(yùn)行時，高壓輥磨機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在 950 r/min以上，1 150 r/min左右時為最佳；高壓輥磨機(jī)穩(wěn)定工作的輥面壓力應(yīng)不低于13 MPa。

(2)此次主要考察了高壓輥磨機(jī)的直接工藝參數(shù)，未涉及篩分閉路循環(huán)系統(tǒng)。因此，后續(xù)還應(yīng)對高壓輥磨—閉路篩分流程以及整個破碎磨礦系統(tǒng)進(jìn)行更全面的考察。