朱國斌 梅光軍 康 倩 程 潛 李浩南

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430070；2.承德天寶礦業(yè)集團(tuán)灤平鐵泰礦業(yè)有限公司，河北承德067602；3.礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430070）

在建設(shè)綠色礦山、美麗中國的大背景下，礦山企業(yè)均在積極尋求高效、低耗、低排放的生產(chǎn)方式。高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎—干式預(yù)選拋尾工藝是目前超貧磁鐵礦礦山實(shí)現(xiàn)高效、低耗、低排放生產(chǎn)的經(jīng)典工藝［1-3］。河北某超貧磁鐵礦礦山聯(lián)合科研單位對已投產(chǎn)的高壓輥磨—懸浮干選工藝應(yīng)用效果進(jìn)行了考查、評價(jià)。

1 礦石性質(zhì)

河北某超貧磁鐵礦石中的金屬礦物主要是磁鐵礦，金屬硫化物主要是黃鐵礦；脈石礦物主要為角閃石、輝石、斜長石、石英、綠泥石和磷灰石等。磁鐵礦主要以形態(tài)規(guī)則、粗細(xì)不等粒狀及稀疏—星散浸染狀嵌布于脈石粒間。礦石主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2。

?

?

由表1、表2可知：礦石中可供選礦回收的主要元素鐵含量為12.57%，主要以磁性鐵、硅酸鐵和赤褐鐵形式存在，弱磁選可回收的鐵僅占總鐵的39.54%；礦石堿性系數(shù)為0.53，屬半自熔性礦石。

2 原生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品指標(biāo)

選礦廠設(shè)計(jì)年處理能力為1 150萬t，年鐵精粉生產(chǎn)能力為90萬t。碎礦車間采用標(biāo)準(zhǔn)的三段一閉路破碎流程，粗碎為1臺PXZ1216液壓旋回破碎機(jī)、中碎為3臺CH870圓錐破碎機(jī)、細(xì)碎為6臺HP500圓錐破碎機(jī)，細(xì)碎產(chǎn)品（≤15mm）進(jìn)入粉礦倉前經(jīng)過磁滑輪干選拋廢（拋廢產(chǎn)率約為13%，廢石磁性鐵品位約為1%）以提高入磨品位。磨選車間共3個(gè)系列，采用兩階段磨礦四階段選別流程。一段磨礦由MQG4060型球磨機(jī)與ZKKW3661型直線篩形成閉路；二段磨礦由MQY4067型球磨機(jī)與FX610-GT×8旋流器組和D5F1216型高頻細(xì)篩形成閉路；高頻細(xì)篩篩下產(chǎn)品經(jīng)第3、4段選別和過濾作業(yè)，獲得鐵品位約63.5%、水分小于10%的精礦（-0.074 mm不低于75%）。

3 半工業(yè)試驗(yàn)

為了解決礦石貧化后帶來的生產(chǎn)成本增加、濕尾產(chǎn)出量增加導(dǎo)致尾礦庫庫容加速縮小的問題，對采用高壓輥磨—干選拋尾技術(shù)改造現(xiàn)場工藝的可行性進(jìn)行了研究。

鑒于高壓輥磨機(jī)具有破碎效率高的特點(diǎn)，因此，在適當(dāng)放粗細(xì)碎產(chǎn)品粒度至≤25 mm的情況下，進(jìn)行了懸浮式粗粒干式預(yù)選+高壓輥磨—懸浮式細(xì)粒干式再選工藝效果試驗(yàn)，工業(yè)試驗(yàn)工藝流程見圖1。懸浮式粗粒干式預(yù)選試驗(yàn)安排在碎礦車間進(jìn)行，1臺XF500型懸浮式干選機(jī)取代篩分車間一個(gè)系列的原磁滑輪進(jìn)行粗粒拋尾試驗(yàn)，然后將粗粒干選精礦（約60 t）運(yùn)送至某高壓輥磨（GLM200-160）半工業(yè)試驗(yàn)生產(chǎn)線進(jìn)行輥壓—懸浮式細(xì)粒干式再選試驗(yàn)（系統(tǒng)小時(shí)處理能力為20～60 t），試驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

?

由表3可知：懸浮式干式預(yù)選—高壓輥磨—懸浮式干式再選半工業(yè)試驗(yàn)精礦全鐵品位為35.54%、磁性鐵回收率為92.04%，綜合尾礦磁性鐵品位為0.49%，均達(dá)到設(shè)定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)（精礦全鐵品位大于35%，尾礦磁性鐵品位小于1%）；預(yù)選尾礦產(chǎn)率為30.32%，說明通過懸浮式干式預(yù)選可以減少進(jìn)入高壓輥磨—懸浮式干式再選的礦量30.32%；高壓輥磨產(chǎn)品的懸浮式干選拋尾產(chǎn)率顯著高于預(yù)選拋尾產(chǎn)率，達(dá)52.98%，從而使進(jìn)入磨選系統(tǒng)的量僅為碎礦產(chǎn)品的16.70%，這使磨選及后續(xù)配套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力有了大大的富余。

由表4可知，原礦粒度分布范圍很寬，各粒級分布相對均勻，-1 mm粒級產(chǎn)率較高；預(yù)選尾礦中沒有+20 mm粒級，表明原礦中該粒級中沒有已解離的廢石；高壓輥磨機(jī)作業(yè)使產(chǎn)品粒度大幅度下降，干式再選精、尾礦粒度主要集中在-5 mm粒級，且?guī)缀鯖]有+10 mm粒級，粒度的大幅度下降為廢石與鐵礦物的解離創(chuàng)造了條件。

4 工藝流程改造

懸浮式干式預(yù)選—高壓輥磨—懸浮式干式再選半工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明，在原流程中增設(shè)懸浮式干式預(yù)選—高壓輥磨—懸浮式干式再選系統(tǒng)使磨選及后續(xù)配套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力有了極大的富余。為了充分利用已有磨選車間及后續(xù)配套系統(tǒng)的能力，使全流程能力匹配，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，對粗、中、細(xì)碎系統(tǒng)進(jìn)行了擴(kuò)能改造，使碎礦系統(tǒng)的能力擴(kuò)大至原來的3倍，同時(shí)將原細(xì)碎產(chǎn)品的磁滑輪干選改造為懸浮式干式預(yù)選，并增設(shè)干式預(yù)選精礦高壓輥磨—懸浮式干式再選系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上將一段閉路球磨系統(tǒng)由MQG4060型球磨機(jī)與ZKKW3661型直線篩配套優(yōu)化改造為在造漿的基礎(chǔ)上由FX610×12旋流器組分級與MQG4060型球磨機(jī)配套，改造后的工藝流程見圖2。

5 改造效果分析

5.1 改造前后磨選系統(tǒng)給礦粒度分析

改造前后磨選系統(tǒng)給礦粒度對比見表5。

?

由表5可知，與改造前相比，改造后細(xì)粒級含量顯著增加，其中-0.074、-1、-3 mm粒級產(chǎn)率分別提高了15.54、32.97、33.59個(gè)百分點(diǎn)，這為減輕后續(xù)磨礦負(fù)擔(dān)創(chuàng)造了條件。

5.2 改造前后磨選系統(tǒng)給礦的相對可磨度分析

對改造前后磨選系統(tǒng)給礦進(jìn)行了相對可磨度試驗(yàn)，結(jié)果見圖3。

由圖3可知：以新生-0.074 mm占70%計(jì)，改造后磨選系統(tǒng)給礦相對改造前的相對可磨度系數(shù)為1.18，表明改造后磨選系統(tǒng)給礦的可磨性要好于改造前。這是由高壓輥磨機(jī)層壓粉碎特性決定的，在高能量傳遞效率的靜壓應(yīng)力條件下，不僅輥壓產(chǎn)品中產(chǎn)生大量的細(xì)粒和微細(xì)粒，而且在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量的微裂紋，從而改善了礦石的可磨性［4-6］。

生產(chǎn)實(shí)踐表明，改造后一段球磨機(jī)的處理能力由360 t/h提高到460 t/h以上。生產(chǎn)現(xiàn)場反映出的球磨機(jī)處理能力提高幅度高于用相對可磨度算出的球磨機(jī)處理能力提升的幅度，這是由于在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相對可磨度試驗(yàn)時(shí)，將礦石破碎到-3 mm的過程中提前消除了+3 mm粒級中已產(chǎn)生的大量裂紋；同時(shí)，與改造前相比，改造后磨選系統(tǒng)給礦中多得多的-0.15 mm粒級又被篩出，掩蓋了高壓輥磨機(jī)在提高相對可磨度上的作用［6］。

5.3 改造前后干選系統(tǒng)指標(biāo)分析

與常規(guī)干選設(shè)備相比，懸浮式干選機(jī)對超貧磁鐵礦的拋尾效果優(yōu)勢顯著［7-8］，改造前后干選系統(tǒng)指標(biāo)見表6。

?

由表6可知：①改造后進(jìn)入磨選系統(tǒng)的礦量大幅度地減少至16.70%，比改造前減少69.90個(gè)百分點(diǎn)，這為大幅度降低磨選能耗、減少濕尾量、延長尾礦庫的服務(wù)年限創(chuàng)造了條件。②改造后進(jìn)入磨選系統(tǒng)的礦石磁性鐵含量從改造前的5.62%大幅度提高至28.32%，比改造前提高22.70個(gè)百分點(diǎn)，入磨品位的大幅度提高為減少脈石的泥化、改善分選效果、提高最終精礦品位創(chuàng)造了條件。③改造后干拋尾礦磁性鐵含量明顯下降，在干拋尾礦量增加6倍以上的情況下保證了磁性鐵的有效回收。

改造后能取得良好的干拋效果，一方面與入選粒度下降、磁性鐵礦物與脈石礦物解離情況大幅度改善有關(guān)；另一方面與高壓輥磨機(jī)發(fā)揮了選擇性破碎效果，促使更多的破碎發(fā)生在2種礦物界面處有關(guān)［4-5］；另外，懸浮式干選機(jī)獨(dú)特的分選原理為磁性礦物的高效富集創(chuàng)造了條件［7-8］。

5.4 改造前后產(chǎn)品指標(biāo)分析

改造前后噸原礦耗水量由7.74 m3降至1.43 m3，磨選指標(biāo)對比見表7。

注：磁性鐵回收率和尾礦品位為磨選段濕式選別作業(yè)的數(shù)據(jù)。

由表7可知：在改造后的精礦細(xì)度由-0.074 mm占75%下降至67%的情況下，精礦鐵品位較改造前提高了2.18個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)65.66%；改造前后的濕選精礦磁性鐵回收率和濕選尾礦鐵品位基本相同。

6 結(jié)論

（1）河北某超貧磁鐵礦選礦廠原選礦工藝的突出問題是干選拋廢效果差，進(jìn)入磨選作業(yè)的礦石品位低，磨選生產(chǎn)成本高，需送尾礦庫堆存的濕尾量非常大，嚴(yán)重制約了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營與發(fā)展。

（2）對細(xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行的懸浮式干式預(yù)選（替代磁滑輪干選）—高壓輥磨—懸浮式干式再選試驗(yàn)獲得了全鐵品位為35.54%、磁性鐵回收率為92.04%、綜合尾礦磁性鐵品位為0.49%的干選精礦，預(yù)選尾礦產(chǎn)率為30.32%，再選拋尾產(chǎn)率達(dá)52.98%，使進(jìn)入磨選系統(tǒng)的量僅為碎礦產(chǎn)品的16.70%，且粒度主要集中在-5 mm粒級，為大幅度減少磨選作業(yè)處理量、降低磨選工藝成本創(chuàng)造了條件。該試驗(yàn)取得的成果表明，采用細(xì)碎產(chǎn)品懸浮式干式預(yù)選（替代磁滑輪干選）—高壓輥磨—懸浮式干式再選工藝對現(xiàn)場流程進(jìn)行改造，將可以非常好地解決原工藝所存在的問題，使磨選及后續(xù)配套系統(tǒng)的生產(chǎn)能力有了極大的富余。

（3）以半工業(yè)試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，并充分發(fā)揮已有磨選及后續(xù)配套系統(tǒng)的能力，實(shí)現(xiàn)全流程能力的匹配，將粗、中、細(xì)碎系統(tǒng)的能力擴(kuò)大至原來的3倍，同時(shí)將原細(xì)碎產(chǎn)品的磁滑輪干選改造為懸浮式干式預(yù)選，并增設(shè)干式預(yù)選精礦高壓輥磨—懸浮式干式再選系統(tǒng)，且對一段閉路球磨系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。改造后進(jìn)入磨選系統(tǒng)的礦量大幅度地減少至16.70%，較改造前下降69.90個(gè)百分點(diǎn)；細(xì)粒級含量顯著增加，其中-0.074、-1、-3 mm粒級產(chǎn)率分別提高了15.54、32.97、33.59個(gè)百分點(diǎn)；磨選系統(tǒng)給礦的可磨性顯著好于改造前；磨選系統(tǒng)給礦磁性鐵含量大幅度提高至28.32%，比改造前提高22.70個(gè)百分點(diǎn)；干拋尾礦磁性鐵含量明顯低于改造前，有效保證了磁性鐵的回收；在精礦細(xì)度由-0.074 mm占75%下降至67%的情況下，鐵品位卻較改造前提高了2.18個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)65.66%。

（4）新工藝的實(shí)施充分發(fā)揮了高壓輥磨機(jī)的選擇性破碎效果、懸浮式干選機(jī)的高效富集能力，大幅度降低了磨選能耗和濕尾產(chǎn)率，減少了脈石的泥化，降低了噸原礦耗水量，改善了分選效果，提高了最終精礦品位，延長了尾礦庫的服務(wù)年限。