邢 偉 楊海龍 席振偉

(中冶北方工程技術有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

近年來國內鋼鐵企業(yè)從節(jié)能環(huán)保出發(fā)，積極發(fā)展優(yōu)質球團廠的建設。然而用于生產優(yōu)質球團的高品位鐵精礦的產能存在巨大缺口，促使進口鐵精礦的數量逐年增長。據中國海關數據顯示，2019年累計進口鐵精礦10.68 億t，對外依存度高達80%。目前進口鐵精礦鐵品位高、不需選別作業(yè)，但若作為優(yōu)質球團原料，大部分鐵精礦粒度偏粗，還需進一步細磨[1]。

細磨工程的主要影響因素有礦石性質、設備性能、建設投資和生產成本，特別是礦石性質。因此，針對全球采購的某種鐵精礦，須對其細磨工藝深入研究。選用一種更可靠、更實用的工藝流程，確保其磨礦、過濾等作業(yè)指標穩(wěn)定，材料消耗、電耗和藥劑消耗等生產成本處于一個合理區(qū)間，實現(xiàn)建設投資和生產成本最優(yōu)。

1 礦石性質分析

全球優(yōu)質鐵礦資源主要分布在澳大利亞、巴西、俄羅斯和非洲地區(qū)。淡水河谷、力拓、必和必拓和FMG對全球優(yōu)質鐵礦石資源高度壟斷，四大礦商在2019年生產的鐵礦石產量近乎全球產量的半數。

中國進口鐵精礦主要來源于澳大利亞、巴西、印度、南非等地，種類繁雜。進口鐵精礦的化學成分均不相同。由表1可知，進口鐵精礦的TFe品位在57.39%～67.50%，區(qū)間范圍變化不大，除澳大利亞的楊迪粉和羅布河粉外，大部分鐵礦石TFe品位均大于63.45%，SiO2含量小于4.40%。這類鐵礦石只需采用磨礦作業(yè)，將粒度磨到比表面積符合球團原料要求即可，不需要選別作業(yè)。同時，將選別作業(yè)作為備選環(huán)節(jié)，除了建設投資高和生產費用大的原因外，還因為嚴格的環(huán)保政策、土地資源的限制和棘手的尾礦處理等原因。進口典型鐵礦石的化學成分分析見表1。

表1 進口典型鐵礦石的化學成分分析結果(質量分數) /%

進口鐵精礦的粒度組成不同。由表2可知，澳大利亞Sino粉的比表面積符合球團原料要求不需要細磨，澳大利亞PB粉、巴西粗粉、毛里塔尼亞礦粉等的粒度特征更適宜于作為燒結原料，若作為球團原料則不滿足粒度要求，需進一步細磨。典型進口鐵精礦粒度分析結果見表2。

表2 進口典型鐵礦石粒度分析結果(質量分數) /%

受地質作用、礦石結構和破磨工藝等因素的影響，不同國家或地區(qū)的進口鐵精礦球磨功指數差別巨大。由表3可見，進口鐵精礦的球磨功指數各不相同。根據邦德功理論，礦石的比功耗與球磨功指數成正比關系。在某特定細磨工藝中需要嚴格控制入磨礦石性質，否則直接導致兩種嚴重結果，要么在保證磨礦產品粒度的條件下磨機產能嚴重下降，要么在不調整磨機新給料量的情況下磨礦產品粒度嚴重不達標。因此，球磨功指數是影響細磨工藝選擇的最重要因素。進口典型鐵精礦的球磨功指數見表3。

表3 進口典型鐵礦石的球磨功指數

2 工藝流程的選擇及推薦的典型流程

2.1 進口鐵精粉細磨工藝與傳統(tǒng)鐵礦磨礦工藝的區(qū)別

傳統(tǒng)鐵礦選廠的礦源穩(wěn)定，礦石性質基本穩(wěn)定，磨礦目的是使礦石中的有用礦物充分單體解離，并能達到選別作業(yè)要求的粒度，盡量避免“過磨”現(xiàn)象，為選別作業(yè)有效地回收礦石中的有用礦物創(chuàng)造條件。

進口鐵精礦的細磨與傳統(tǒng)鐵礦選廠的磨礦相比，細磨原礦來源于全球采購，不同國家地區(qū)的礦石性質迥異，礦石的化學性質、粒度分布、球磨功指數等參數均不相同，礦石性質在一段時間內穩(wěn)定，細磨目的是增加鐵精礦的比表面積，使其滿足球團原料特征，產品粒度均勻，避免“過磨”現(xiàn)象。根據球團廠生產經驗，球團原料粒度宜為-0.045 mm含量不小于70%，比表面積宜為1 800～2 200 cm2/g?？梢姡M口鐵精礦細磨工程的設計難點在于,針對全球采購的鐵精礦，設計一種對原礦適應性強、產品能滿足球團原料要求的工藝流程，并在工業(yè)生產上力求流程簡化。

2.2 對干磨流程與濕磨流程的分析

根據生產經驗，球團原料的水份需嚴格控制在8%～10%。水份偏高會導致生球粘結、變形、粒度不均勻及強度不達標，偏低會影響生球的成球性。進口鐵精礦采用干磨流程或濕磨流程都能得到粒度合格的球團原料。干磨流程是指先將原礦干燥至含水1%以下，磨機與風力分級機組成閉路，粗粒返回磨機，細粒送至球團廠。濕磨流程是將原礦加水制成礦漿，磨機與旋流器組成閉路，粗粒返回磨機，細粒脫水后進入球團廠。

不論采用干磨流程或濕磨流程，在球團工藝總流程上都有干燥作業(yè)，但干燥目的和生產成本不同，其主流程結構分別為干燥—干磨—球團和濕磨—干燥—球團。干磨流程的干燥作業(yè)是將含水約8%的原礦干燥至含水小于1%，根據球團原料的要求，干磨成品還需要補水至8%～10%，干燥生產成本基本是穩(wěn)定。對濕磨流程而言，細磨產品性質和過濾設備的性能會極大影響細磨鐵精礦的水分。一般情況下，如果過濾設備采用圓盤真空過濾機或陶瓷過濾機，濾餅水分一般在10%左右，與球團原料的水分要求8%～10%有些差距，但差距不大，干燥生產成本不多；如果過濾設備采用板框壓濾機，濾餅水分小于10%，滿足球團原料要求，所以濕磨的干燥作業(yè)只有在濕磨成品水分不達標時才使用?？紤]到干磨流程的除塵存在極大問題，環(huán)保不易過關。目前已建成的進口鐵精礦細磨工程均采用濕磨流程，濕磨流程也比較成熟，因此，以下探討的流程均為濕磨流程。

2.3 細磨工藝典型流程分析

2.3.1 一段閉路磨礦流程A

一段閉路磨礦流程A適用于粒度較粗、原礦粒度≤15 mm的進口鐵精礦，原礦先進入一段磨機磨礦，磨機排礦經泵給入一次分級，沉砂返回磨機構成閉路磨礦，溢流經濃縮-過濾，濾餅為最終成品。此流程可控制合格產物中的最大粒度，減少過粉碎現(xiàn)象，從而提高磨礦效率。工藝流程如圖1所示。

2.3.2 一段閉路磨礦流程B

一段閉路磨礦流程B適用于粒度較細、P80<1 mm的進口鐵精礦，原礦制成礦漿后泵送至一次分級，分級沉砂返回一段磨機磨礦，構成閉路磨礦，分級溢流經濃縮-過濾脫水后，濾餅為最終成品。此流程可提前去除磨機給礦中的粒度合格的產物，從而增加磨機的生產能力。工藝流程如圖2所示。

圖1 一段閉路磨礦流程A

圖2 一段閉路磨礦流程B

圖3 兩段閉路磨礦流程C

圖4 兩段閉路磨礦流程D

2.3.3 兩段閉路磨礦流程C

兩段閉路磨礦流程C適用于原礦粒度變化大、原礦粒度≤15 mm的進口鐵精礦，原礦經一段閉路磨礦后，一段分級溢流進入二段閉路磨礦進行磨礦，二段分級溢流為最終磨礦成品，然后經濃縮-過濾脫水后，濾餅為最終成品。此流程簡潔，調整余地大，適應性強。工藝流程如圖3所示。

2.3.4 兩段閉路磨礦流程D

兩段閉路磨礦流程D，是一種調整性強的兩段閉路磨礦流程。在實際生產中可采取三種生產流程來應對原礦礦石性質的變化。具體生產流程如下：首先，如果原礦粒度較粗、粒度≤15 mm，采用常規(guī)的二段閉路磨礦流程。原礦經一段閉路磨礦磨礦后，一次分級溢流進入二段閉路磨礦進行磨礦，二次分級溢流為最終成品。第二，如果原礦粒度較粗、粒度≤15 mm，原礦經過一段閉路磨礦即可得到合格產品，則一段分級溢流為最終成品。第三，如果原礦粒度很細、-0.074 mm占≥50%，原礦可直接進入二段球磨閉路作業(yè)，二次分級溢流為最終磨礦成品。工藝流程如圖4所示。

2.4 確定細磨工程的系列數量

從表3看出，進口鐵精礦的球磨功指數由5.671 7～7.318 4 kW·h/t，區(qū)間范圍變化很大，說明磨礦的難易程度差別巨大。業(yè)主采購的礦石是根據市場價格來決定的，因此細磨原礦的礦石性質僅能在一段時間內穩(wěn)定。多系列布置的優(yōu)點是可根據礦石性質的不同，靈活組織生產。因此，在場地允許的條件下，細磨工程以2～4系列為宜。

2.5 關鍵設備的選擇

細磨工程的關鍵設備體現(xiàn)了工程總體設計水平，對工程建設投資和工程達產進度等方面影響很大，設備選型時還需考慮操作維護是否方便、生產加工成本高低等因素。

磨機是細磨工程最關鍵的設備，直接影響項目的建設投資和生產運營成本。磨機選型主要根據建設規(guī)模、礦石性質(如可磨性、球磨功指數、給礦粒度等)、產品粒度和設備性能等因素，經比較擇優(yōu)選用。磨機在設備投資中占比很高，其電耗約占總電耗的45%～65%，磨礦介質和襯板的生產消耗在生產成本中占很大比例。細磨工程的一段磨礦多采用溢流型球磨機，二段磨礦可采用溢流型球磨機或塔磨機。對于嵌布粒度偏細的鐵精礦，采用塔磨機更節(jié)省能耗，普遍認為塔磨機的產品粒度P80范圍為74～20 μm，比溢流型球磨機能節(jié)省約30%～40%的能耗。另外，塔磨機具有運行噪音低、設備基礎簡單、自動化水平高的優(yōu)點，還能優(yōu)化磨礦粒度分布，防止過磨。

過濾機是細磨工藝的另一關鍵設備。水分是球團原料的關鍵參數，通常需控制在8%～10%。球團原料的水分不僅影響生球的成球性，還與球團廠的干燥作業(yè)有關。如果能有效控制濾餅水分，就能降低干燥作業(yè)能耗，從而降低了噸礦的生產成本。常用的過濾機有圓盤真空過濾機、陶瓷過濾機和板框壓濾機，圓盤過濾機利用真空泵形成負壓脫水，陶瓷過濾機利用毛細現(xiàn)象脫水，這兩種過濾機較難達到很高的過濾壓力，因而在處理透氣性不好的礦物時，濾餅水分很難達到8%～10%的指標要求。壓濾機采用在固定容積的腔體內加壓過濾，同時有壓縮空氣吹風干燥，基本上可達到球團原料的水分要求。

3 球團廠細磨工程實例

國內某球團原料細磨工程年處理巴西某赤鐵礦粉500 萬t(考慮使用0～30%磁鐵精礦的可能)，原料TFe品位67.25%、粒度-0.045 mm≥60%。

通過球團條件試驗確定了適宜造球的礦粉比表面積為1 500 cm2/g。選礦試驗結果表明，當鐵精粉粒度磨到-0.045 mm達95%時達到比表面積1 500 cm2/g，此粒度的球磨功指數為21.316 kW·h/t；該原料具有難磨、較易過濾的特點?？紤]到該項目的原料鐵品位高、粒度較細，設計采用一段閉路磨礦流程，把-0.045 mm≥60%原礦磨至-0.045 mm≥95%。同時考慮其外購原料的種類可能經常波動，為使磨礦工藝的適應性更強，可以根據外購原料性質的不同靈活地組織生產，采用4個磨礦系列，每個系列對應1臺MQY50110濕式溢流型球磨機與1臺Φ500×10旋流器組組成的磨礦閉路。同時，采用2臺Φ45 m濃縮池和14臺96 m2盤式過濾機進行脫水作業(yè)。最終鐵精粉產品粒度-0.045 mm≥95%、水分10.3%，滿足此項目球團原料要求。項目投產后，因其工藝流程簡單，多系列運行平穩(wěn)，并由于球團原料的質量提高，降低了煉鐵消耗，優(yōu)化了球團廠的配料，效益顯著。磨礦工藝流程如圖5 所示。

圖5 某500 萬t球團細磨工程工藝流程

4 結語

球團原料對鐵精礦比表面積有嚴格的要求，細磨工藝是增加進口鐵精礦比表面積的一種手段。出于對環(huán)保要求的考慮，進口鐵精礦細磨工程大多采用濕磨流程，一般以1～4系列為宜。當原礦粒度較粗、Dmax≤15 mm時，可采用兩段閉路磨礦工藝流程；當原礦粒度較細、P80<1 mm時，可采用一段閉路磨礦工藝流程。一段磨機常采用溢流型球磨機，二段磨礦多采用溢流型球磨機或塔磨機，塔磨機更節(jié)省能耗。同時，磨礦產品過濾性較好時，過濾設備可采用圓盤真空過濾機或陶瓷過濾機；磨礦產品過濾性較差時需采用壓濾機進行脫水。

考慮到不同國家地區(qū)的礦石性質迥異，具體到某細磨工程工藝流程和設備選型的設計時, 須通過試驗研究和技術經濟比較而定。