王建中 郭 鵬

(太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司礦業(yè)分公司尖山鐵礦，山西 太原 030300)

0 引言

隨著破碎理論和破碎設(shè)備的發(fā)展，傳統(tǒng)破碎工藝不斷受到挑戰(zhàn)[1]。在磁鐵礦選礦領(lǐng)域，傳統(tǒng)三段一閉路破碎方式存在預(yù)選拋尾分離效果差、鐵損失率高、后續(xù)磨礦能耗高等缺點(diǎn)，且破碎產(chǎn)物粒度最細(xì)只能達(dá)到10～15 mm[2]。高壓輥磨機(jī)是一種基于層壓破碎原理的新型、高效礦巖破碎設(shè)備[3]，即物料不是在破碎機(jī)工作面或破碎介質(zhì)間做單個(gè)顆粒的破碎或粉磨，而是作為一個(gè)料層得到粉碎，在高壓作用下使顆粒相互擠壓，產(chǎn)生裂紋或劈碎[4]，因此，高壓輥磨不僅能使礦石得到粉碎，還使得顆粒內(nèi)部產(chǎn)生大量微裂紋[5，6]，有利于提高被破碎礦石的單體解離度[7]，預(yù)選分離效果[8]及可磨性[9]，具有破碎比大、微裂紋優(yōu)勢(shì)明顯、單位破碎能耗和鋼耗低、處理能力大、設(shè)備作業(yè)率高、占地面積少等優(yōu)點(diǎn)[10]，產(chǎn)品含有大量的細(xì)粒和微細(xì)粒產(chǎn)品，其中很大部分礦物已完成初步單體解離，具備較好的分選條件，為充分實(shí)現(xiàn)“多碎少磨、能拋早拋”[11]創(chuàng)造了有利條件。

華北某鐵礦屬鞍山式沉積變質(zhì)類型貧鐵礦床[12]，礦石主要由磁鐵石英巖及少量赤鐵石英巖組成，全鐵品位31%左右，選礦采用三段一閉路破碎-階段磨礦-階段弱磁選-磁重選精選工藝流程，精礦全鐵品位67.5%，SiO2含量6%[13，14]。為通過(guò)技術(shù)進(jìn)步提升礦山綜合效益，對(duì)高壓輥磨-預(yù)選工藝應(yīng)用可行性進(jìn)行了探討。

1 高壓輥磨試驗(yàn)

1.1 試樣粒級(jí)分布

高壓輥磨選取選礦系統(tǒng)細(xì)碎后礦樣作為試樣，對(duì)該試樣進(jìn)行了篩析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試樣粒級(jí)篩析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

由試樣篩析結(jié)果可知：-15 mm和-5.0 mm粒級(jí)負(fù)累積含量分別為93.85%、47.77%，-0.074 mm含量7.22%，試樣粒級(jí)主要分布在5～15 mm之間，占了試驗(yàn)總量的46.08%。

1.2 開(kāi)路試驗(yàn)

高壓輥磨開(kāi)路試驗(yàn)在CLM25/10高壓輥磨機(jī)上進(jìn)行，設(shè)置工作壓力分別為8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa，高壓輥磨機(jī)原始輥縫寬度為2.2 mm，轉(zhuǎn)速為20 r/min，每次給料量為20 kg，在不同壓力條件下進(jìn)行高壓輥磨試驗(yàn)。高壓輥磨結(jié)束后，收集輥壓產(chǎn)品，將物料混勻、縮分、取樣進(jìn)行粒度組成干式篩分分析。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2和圖1。

表2 開(kāi)路試驗(yàn)產(chǎn)品粒級(jí)篩析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

圖1 輥壓給排料粒級(jí)對(duì)比

高壓輥磨機(jī)工作壓力在8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa時(shí)，輥壓產(chǎn)品-5.0 mm粒級(jí)累積含量分別占63.92%、66.79%、67.85%，-0.074 mm粒級(jí)累積含量分別占12.38%、14.49%、14.97%；隨著工作壓力的增大，輥壓產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量逐漸提高，說(shuō)明高壓輥磨機(jī)對(duì)該礦有較好的輥壓效果。

工作壓力條件在10.0 MPa和12.0 MPa時(shí)，輥壓產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量相差不大；隨著工作壓力的增大，電耗依次為1.28 kW·h/t、1.60 kW·h/t、1.81 kW·h/t。因此，根據(jù)不同工作壓力下輥壓產(chǎn)品粒度分布及電耗，推薦最佳工作壓力為10.0 MPa。

1.3 3.0 mm高壓輥磨閉路篩分試驗(yàn)

根據(jù)開(kāi)路條件試驗(yàn)得到高壓輥磨機(jī)最佳工作壓力值，將其設(shè)定為試驗(yàn)工作壓力，每次給料量10 kg。每次高壓輥磨結(jié)束后，收集輥壓后產(chǎn)品，用3.0 mm振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，稱出篩上、篩下物料重量，保留篩下物料，篩上物料返回與新給料混勻，重新給入高壓輥磨機(jī)；重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)流程，直至篩下物料重量接近新給料重量或者篩下物料不再增加，則該流程達(dá)到平衡。由試驗(yàn)可知，高壓輥磨機(jī)3.0 mm閉路篩分循環(huán)作業(yè)負(fù)荷為108.20%。將循環(huán)平衡后的篩下物料縮分、取樣，進(jìn)行粒度組成分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 3.0 mm閉路產(chǎn)品粒級(jí)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

高壓輥磨機(jī)輥壓壓力在10.0 MPa下3.0 mm閉路篩分循環(huán)試驗(yàn)的輥壓產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量較多，-0.5 mm粒級(jí)累積含量占41.85%，-0.074 mm粒級(jí)累積含量占19.13%。

1.4 5.0 mm高壓輥磨閉路篩分試驗(yàn)

根據(jù)開(kāi)路條件試驗(yàn)得到高壓輥磨機(jī)最佳工作壓力值，將其設(shè)定為試驗(yàn)工作壓力，每次給料量10 kg，參照3.0 mm閉路篩分試驗(yàn)，得出高壓輥磨機(jī)5.0 mm閉路篩分循環(huán)作業(yè)負(fù)荷為64.40%。將循環(huán)平衡后的篩下物料縮分、取樣，進(jìn)行粒度組成分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 5.0 mm閉路產(chǎn)品粒級(jí)組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

高壓輥磨機(jī)輥壓壓力在10.0 MPa下5.0 mm閉路篩分循環(huán)試驗(yàn)的輥壓產(chǎn)品細(xì)粒級(jí)含量適中，-0.5 mm粒級(jí)累積含量占29.90%，-0.074 mm粒級(jí)累積含量占13.97%。

1.5 邦德功指數(shù)測(cè)定

取常規(guī)破碎3.0 mm原礦和高壓輥磨3.0 mm原礦分別進(jìn)行邦德功指數(shù)實(shí)驗(yàn)。成品篩的篩孔尺寸為0.074 mm。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算邦德功指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 邦德功指數(shù)測(cè)定

其計(jì)算公式如下：

(1)

式中：WIB—球磨功指數(shù)，kW·h/t；dpi—篩孔尺寸，μm；Gbp—磨機(jī)每一轉(zhuǎn)新生成成品質(zhì)量，g/r；P80—成品的80%通過(guò)粒度，μm；F80—實(shí)驗(yàn)原料的80%通過(guò)粒度，μm。

原礦常規(guī)破碎3.0 mm邦德功指數(shù)為13.44 kW·h/t；原礦高壓輥磨3.0 mm邦德功指數(shù)為10.01 kW·h/t；高壓輥磨邦德功指數(shù)比常規(guī)破碎邦德功指數(shù)低25.52%。

1.6 磨礦試驗(yàn)

取常規(guī)破碎到-3 mm原礦和高壓輥磨破碎到-3.0 mm原礦分別進(jìn)行磨礦對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)樣品稱取500 g/次，磨礦濃度為60%，設(shè)定磨礦時(shí)間分別為0、3、6、9、12分鐘進(jìn)行磨礦條件試驗(yàn)，磨后產(chǎn)品采用0.074 mm標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行濕式篩分，收集篩上樣品、烘干、稱重。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 常規(guī)破碎原礦和高壓輥磨原礦磨礦對(duì)比試驗(yàn)

磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074 mm占40%時(shí)常規(guī)破碎原礦和輥壓原礦磨礦所需時(shí)間分別為兩分鐘和一分鐘；磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074 mm占60%時(shí)常規(guī)破碎原礦和輥壓原礦磨礦所需時(shí)間分別為3.5分鐘和2.3分鐘；磨礦細(xì)度達(dá)到-0.074 mm占80%時(shí)常規(guī)破碎原礦產(chǎn)品和輥壓原礦產(chǎn)品磨礦所需時(shí)間分別為5.5分鐘和4.6分鐘，說(shuō)明輥壓原礦比常規(guī)破碎原礦更易磨。

2 濕式預(yù)選試驗(yàn)

2.1 試樣鐵品位分析

對(duì)選礦系統(tǒng)細(xì)碎后礦樣進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 原礦化學(xué)分析(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

原礦化學(xué)分析結(jié)果表明原礦全鐵品位30.64%，磁性鐵品位24.93%，鐵礦物之中磁性鐵分布率為81.36%，原礦為磁性鐵為主的鐵礦石。

2.2 粗粒濕式磁選拋尾對(duì)比試驗(yàn)

采用高壓輥磨機(jī)將試樣輥壓到5-0 mm、3-0 mm，分別對(duì)這兩樣品進(jìn)行粗粒濕式磁選拋尾。試驗(yàn)設(shè)備為T(mén)-CTS1006粗粒濕式磁選機(jī)，磁場(chǎng)強(qiáng)度為500 mT,試驗(yàn)簡(jiǎn)要流程見(jiàn)圖2，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表8。

圖2 輥壓產(chǎn)品磁選試驗(yàn)流程

表8 粗粒磁選濕選拋尾試驗(yàn)結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

當(dāng)輥壓產(chǎn)品粒度為5-0 mm和3-0 mm時(shí)，采用粗粒濕式磁選可拋出產(chǎn)率30.28%～31.20%、尾礦鐵品位11.38%左右、磁性鐵品位0.50%的粗粒尾礦，粗精礦磁性鐵回收率為99%以上，入選鐵品位可提高了8個(gè)百分點(diǎn)以上，入磨粗精礦全鐵品位達(dá)39%左右。輥壓產(chǎn)品濕式磁選拋尾效果明顯。

原礦輥壓到5-0 mm和3-0 mm、經(jīng)粗粒濕式磁選拋尾后，所獲選別指標(biāo)接近，說(shuō)明這兩種給礦粒度對(duì)選別指標(biāo)影響較小。

3 工藝推薦

綜合試驗(yàn)研究結(jié)果、選礦現(xiàn)有流程整體優(yōu)化及其它實(shí)際情況，在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：

1)現(xiàn)細(xì)碎產(chǎn)品由-12 mm 88%放粗到-25 mm，大幅度降低細(xì)碎系統(tǒng)循環(huán)負(fù)荷；

2)-25 mm產(chǎn)品全粒級(jí)進(jìn)入高壓輥磨機(jī)破碎，輥磨機(jī)與濕式直線篩組成閉路，其產(chǎn)品由直線振動(dòng)篩進(jìn)行濕式檢查篩分，篩上產(chǎn)品(+5 mm)通過(guò)皮帶機(jī)返回到輥磨機(jī)；

3)篩下產(chǎn)品(-5 mm)自流進(jìn)入濕式順流磁選機(jī)進(jìn)行預(yù)選拋尾作業(yè)，預(yù)選精礦泵送入磨礦分級(jí)系統(tǒng)；

4)預(yù)選尾礦經(jīng)直線篩開(kāi)路分級(jí)，篩上產(chǎn)品(+2 mm)可作為建材使用或外銷，篩下產(chǎn)品(-1 mm)進(jìn)入尾礦系統(tǒng)。

5)推薦工藝原則流程見(jiàn)圖3。

圖3 工藝原則流程

4 結(jié)語(yǔ)

該礦山選礦系統(tǒng)細(xì)碎后礦樣經(jīng)高壓輥磨后，-0.5 mm粒級(jí)累積含量可達(dá)41.85%；經(jīng)粗粒濕式磁選可拋出產(chǎn)率30.28%～31.20%、尾礦鐵品位11.38%左右、磁性鐵品位0.50%的粗粒尾礦，粗精礦磁性鐵回收率為99%以上，入選鐵品位提高了8個(gè)百分點(diǎn)以上，入磨粗精礦全鐵品位達(dá)39%左右，輥壓產(chǎn)品濕式磁選拋尾效果明顯。說(shuō)明高壓輥磨-濕式預(yù)先拋尾工藝是可行的，具有深入研究?jī)r(jià)值；同時(shí)隨著低品位礦石綜合回收利用力度的加大，該工藝會(huì)顯示出更低的成本優(yōu)勢(shì)，下一步將與現(xiàn)有流程、裝備結(jié)合，對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行再優(yōu)化。