張建樂(lè)，黃業(yè)豪，王譽(yù)樹(shù)，李翠芬

（河南省巖石礦物測(cè)試中心，河南 鄭州 450012）

高壓輥磨因處理能力大、能耗低、產(chǎn)品粒度均勻、環(huán)境友好等特點(diǎn)，受到廣泛推崇與青睞［1－2］。高壓輥磨機(jī)與傳統(tǒng)的輥式破碎機(jī)基本結(jié)構(gòu)相似，工作原理上的最大區(qū)別是前者兩輥間保持一定的縫隙，形成料層粉碎［3］，后者兩輥間幾乎沒(méi)有縫隙，為單顆?；騿螌臃鬯?。在阻止動(dòng)輥的位移方面，高壓輥磨機(jī)采用液壓，向料層施加的反壓為定值，傳統(tǒng)輥破機(jī)采用彈簧，向顆粒施加的反壓不固定，與彈簧的形變量成正比。單傳動(dòng)輥壓機(jī)是一種使輥間保持一定縫隙的大型輥式破碎機(jī)，除采用單輥驅(qū)動(dòng)和彈簧組保壓機(jī)構(gòu)外，其他與高壓輥磨機(jī)相似。遼西某特大型極貧磁鐵礦山，日采破礦石量達(dá)15萬(wàn)噸，按采區(qū)不同共設(shè)有9個(gè)破碎站，除2號(hào)站為處理能力40 000 t／d的由旋回破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)組成的三段一閉路破碎車(chē)間外，其他各站均為顎式破碎機(jī)和反擊式破碎機(jī)組成的簡(jiǎn)易型三段閉路或開(kāi)路破碎系統(tǒng)，每站處理能力均在10 000 t／d以上，產(chǎn)品粒度－20 mm。為降低破碎產(chǎn)品粒度，提高干式預(yù)磁選指標(biāo)，2012年在9號(hào)站單獨(dú)閉路配置了1臺(tái)DG－1400／650單傳動(dòng)輥壓機(jī)，該機(jī)輥徑1 400 mm、輥寬650 mm，堆焊輥面，裝機(jī)功率630 kW，空載輥隙10 mm，工作輥隙16～35 mm。本文利用該機(jī)對(duì)除2號(hào)站外其他8個(gè)破碎站的最終破碎產(chǎn)品分別進(jìn)行開(kāi)路破碎工業(yè)試驗(yàn)，研究了單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布特性。

1 礦石性質(zhì)

礦石自然類(lèi)型主要為輝石角閃巖型極貧鐵礦石，少量為磁鐵石英巖型鐵礦石。礦石中有用礦物主要為磁鐵礦，含少量赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦；脈石礦物主要為角閃石、輝石、石英、斜長(zhǎng)石。礦石結(jié)構(gòu)以中粒變晶結(jié)構(gòu)為主，少量為粗粒變晶結(jié)構(gòu)。磁鐵礦和石英等粒狀礦物定向排列于片狀或柱狀礦物間構(gòu)成片麻狀和條帶狀構(gòu)造，也有呈單礦物分散賦存于輝石和角閃石礦物間構(gòu)成浸染狀構(gòu)造。全區(qū)輝石角閃巖型極貧鐵礦石地質(zhì)樣品主要化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 輝石角閃巖型極貧鐵礦石主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）／%

從9個(gè)破碎站分別選取塊狀未風(fēng)化的礦石測(cè)試普氏硬度，結(jié)果見(jiàn)表2。各站礦石普氏硬度系數(shù)均在12以上，其中7個(gè)達(dá)到15以上，說(shuō)明全礦區(qū)大部分原生礦石較硬，少部分為中等偏硬。

表2 礦石普氏硬度系數(shù)測(cè)試結(jié)果

2 輥壓機(jī)破碎工業(yè)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

拆去生產(chǎn)系統(tǒng)中與輥壓機(jī)構(gòu)成閉路的篩分機(jī)篩網(wǎng)，使原閉路破碎流程變?yōu)殚_(kāi)路破碎。分別取8個(gè)站最終破碎產(chǎn)品各約50 t給入儲(chǔ)料倉(cāng)，通過(guò)膠帶輸送機(jī)給入輥壓機(jī)進(jìn)行連續(xù)開(kāi)路破碎，運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，在線多次截取給礦膠帶和排礦膠帶上的物料分別作為原礦樣和產(chǎn)品樣，全部進(jìn)行篩析。

2.2 產(chǎn)品粒度特性分析

輥壓機(jī)給礦樣品F1～F9累積粒度特性曲線見(jiàn)圖1，破碎產(chǎn)品P1～P9累積粒度特性曲線見(jiàn)圖2。破碎前后各粒級(jí)產(chǎn)率變化見(jiàn)表3，破碎后產(chǎn)品中新增粒級(jí)累積粒度特性曲線見(jiàn)圖3。

圖1 給礦累積粒度特性曲線

圖2 產(chǎn)品累積粒度特性曲線

表3 各樣品破碎前后各粒級(jí)產(chǎn)率變化

圖3 產(chǎn)品中新增粒級(jí)累積粒度特性曲線

由圖1可見(jiàn)，給礦粒度分布大致可分為2組，其中F3、F5和F7粒度分布較細(xì)，其余給礦粒度分布相對(duì)較粗。由圖2和表3可以看出，破碎后8個(gè)樣品產(chǎn)品粒度分布特性接近，與給礦粒度分布似無(wú)對(duì)應(yīng)的相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)率獲增粒級(jí)的粒度上限為6 mm、4 mm或3 mm，粒級(jí)產(chǎn)率新增最多的是－0.35＋0.075 mm粒級(jí)。從圖3可以看出，給礦粒度較細(xì)的F3、F5和F7破碎后新增－6＋3 mm粒級(jí)產(chǎn)率較小，其余各樣品相對(duì)較大，導(dǎo)致所有破碎產(chǎn)品粒度分布特性趨于一致。結(jié)合表2，似輥壓機(jī)給礦粒度分布和礦石硬度對(duì)破碎產(chǎn)品粒度分布均無(wú)明顯影響。這一現(xiàn)象與早期研究發(fā)現(xiàn)的高壓輥磨產(chǎn)品粒度分布的自相似性吻合，即高壓輥磨產(chǎn)品粒度分布具有一種不受給料粒度分布、輥速和水分變化影響的自相似性分布［4］。

2.3 產(chǎn)品粒度特性方程

嘗試用傳統(tǒng)的R-R粒度特性方程描述單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布規(guī)律［5－6］：

式中R為大于x粒級(jí)的正累積產(chǎn)率，%；x為礦粒直徑或篩孔寬，mm；b為與產(chǎn)物粒度有關(guān)的參數(shù)；n為與物料性質(zhì)有關(guān)的參數(shù)。

對(duì)8個(gè)破碎產(chǎn)品通過(guò)對(duì)數(shù)變換和一元線性回歸求出相應(yīng)的b和n，并計(jì)算出擬合度判定系數(shù)R2，結(jié)果見(jiàn)表4，其中綜合產(chǎn)品數(shù)據(jù)是8個(gè)產(chǎn)品的加權(quán)平均值。按實(shí)測(cè)值和式（1）計(jì)算值繪制的綜合破碎產(chǎn)品累積粒度特性曲線如圖4所示。

表4 單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品粒度特性方程參數(shù)

圖4 產(chǎn)品實(shí)際累積粒度特性曲線和模型曲線

由表4和圖4可見(jiàn)，R-R粒度特性方程可較好地描述單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布特性。

對(duì)8個(gè)破碎產(chǎn)品中新增－4 mm粒級(jí)（表3）的粒度分布按式（1）進(jìn)行回歸計(jì)算，相應(yīng)參數(shù)見(jiàn)表5（其中P9為新增－3 mm粒級(jí)）。由表5可見(jiàn)，各樣品回歸方程的擬合度判定系數(shù)R2普遍高于表4，說(shuō)明產(chǎn)品中新增－4 mm粒級(jí)的粒度分布更符合式（1）。由于輥壓機(jī)排礦有中料（料餅）和邊料之分，邊料受到的料層粉碎作用明顯較小，因此，產(chǎn)品中新增－4 mm粒級(jí)主要來(lái)自中料，是輥壓破碎的真正產(chǎn)品，這更說(shuō)明R-R粒度特性方程適用于描述單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布規(guī)律。

表5 單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品中新增－4 mm粒級(jí)粒度特性方程參數(shù)

2.4 給礦粒度上限

將8個(gè)輥壓機(jī)給礦按所含＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率排序，由低到高順序選擇相鄰兩個(gè)樣作加權(quán)平均，同時(shí)加權(quán)計(jì)算出對(duì)應(yīng)產(chǎn)品中新增或新減粒級(jí)產(chǎn)率的合計(jì)值。隨機(jī)取9號(hào)站第2段破碎產(chǎn)品約50 t（簡(jiǎn)稱9號(hào)副樣）按同樣方法破碎、取樣和篩析。根據(jù)篩析，前8個(gè)給礦中最大顆粒直徑不大于30 mm，破碎后＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率均為0；9號(hào)副樣中最大顆粒達(dá)60 mm，破碎后＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率仍有8.89%。

以給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率為橫坐標(biāo)、破碎產(chǎn)品中新增或新減各粒級(jí)產(chǎn)率的合計(jì)值為縱坐標(biāo)作圖，見(jiàn)圖5。由圖5可見(jiàn)，當(dāng)給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率由0.82%增至2.71%時(shí)，產(chǎn)品中新增或新減粒級(jí)合計(jì)產(chǎn)率由23.64%激增至47.22%；當(dāng)給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率由2.71%增至5.81%時(shí)，產(chǎn)品中新增或新減粒級(jí)合計(jì)產(chǎn)率由47.22%增至53.53%，增速明顯放緩；當(dāng)給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率增至22.51%時(shí)（9號(hào)副樣），產(chǎn)品中新增或新減粒級(jí)合計(jì)產(chǎn)率大幅降至16.69%。

圖5 給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率對(duì)輥壓破碎的影響

上述結(jié)果說(shuō)明給礦粒度上限對(duì)單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品粒度分布有顯著影響。適宜的給礦粒度上限為30 mm。在－30 mm粒級(jí)范圍內(nèi)，＋20 mm粒級(jí)破碎率達(dá)100%，但其在給礦中的產(chǎn)率不宜超過(guò)10%，產(chǎn)率過(guò)大對(duì)整體破碎效果不利。粒度上限超過(guò)30 mm時(shí)，除自身不利于輥壓破碎外（易擴(kuò)大輥隙），給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率也會(huì)明顯增加，兩者結(jié)合在一起更會(huì)減弱輥壓機(jī)的料層粉碎作用。事實(shí)上給礦粒度上限的影響可能與破碎輥長(zhǎng)度、直徑、輥壓和水分含量等都有關(guān)系，但本文不作討論。

3 輥壓機(jī)與球磨機(jī)產(chǎn)品粒度特性初步比較

現(xiàn)場(chǎng)第一段磨選生產(chǎn)共8個(gè)系列，磨礦采用MQG3245格子型球磨機(jī)，與ZK3060直線振動(dòng)篩（篩孔3 mm）構(gòu)成閉路。磨礦新給礦為各破碎站最終產(chǎn)品的混合物，處理量約250 t／h，磨礦濃度85%～90%。取在線生產(chǎn)中2＃和5＃系列球磨機(jī)排礦樣分別進(jìn)行篩析，將輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品綜合樣和2臺(tái)球磨機(jī)排礦樣的負(fù)累積粒度特性曲線同繪于圖6中。由圖6可見(jiàn)，單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品與球磨機(jī)磨礦產(chǎn)品粒度分布特性總體接近，前者粒度分布相對(duì)略粗。

圖6 單傳動(dòng)輥壓機(jī)與球磨機(jī)產(chǎn)品累積粒度特性曲線比較

由于輥壓機(jī)破碎為開(kāi)路破碎（處理量約300 t／h），產(chǎn)品中含有一定量未充分破碎的邊料，故粒度分布偏粗。球磨機(jī)系閉路磨礦，返砂也導(dǎo)致其產(chǎn)品粒度增粗，但給礦為9個(gè)破碎站產(chǎn)品的混合物，其中2號(hào)站采用旋回破碎機(jī)及圓錐破碎機(jī)閉路破碎，產(chǎn)品粒度－10 mm，產(chǎn)量約占破碎總產(chǎn)量的1／4，因此磨機(jī)給礦粒度組成相對(duì)輥壓機(jī)更為有利。在這種情況下對(duì)比，單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品的粒度分布已令人滿意，若對(duì)其進(jìn)行預(yù)磁選將會(huì)獲得較好指標(biāo)。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）單傳動(dòng)輥壓機(jī)對(duì)輝石角閃巖型極貧鐵礦石破碎產(chǎn)品的粒度分布特性具有自相似性，在給礦粒度上限小于30 mm范圍內(nèi)（其中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率不超過(guò)10%）幾乎不受給礦粒度分布和礦石硬度的影響，且符合R-R粒度特性方程。當(dāng)給礦中＋20 mm粒級(jí)產(chǎn)率大于10%或給礦粒度上限大于30 mm，輥壓機(jī)的料層粉碎作用會(huì)明顯減弱。

2）開(kāi)路條件下，單傳動(dòng)輥壓機(jī)破碎產(chǎn)品與現(xiàn)場(chǎng)閉路條件下格子型球磨機(jī)排礦產(chǎn)品的粒度分布特性相近，其新增粒級(jí)的粒度上限為3～6 mm。作為第四段破碎作業(yè)，通過(guò)閉路控制其最終產(chǎn)品粒度（－5＋3 mm）后可對(duì)原礦進(jìn)行磨前濕式預(yù)磁選，從而可大幅降低整體選礦成本。