孫明俊

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 前言

目前,隨著優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā),現(xiàn)有礦山普遍面臨礦石稟賦貧細(xì)雜等問題,要取得較好的選礦指標(biāo)入選礦石必須細(xì)磨才能使礦石得到充分解離。礦山行業(yè)面臨的壓力越來越大。降低礦山運(yùn)營成本、多碎少磨、提高磨礦效率已成為現(xiàn)今礦山企業(yè)的發(fā)展趨勢。對礦產(chǎn)資源開發(fā)利用來說,意義重大[1]。

礦石高效解離碎磨與工藝設(shè)備工作原理和產(chǎn)品特性密切相關(guān)。Tromans[2]研究礦石經(jīng)過破碎后進(jìn)入磨礦過程中,在達(dá)到目的產(chǎn)品粒級時,磨礦相對于破碎達(dá)到相同的比表面積所消耗的能量是碎礦的10 倍。郭小飛[3]對高壓輥磨機(jī)粉碎后物料的粒度特性和磨礦特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明,輥面壓力的增加,使粉碎產(chǎn)品破碎比增大,高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品的Bond 球磨功指數(shù)較顎式破碎機(jī)產(chǎn)品降低14.05%,高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品顆粒內(nèi)部產(chǎn)生了大量的晶內(nèi)裂紋和解離裂紋。美國Empire Iron Ore Mine 采用高壓輥磨機(jī)粉碎自磨機(jī)產(chǎn)品中的頑石,保持自磨機(jī)內(nèi)最佳粒度分布,每臺自磨機(jī)的產(chǎn)量提高至120～150 t/h[4]。在磨礦過程中,球磨機(jī)的輸入能量大部分消耗在自身筒體轉(zhuǎn)動、磨礦介質(zhì)、入磨物料在筒體的運(yùn)動,對礦石的磨礦作用取決于磨礦介質(zhì)與物料的沖擊概率。立磨機(jī)由于其特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式大大增加物料和磨礦介質(zhì)的接觸面積,強(qiáng)化單位體積的磨礦作用力。房鑫等[5]研究在給料粒度-0.044 mm含量為53.90%時,采用立磨機(jī)進(jìn)行細(xì)磨,產(chǎn)品細(xì)度-0.044 mm 含量達(dá)到90%時,磨礦時間約為9.5 min,采用球磨機(jī)達(dá)到同樣的產(chǎn)品細(xì)度則需要13 min。R.D.Morrison 等[6]通過球磨機(jī)和立磨機(jī)數(shù)值模擬能量耗散率(礦石受作用力)得出,球磨機(jī)的碰撞能耗主要集中在更高的能量區(qū),當(dāng)做功大于0.1 J后,能量貢獻(xiàn)迅速下降;立磨機(jī)的碰撞能耗主要集中在0.1 mJ 附近,同時能量耗散率數(shù)量級遠(yuǎn)高于球磨機(jī)。球磨機(jī)適宜的磨礦粒級在100 μm-1 mm,立磨機(jī)磨礦粒級在-100 μm 時磨礦效率較高。

細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備-高壓輥磨機(jī)和細(xì)磨設(shè)備-立磨機(jī)在工業(yè)上具有較好的性能和應(yīng)用效果,本文就以上設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)、工藝流程及在工藝方案配置應(yīng)用作分析和簡述。

1 高效解離設(shè)備工作原理和技術(shù)特點(diǎn)

高壓輥磨機(jī)作為新型高效細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備在礦山行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,在粉碎過程中,礦石顆粒通過給料裝置“擠滿給礦”,并隨著擠壓輥的轉(zhuǎn)動帶入輥間進(jìn)行粉碎。其準(zhǔn)靜壓的層壓粉碎方式,礦石顆粒本身充當(dāng)傳壓介質(zhì),當(dāng)物料層受到輥面擠壓時,礦石顆粒之間相互擠壓產(chǎn)生巨大的壓力導(dǎo)致礦石顆粒壓實(shí)和粉碎,粉碎產(chǎn)品內(nèi)部的微裂紋發(fā)育比較充分,細(xì)粒級含量高,礦物解離好,粉碎產(chǎn)品可磨性得到改善。高壓輥磨機(jī)既可以代替常規(guī)細(xì)碎設(shè)備作為第三段破碎,也可以作為常規(guī)三段破碎后的第四段破碎(超細(xì)碎),當(dāng)細(xì)碎或超細(xì)碎采用高壓輥磨機(jī)時,其最終碎礦產(chǎn)品粒度可以達(dá)到P80=2 mm～7 mm,有效降低入磨礦石粒度,并且由于礦石經(jīng)高壓擠壓后物料Bond 球磨功指數(shù)降低,磨礦能耗將顯著下降。結(jié)合預(yù)拋廢作業(yè),極大減少了后續(xù)磨礦、選別作業(yè)的處理量、能耗,降低設(shè)備選型,減少選廠投資。

立磨機(jī)作為新型高效細(xì)磨設(shè)備由于其和球磨機(jī)相比的特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)在礦山行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,球磨機(jī)的輸入能量大部分消耗在自身機(jī)械機(jī)構(gòu)、磨礦介質(zhì)和礦石的轉(zhuǎn)動,僅有1%～2%用以對礦石的沖擊粉碎,而立磨機(jī)磨礦介質(zhì)和物料在中央螺旋轉(zhuǎn)軸作用下進(jìn)行運(yùn)動,立磨機(jī)的磨礦機(jī)制主要是摩擦和剪切,主要以小尺寸的介質(zhì)球的磨剝作用使物料變細(xì),幾乎沒有能量轉(zhuǎn)化效率低的沖擊粉碎作用,磨礦能耗較球磨機(jī)降低30%～50%。小尺寸的介質(zhì)球研磨面積比相同負(fù)荷的球磨機(jī)提高3 倍,對于細(xì)磨來說,比球磨機(jī)更具有優(yōu)勢。立磨機(jī)的立式結(jié)構(gòu)(筒身高、直徑小)有利于物料分級,減少過磨,同時設(shè)備的占地面積小,有效減少廠房投資,且后續(xù)設(shè)備維護(hù)成本低[7]。

2 高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)的工藝應(yīng)用

2.1 典型高壓輥磨機(jī)碎礦工藝流程

由于高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品粒度細(xì)、單位礦石(碎磨系統(tǒng))耗電量低、處理能力大、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率高(可24 h 連續(xù)作業(yè)),并可結(jié)合拋廢作業(yè),提高礦石的入選品位,結(jié)合高壓輥磨機(jī)在鐵礦、銅礦、鉬礦、金礦等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用情況來看,高壓輥磨機(jī)主要作為第三段細(xì)碎和第四段超細(xì)碎工藝設(shè)備廣泛應(yīng)用于礦山行業(yè)中,但也有部分礦山將高壓輥磨機(jī)應(yīng)用于頑石破碎工藝。

圖1 所示為高壓輥磨機(jī)作為第三段細(xì)碎工藝流程,高壓輥磨機(jī)的作業(yè)率一般與前兩段碎礦流程保持一致,中碎產(chǎn)品進(jìn)入篩分作業(yè),篩上產(chǎn)品進(jìn)入高壓輥磨機(jī),輥壓產(chǎn)品和中碎產(chǎn)品合并后進(jìn)入篩分作業(yè)。該工藝流程高壓輥磨機(jī)粉碎產(chǎn)品較傳統(tǒng)圓錐破碎機(jī)細(xì)粒級含量高,礦物單體解離好,Bond 球磨功指數(shù)降低,粉碎產(chǎn)品可磨性提高,預(yù)磨提高礦石解離度結(jié)合磁選或X 射線預(yù)選拋廢作業(yè),降低后續(xù)入磨礦量。

圖1 高壓輥磨機(jī)細(xì)碎工藝流程

圖2 所示為高壓輥磨機(jī)作為第四段超細(xì)碎工藝閉路流程,該流程高壓輥磨機(jī)的作業(yè)率可以與球磨機(jī)匹配,24 h 連續(xù)作業(yè),輥磨產(chǎn)品經(jīng)篩分后,篩上產(chǎn)品返回高壓輥磨機(jī),篩下產(chǎn)品進(jìn)入磨礦-旋流器分級系統(tǒng),高壓輥磨機(jī)閉路產(chǎn)品粒度達(dá)到P80=2 mm,有效降低入磨粒度,取消球磨機(jī)之前的粉礦倉,Bond 球磨功指數(shù)降低,粉碎產(chǎn)品可磨性提高,結(jié)合磁選預(yù)先拋尾,降低后續(xù)入磨礦量。同時作為碎礦工藝改造增加的第四段超細(xì)碎設(shè)備,可有效提高原有磨機(jī)20%～40%的處理能力,能耗降低13%左右,大幅降低碎磨成本,實(shí)現(xiàn)降本增效[8]。

圖2 高壓輥磨機(jī)超細(xì)碎工藝流程

圖3 所示為高壓輥磨機(jī)作為頑石破碎工藝流程,該流程高壓輥磨機(jī)作為頑石破碎設(shè)備,有效處理了自磨/半自磨工藝中產(chǎn)生的大量臨界尺寸頑石,降低返回磨機(jī)的頑石粒度,提高磨機(jī)的處理能力和磨礦效率.降低磨機(jī)功耗,減少磨機(jī)內(nèi)大量頑石產(chǎn)生的過粉磨現(xiàn)象[9]。

圖3 高壓輥磨機(jī)頑石破碎工藝流程

2.2 典型立磨機(jī)細(xì)磨工藝流程

由于立磨機(jī)在細(xì)粒級磨礦過程中具有能耗低、效率高、產(chǎn)品解離度高、粒度均勻等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工藝要求產(chǎn)品粒度較細(xì)的二段或多段再磨回路中,多采用立磨機(jī)和水力旋流器組成再磨回路精準(zhǔn)控制產(chǎn)品粒度特性[10]。

圖4 所示為立磨機(jī)作為再磨設(shè)備的工藝流程,粗選精礦進(jìn)入水力旋流器分級,分級溢流產(chǎn)品進(jìn)入下一段選別作業(yè),分級底流進(jìn)入立磨機(jī)再磨,磨礦產(chǎn)品與粗選精礦合并后進(jìn)入水力旋流器。

圖4 再磨-旋流器分級工藝流程

該流程選用立磨機(jī)作為再磨設(shè)備,節(jié)約能耗,減少占地面積,降低設(shè)備裝機(jī)功率,有效提高產(chǎn)品細(xì)度,顯著提高后續(xù)選別作業(yè)的精礦品位和回收率。

3 高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)集成系統(tǒng)聯(lián)合工藝

高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)的高效碎磨、碎磨產(chǎn)品特性、節(jié)能降耗等在各大礦山企業(yè)已充分發(fā)揮優(yōu)勢。礦山行業(yè)已逐步探索適宜的工藝流程采用高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)集成系統(tǒng)聯(lián)合工藝,將高壓輥磨機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)細(xì)碎或超細(xì)碎設(shè)備,立磨機(jī)代替再磨流程中的球磨機(jī)。

在國外某磁鐵礦屬于“貧鐵高硅,難磨難選”類型,礦石碎磨能耗高,嵌布粒度細(xì),工藝流程需要三段磨礦,入選礦石粒度磨到-0.037 mm 才能選出高品位的鐵精礦。該企業(yè)采用高壓輥磨機(jī)作為第三段細(xì)碎,立磨機(jī)作為二段再磨設(shè)備和三段再磨設(shè)備,高壓輥磨機(jī)輥壓產(chǎn)品經(jīng)粗磁選后拋廢量達(dá)到32%～33%,降低后續(xù)工藝設(shè)備選型,節(jié)能減排效果顯著;立磨機(jī)與球磨機(jī)比效率提高30%～50%,有效提高了磨礦效率,最終鐵精礦品位達(dá)到TFe68.2%。高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)集成系統(tǒng)聯(lián)合工藝有效降低了選廠投資、碎磨系統(tǒng)能耗、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)和精礦產(chǎn)品成本,具有較為廣闊的市場應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)集成系統(tǒng)聯(lián)合工藝具有良好的適應(yīng)性,在新建和改造礦山中都能較好的發(fā)揮其設(shè)備和工藝優(yōu)勢,但需在以下幾個方面深入研究:

(1)充分結(jié)合高壓輥磨機(jī)和立磨機(jī)產(chǎn)品特性,聯(lián)合預(yù)選拋廢工藝,降低碎磨系統(tǒng)能耗和后續(xù)工藝流程處理量,提升精礦產(chǎn)品質(zhì)量;

(2)高壓輥磨機(jī)作為超細(xì)碎設(shè)備工藝流程長、輔助設(shè)備及配套設(shè)施多,在選礦廠設(shè)計(jì)過程中要充分結(jié)合礦石特點(diǎn)和現(xiàn)場地形等,多做碎磨工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;

(3)立磨機(jī)在再磨回路中具有節(jié)能降耗、磨礦效果好、運(yùn)維成本低等優(yōu)點(diǎn),工藝流程和選礦廠設(shè)計(jì)中充分發(fā)揮立磨機(jī)適宜磨礦粒級特性和工藝配置優(yōu)勢至關(guān)重要。