董風芝，羅少慧，戰(zhàn)川，李同家

(1.山東理工大學 資源與環(huán)境工程學院，山東 淄博 255049；2.山東金谷能源科技有限公司，山東 淄博 255000；3.山東東平宏達礦業(yè)有限公司，山東 東平 271000)

破碎磨礦作業(yè)是現(xiàn)代礦山選礦廠必不可少的重要組成部分，通常破碎磨礦設備投資占選礦廠全部設備投資的50%以上，能耗約占總體的60%～70%。由于磨礦作業(yè)單位能耗更高，所以“多碎少磨”是業(yè)界公認的節(jié)能降耗理念[1-2]。如何優(yōu)化破碎流程，為磨礦作業(yè)提供可磨性更高的給料，從而降低總的破碎磨礦能耗，一直是選礦廠流程設計中的重要問題之一。

東平宏達礦業(yè)公司是一家磁鐵礦采選企業(yè)，選礦廠采用碎磨+磁選工藝，原礦年處理能力200萬t。為了解選礦工藝流程中各作業(yè)、各工序、各機組的生產現(xiàn)狀和存在的問題，進行了選礦廠全流程考查，本文根據對破碎流程的考查結果，分析了現(xiàn)有破碎流程存在的主要問題，提出了破碎流程節(jié)能降耗優(yōu)化途徑，為企業(yè)破碎流程的技術改造提供參考。

1 現(xiàn)場情況

1.1 破碎流程

原礦用顎式破碎機粗碎后，給入皮帶運輸機進行磁滑輪預選拋廢，廢石進入石料加工車間細碎，再經磁滑輪回收一次磁性鐵礦物，之后經分級篩分級獲得不同規(guī)格的建筑用石料。磁性鐵礦石經圓錐破碎機中碎、細碎后給入篩孔15 mm圓振動篩篩分，篩下產品進入高壓輥磨機進行超細粉碎，粉碎產品送至篩孔8 mm弛張篩進行篩分，篩上產品返回高壓輥磨機，篩下產品送至粉礦倉用作后續(xù)磨礦、磁選的原料，具體流程如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場破碎流程Fig.1 Crushing process currently used

1.2 破碎機工藝參數

測定各段破碎機的給、排礦最大粒度，計算相應的破碎比，其主要工作參數見表1。

表1 破碎機主要工作參數Tab. 1 Main working parameters of crusher

粗中細碎的總破碎比為33.33，破碎比的分配基本合理。粗碎破碎比偏低，主要原因是粗碎產品中存在較多片狀大塊，使得計算粒度偏大。

1.3 篩分機主要工作指標

圓振動篩篩孔尺寸15 mm，測得篩下產品中小于15 mm粒級質量分數為97.94%，說明篩下物質量高，過大顆粒含量極少。根據相關參數計算，篩分質效率為78.29%，量效率為81.14%，篩分效率略偏低，篩上物料中合格細粒偏多。閉路細碎循環(huán)負荷率93.01%，明顯偏低。

測得弛張篩篩上產品中小于8 mm粒級的質量分數僅有3.35%，說明絕大部分小于篩孔的顆粒能及時過篩，篩分量效率高達98.67%，篩上物料中基本沒有小于8 mm的顆粒；然而，篩下產品中含有15.16%的大于8 mm顆粒，致使弛張篩篩分質效率僅為67.12%，這主要是由弛張篩工作原理所導致，屬于正常情況。經計算，閉路輥壓粉碎循環(huán)負荷率為34.03%，在合理范圍內[3]。

1.4 高壓輥磨機工作狀況

對高壓輥磨機的給料、產品進行篩分分析，根據篩分分析結果繪制正累積粒度特性曲線，如圖2所示。

圖2 高壓輥磨機給料和產品正累積粒度特性曲線Fig.2 Positive cumulative particle size characteristic curve of feed and product of high pressure roller mill

由圖2可看出，兩條曲線的形狀基本相同，產品曲線略凹，說明經過高壓輥磨機超細碎后產品中細粒級含量沒有明顯提高，高壓輥磨機的性能優(yōu)勢沒有得到發(fā)揮。

分別對給料與產品中小于8 mm、3 mm、1 mm粒級的質量分數進行了對比，結果見表2。

表2 高壓輥磨機給料與產品中細粒級質量分數Tab. 2 Content of fine particles in feed and product of high pressure roller mill 單位:%

由表2數據對比可知，粉碎產品中細粒級質量分數提高幅度不大。從小于0.074 mm粒級質量分數來看，高壓輥磨機產品中通常占比1/4以上[1]，而現(xiàn)場則僅有6.53%，差距較大，可見高壓輥磨機超細粉碎沒有達到預期的粉碎效果。

計算高壓輥磨機粉碎比，按95%通過率計的最大粒度，給料為14.4 mm，產品為10.8 mm，則高壓輥磨機的粉碎比為14.2/10.4=1.33；按d50計，給料為5.2 mm，產品為3.0 mm，則高壓輥磨機的粉碎比為5.2/3.0=1.73，可見高壓輥磨機粉碎比明顯偏低[3]。

綜合分析，高壓輥磨機遠遠沒有發(fā)揮其設備優(yōu)勢，應綜合調整優(yōu)化其工作參數，提高超細粉碎效率。

2 破碎流程優(yōu)化措施分析

2.1 優(yōu)化高壓輥磨機工藝參數

高壓輥磨機是利用“擠壓粉碎”原理完成物料粉碎，通常會使得粉碎產物細粒級質量分數更高、更易磨[1]；然而，從東平宏達公司高壓輥磨機實際使用效果看，產品中細粒級質量分數與常規(guī)破碎產物沒有明顯區(qū)別，高壓輥磨機的特性沒有得到充分發(fā)揮。分析其原因，主要是高壓輥磨機工藝參數設置不盡合理，造成粉碎過程中物料密實度不夠，大大降低了擠壓粉碎效果。需要對輥子間隙、輥子轉速、壓力、給料量、料層高度等關鍵參數進行系統(tǒng)優(yōu)化，發(fā)揮高壓輥磨機擠壓粉碎特性，降低粉碎產品粒度，極大提高細粒級含量，為磨礦作業(yè)提供更易磨的入磨物料，降低總體能耗[4]。

2.2減少弛張篩篩孔，降低最終產品粒度

破碎流程中使用高壓輥磨機的主要目的之一，是降低破碎產物的最終產品粒度，從而提高后續(xù)磨礦作業(yè)的磨礦效率，實現(xiàn)“多碎少磨”，降低總能耗。根據高壓輥磨機使用實踐經驗，最終產品粒度多在5 mm以下[1,3]。東平宏達公司弛張篩篩下物最大粒度10.8 mm，明顯過大，可采用4 mm篩孔，產品最大粒度可控制在5 mm左右。

現(xiàn)場高壓輥磨機排料中小于4 mm粒級含量在43%左右。在對高壓輥磨機工作參數有效優(yōu)化后，高壓輥磨機處于正常工作狀態(tài)下，產品中小于4 mm粒級質量分數可達到60%以上[2,5-6]，相應的弛張篩采用4 mm篩孔后循環(huán)負荷率在50%以下，處于合理范圍內[3]。循環(huán)負荷率比現(xiàn)場數值有所提高，對提高高壓輥磨機的粉碎效率有利。

2.3 增大圓振動篩篩孔，適當增大細碎機排礦口

根據高壓輥磨機粉碎原理及相關研究，高壓輥磨產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[5]。在給礦粒度不過大(通常<30 mm)的情況下，其粉碎產品的粒度特性與給礦物料粒度關系不大。

東平宏達公司高壓輥磨機給礦粒度0～15 mm，屬于比較細的給料，但粉碎產品細度并沒有相應提高，可考慮適當增大給料粒度。根據選廠實際情況，可將圓振動篩篩孔擴大為20 mm，則粗中細碎總破碎比由33.33降為25.00。通過合理優(yōu)化破碎比分配，可提高整個破碎系統(tǒng)處理能力，相對降低單位原礦的破碎能耗，實現(xiàn)降本增效。例如，破碎比分配由1.724、4.833、4.000調整為1.38、4.53、4.00，則粗中細碎破碎機排礦口尺寸比原來分別增大25%、33%、33%。破碎機排礦口尺寸是影響處理能力的主要因素且與處理能力成正比，破碎系統(tǒng)處理能力整體可提高20%以上。

2.4 篩上物料預選

篩分作業(yè)的篩上產物可以進行預先拋尾，進而降低細碎破碎機、高壓輥磨機的負荷率，有利于降低能耗。對圓振動篩和弛張篩的篩上產物分別進行了磁滑輪干式磁選，考查提前干磁拋尾的可能性。根據預選試驗結果，圓振動篩篩上物預選拋尾率7.96%，弛張篩篩上物預選拋尾率11.54%，預選效果比較理想。弛張篩的篩上物預選效果更好，主要是由于物料更細、礦物解離度更高。磁滑輪預選拋尾后，提高了礦石品位，降低了能耗。同時預選拋尾可降低物料總通過量，相對提高了高壓輥磨機的處理能力，保證高壓輥磨機超細粉碎的正常運行。

3 結論

通過對東平宏達礦業(yè)公司選礦廠破碎流程考查數據的綜合分析，查找出存在的主要問題，并提出了相應的優(yōu)化措施，有利于實現(xiàn)破碎系統(tǒng)的節(jié)能降耗。

1)高壓輥磨機性能優(yōu)勢沒有充分發(fā)揮，應該綜合優(yōu)化相關工藝參數，發(fā)揮“擠壓粉碎”特點，提高產物中細粒級含量，為磨礦作業(yè)提供可磨性更高的原料。

2)最終破碎產品粒度偏大，高壓輥磨機粉碎比偏小。弛張篩篩孔減少到4 mm較為合理。

3)圓振動篩篩孔由15 mm增大到20 mm更為合理，不影響最終破碎產品特性，同時降低了總破碎比，可提升整個破碎系統(tǒng)處理能力20%以上。

4)對篩上物料進行預選，可提前拋掉部分尾礦，降低了能耗，也相對提高了高壓輥磨機的處理能力。