齊大山鐵礦石高壓輥磨產品磨礦及解離特性研究*

袁致濤朱 爍李麗匣謝琪春

（1.東北大學資源與土木工程學院；2.攀鋼集團礦業有限公司）

·礦物工程·

齊大山鐵礦石高壓輥磨產品磨礦及解離特性研究*

袁致濤1朱 爍1李麗匣1謝琪春2

（1.東北大學資源與土木工程學院；2.攀鋼集團礦業有限公司）

以齊大山鐵礦細碎礦石為對象，考察其高壓輥磨機粉碎產品的磨礦特性和單體解離特性，并與實驗室顎式破碎機粉碎產品進行比較，結果表明：當目標粒度分別為0.074和0.280 mm時，輥壓產品的邦德球磨功指數分別比顎破產品的降低13.96%和28.23%；在－0.074 mm占80%磨礦細度下，－3.2和3.2～0.074 mm輥壓產品與對應顎破產品的相對可磨度分別為0.83和0.86；輥壓產品與顎破產品相比，－0.5 mm粒級中鐵礦物的單體解離度高15.16個百分點，不同磨礦細度下的磨礦產物中鐵礦物的單體解離度高5.55～0.98個百分點；輥壓產品磨礦產物中的連生體屬于二次磨礦時易于解離的連生體，而顎破產品磨礦產物中的連生體屬于二次磨礦時難以完全解離的連生體。

高壓輥磨產品 磨礦特性 解離特性

高壓輥磨機作為一種新型礦巖粉碎設備，實施的是準靜壓料層粉碎，顆粒本身就可以充當傳壓介質。當料層受擠壓時，各個顆粒之間相互產生的巨大壓力導致顆粒變形或破碎，選擇性破碎效果明顯，粉碎產品顆粒內部微裂紋發育更充分，產品的粒度分布范圍更寬、細粒級含量更高。高壓輥磨機特殊的施壓方式使其并不發生因顆粒摩擦或細粒造團而引起的能量損失，因而具有粉碎效率高、破碎能耗和鋼耗低、單位處理能力大、破碎產品粒度均勻、占地面積少等特點［1-3］。

國內外就高壓輥磨機的工藝參數對粉碎產品粒度特性的影響做過較多研究，并得出了一些理論模型，但對高壓輥磨機粉碎產品加工性能方面的研究還不夠深入。本研究以齊大山鐵礦石為對象，考察其高壓輥磨機粉碎產品的磨礦特性和單體解離特性，并與實驗室顎式破碎機粉碎產品的相關特性進行比較。

1 試樣及試驗設備

試樣為鞍鋼集團齊大山鐵礦選礦分廠的細碎產品，其堆密度為2.246 t／m3、含水率小于0.5%、d80＝9.7 mm。

試驗用高壓輥磨機的型號為CLM－25－10，其壓輥直徑為250 mm、壓輥寬度為100 mm、輥面轉速為0～0.52 m／s、輥面壓力為0～7 N／mm2、工作輥隙為4～7 mm、電機功率為2×7.5 kW。其余試驗設備如表1所示。

表1 其余試驗設備

2 試驗方法

式中，Wib為邦德球磨功指數，kWh／t；P1為目標粒度，μm；G為物料的可磨度，即閉路磨礦過程在循環負荷為250%條件下達到穩定狀態時磨機每轉動1周所新生成的目標產物量，g／r；F和P分別為給礦和磨礦產物的d80，μm。

（3）在給礦量為500 g、磨礦濃度為70%、磨礦時間分別為1、3、5、7、9、12 min條件下，采用筒形球磨機對兩種－3.2 mm粉碎產品的全粒級和3.2～0.074 mm粒級進行目標粒度為0.074 mm的磨礦試驗以得出輥壓產品與顎破產品的相對可磨度，并進行磨礦動力學分析。

（4）采用偏光顯微鏡對兩種粉碎產品中的－0.5 mm粒級進行鐵礦物單體解離度測定；采用MLA對兩種粉碎產品在－0.074 mm占40%、75%、95%細度下的球磨產物進行鐵礦物單體解離度測定，并對其中的－0.074 mm占40%球磨產物進行連生體形態分析。

（1）分別采用高壓輥磨機和顎式破碎機與篩孔尺寸為3.2 mm的標準篩配合對試樣進行閉路粉碎。其中高壓輥磨機的輥面壓力為5.2 N／mm2、輥面速度為0.18 m／s、閉路循環次數為5次。

（2）采用邦德功指數球磨機對兩種－3.2 mm粉碎產品進行目標粒度分別為0.074 mm和0.280 mm的邦德球磨功指數測定。邦德球磨功指數的計算公式為［4］

3 試驗結果與分析

3.1 兩種粉碎產品的邦德球磨功指數

兩種－3.2 mm粉碎產品在目標粒度分別為0.074 mm和0.280 mm時的邦德球磨功指數測定結果如表2所示。

表2 邦德球磨功指數測定結果

由表2可知，當目標粒度分別為0.074和0.280 mm時，輥壓產品的邦德球磨功指數分別為13.76和5.84 kW／（h·t），而顎破產品的對應值為15.99和8.14 kW／（h·t），前者比后者分別降低了13.96%和28.23%。這說明輥壓產品更易被磨細。

3.2 輥壓產品與顎破產品的相對可磨度

－3.2 mm和3.2～0.074 mm粉碎產品的磨礦細度與磨礦時間關系分別如圖1、圖2所示。

圖1 －3.2 mm粉碎產品磨礦細度與磨礦時間關系

圖2 3.2～0.074 mm粉碎產品磨礦細度與磨礦時間關系

從圖1、圖2可以看出：兩種粉碎產品的磨礦細度均隨著磨礦時間的延長而提高，但在相同的磨礦時間下，輥壓產品與顎破產品相比，磨礦產物中的－0.074 mm含量更高，說明輥壓產品較顎破產品易磨。以磨礦細度為－0.074 mm占80%為例，－3.2 mm和3.2～0.074 mm輥壓產品與相應顎破產品的相對可磨度分別為

3.3 粉碎產品磨礦動力學分析

對－3.2 mm和3.2～0.074 mm粉碎產品進行磨礦動力學分析［5-6］。磨礦動力學方程如式（2）所示：

式中，R為經過時間t后，物料中指定粗粒級的含量，%；R0為t＝0時，物料中指定粗粒級的含量，%；k為與磨礦條件有關的參數；n為與物料性質有關的參數，n越大，表明新生成指定細粒級物料的速率越大。

對式（2）取兩次對數，得

將圖1、圖2試驗結果與式（3）進行擬合，結果如表3所示。

表3 粉碎產品磨礦動力學方程擬合結果

從表3可以看出，－3.2 mm和3.2～0.074 mm輥壓產品的n值分別為1.0482和0.9866，而對應顎破產品的n值分別為1.0388和0.9320，說明輥壓產品磨礦時新生成－0.074 mm物料的速率比顎破產品磨礦時新生成－0.074 mm物料的速率大，即輥壓產品具有更好的可磨性。

3.4 粉碎產品及相應磨礦產物的單體解離度

3.4.1 －0.5 mm粉碎產品的單體解離度

兩種粉碎產品的－0.5 mm粒級中鐵礦物的單體解離度測定結果如表4所示。

表4 粉碎產品－0.5 mm粒級鐵礦物單體解離度

從表4可以看出：輥壓產品－0.5 mm粒級中鐵礦物的單體解離度為77.15%，顎破產品－0.5 mm粒級中鐵礦物的為61.99%，前者比后者提高了15.16個百分點；特別是在0.5～0.18 mm、0.18～0.074 mm和0.074～0.043mm這3個粒級中，輥壓產品中鐵礦物的單體解離度提高顯著。

3.4.2 磨礦產物單體解離度

兩種粉碎產品在－0.074 mm占40%、75%、95%細度下的磨礦產物中鐵礦物的單體解離度測定結果見表5。

表5 粉碎產品磨礦產物鐵礦物單體解離度

由表5可知，輥壓產品磨礦細度分別為－0.074 mm占40%、75%、95%時，鐵礦物單體解離度分別為73.27%、88.71%、95.11%，而顎破產品對應的鐵礦物單體解離度分別為67.72%、85.84%、94.13%，前者的鐵礦物單體解離度分別高5.55、2.87、0.98個百分點。這說明輥壓產品中的鐵礦物更易單體解離，只不過隨著磨礦細度的提高，鐵礦物單體解離度的提高幅度減小。

3.5 磨礦產物中連生體的形態

兩種粉碎產品在－0.074 mm占40%細度下的磨礦產物中不同粒級的MLA照片見圖3～圖7。

圖3 磨礦產物中＋0.17 mm粒級的M LA照片

圖4 磨礦產物中0.17～0.105 mm粒級的M LA照片

從圖3～圖7中可以觀察到，輥壓產品磨礦產物中的連生體以毗鄰狀、斑點狀和脈狀連生體為主，且組成礦物連生邊界線比較舒緩并呈線性彎曲狀，共用邊界單一而少有變化，屬于二次磨礦時組成礦物易于解離的連生體，而顎破產品磨礦產物中的連生體以浸染狀、皮膜狀和復皮殼狀連生體為主，連生體的結構復雜多樣，二次磨礦時組成礦物完全解離困難［7］。總體而言，輥壓產品磨礦產物中的連生體解離性能較好，二次磨礦后更易于完全解離。

圖5 磨礦產物中0.105～0.074 mm粒級的M LA照片

圖6 磨礦產物中0.074～0.044 mm粒級的M LA照片

4 結 論

（1）當目標粒度分別為0.074和0.280 mm時，輥壓產品的球磨功指數分別為13.76和5.84 kW／（h·t），而顎破產品的球磨功指數為15.99和8.14 kW／（h·t），說明輥壓產品更易被磨碎。

（2）當磨礦細度為－0.074 mm占80%時，－3.2和3.2～0.074 mm輥壓產品與對應顎破產品的相對可磨度分別為0.83和0.86。

圖7 磨礦產物中0.044～0.011 mm粒級的M LA照片

（3）輥壓產品－0.5 mm粒級中鐵礦物的單體解離度為77.15%，比顎破產品－0.5 mm粒級中鐵礦物的單體解離度高15.16個百分點；當磨礦細度為－0.074 mm占40%、75%、95%時，輥壓產品磨礦產物中鐵礦物的單體解離度為73.27%、 88.71%、95.11%，比顎破產品磨礦產物中鐵礦物的單體解離度高5.55、2.87、0.98個百分點。

（4）輥壓產品磨礦產物中的連生體屬于二次磨礦時組成礦物易于解離的連生體，而顎破產品磨礦產物中的連生體屬于二次磨礦時組成礦物難以完全解離的連生體。

［1］劉建遠，黃瑛彩.高壓輥磨機在礦物加工領域的應用［J］.金屬礦山，2010（6）：1-8.

［2］羅主平，劉建華.高壓輥磨機在我國金屬礦山的應用與前景展望（一）［J］.現代礦業，2009（2）：33-37.

［3］Maxton D，Morley C，Bearman R.Aquantification of the benefits of high pressure rolls crushing in an operating environment［J］.Mineral Engineering，2003，16：827-838.

［4］劉建遠.關于礦石粉碎特性參數及其測定方法［J］.金屬礦山，2011（10）：9-19.

［5］劉炯天，樊民強.試驗研究方法［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2006：195.

［6］于福家，印萬忠，劉 杰，等.礦物加工實驗方法［M］.北京：冶金工業出版社，2010：25-27.

［7］周樂光.工藝礦物學［M］.2版.北京：冶金工業出版社，2002：237-238.

Grinding and Liberation Characteristics of the High-pressure Grinding Roller Product for Qidashan Iron Ore

Yuan Zhitao1Zhu Shuo1Li Lixia1Xie Qichun2
（1．College of Resources＆Civil Engineering，Northeastern University；2．Pangang Group Mining Co．，Ltd．）

Taking fine crushing ores from Qidashan iron ore as study object，the grinding characteristics and liberation characteristics of high pressure grinding roller productwere investigated and compared with that of the laboratory jaw crushing products.The results showed that：the Bond ballmillwork index of HPGR productswere respectively lower by 13.96% and 28.23%than that of the jaw crushing product when the particle was in 0.074 mm and 0.280 mm.With regrinding fineness of－0.074 mm 80%，the relative grind-ability of HPGR and JC product in particle size of－3.2 mm and 3.2～0.074 mm reached 0.83 and 0.86.Compared with the JC products，the liberation degree of HPGR product in－0.5 mm was increasing by15.16%，and the liberation degree of iron ore in HPGR product is higher by 5.55 to 0.98 percent point under different grinding fineness.In addition，the intergrowth of valuableminerals in HPGR product can be easily liberated at secondary grinding，while JC productwas in reverse.

High-pressure grinding roller，Grinding characteristics，Liberation characteristics

2013-08-23）

*國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（編號：2012AA062301），中央高校基本科研業務費項目（編號：N100401007），教育部新世紀優秀人才支持計劃項目（編號：NCET－10－0308）。

袁致濤（1971—），男，教授，110819遼寧省沈陽市和平區文化路3號巷11號。