某鐵礦石高壓輥磨試驗

朱顯幫

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司)

選礦廠碎磨作業生產成本一般占選廠直接生產成本的60%以上，而其中磨礦能耗占碎磨總能耗的80%～90%。因此，降低磨礦能耗是降低選廠總能耗的關鍵。研究表明，在常規破碎范圍內，單位能耗隨產品粒度減小的變化很小，而在常規磨礦范圍內，則隨磨礦粒度的減小，磨礦所需單位能耗急劇增加。在磨礦機中磨出同樣的破碎比產品，所需能耗是該破碎能量的4.75倍[1]。所以，在破碎機中使用粉碎能量比在磨礦機中更有效。

高壓輥磨機作為一種新型超細碎設備，可將粒度為65～20 mm的給礦物料破碎成3～10 mm的細碎或超細碎產物。其理論基礎為層壓粉碎理論，即大量顆粒受到高度的空間約束而集聚在一起，在強大外力作用下互相接觸、擠壓所形成的群體粉碎。高壓輥磨機克服了傳統破碎重點關注的對大塊顆粒的針對性破碎，而忽略或未主動利用全粒級的破碎和大、小塊協同破碎。此外，可在未被粉碎的顆粒內部產生大量裂紋、塌散、疏松，使物料可磨性得到改善[2-4]。為此，以國內某鐵礦石為研究對象，對其進行高壓輥磨試驗，以探索高壓輥磨對該礦石的碎礦效果和節能效果。

1 原礦性質

原礦化學多元素分析結果見表1，鐵物相分析結果見表2。

由表1可知，原礦全鐵品位為25.31%，其中磁性鐵品位為14.47%，可回收的元素為鐵；主要有害雜質磷含量不高，硫含量較高。

表2 原礦鐵物相分析結果 %

由表2可知，礦石中鐵的賦存狀態較為復雜，磁性鐵占全鐵的57.17%，赤(褐)鐵和碳酸鐵合計分布率為11.89%，而以不可回收的硅酸鐵形式存在的鐵占全鐵的29.91%。

2 高壓輥磨作業前后粒度篩析試驗

試驗采用的高壓輥磨機的規格為φ1 000 mm×400 mm，高壓輥磨機工作參數為電流182 A，油壓6.5 MPa，轉速26 r/min，輥距20 mm。試驗給礦粒度為-30 mm，高壓輥磨作業前后粒度篩析結果見表3。

表3 高壓輥磨作業前后粒度篩析結果

由表3可知，原礦經過1次輥磨后-6 mm粒度所占比例由30.72%提高到66.76%，-3 mm粒度所占比例由16.87%提高到42.57%，-1 mm粒度所占比例由10.00%提高到28.50%。由此可見，高壓輥磨機對該礦的碎礦效果十分顯著。原礦經高壓輥磨處理后，細粒級含量大幅度提高，碎礦產品粒度組成得到優化。細粒級含量的提高也為降低球磨機給礦粒度，實現“多碎少磨”提供了條件。

3 高壓輥磨作業前后相對可磨度試驗

根據高壓輥磨機的層壓粉碎理論，物料顆粒在不斷增加的外力作用下，內部會產生大量裂紋，在裂紋附近發生應力集中，聚集勢能，并在作用力超過極限時發生粉碎。因此，經高壓輥磨機處理后的物料有時盡管沒有破裂但內部會產生大量裂紋，可改善礦石磨礦性能，大大提高后續磨礦效率，降低磨礦能耗。為此，對高壓輥磨產品進行相對可磨度試驗，試驗標準樣品為高壓輥磨前的原礦，試驗結果見圖1。

圖1 高壓輥磨作業前后可磨度曲線

由圖1可見，原礦磨至-0.074 mm占70%所需時間為13.14 min，高壓輥磨產品磨至-0.074 mm占70%所需時間為10.52 min，根據相對可磨度計算公式：

(1)

計算得知，高壓輥磨產品相對可磨度K-0.074 mm70%為1.25，說明高壓輥磨產品較原礦易磨，原礦經高壓輥磨作用后礦石可磨性得到改善。

4 高壓輥磨作業前后球磨功指數試驗

Bond球磨功指數表示物料磨細的難易程度。測定球磨功指數的實質是用Bond功指數磨將某一指定給料粒度的物料研磨至平衡，即粉磨至某一要求粒度。試驗以球磨磨至粒度為-0.074 mm時所消耗的功表示物料球磨的難易程度。以高壓輥磨前的原礦為標準樣品，輥磨后的礦樣為對比樣品，測定-0.074 mm礦樣的球磨功指數。

Bond球磨功指數的計算公式為[5]：

(2)

式中，Wib為Bond球磨功指數，kWh/t；P1為試驗篩孔孔徑，74 μm；Gbp為磨礦平衡時球磨機單轉新生成的小于試驗篩孔的粒級物料質量，g/r；P80為產品中80%物料通過的粒度，μm；F80為給料中80%物料通過的粒度，μm。

試驗數據如下：

(1)原礦-0.074 mm磨礦邦德功指數計算指標：原礦-0.074 mm含量為16.68%，P1=74 μm；F80=1 733.52 μm；P80=62.04 μm；Gbp=0.879 g/r。

(2)輥磨后產品-0.074 mm磨礦邦德功指數計算指標：輥磨后產品中-0.074 mm含量為18.61%，F80=1 449.17 μm；P1=74 μm；P80=61.41 μm；Gbp=1.168 g/r。

經計算：原礦-0.074 mm球磨功指數為21.65 kWh/t，經高壓輥磨后-0.074 mm球磨功指數為17.42 kWh/t。結果表明：高壓輥磨后產品-0.074 mm球磨功指數比原礦降低4.22 kWh/t，降低能耗約19.54個百分點。

5 高壓輥磨產品粗粒濕式預選拋尾試驗

對高壓輥磨產品進行不同粒度(3～0 mm、5～0 mm、8～0 mm)、不同磁場強度(318.47、238.35 kA/m)的粗粒濕式預選拋尾試驗，試驗結果見表4。粗粒濕式預選拋尾采用CCTSφ400 mm×300 mm粗粒濕式永磁磁選機，上升水量為600 mL/s。

由表4可知，在相同的入選粒度下，隨著磁場強度的下降，拋尾量增加，精礦品位升高，回收率下降，尾礦品位升高;在相同磁磁場強度下，隨著入選粒度的下降，拋尾量增加，精礦品位升高，回收率升高，尾礦品位降低;綜合考慮精礦指標、尾礦指標及入選粒度，試驗最佳的入選粒度為-5 mm，磁場強度為318.47 kA/m，此時可拋尾尾礦產率為42.39%，全鐵品位為14.77%，磁性鐵品位為0.93%。

表4 不同粒度下不同磁場強度試驗結果

6 結 論

(1)某鐵礦高壓輥磨試驗結果表明：①原礦經高壓輥磨處理后，-6 mm粒度含量由30.72%提高到66.76%，-3 mm粒度含量由16.87%提高到42.57%，高壓輥磨使原礦中細粒級含量大幅增加，碎礦效果顯著；②高壓輥磨后礦石相對可磨度K-0.074 mm70%為1.25，Bond球磨功指數為17.42 kWh/t，輥磨后礦石變得易磨，且-0.074 mm Bond球磨功指數較原礦降低19.54個百分點，節能效果顯著；③粗粒濕式預選拋尾試驗效果顯著，礦石最佳的入選粒度為-5mm，此時可拋尾產率為42.39%，尾礦中全鐵品位為14.77%，磁性鐵品位為0.93%。

(2)通過對試驗結果的分析，初步表明：針對該礦石采用高壓輥磨技術可通過減小后續球磨系統的給礦粒度，實現多碎少磨；改善物料可磨性，降低球磨功指數；提前拋棄部分粗粒尾礦，減少后續球磨系統的處理量來達到節能降耗的目的。

參 考 文 獻

[1] 李 宏，馬保平，袁 靜，等.實行多碎礦少磨提高經濟效益[J].有色金屬：選礦部分，1999(4)：13-17.

[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] 李仕亮，杜玉艷.高壓輥磨機及其在選礦碎礦工藝中應用的進展[J].有色金屬：選礦部分，2011(1)：96-99.

[4] 張韶敏，丁臨冬，段海瑞，等.高壓輥磨機在選礦生產中的應用研究[J].礦冶，2013(4)：104-108.

[5] 侯 英，丁亞卓，印萬忠，等.礦石高壓輥磨產品球磨功指數計算程序的建立[J].中南大學學報，2013(11)：4385-4391.