某超貧磁鐵礦選廠應用高壓輥磨—干選工藝效果研究

朱國斌 梅光軍 康 倩 程 潛 李浩南

（1.武漢理工大學資源與環境工程學院，湖北武漢430070；2.承德天寶礦業集團灤平鐵泰礦業有限公司，河北承德067602；3.礦物資源加工與環境湖北省重點實驗室，湖北武漢430070）

在建設綠色礦山、美麗中國的大背景下，礦山企業均在積極尋求高效、低耗、低排放的生產方式。高壓輥磨機超細碎—干式預選拋尾工藝是目前超貧磁鐵礦礦山實現高效、低耗、低排放生產的經典工藝［1-3］。河北某超貧磁鐵礦礦山聯合科研單位對已投產的高壓輥磨—懸浮干選工藝應用效果進行了考查、評價。

1 礦石性質

河北某超貧磁鐵礦石中的金屬礦物主要是磁鐵礦，金屬硫化物主要是黃鐵礦；脈石礦物主要為角閃石、輝石、斜長石、石英、綠泥石和磷灰石等。磁鐵礦主要以形態規則、粗細不等粒狀及稀疏—星散浸染狀嵌布于脈石粒間。礦石主要化學成分分析結果見表1，鐵物相分析結果見表2。

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由表1、表2可知：礦石中可供選礦回收的主要元素鐵含量為12.57%，主要以磁性鐵、硅酸鐵和赤褐鐵形式存在，弱磁選可回收的鐵僅占總鐵的39.54%；礦石堿性系數為0.53，屬半自熔性礦石。

2 原生產工藝與產品指標

選礦廠設計年處理能力為1 150萬t，年鐵精粉生產能力為90萬t。碎礦車間采用標準的三段一閉路破碎流程，粗碎為1臺PXZ1216液壓旋回破碎機、中碎為3臺CH870圓錐破碎機、細碎為6臺HP500圓錐破碎機，細碎產品（≤15mm）進入粉礦倉前經過磁滑輪干選拋廢（拋廢產率約為13%，廢石磁性鐵品位約為1%）以提高入磨品位。磨選車間共3個系列，采用兩階段磨礦四階段選別流程。一段磨礦由MQG4060型球磨機與ZKKW3661型直線篩形成閉路；二段磨礦由MQY4067型球磨機與FX610-GT×8旋流器組和D5F1216型高頻細篩形成閉路；高頻細篩篩下產品經第3、4段選別和過濾作業，獲得鐵品位約63.5%、水分小于10%的精礦（-0.074 mm不低于75%）。

3 半工業試驗

為了解決礦石貧化后帶來的生產成本增加、濕尾產出量增加導致尾礦庫庫容加速縮小的問題，對采用高壓輥磨—干選拋尾技術改造現場工藝的可行性進行了研究。

鑒于高壓輥磨機具有破碎效率高的特點，因此，在適當放粗細碎產品粒度至≤25 mm的情況下，進行了懸浮式粗粒干式預選+高壓輥磨—懸浮式細粒干式再選工藝效果試驗，工業試驗工藝流程見圖1。懸浮式粗粒干式預選試驗安排在碎礦車間進行，1臺XF500型懸浮式干選機取代篩分車間一個系列的原磁滑輪進行粗粒拋尾試驗，然后將粗粒干選精礦（約60 t）運送至某高壓輥磨（GLM200-160）半工業試驗生產線進行輥壓—懸浮式細粒干式再選試驗（系統小時處理能力為20～60 t），試驗結果見表3、表4。

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由表3可知：懸浮式干式預選—高壓輥磨—懸浮式干式再選半工業試驗精礦全鐵品位為35.54%、磁性鐵回收率為92.04%，綜合尾礦磁性鐵品位為0.49%，均達到設定指標標準（精礦全鐵品位大于35%，尾礦磁性鐵品位小于1%）；預選尾礦產率為30.32%，說明通過懸浮式干式預選可以減少進入高壓輥磨—懸浮式干式再選的礦量30.32%；高壓輥磨產品的懸浮式干選拋尾產率顯著高于預選拋尾產率，達52.98%，從而使進入磨選系統的量僅為碎礦產品的16.70%，這使磨選及后續配套系統的生產能力有了大大的富余。

由表4可知，原礦粒度分布范圍很寬，各粒級分布相對均勻，-1 mm粒級產率較高；預選尾礦中沒有+20 mm粒級，表明原礦中該粒級中沒有已解離的廢石；高壓輥磨機作業使產品粒度大幅度下降，干式再選精、尾礦粒度主要集中在-5 mm粒級，且幾乎沒有+10 mm粒級，粒度的大幅度下降為廢石與鐵礦物的解離創造了條件。

4 工藝流程改造

懸浮式干式預選—高壓輥磨—懸浮式干式再選半工業試驗結果表明，在原流程中增設懸浮式干式預選—高壓輥磨—懸浮式干式再選系統使磨選及后續配套系統的生產能力有了極大的富余。為了充分利用已有磨選車間及后續配套系統的能力，使全流程能力匹配，實現企業經濟效益的最大化，對粗、中、細碎系統進行了擴能改造，使碎礦系統的能力擴大至原來的3倍，同時將原細碎產品的磁滑輪干選改造為懸浮式干式預選，并增設干式預選精礦高壓輥磨—懸浮式干式再選系統，在此基礎上將一段閉路球磨系統由MQG4060型球磨機與ZKKW3661型直線篩配套優化改造為在造漿的基礎上由FX610×12旋流器組分級與MQG4060型球磨機配套，改造后的工藝流程見圖2。

5 改造效果分析

5.1 改造前后磨選系統給礦粒度分析

改造前后磨選系統給礦粒度對比見表5。

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由表5可知，與改造前相比，改造后細粒級含量顯著增加，其中-0.074、-1、-3 mm粒級產率分別提高了15.54、32.97、33.59個百分點，這為減輕后續磨礦負擔創造了條件。

5.2 改造前后磨選系統給礦的相對可磨度分析

對改造前后磨選系統給礦進行了相對可磨度試驗，結果見圖3。

由圖3可知：以新生-0.074 mm占70%計，改造后磨選系統給礦相對改造前的相對可磨度系數為1.18，表明改造后磨選系統給礦的可磨性要好于改造前。這是由高壓輥磨機層壓粉碎特性決定的，在高能量傳遞效率的靜壓應力條件下，不僅輥壓產品中產生大量的細粒和微細粒，而且在顆粒內部產生大量的微裂紋，從而改善了礦石的可磨性［4-6］。

生產實踐表明，改造后一段球磨機的處理能力由360 t/h提高到460 t/h以上。生產現場反映出的球磨機處理能力提高幅度高于用相對可磨度算出的球磨機處理能力提升的幅度，這是由于在實驗室進行相對可磨度試驗時，將礦石破碎到-3 mm的過程中提前消除了+3 mm粒級中已產生的大量裂紋；同時，與改造前相比，改造后磨選系統給礦中多得多的-0.15 mm粒級又被篩出，掩蓋了高壓輥磨機在提高相對可磨度上的作用［6］。

5.3 改造前后干選系統指標分析

與常規干選設備相比，懸浮式干選機對超貧磁鐵礦的拋尾效果優勢顯著［7-8］，改造前后干選系統指標見表6。

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由表6可知：①改造后進入磨選系統的礦量大幅度地減少至16.70%，比改造前減少69.90個百分點，這為大幅度降低磨選能耗、減少濕尾量、延長尾礦庫的服務年限創造了條件。②改造后進入磨選系統的礦石磁性鐵含量從改造前的5.62%大幅度提高至28.32%，比改造前提高22.70個百分點，入磨品位的大幅度提高為減少脈石的泥化、改善分選效果、提高最終精礦品位創造了條件。③改造后干拋尾礦磁性鐵含量明顯下降，在干拋尾礦量增加6倍以上的情況下保證了磁性鐵的有效回收。

改造后能取得良好的干拋效果，一方面與入選粒度下降、磁性鐵礦物與脈石礦物解離情況大幅度改善有關；另一方面與高壓輥磨機發揮了選擇性破碎效果，促使更多的破碎發生在2種礦物界面處有關［4-5］；另外，懸浮式干選機獨特的分選原理為磁性礦物的高效富集創造了條件［7-8］。

5.4 改造前后產品指標分析

改造前后噸原礦耗水量由7.74 m3降至1.43 m3，磨選指標對比見表7。

注：磁性鐵回收率和尾礦品位為磨選段濕式選別作業的數據。

由表7可知：在改造后的精礦細度由-0.074 mm占75%下降至67%的情況下，精礦鐵品位較改造前提高了2.18個百分點，達65.66%；改造前后的濕選精礦磁性鐵回收率和濕選尾礦鐵品位基本相同。

6 結論

（1）河北某超貧磁鐵礦選礦廠原選礦工藝的突出問題是干選拋廢效果差，進入磨選作業的礦石品位低，磨選生產成本高，需送尾礦庫堆存的濕尾量非常大，嚴重制約了企業生產經營與發展。

（2）對細碎產品進行的懸浮式干式預選（替代磁滑輪干選）—高壓輥磨—懸浮式干式再選試驗獲得了全鐵品位為35.54%、磁性鐵回收率為92.04%、綜合尾礦磁性鐵品位為0.49%的干選精礦，預選尾礦產率為30.32%，再選拋尾產率達52.98%，使進入磨選系統的量僅為碎礦產品的16.70%，且粒度主要集中在-5 mm粒級，為大幅度減少磨選作業處理量、降低磨選工藝成本創造了條件。該試驗取得的成果表明，采用細碎產品懸浮式干式預選（替代磁滑輪干選）—高壓輥磨—懸浮式干式再選工藝對現場流程進行改造，將可以非常好地解決原工藝所存在的問題，使磨選及后續配套系統的生產能力有了極大的富余。

（3）以半工業試驗成果為基礎，并充分發揮已有磨選及后續配套系統的能力，實現全流程能力的匹配，將粗、中、細碎系統的能力擴大至原來的3倍，同時將原細碎產品的磁滑輪干選改造為懸浮式干式預選，并增設干式預選精礦高壓輥磨—懸浮式干式再選系統，且對一段閉路球磨系統進行優化改造。改造后進入磨選系統的礦量大幅度地減少至16.70%，較改造前下降69.90個百分點；細粒級含量顯著增加，其中-0.074、-1、-3 mm粒級產率分別提高了15.54、32.97、33.59個百分點；磨選系統給礦的可磨性顯著好于改造前；磨選系統給礦磁性鐵含量大幅度提高至28.32%，比改造前提高22.70個百分點；干拋尾礦磁性鐵含量明顯低于改造前，有效保證了磁性鐵的回收；在精礦細度由-0.074 mm占75%下降至67%的情況下，鐵品位卻較改造前提高了2.18個百分點，達65.66%。

（4）新工藝的實施充分發揮了高壓輥磨機的選擇性破碎效果、懸浮式干選機的高效富集能力，大幅度降低了磨選能耗和濕尾產率，減少了脈石的泥化，降低了噸原礦耗水量，改善了分選效果，提高了最終精礦品位，延長了尾礦庫的服務年限。