高壓輥磨超細碎在貧磁鐵礦石預選中的應用

崔少文 郭小飛 郗 悅 劉淑杰

（遼寧科技大學礦業工程學院，遼寧鞍山114051）

我國貧磁鐵礦資源整體呈現鐵品位低、嵌布粒度細、組成復雜等特點，需要經過復雜的選礦工藝處理才能加以利用，已探明的貧磁鐵礦資源開發利用率較低［1］。針對貧磁鐵礦資源利用程度較低的問題，國內學者開發出了高壓輥磨超細碎—貧磁鐵礦石預選工藝，對于貧磁鐵礦資源高效開發利用具有重要意義，符合“多碎少磨、能拋早拋”的選礦基本原則，最大限度地實現磨前拋尾，減少入磨量，降低礦石的Bond球磨功指數，有利于節能減耗，降低選礦成本，使大量的表外礦資源得以充分利用［2-3］。本文通過介紹高壓輥磨機及其產品特性，結合高壓輥磨超細碎在貧磁鐵礦石選別中的應用實踐，對高壓輥磨超細碎—預選技術在貧磁鐵礦石選別中的作用進行了評述，并對其發展趨勢進行了分析。

1 高壓輥磨機

1.1 高壓輥磨機的工作原理及特點

高壓輥磨機是以層壓粉碎理論為基礎研制的新型破磨設備，主要特點為高壓、慢速、滿料。其施力方式以層壓粉碎為主，磨剝為輔，直接對礦石外部施加靜載高壓，使礦石顆粒間的作用力和反作用力不斷增加，當作用力超過物料顆粒所能承受的抗壓強度時顆粒開始碎裂，在運動到輥縫最窄位置時，所受壓力值達到巔峰，粉碎程度亦達到最大［4］。在整個粉碎過程中物料依次經過加速區、擠壓區和釋放區，真密度由10%逐漸增大到80%左右，總體積明顯減少［5］，如圖1所示。

1.2 高壓輥磨機的產品特性

物料層被擠壓后在顆粒內部產生了大量裂紋、疏松等缺陷［6］。與傳統的破碎設備相比，高壓輥磨機選擇性破碎效果明顯，產品大部分沿解理面粉碎，細粒級含量高，礦石顆粒內部微裂紋發育充分，主要以晶界微裂紋為主。在相同實驗條件情況下，分別對貧鐵礦高壓輥磨機全閉路產品和小型顎式破碎機全閉路產品進行Bond球磨功指數測定，結果顯示，在控制篩孔尺寸為0.28 mm和0.074 mm時輥壓產品的Bond球磨功指數比顎破產品分別降低了28.23%和13.96%［5］。經高壓輥磨機粉碎后礦石的Bond球磨功指數明顯降低，礦石的解離特性提高，在后續磨礦過程中能夠加快礦石單體解離，從而提高磨礦和分選效率，有效降低后續磨礦所需能耗［7-8］。

2 貧磁鐵礦石高壓輥磨超細碎—預選工藝

礦石預選一般是指礦石入選前的選別作業，通過目標礦物與脈石礦物之間存在的顏色、光澤、形狀等外觀差異進行人工手選或根據目標礦物與脈石礦物之間存在的密度、磁性、導電性等性質差異通過機械設備實現初步分選，目的在于提高礦石入選品位、提高礦物資源利用率、減少磨礦量、降低后續磨選作業所需能耗和生產成本［9］。礦石預選主要受到礦石內部有用礦物的嵌布粒度、單體解離度、預選工藝與有用礦物的匹配程度等因素的影響，常用的鐵礦石預選拋尾工藝有干式預選和濕式預選2種［10］。相比傳統破碎設備，高壓輥磨機粉碎后的產品更適合預選，目前高壓輥磨超細碎—磁選預選拋尾技術在貧磁鐵礦石的預選中被成功應用［11］。對于經其他破碎方式處理后無法滿足預選要求的微細粒嵌布貧磁鐵礦石，該工藝預選效果尤其明顯，與一些選礦廠采用的干式大塊預選拋尾工藝相比，該工藝拋廢產率更高，預選粗精礦品位要明顯高于干式大塊預選粗精礦品位［11-13］。

馬鋼南山鐵礦凹山選廠是國內第一家運用“高壓輥磨超細碎—濕式粗粒磁選拋尾生產工藝”的選礦廠［14］。該選廠應用Koppern RP630/1700-1400型高壓輥磨機與振動篩相配合（篩上返回高壓輥磨，篩下濕式磁選預先拋尾），成功解決了高村極貧磁鐵礦石難以分選的問題。預選后入磨礦石的TFe品位由20.37%富集到35.62%，同時拋除TFe品位7.45%、產率為48.40%的合格尾礦。有效減少后續磨選處理量，入磨礦石品位得到明顯提高，預選效果明顯。該工藝擴大了選廠的處理能力，年處理量從530萬t提升至800萬t。同時，由于原礦入磨粒度降低、磨礦工藝簡化，使得單位礦石處理成本大幅降低，每噸原礦所耗電量和鋼耗同比降低大約30%［12］。

裴曉東等［2，15］針對福建馬坑鐵礦石進行了不同工藝流程的破碎磨礦試驗，結果表明，礦石輥壓后細粒級含量提高，-1、-3、-5 mm粒級含量分別提高了29.88、42.12、50.05個百分點。在入磨粒度、磨礦時間均相同條件下，顎式破碎產品球磨后新生成-0.074 mm粒級含量小于高壓輥磨產品球磨后新生成-0.074 mm粒級含量。在-0.074 mm粒級占55%的條件下高壓輥磨與顎式破碎產品相對可磨度系數為1.26，在-0.074 mm粒級占70%的條件下，高壓輥磨與顎式破碎產品相對可磨度系數為1.23。對經高壓輥磨閉路破碎后的物料進行濕式中磁預選—階段磨礦弱磁選試驗，能夠在入磨前拋除產率為38.88%的尾礦。試驗最終可獲得TFe品位66.75%、回收率80.21%的鐵精礦，其中磁性鐵品位65.95%、磁性鐵回收率96.25%。鐵精礦TFe品位和回收率較原流程分別提高了2.66和0.30個百分點。

哈密中天鐵礦選礦廠采用“高壓輥磨超細碎—干式分級—干式弱磁選集成系統工藝”分選貧磁鐵礦石［16］。該集成工藝主要采用高壓輥磨機、風力分級機、干式磁選機等設備，選廠采出礦石TFe品位約為20%，粒度為-30 mm，經破碎系統處理的原礦通過風力分級機分級后，低密度產品給入高壓輥磨機，輥壓產品經風力分級后合格產品給入風重磁旋力磁選機組分選，可得TFe品位為63.06%、回收率為82.21%的精礦，尾礦經細粒風重磁旋力磁選機組再選，再選精礦返回斗式提升機給礦，形成閉路返回，其尾礦TFe品位為7.04%，可作為最終尾礦拋除。

李麗匣等［17］針對內蒙古某磁鐵礦石進行了“高壓輥磨超細碎—干式預選—單一磁選工藝”試驗，該鐵礦石TFe品位為8.07%，磁性鐵含量為2.57%，屬超貧磁鐵礦石。物料輥壓后采用振動沸騰磁選機預選，能夠獲得TFe品位32.85%、產率為7.14%，磁性鐵回收率67.96%的粗精礦，拋除產率為92.86%的尾礦。該工藝能夠明顯提高礦石入磨品位，減少入磨量。

易小祥等［18］針對某選礦廠的超貧磁鐵礦石采用“兩段開路破碎—高壓輥磨超細碎—打散分級—干式磁選拋尾—濕式二段磨選工藝”流程進行試驗，礦石經輥壓細碎后給入沸騰干式磁選機干選可直接拋掉85%以上的合格粗粒尾礦，顯著降低入磨量。

曹釗等［19］針對內蒙古某貧磁鐵礦石進行了高壓輥磨超細碎—磁選拋尾試驗，物料輥壓至3 mm以下，通過濕式電磁選機預選，能夠拋除產率為33.79%、磁性鐵含量為0.49%的合格尾礦，粗精礦磁性鐵品位為29.81%、磁性鐵回收率為99.17%。該工藝能夠在拋去大量脈石礦物的同時保證磁性鐵的回收率。

楊任新［20］對攀西紅格低品位釩鈦磁鐵礦采用“高壓輥磨—粗粒濕式磁選拋尾—階段磨礦—階段弱磁選選鐵工藝”流程試驗，-60 mm原礦樣品輥壓至-6 mm給入濕式中磁選機，預選后可得TFe品位29.14%、產率65.82%、TFe回收率86.24%的粗精礦，能夠拋出TFe品位8.19%、產率為34.18%、磁性鐵損失率為1.12%的合格尾礦。通過采用高壓輥磨超細碎—磁選預選拋尾技術，可使該貧磁鐵礦石入磨選量減少34.18%。

上述生產實踐和研究工作表明，輥壓后的礦石比未經輥壓過的礦石相對易磨，礦石相對可磨度系數明顯提高，可顯著提高后續磨礦效率。高壓輥磨超細碎技術在與濕式磁選預選拋尾工藝和干式磁選預選拋尾工藝配合后，具有良好的預選效果，能有效減少工藝流程中磨選處理量，明顯提高入磨給礦品位，實現貧磁鐵礦石的高效預選，有利于節能減耗。其中“高壓輥磨超細碎—干式分級—干式弱磁選集成系統工藝”因其用水量少，磨選成本低的特點特別適用于干旱缺水地區的選廠。高壓輥磨超細碎—預選工藝為貧磁鐵礦石資源的高效利用提供了新的技術途徑。

3 結語

高壓輥磨機是以層壓粉碎理論為基礎的高效破碎設備，設計理念符合“多碎少磨”的技術趨勢，其產品具有細粒級含量高、微裂紋發育充分、解離特性好等特點。目前，高壓輥磨超細碎在貧磁鐵礦石的預選中已成功應用。不僅使原來無法利用的表外礦資源得以充分利用，對于貧磁鐵礦石選礦流程的節能降耗及預選拋尾都發揮了重要作用。今后需要加強高壓輥磨設備對礦石性質及生產工藝的適應性研究，尤其應加強對微細粒嵌布貧磁鐵礦石預選技術的應用研究，發展高效、低耗的新型高壓輥磨設備，對于實現貧磁鐵礦石預選拋尾，節能降耗具有重要意義。破碎產品粒度的降低有利于實現貧磁鐵礦石高效預選，高壓輥磨機與先進的預選設備配合使用時效果更好，因此針對高壓輥磨產品的特性，研發配套的先進預選設備，能夠進一步推進高壓輥磨超細碎—預選工藝的發展。