單傳動輥壓機破碎極貧磁鐵礦石產品粒度特性研究①

張建樂，黃業豪，王譽樹，李翠芬

（河南省巖石礦物測試中心，河南 鄭州 450012）

高壓輥磨因處理能力大、能耗低、產品粒度均勻、環境友好等特點，受到廣泛推崇與青睞［1－2］。高壓輥磨機與傳統的輥式破碎機基本結構相似，工作原理上的最大區別是前者兩輥間保持一定的縫隙，形成料層粉碎［3］，后者兩輥間幾乎沒有縫隙，為單顆粒或單層粉碎。在阻止動輥的位移方面，高壓輥磨機采用液壓，向料層施加的反壓為定值，傳統輥破機采用彈簧，向顆粒施加的反壓不固定，與彈簧的形變量成正比。單傳動輥壓機是一種使輥間保持一定縫隙的大型輥式破碎機，除采用單輥驅動和彈簧組保壓機構外，其他與高壓輥磨機相似。遼西某特大型極貧磁鐵礦山，日采破礦石量達15萬噸，按采區不同共設有9個破碎站，除2號站為處理能力40 000 t／d的由旋回破碎機和圓錐破碎機組成的三段一閉路破碎車間外，其他各站均為顎式破碎機和反擊式破碎機組成的簡易型三段閉路或開路破碎系統，每站處理能力均在10 000 t／d以上，產品粒度－20 mm。為降低破碎產品粒度，提高干式預磁選指標，2012年在9號站單獨閉路配置了1臺DG－1400／650單傳動輥壓機，該機輥徑1 400 mm、輥寬650 mm，堆焊輥面，裝機功率630 kW，空載輥隙10 mm，工作輥隙16～35 mm。本文利用該機對除2號站外其他8個破碎站的最終破碎產品分別進行開路破碎工業試驗，研究了單傳動輥壓機破碎產品的粒度分布特性。

1 礦石性質

礦石自然類型主要為輝石角閃巖型極貧鐵礦石，少量為磁鐵石英巖型鐵礦石。礦石中有用礦物主要為磁鐵礦，含少量赤鐵礦、褐鐵礦、黃鐵礦；脈石礦物主要為角閃石、輝石、石英、斜長石。礦石結構以中粒變晶結構為主，少量為粗粒變晶結構。磁鐵礦和石英等粒狀礦物定向排列于片狀或柱狀礦物間構成片麻狀和條帶狀構造，也有呈單礦物分散賦存于輝石和角閃石礦物間構成浸染狀構造。全區輝石角閃巖型極貧鐵礦石地質樣品主要化學成分測試結果見表1。

表1 輝石角閃巖型極貧鐵礦石主要化學成分（質量分數）／%

從9個破碎站分別選取塊狀未風化的礦石測試普氏硬度，結果見表2。各站礦石普氏硬度系數均在12以上，其中7個達到15以上，說明全礦區大部分原生礦石較硬，少部分為中等偏硬。

表2 礦石普氏硬度系數測試結果

2 輥壓機破碎工業試驗

2.1 試驗方法

拆去生產系統中與輥壓機構成閉路的篩分機篩網，使原閉路破碎流程變為開路破碎。分別取8個站最終破碎產品各約50 t給入儲料倉，通過膠帶輸送機給入輥壓機進行連續開路破碎，運行達到穩定時，在線多次截取給礦膠帶和排礦膠帶上的物料分別作為原礦樣和產品樣，全部進行篩析。

2.2 產品粒度特性分析

輥壓機給礦樣品F1～F9累積粒度特性曲線見圖1，破碎產品P1～P9累積粒度特性曲線見圖2。破碎前后各粒級產率變化見表3，破碎后產品中新增粒級累積粒度特性曲線見圖3。

圖1 給礦累積粒度特性曲線

圖2 產品累積粒度特性曲線

表3 各樣品破碎前后各粒級產率變化

圖3 產品中新增粒級累積粒度特性曲線

由圖1可見，給礦粒度分布大致可分為2組，其中F3、F5和F7粒度分布較細，其余給礦粒度分布相對較粗。由圖2和表3可以看出，破碎后8個樣品產品粒度分布特性接近，與給礦粒度分布似無對應的相關關系，產率獲增粒級的粒度上限為6 mm、4 mm或3 mm，粒級產率新增最多的是－0.35＋0.075 mm粒級。從圖3可以看出，給礦粒度較細的F3、F5和F7破碎后新增－6＋3 mm粒級產率較小，其余各樣品相對較大，導致所有破碎產品粒度分布特性趨于一致。結合表2，似輥壓機給礦粒度分布和礦石硬度對破碎產品粒度分布均無明顯影響。這一現象與早期研究發現的高壓輥磨產品粒度分布的自相似性吻合，即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［4］。

2.3 產品粒度特性方程

嘗試用傳統的R-R粒度特性方程描述單傳動輥壓機破碎產品的粒度分布規律［5－6］：

式中R為大于x粒級的正累積產率，%；x為礦粒直徑或篩孔寬，mm；b為與產物粒度有關的參數；n為與物料性質有關的參數。

對8個破碎產品通過對數變換和一元線性回歸求出相應的b和n，并計算出擬合度判定系數R2，結果見表4，其中綜合產品數據是8個產品的加權平均值。按實測值和式（1）計算值繪制的綜合破碎產品累積粒度特性曲線如圖4所示。

表4 單傳動輥壓機破碎產品粒度特性方程參數

圖4 產品實際累積粒度特性曲線和模型曲線

由表4和圖4可見，R-R粒度特性方程可較好地描述單傳動輥壓機破碎產品的粒度分布特性。

對8個破碎產品中新增－4 mm粒級（表3）的粒度分布按式（1）進行回歸計算，相應參數見表5（其中P9為新增－3 mm粒級）。由表5可見，各樣品回歸方程的擬合度判定系數R2普遍高于表4，說明產品中新增－4 mm粒級的粒度分布更符合式（1）。由于輥壓機排礦有中料（料餅）和邊料之分，邊料受到的料層粉碎作用明顯較小，因此，產品中新增－4 mm粒級主要來自中料，是輥壓破碎的真正產品，這更說明R-R粒度特性方程適用于描述單傳動輥壓機破碎產品的粒度分布規律。

表5 單傳動輥壓機破碎產品中新增－4 mm粒級粒度特性方程參數

2.4 給礦粒度上限

將8個輥壓機給礦按所含＋20 mm粒級產率排序，由低到高順序選擇相鄰兩個樣作加權平均，同時加權計算出對應產品中新增或新減粒級產率的合計值。隨機取9號站第2段破碎產品約50 t（簡稱9號副樣）按同樣方法破碎、取樣和篩析。根據篩析，前8個給礦中最大顆粒直徑不大于30 mm，破碎后＋20 mm粒級產率均為0；9號副樣中最大顆粒達60 mm，破碎后＋20 mm粒級產率仍有8.89%。

以給礦中＋20 mm粒級產率為橫坐標、破碎產品中新增或新減各粒級產率的合計值為縱坐標作圖，見圖5。由圖5可見，當給礦中＋20 mm粒級產率由0.82%增至2.71%時，產品中新增或新減粒級合計產率由23.64%激增至47.22%；當給礦中＋20 mm粒級產率由2.71%增至5.81%時，產品中新增或新減粒級合計產率由47.22%增至53.53%，增速明顯放緩；當給礦中＋20 mm粒級產率增至22.51%時（9號副樣），產品中新增或新減粒級合計產率大幅降至16.69%。

圖5 給礦中＋20 mm粒級產率對輥壓破碎的影響

上述結果說明給礦粒度上限對單傳動輥壓機破碎產品粒度分布有顯著影響。適宜的給礦粒度上限為30 mm。在－30 mm粒級范圍內，＋20 mm粒級破碎率達100%，但其在給礦中的產率不宜超過10%，產率過大對整體破碎效果不利。粒度上限超過30 mm時，除自身不利于輥壓破碎外（易擴大輥隙），給礦中＋20 mm粒級產率也會明顯增加，兩者結合在一起更會減弱輥壓機的料層粉碎作用。事實上給礦粒度上限的影響可能與破碎輥長度、直徑、輥壓和水分含量等都有關系，但本文不作討論。

3 輥壓機與球磨機產品粒度特性初步比較

現場第一段磨選生產共8個系列，磨礦采用MQG3245格子型球磨機，與ZK3060直線振動篩（篩孔3 mm）構成閉路。磨礦新給礦為各破碎站最終產品的混合物，處理量約250 t／h，磨礦濃度85%～90%。取在線生產中2＃和5＃系列球磨機排礦樣分別進行篩析，將輥壓機破碎產品綜合樣和2臺球磨機排礦樣的負累積粒度特性曲線同繪于圖6中。由圖6可見，單傳動輥壓機破碎產品與球磨機磨礦產品粒度分布特性總體接近，前者粒度分布相對略粗。

圖6 單傳動輥壓機與球磨機產品累積粒度特性曲線比較

由于輥壓機破碎為開路破碎（處理量約300 t／h），產品中含有一定量未充分破碎的邊料，故粒度分布偏粗。球磨機系閉路磨礦，返砂也導致其產品粒度增粗，但給礦為9個破碎站產品的混合物，其中2號站采用旋回破碎機及圓錐破碎機閉路破碎，產品粒度－10 mm，產量約占破碎總產量的1／4，因此磨機給礦粒度組成相對輥壓機更為有利。在這種情況下對比，單傳動輥壓機破碎產品的粒度分布已令人滿意，若對其進行預磁選將會獲得較好指標。

4 結 語

1）單傳動輥壓機對輝石角閃巖型極貧鐵礦石破碎產品的粒度分布特性具有自相似性，在給礦粒度上限小于30 mm范圍內（其中＋20 mm粒級產率不超過10%）幾乎不受給礦粒度分布和礦石硬度的影響，且符合R-R粒度特性方程。當給礦中＋20 mm粒級產率大于10%或給礦粒度上限大于30 mm，輥壓機的料層粉碎作用會明顯減弱。

2）開路條件下，單傳動輥壓機破碎產品與現場閉路條件下格子型球磨機排礦產品的粒度分布特性相近，其新增粒級的粒度上限為3～6 mm。作為第四段破碎作業，通過閉路控制其最終產品粒度（－5＋3 mm）后可對原礦進行磨前濕式預磁選，從而可大幅降低整體選礦成本。