選礦廠細篩再磨工藝優化對比效果分析

靳躍棟，劉飛飛，張 浩，薛向欣，程功金，李麗匣

(1.遼寧首鋼硼鐵有限責任公司，遼寧 丹東 118103；2.東北大學資源與土木工程學院礦物工程系，遼寧 沈陽 110819；3.東北大學冶金學院資源與環境系，遼寧 沈陽 110819；4.遼寧省冶金資源循環科學重點實驗室，遼寧 沈陽 110819)

遼寧鳳城翁泉溝地區含鈾硼鐵礦床屬于多元素共伴生的沉積變質型礦，礦石中的主要有用礦物為磁鐵礦、硼鎂石、硼鎂鐵礦和晶質鈾礦，占全國鐵礦石儲量的1%，B2O3儲量2 184萬t，占全國硼總儲量的58.0%，是我國最重要的硼礦來源，鈾資源量經概略計算為13 585 t，具有重要的綜合利用價值[1-4]。礦石中TFe、B2O3、U平均品位分別為30.65%、7.23%、0.004 8%[5]。遼寧首鋼硼鐵有限責任公司處理該類型礦石，為了綜合回收鐵、硼、鈾，采用階段磨礦階段磁選分選磁鐵礦，選鐵尾礦經水力旋流器分級后，分級溢流得到硼精礦，分級沉砂通過搖床重選得到鈾精礦。選礦廠年處理原礦200萬t，年產鐵精粉79.69萬t，TFe品位54.13%，年產硼精礦13.10萬t，B2O3品位15.49%，年產鈾精礦0.81萬t，U品位0.163 9%[6-7]。

篩分設備的篩分效率影響產物的粒度組成和磨機處理能力[8]，某選礦廠通過更換篩板提高篩分效率后，二段分級溢流產品的粒度明顯變細，磨機處理能力增加[9]。高頻細篩嚴格按照篩孔尺寸分級，在篩面高頻振動下，比重大的合格顆粒會成為篩下產物，篩下產物的礦物解離度和品位也更高，引入預先篩分，使給礦中低品位粗顆粒作為篩上產物排出，避免對檢查篩分的影響，可提高總篩分質效率，降低選礦廠運營成本[10-14]。針對首鋼硼鐵生產中篩分效率低的問題，對二系列進行了篩分工藝改造，以提高篩分效率，改善篩下產物的粒度與品位，提高鐵的回收效果。本文介紹了細篩再磨工藝改造內容，對比研究了改造后的二系列與未改造的一系列的篩分質效率、篩下產物粒度與TFe品位關系，對兩個系列篩下產物進行磁選管試驗、統計對比處理能力，并進行初步經濟分析，為類似選礦廠的細篩再磨工藝優化提供參考。

1 細篩再磨工藝改造內容

選礦廠磨選車間共兩個系列，二段磨礦分級作業為細篩再磨作業，預先和檢查分級合一的細篩、球磨磨礦工藝，球磨機為MQY3264溢流型球磨機，每個系列1臺，單臺處理能力140～160 t/h，篩分工藝為預先篩分和檢查篩分合一的作業，篩分新給礦為一段磁選精礦，其-0.074 mm粒級含量為32.50%、TFe品位為40.01%，篩下產物通過二段磁選(雙筒磁選機)獲得鐵精礦。每個系列使用3臺陸凱D4MVSK2418C3四層疊復式高頻細篩，篩孔尺寸為0.11 mm×0.22 mm，單臺篩分面積為4.32 m2。生產過程存在篩分效率低、循環負荷大的問題，為了提高篩分質效率，對細篩再磨工藝進行了改造。

將一系列保持原來的預先篩分和檢查篩分合一的細篩再磨工藝，將二系列的細篩再磨篩分工藝中的預先篩分和檢查篩分分開，二系列改造后細篩再磨工藝流程圖見圖1，預先篩分使用3臺D4MVSK2418C3四層疊復式高頻細篩，篩孔尺寸為0.20 mm×0.40 mm(篩孔尺寸0.15 mm×0.30 mm的篩網供對比使用)，檢查篩分使用2臺2SG48-60-W-5STK德瑞克五路重疊式高頻細篩，篩孔尺寸為0.10 mm×2.46 mm，單層篩面尺寸1.0 m×1.4 m，單臺篩分面積為7 m2。德瑞克高頻細篩振動力強，可達7.3 G(一般振動篩只有4.0～5.0 G)，篩分效率更高[15]。

圖1 二系列改造后細篩再磨工藝流程圖

在現場流程穩定的情況下，對一系列的篩分給礦、篩上產物和篩下產物，二系列的篩分給礦、預先篩分篩上產物、篩下產物、檢查篩分的篩上產物、篩下產物，每隔15 min取樣一次，三次合成一個樣品，作為一批次樣品，每個批次樣品取樣質量為300～500 g。對兩個系列的每批次樣品進行混勻、縮分，制取粒度篩分、TFe品位檢測樣品。粒度篩分采用實驗室的標準套篩進行，+0.074 mm各粒級采用干篩、-0.074 mm各粒級采用濕篩。

一系列的篩分給礦、篩上產物和篩下產物各取樣7批。在二系列細篩再磨工藝改造中，為了確定適宜的預先篩分篩孔尺寸，保持振幅、篩分面積等與一系列相同，選擇0.15 mm×0.30 mm和0.20 mm×0.40 mm兩種篩孔尺寸，對兩種篩面的篩分給礦、篩上產物和篩下產物各取樣8批，對比兩種篩孔尺寸的篩分效果，確定預先篩分適宜的篩孔尺寸。

-0.074 mm粒級的分級質效率按照式(1)進行計算[16]。

(1)

式中：E為篩分質效率，%；α為入篩給礦中-0.074 mm粒級含量，%；β為篩下產物中-0.074 mm粒級含量，%；θ為篩上產物中-0.074 mm粒級含量，%。

對一系列篩下產物、二系列檢查篩的篩下產物TFe品位、-0.074 mm含量關系進行線性擬合。選擇篩孔尺寸為0.180 mm、0.125 mm、0.074 mm、0.053 mm和0.038 mm的標準篩，對兩個系列篩下產物進行篩析，計算各個粒級產率及金屬分布率。在磁場強度7.96×104A/m條件下，對兩個系列篩下產物進行磁選管試驗。統計兩個系列每天的平均小時處理量，數據由皮帶秤稱量統計，連續記錄12 d，對比兩個系列原礦處理能力。

2 結果與分析

2.1 兩個系列篩分質效率考查結果

一系列細篩篩下產物粒度及篩分質效率考查結果見表1。由表1可知，一系列細篩篩下產物-0.074 mm含量為74.89%～84.20%，平均79.50%，篩分質效率16.80%～31.03%，平均27.18%。二系列兩種篩孔尺寸預先篩分的篩分質效率、篩下產物-0.074 mm含量見表2，檢查篩分給礦、篩上產物、篩下產物-0.074 mm含量、篩分質效率見表3，預先篩分給礦及篩下產物負累積曲線如圖2所示。

表1 一系列細篩篩下產物粒度及篩分質效率考查結果

由表2可知，預先篩分篩孔尺寸為0.15 mm×0.30 mm時，預先篩分質效率為34.74%～61.54%，平均49.66%，篩下產物-0.074 mm含量為60.52%～70.98%，平均67.09%；篩孔尺寸為0.20 mm×0.40 mm時，篩分質效率為40.46%～64.19%，平均55.05%，篩下產物-0.074 mm含量為54.22%～71.86%，平均63.49%。由圖2可知，經過預先篩分產物、篩下產物的粗顆粒減少，細顆粒含量增多，有利于減輕檢查篩分作業篩上粗顆粒對細顆粒的阻礙作用，兩種篩孔的篩下產物+0.074 mm各粒級含量相差不大，篩孔0.20 mm×0.40 mm的篩面對-0.074 mm粒級的篩分質效率高5.39%。綜合考慮預先篩分的篩下-0.074 mm含量、篩分質效率，選擇適宜的預先篩分篩孔為0.20 mm×0.40 mm。

表2 二系列預先篩分中不同篩孔尺寸篩分考查

圖2 預先篩分給礦和預先篩分篩下產物負累積含量

由表3可知，二系列檢查篩分給礦、篩上產物、篩下產物中-0.074 mm平均含量分別為64.11%、40.78%、84.79%，篩分質效率平均為69.56%。綜合二系列預先篩分和檢查篩分的平均篩分質效率，二系列細篩再磨工藝中總篩分質效率為38.29%，比一系列篩分質效率高了11.11%，篩分質效率得到提高。

表3 二系列檢查篩分的篩分質效率考查

2.2 兩個系列篩下-0.074 mm含量與TFe品位關系

針對現場兩個系列的細篩再磨工藝，待選礦廠運行穩定后，取兩個系列篩下產物進行-0.074 mm粒級含量和TFe品位檢測，對兩個系列的-0.074 mm粒級含量與TFe品位關系繪制了趨勢線。一系列篩下產物-0.074 mm粒級含量與TFe品位關系見圖3，二系列檢查篩分篩下產物-0.074 mm粒級含量與TFe品位關系見圖4。

圖3 一系列篩下產物-0.074 mm含量與TFe品位關系

圖4 二系列檢查篩分篩下產物-0.074 mm含量與TFe品位關系

通過兩個系列的考查數據，細篩再磨工藝中一系列平均篩下-0.074 mm粒級含量為79.50%，TFe品位為44.81%，二系列的平均篩下-0.074 mm粒級含量為84.79%，TFe品位為46.75%。對比一系列，二系列篩下產物的-0.074 mm粒級含量提高了5.29%，TFe品位由44.81%提高到46.75%。

由圖3可知，-0.074 mm粒級含量范圍內，TFe品位隨-0.074 mm粒級含量增加而升高。篩下產物-0.074 mm粒級含量為75%～82%時，TFe品位變化速率快，篩下產物-0.074 mm粒級含量大于82%時，TFe品位變化速率慢。由圖4可知，-0.074 mm粒級含量范圍內，TFe品位與-0.074 mm粒級含量呈線性正相關，TFe品位隨-0.074 mm粒級含量增加而升高。磁鐵礦嵌布粒度細，主要富集在細粒級中，篩下細粒級含量增加，TFe品位也增高。

2.3 兩個系列篩下產物考查及磁選試驗

一系列篩下、二系列檢查篩分篩下各粒級產率、TFe品位、TFe分布率結果見表4。由表4可知，二系列檢查篩分篩下比一系列篩下產品的粒度細，-0.038 mm粒級含量分別為46.78%、51.88%，對應的TFe品位分別為47.76%、45.58%，-0.074 mm粒級含量分別為84.67%、76.25%，對應的累積TFe品位分別為47.26%、45.57%，-0.125 mm各粒級TFe品位均高于一系列；一系列篩下產品TFe品位為44.81%，-0.038 mm、-0.074 mm粒級TFe分布率分別為47.58%、77.54%；二系列檢查篩下產品的TFe品位46.75%，比一系列高1.94%，-0.038 mm、-0.074 mm粒級TFe分布率分別為53.00%、85.60%，比一系列的相應值高5.42%和8.06%；一系列篩下產品的-0.038 mm、-0.053+0.038 mm、-0.074+0.053 mm負累積TFe品位分別為45.58%、45.73%、45.57%，說明-0.074 mm粒級下磁鐵礦的單體解離度變化不大；二系列檢查篩分-0.038 mm、-0.053+0.038 mm、-0.074+0.053 mm負累積TFe品位分別為47.76%、47.67%、47.26%，同樣表明，二系列的-0.074 mm粒級下磁鐵礦的單體解離度變化不大。但是，對比一系列和二系列可知，二系列的細篩流程改造，整體提高了磁鐵礦的解離度，使二系列檢查篩分篩下的TFe品位高于一系列篩下產品。

表4 一系列與二系列篩下產物各粒級TFe含量考查結果

在磁場強度為7.96×104A/m的條件下，對兩個系列篩下產物進行磁選管分選試驗，一系列篩下產品獲得的磁選精礦TFe品位為54.20%，二系列磁選精礦的TFe品位為55.26%，比一系列高1.06%，再次說明，二系列的預先、檢查篩分改造后，增加了鐵礦物的單體解離度，提高了分選指標。

2.4 細篩再磨工藝改造后處理能力考查及經濟效益分析

改造前兩個系列的篩分工藝相同，對二系列細篩再磨工藝的篩分進行改造后，一系列與二系列處理量對比如圖5所示。由圖5可知，經過12 d的處理量統計，一系列的處理量均值為127.98 t/h，改造后二系列的處理量均值為129.85 t/h，比一系列提高1.87 t/h。

圖5 一系列與二系列處理能力對比

經統計，細篩流程改造新購置4臺德瑞克細篩，每臺德瑞克細篩170萬元，4臺合計680萬元，加上各項配套設施，設備總投資在730萬元。改造后二系列處理量比一系列提高1.87 t/h，每年多出鐵精粉1.87×24×330=14 810 t，按鐵精粉凈利潤200元/t計算，可增加產值14 810×200=296萬元。一系列精礦中TFe平均品位為51.18%，二系列鐵精礦中TFe品位平均為51.85%，平均提升0.67%，鐵精礦價格平均提升6.7元/t，按照年生產80萬t鐵精粉計算，年可增加經濟效益80×6.7=536萬元。1臺德瑞克細篩每年的能耗和篩片費用為20萬元，4臺合計80萬元，選礦廠每年累計新增凈利潤為296+536-80=752萬元，一年可收回設備投資費用。

3 結 論

1)一系列細篩再磨流程的篩下產物-0.074 mm粒級平均含量為79.50%，篩分質效率為27.18%。二系列改造后預先篩分使用陸凱高頻細篩，其篩孔尺寸為0.20 mm×0.40 mm，檢查篩分使用德瑞克高頻細篩，篩孔尺寸為0.10 mm×2.46 mm，二系列細篩再磨工藝的篩下產物-0.074 mm粒級平均含量為84.79%，總篩分質效率為38.29%，二系列總篩分質效率比一系列高11.11%。

2)一系列與二系列細篩再磨生產中，二系列的篩下產物-0.074 mm粒級含量提高了5.29%，TFe品位由44.81%提高到46.75%。兩個系列篩下產物-0.074 mm粒級含量增加，TFe品位升高。通過磁選試驗，改造后二系列篩下產物的磁選精礦TFe品位比一系列高1.06%。

3)一系列處理量平均為127.98 t/h，改造后二系列處理量平均為129.85 t/h，比一系列處理量高1.87 t/h，提高了選礦廠處理能力。改造后，選礦廠可每年創造經濟效益752萬元，購置4臺德瑞克細篩，需新增投資730萬元，預計1年可回收成本。

4)細篩再磨工藝改造對鈾、硼資源回收的影響，將通過后續現場實踐，進行長期的統計分析。