弓長(zhǎng)嶺鐵礦石高壓輥粉碎—濕式預(yù)選試驗(yàn)研究

董利娟 杜艷清 余瑩 劉瑞冬 程福超 肖赫 高峰岳貴琳 王家奇4，5

（1.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)弓長(zhǎng)嶺有限公司選礦分公司；2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司大孤山球團(tuán)廠；3.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司弓長(zhǎng)嶺球團(tuán)廠；4.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院；5.難采選鐵礦資源高效開發(fā)利用技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心）

弓長(zhǎng)嶺選礦廠現(xiàn)采用傳統(tǒng)三段一閉路粉碎工藝，一選車間采用階段磨礦—階段磁選—細(xì)篩—中礦再磨—磁選的磨選流程，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝存在流程長(zhǎng)、磨礦能耗高等問題，亟需研發(fā)創(chuàng)新工藝，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)裝備以滿足選礦廠對(duì)節(jié)能降耗的發(fā)展需求［1-6］。為此，針對(duì)弓長(zhǎng)嶺選礦廠三段一閉路粉碎、階段磨礦粉碎、磨礦工藝開展高壓輥粉碎—濕式預(yù)選試驗(yàn)，在產(chǎn)品進(jìn)入球磨機(jī)前增加高壓輥磨作業(yè)，以降低球磨給料粒度，提高磨礦作業(yè)處理能力；再進(jìn)行濕式預(yù)選作業(yè)，對(duì)入磨產(chǎn)品進(jìn)行有效拋尾，降低入磨量，從而降低磨礦生產(chǎn)成本，提高選礦廠的處理能力和鐵精粉產(chǎn)量［7-12］。

1 試驗(yàn)原料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

礦樣取自鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)弓長(zhǎng)嶺有限公司選礦分公司一選廠的細(xì)碎產(chǎn)品，其化學(xué)多元素分析結(jié)果見表1，鐵物相分析結(jié)果見表2，XRD物相衍射分析結(jié)果見圖1，主要礦物組成及含量見表3。礦石中的磁鐵礦和赤鐵礦為主要待回收礦物，其礦物粒度測(cè)定結(jié)果見表4。

由表1 可知，礦石TFe 品位28.27%，F(xiàn)eO 含量15.15%，mFe含量21.32%；主要雜質(zhì)組分為SiO2，含量高達(dá)48.61%；有害元素硫和磷含量較低，分別為0.019%和0.037%。

由表2 可知，鐵主要以磁鐵礦的形式存在，占有率為76.41%，其次以赤（褐）鐵礦的形式存在，占有率為10.65%；部分以硅酸鐵形式存在，占有率為9.06%，少量以硫化鐵和碳酸鐵形式存在，占有率分別為0.92%，2.97%；主要回收鐵礦物為磁鐵礦和赤（褐）鐵礦，兩者占有率合計(jì)87.06%。

由圖1可見，礦石中的主要組成礦物為磁鐵礦和石英，其他礦物由于含量較少，在XRD 圖譜中無(wú)法顯示。

由表3 可知，該鐵礦石礦物組成較簡(jiǎn)單，金屬礦物主要為磁鐵礦和赤鐵礦，含量分別為30.21%和4.30%；另有少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、褐鐵礦和微量銳鈦礦等。脈石礦物主要為石英、角閃石、綠泥石、碳酸鹽礦物和長(zhǎng)石，含量分別為22.24%、16.24%、12.22%、7.40%和4.94%，另有少量黑云母和輝石等。

由表4可知，磁鐵礦和赤鐵礦在各粒級(jí)中的分布不均勻，在+0.075 mm 粒級(jí)中的分布率分別為64.63%和53.96%，在-0.037mm 粒級(jí)中的分布率分別為10.24%和11.98%，可見磁鐵礦和赤鐵礦的工藝粒度以中粒嵌布為主，在細(xì)粒級(jí)中的分布率也較高。

1.2 試驗(yàn)方法與設(shè)備

1.2.1 高壓輥磨機(jī)粉碎試驗(yàn)

試驗(yàn)采用HPGR3516型高壓輥磨機(jī)，輥直徑×長(zhǎng)度為3 500 mm×1 600 mm。影響高壓輥磨機(jī)粉碎效果的主要操作因素有輥面壓力、輥面間距以及輥面速度，針對(duì)弓長(zhǎng)嶺一選廠-12 mm 細(xì)碎產(chǎn)品進(jìn)行不同操作條件下的單因素開路試驗(yàn)，每次取質(zhì)量50 kg 試樣進(jìn)行粉碎試驗(yàn)，所得產(chǎn)品取樣后進(jìn)行粒度特性分析。

1.2.2 高壓輥粉碎產(chǎn)品濕式預(yù)選試驗(yàn)

在高壓輥磨機(jī)的優(yōu)化條件下，將一選廠細(xì)碎產(chǎn)品高壓粉碎至-6，-5，-4，-3，-2 mm，采用LG-300 型濕式筒式磁選機(jī)對(duì)以上不同粒級(jí)礦石進(jìn)行弱磁分選試驗(yàn)，考察筒式磁選機(jī)磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)預(yù)選分離效果的影響。采用的磁選機(jī)處理能力100～300 kg/h，磁場(chǎng)強(qiáng)度80～400 kA/m。高壓輥粉碎產(chǎn)品經(jīng)弱磁分選后，對(duì)精礦、尾礦分別烘干稱重，化驗(yàn)TFe及磁性鐵品位，計(jì)算產(chǎn)率與回收率，確定合理的給礦粒度與磁選場(chǎng)強(qiáng)。

2 高壓輥磨機(jī)粉碎試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 輥面間距及壓力正交試驗(yàn)

高壓輥磨機(jī)影響物料粉碎效果的最重要的因素是液壓系統(tǒng)的工作壓力，液壓系統(tǒng)的工作壓力轉(zhuǎn)換成物料在粉碎過程中的受力就為輥面壓力。分別考察輥面間距為6，8，10，12，14 mm時(shí)，不同輥面壓力對(duì)粉碎產(chǎn)品粒度分布的影響。

2.1.1 輥面間距6 mm時(shí)輥面壓力對(duì)粉碎效果的影響

在輥面間距6 mm、輥面速度14 r/min 的條件下，輥面壓力為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖2。

由圖2 可見，當(dāng)輥面壓力小于9 MPa時(shí)，隨著輥面壓力的增加，粉碎產(chǎn)品的粒度變細(xì)；當(dāng)輥面壓力為9 MPa時(shí)，P80降低至8.4mm，其中-6mm產(chǎn)率達(dá)71.37%，-0.074 mm 產(chǎn)率為14.48%；當(dāng)輥面壓力由9 MPa 增加至12 MPa時(shí)，粉碎效果降低；因此，當(dāng)輥面間距為6 mm時(shí)，適宜的輥面壓力為9 MPa。

2.1.2 輥面間距8 mm 時(shí)輥面壓力對(duì)粉碎效果的影響

在輥面間距為8 mm、輥面速度14 r/min 的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖3。

由圖3 可見，當(dāng)輥面間距為8 mm時(shí)，隨著輥面壓力的增大，高壓輥粉碎效果逐漸趨好；當(dāng)輥面壓力為12 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品粒度最細(xì)，粉碎產(chǎn)品P80可降至7.4mm，-6mm產(chǎn)率達(dá)75.98%，-0.074mm產(chǎn)率15.11%；因此，當(dāng)輥面間距為8 mm時(shí)，適宜的輥面壓力為12 MPa。

2.1.3 輥面間距10 mm 時(shí)輥面壓力對(duì)粉碎效果的影響

在輥面間距為10 mm、輥面速度14 r/min 的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖4。

由圖4 可見，當(dāng)輥面間距為10 mm時(shí)，隨著輥面壓力由6 MPa 提高到10.5 MPa時(shí)，高壓輥粉碎產(chǎn)品粒度降低；當(dāng)輥面壓力為10.5 MPa時(shí)，P80降低至6.5mm，-6mm產(chǎn)率達(dá)到78.51%，-0.074mm產(chǎn)率16.34%；當(dāng)輥面壓力由10.5 MPa增加至12 MPa時(shí)，粉碎效果變差；因此，當(dāng)輥面間距為10 mm時(shí)，適宜的輥面壓力為10.5 MPa。

2.1.4 輥面間距12 mm 時(shí)輥面壓力對(duì)粉碎效果的影響

在輥面間距12 mm、輥面速度14 r/min的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖5。

由圖5 可見，當(dāng)輥面間距為12 mm時(shí)，隨著輥面壓力的提高，高壓輥粉碎產(chǎn)品的粒度降低；當(dāng)輥面壓力提高到12 MPa時(shí)，P80降低至8.4 mm，-6 mm產(chǎn)率達(dá)69.84%，-0.074 mm 產(chǎn)率12.45%；因此，當(dāng)輥面間距為12 mm時(shí)，適宜的輥面壓力為12 MPa。

2.1.5 輥面間距14 mm 時(shí)輥面壓力對(duì)粉碎效果的影響

在輥面間距14 mm、輥面速度為14 r/min 的條件下，輥面壓力分別為6.0，7.5，9.0，10.5，12.0 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖6。

由圖6 可見，當(dāng)輥面間距為14 mm時(shí)，隨著輥面壓力由6 MPa 提高到7.5 MPa，高壓輥粉碎產(chǎn)品粒度降低；當(dāng)輥面壓力為7.5 MPa時(shí)，P80降低至8.5 mm，-6 mm 產(chǎn)率達(dá)72.69%，-0.074 mm 產(chǎn)率14.15%；因此，當(dāng)輥面間距為14 mm時(shí)，適宜的輥面壓力為7.5 MPa。

2.2 最佳輥面間距和輥面壓力對(duì)比

在高壓輥磨機(jī)輥面間距為6～14 mm、輥面速度為14 r/min 的條件下，輥面壓力為6～10.5 MPa 時(shí)的最佳粉碎指標(biāo)對(duì)比見圖7。

由圖7 可見，當(dāng)輥面間距為12 mm、輥面壓力為12 MPa時(shí)，高壓輥粉碎效果最差，產(chǎn)品粒度最粗；當(dāng)輥面間距為10 mm、輥面壓力為10.5 MPa時(shí)，粉碎產(chǎn)品粒度最細(xì)；因此，適宜的輥面間距為10 mm、輥面壓力為10.5 MPa，并采用此操作條件進(jìn)行后續(xù)高壓輥磨機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)化試驗(yàn)。

2.3 輥面轉(zhuǎn)速對(duì)粉碎效果的影響

在輥面間距10 mm、輥面壓力10.5 MPa 的條件下，輥面速度為10，12，14，16，18 r/min時(shí)，粉碎產(chǎn)品的粒度分布特性見圖8。

由圖8 可見，當(dāng)輥面轉(zhuǎn)速由10 r/min 升高至14 r/min 或16 r/min時(shí)，粉碎產(chǎn)品P80可降低至約6 mm，-2 mm 產(chǎn)率達(dá)53.87%和53.25%；進(jìn)一步提高輥面轉(zhuǎn)速，礦石粉碎效果降低；因此，適宜的輥面轉(zhuǎn)速為14 r/min。

3 高壓輥粉碎產(chǎn)品濕式預(yù)選試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度及給礦粒度正交試驗(yàn)

3.1.1 磁場(chǎng)強(qiáng)度160 kA/m 時(shí)給礦粒度對(duì)選別指標(biāo)的影響

在磁場(chǎng)強(qiáng)度為160 kA/m 的條件下，考察給礦粒度分別為-6，-5，-4，-3，-2 mm 時(shí)對(duì)選別指標(biāo)的影響，結(jié)果見表5。

由表5 可知，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為160 kA/m時(shí)，隨著給礦粒度由-6 mm 降至-2 mm，鐵回收率由86.84%降低至85.41%，TFe 品位由36.83%提高到39.93%，磁性鐵回收率在98%～99%內(nèi)波動(dòng)，變化不大；當(dāng)給礦粒度為-3 mm時(shí)，獲得的預(yù)選精礦TFe 品位為38.56%，拋尾率36.16%，鐵回收率為85.90%，磁性鐵回收率為98.77%。

3.1.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度240 kA/m 時(shí)給礦粒度對(duì)選別指標(biāo)的影響

在磁場(chǎng)強(qiáng)度為240 kA/m 的條件下，考察給礦粒度分別為-6，-5，-4，-3，-2 mm 時(shí)對(duì)選別指標(biāo)的影響，結(jié)果見表6。

由表6 可知，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為240 kA/m時(shí)，較磁場(chǎng)強(qiáng)度160 kA/m 時(shí)鐵回收率提高明顯；隨著給礦粒度由-6 mm 降至-2 mm，鐵回收率由88.74%緩慢降至87.55%，TFe 品位由35.96%提高到37.13%，磁性鐵回收率均保持在99%以上，表明濕式預(yù)選實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁鐵礦的有效回收；當(dāng)給礦粒度為-3 mm時(shí)，獲得的預(yù)選精礦TFe 品位為36.42%，拋尾率為31.31%，鐵回收率為88.73%，磁性鐵回收率為99.81%。

3.1.3 磁場(chǎng)強(qiáng)度400 kA/m 時(shí)給礦粒度對(duì)選別指標(biāo)的影響

在磁場(chǎng)強(qiáng)度為400 kA/m 的條件下，考察給礦粒度分別為-6，-5，-4，-3，-2 mm 時(shí)對(duì)選別指標(biāo)的影響，結(jié)果見表7。

由表7 可知，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度提高到400 kA/m時(shí)，鐵回收率提高幅度不大，但TFe品位較240 kA/m時(shí)有明顯降低；隨著給礦粒度由-6 mm 降至-2 mm，鐵回收率在89.20%左右波動(dòng)，TFe 品位由34.37%提高到35.21%，磁性鐵回收率均高于99.50%；當(dāng)給礦粒度為-3 mm時(shí)，獲得的預(yù)選精礦TFe 品位為35.61%，拋尾率為28.44%，鐵回收率為89.53%，磁性鐵回收率為99.78%。

鑒于工業(yè)上高壓輥磨產(chǎn)品一般可控制粉碎產(chǎn)品約-3 mm，同時(shí)濕式預(yù)選場(chǎng)強(qiáng)為160～280 kA/m。因此，綜合考慮不同給料粒度及選別磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)濕式預(yù)選效果的影響，確定適宜的高壓輥粉碎粒度為-3 mm、預(yù)選磁場(chǎng)強(qiáng)度為240 kA/m。

3.2 擴(kuò)大連續(xù)試驗(yàn)

在給礦粒度為-3 mm、磁場(chǎng)強(qiáng)度240 kA/m的條件下，對(duì)高壓輥粉碎產(chǎn)品進(jìn)行濕式預(yù)選拋尾連選試驗(yàn)，每50 kg進(jìn)行4組，結(jié)果見表8。

由表8 可知，在給料粒度-3 mm 及選別磁場(chǎng)強(qiáng)度240 kA/m 的條件下，獲得了預(yù)選粗精礦TFe 品位36.30%、拋尾率31.84%、鐵回收率88.19%的技術(shù)指標(biāo)。

4 產(chǎn)品性質(zhì)分析

對(duì)高壓輥粉碎及磁選機(jī)預(yù)選拋尾得到的預(yù)選精礦及預(yù)選尾礦進(jìn)行鐵物相分析，結(jié)果見表9。

由表9 可知，預(yù)選精礦磁性鐵含量達(dá)34.23%，占總鐵的89.21%；而尾礦磁性鐵含量?jī)H為0.10%，占有率為0.96%，赤（褐）鐵礦及硅酸鐵占有率分別達(dá)54.05%和35.65%，表明經(jīng)高壓輥粉碎預(yù)選拋尾實(shí)現(xiàn)了磁鐵礦的有效回收，損失的鐵礦物主要為弱磁性赤（褐）鐵礦及硅酸鐵。

對(duì)高壓輥粉碎及磁選機(jī)預(yù)選拋尾得到的預(yù)選精礦及尾礦進(jìn)行X射線衍射分析，結(jié)果見圖9、圖10。

由圖9、圖10 可見，預(yù)選精礦的主要礦物為磁鐵礦和石英，預(yù)選尾礦的主要礦物為石英和少量蛇紋石，鐵礦物由于含量太低無(wú)法在圖譜中顯示。經(jīng)高壓輥粉碎及磁選機(jī)預(yù)選拋尾，大部分脈石礦物進(jìn)入尾礦中，實(shí)現(xiàn)了鐵礦物的有效富集與脈石礦物的提前拋除。

5 結(jié)論

（1）在高壓輥磨機(jī)輥面間距10 mm、輥面壓力10.5 MPa、輥面轉(zhuǎn)速14 r/min、給礦粒度-3 mm、磁場(chǎng)強(qiáng)度240 kA/m的最優(yōu)條件下，可獲得預(yù)選粗精礦TFe品位36.30%，拋尾率31.84%，鐵回收率88.19%的技術(shù)指標(biāo)。

（2）預(yù)選精礦及預(yù)選尾礦的鐵物相及XRD 分析表明，經(jīng)高壓輥粉碎—磁選機(jī)預(yù)選拋尾，磁性鐵進(jìn)入預(yù)選精礦中，大部分脈石礦物進(jìn)入尾礦中，實(shí)現(xiàn)了鐵礦物的有效富集與脈石礦物的提前拋除。