某鎢礦碎磨工藝流程設計研究

馮裕果，金吉梅，周峰

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

在礦物加工生產過程中，礦石碎磨工藝設備投資高、能耗大，碎磨能耗占到了礦物加工總能耗的40%～70%，有些甚至可高達80%[1]。 因此，如何提高碎磨工藝和裝備的效能是礦物加工行業亟待解決的問題。 本文擬根據礦石中硬、難磨的特性,以及鎢礦性脆應避免“過磨”的生產要求，結合工程實踐，從設備、安裝功率、投資和生產成本等方面對兩種碎磨工藝進行了綜合比較，選出較優的碎磨工藝方案。

1 礦石性質

1.1 原礦多元素分析及主要礦物組成

某鎢礦是一個以蝕變花崗巖型為主， 中間夾雜石英大脈型的大型鎢銅鉬多金屬礦床。 區內礦體主要賦存于蝕變花崗巖體內， 另有少量的石英大脈或網脈充填于巖體內外接觸帶的變質巖中。 礦體類型可分為蝕變花崗巖型和石英大脈型礦體， 以蝕變花崗巖型為主。礦石中有用金屬礦物主要為鎢礦物，其次為銅礦物、鉬礦物。 非金屬礦物主要為石英，其次為白云母、 黑云母， 另有少量正長石和綠泥石等礦物。 其原礦多元素分析結果見表1，原礦主要礦物含量分析結果見表2。

表1 原礦多元素分析結果%

表2 礦石中主要礦物的相對含量%

從表1、表2 可以看出，入選礦石中Al2O3的質量分數在14%左右，綠泥石和云母的礦物占比大，黏性及泥質礦物含量較高， 因此應重點關注雨季期間黏性及泥質礦物造成破碎流程堵塞的問題。

1.2 碎磨試驗

對鎢礦巖芯樣品開展了JKDWT 試驗、SMC 試驗、Bond 功指數試驗和礦石力學性能測定等，其中，JKDWT 試驗數據見表3，SMC 試驗數據見表4。

表3 JKDWT 試驗數據

表4 SMC 試驗數據

規則巖礦塊的抗壓強度為944 kg/cm2， 礦石普氏硬度系數f 為9.4，屬于中硬礦石類型。

1.3 原礦供礦

項目生產規模為6 600 kt/a，來自露天采場的礦石經設置在采場的旋回破碎機破碎后由膠帶輸送機運輸至選礦廠。 礦石塊度≤300 mm，含水率為5%，礦石密度為2.71 t/m3，松散密度為1.80 t/m3。

2 碎磨工藝流程方案比選

“多碎少磨”是目前國內選礦生產實踐普遍遵循的節能降耗理念。 高壓輥磨機作為一種高效節能粉碎設備，自20 世紀80 年代起已經被應用到各個領域之中。 我國2004 年馬鋼鐵礦首次引進了德國Koppern 公司的高壓輥磨機并得到成功應用， 自此各地礦山相繼開始應用高壓輥磨機[1-2]。 近年，高壓輥磨已在國內福建某鎢礦得到成功應用，其相關生產數據如下：1）碎磨工段生產能力從3 500 t/d 增加至5 500 t/d；2）高壓輥磨給料粒度為-35 mm，邊料返回，棒磨合格產品粒度為-0.7 mm。 其中料篩分粒級詳見表5。

表5 國內某鎢礦輥磨中料粒級分布

表5 數據顯示，-0.7 mm 粒級以下占比約31.33%，生產中可提前篩出部分合格粒級，減少入磨量；同時通過減小入磨粒度和降低棒磨功指數（RWi）可增加棒磨機處理能力約為10%。

該鎢礦選別工藝擬采用重浮聯合流程， 最終產品方案為重選鎢精礦、細泥鎢精礦及銅精礦，在碎礦段引入光電選拋廢，拋廢后的礦石磨礦細度-0.85 mm后進入重選。 結合礦石碎磨試驗， JKDWT 試驗和SMC 試驗的A×b 值在35～40 之間， 屬于難磨礦石，力學性能測定為中硬礦石，采用“多碎少磨”的碎磨工藝，進一步顯著降低入磨粒度、大幅增加粉礦量、改善入磨物料的磨礦特性是解決磨礦成本高的根本手段[3]。參考附件某鎢礦生產實踐在碎礦流程中可引入高壓輥磨；考慮到原礦中黏性及泥質礦物較多，在中碎前設置預先篩分，避免在雨季出現中、細碎堵塞問題；為避免產生“過磨”問題，選擇棒磨機與高頻細篩閉路[4-5]。 因此，碎磨工藝有以下兩種可行的方案。

方案Ⅰ：常規破碎+拋廢+棒磨工藝，簡稱“常規破碎方案”。 粗碎后的礦石預先進行篩分，篩上產物經中碎+拋廢+細碎作業的產品與預先篩分篩下產物合并后進粉礦倉。礦石經棒磨+高頻篩閉路磨礦后其合格產品進入重選段選別。 該工藝流程見圖1。

圖1 方案Ⅰ常規破碎方案原則流程

方案Ⅱ：常規破碎+拋廢+高壓輥磨+棒磨工藝，簡稱“高壓輥磨方案”。 粗碎后的礦石先進行預先篩分， 篩上產物經中碎+拋廢+細碎作業的產品進入高壓輥磨， 預先篩分篩下產物與高壓輥磨排料合并進行濕式篩分，篩上產物返回高壓輥磨，篩下產品進入棒磨+高頻篩閉路磨礦后其合格產品進入重選段選別。 該工藝流程見圖2。

圖2 方案Ⅱ高壓輥磨方案原則流程

3 關于碎磨工藝的探討

針對這兩種碎磨工藝方案，分別對其主要設備、安裝功率、投資和生產成本進行比較，比較結果詳見表6、表7。

表6 兩種工藝方案主要設備比較（可比部分）

表7 兩種工藝方案投資、成本及費用現值比較（可比部分）

從表6 可以看出， 方案Ⅱ較方案Ⅰ增加了高壓輥磨車間，可比設備費用高555 萬元；但由于方案Ⅱ高壓輥磨產生的合格粒級不再進入棒磨機， 同比棒磨機裝機功率減小了2 900 kW。 最終方案Ⅰ的總裝機功率為6 900 kW， 方案Ⅱ的總裝機功率為6 390 kW，方案Ⅱ較之方案Ⅰ總裝機功率減小510 kW。

由表7 數據可知，從可比投資方面來看，方案Ⅱ比方案Ⅰ高980 萬元；從生產成本方面來看，方案Ⅱ比方案Ⅰ低1.79 元/t， 按生產規模6 600 kt/a 來計算，每年可降低生產成本1 182 萬元；從費用現值方面來看，方案Ⅱ比方案Ⅰ低7 011 萬元。 綜合比較，方案Ⅱ高壓輥磨方案更優。

相較于方案Ⅰ（常規的破磨方案），方案Ⅱ（高壓輥磨）方案有以下特點：1）對金屬礦進行超細破碎（第四段破碎）， 利用閉路篩分的方式將破碎粒度控制在-3 mm，通過濕式篩分提前分離出合格粒級，既可避免過磨現象，也可降低棒磨機規格，減小裝機功率。 2）產品中-0.038 mm 占7.33%，比例偏高，應關注鎢及其伴生礦物在此粒級中的損失。 3）高壓輥磨機層壓破碎不僅能夠使礦石得到有效地粉碎， 還可以使顆粒內部產生大量裂紋，主要包括晶內裂紋、晶間裂紋和穿晶裂紋， 這些裂紋廣泛存在于各個礦石顆粒中，從而達到使礦石顆粒“弱化”的效果，使礦石的可磨性提高[4]。 4）隨著高壓輥磨機易損件輥釘等耐磨材料的進步，設備作業率逐漸提高，可與磨機采用相同的作業制度，簡化相關設施。

4 結語

對本鎢礦項目來說， 高壓輥磨機既可提前產生大量的合格粒級，又可降低后續磨礦作業能耗，節能降耗效果明顯。 同時因其產生-0.038 mm 粒級增加，應重視后續選別作業對細泥中有用目的礦物的回收。 在某鎢礦碎磨工藝中引入高壓輥磨工藝節能降耗， 對類似于以重選為主的鎢錫礦山的碎磨工藝選擇是一個發展方向。