高壓輥磨超細(xì)碎在貧磁鐵礦石預(yù)選中的應(yīng)用

崔少文 郭小飛 郗 悅 劉淑杰

（遼寧科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，遼寧鞍山114051）

我國(guó)貧磁鐵礦資源整體呈現(xiàn)鐵品位低、嵌布粒度細(xì)、組成復(fù)雜等特點(diǎn)，需要經(jīng)過(guò)復(fù)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(kāi)發(fā)利用率較低［1］。針對(duì)貧磁鐵礦資源利用程度較低的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)發(fā)出了高壓輥磨超細(xì)碎—貧磁鐵礦石預(yù)選工藝，對(duì)于貧磁鐵礦資源高效開(kāi)發(fā)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(shí)現(xiàn)磨前拋尾，減少入磨量，降低礦石的Bond球磨功指數(shù)，有利于節(jié)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(guò)介紹高壓輥磨機(jī)及其產(chǎn)品特性，結(jié)合高壓輥磨超細(xì)碎在貧磁鐵礦石選別中的應(yīng)用實(shí)踐，對(duì)高壓輥磨超細(xì)碎—預(yù)選技術(shù)在貧磁鐵礦石選別中的作用進(jìn)行了評(píng)述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

1 高壓輥磨機(jī)

1.1 高壓輥磨機(jī)的工作原理及特點(diǎn)

高壓輥磨機(jī)是以層壓粉碎理論為基礎(chǔ)研制的新型破磨設(shè)備，主要特點(diǎn)為高壓、慢速、滿料。其施力方式以層壓粉碎為主，磨剝?yōu)檩o，直接對(duì)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(dāng)作用力超過(guò)物料顆粒所能承受的抗壓強(qiáng)度時(shí)顆粒開(kāi)始碎裂，在運(yùn)動(dòng)到輥縫最窄位置時(shí)，所受壓力值達(dá)到巔峰，粉碎程度亦達(dá)到最大［4］。在整個(gè)粉碎過(guò)程中物料依次經(jīng)過(guò)加速區(qū)、擠壓區(qū)和釋放區(qū)，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(jī)的產(chǎn)品特性

物料層被擠壓后在顆粒內(nèi)部產(chǎn)生了大量裂紋、疏松等缺陷［6］。與傳統(tǒng)的破碎設(shè)備相比，高壓輥磨機(jī)選擇性破碎效果明顯，產(chǎn)品大部分沿解理面粉碎，細(xì)粒級(jí)含量高，礦石顆粒內(nèi)部微裂紋發(fā)育充分，主要以晶界微裂紋為主。在相同實(shí)驗(yàn)條件情況下，分別對(duì)貧鐵礦高壓輥磨機(jī)全閉路產(chǎn)品和小型顎式破碎機(jī)全閉路產(chǎn)品進(jìn)行Bond球磨功指數(shù)測(cè)定，結(jié)果顯示，在控制篩孔尺寸為0.28 mm和0.074 mm時(shí)輥壓產(chǎn)品的Bond球磨功指數(shù)比顎破產(chǎn)品分別降低了28.23%和13.96%［5］。經(jīng)高壓輥磨機(jī)粉碎后礦石的Bond球磨功指數(shù)明顯降低，礦石的解離特性提高，在后續(xù)磨礦過(guò)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(xù)磨礦所需能耗［7-8］。

2 貧磁鐵礦石高壓輥磨超細(xì)碎—預(yù)選工藝

礦石預(yù)選一般是指礦石入選前的選別作業(yè)，通過(guò)目標(biāo)礦物與脈石礦物之間存在的顏色、光澤、形狀等外觀差異進(jìn)行人工手選或根據(jù)目標(biāo)礦物與脈石礦物之間存在的密度、磁性、導(dǎo)電性等性質(zhì)差異通過(guò)機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)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(xù)磨選作業(yè)所需能耗和生產(chǎn)成本［9］。礦石預(yù)選主要受到礦石內(nèi)部有用礦物的嵌布粒度、單體解離度、預(yù)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(yù)選拋尾工藝有干式預(yù)選和濕式預(yù)選2種［10］。相比傳統(tǒng)破碎設(shè)備，高壓輥磨機(jī)粉碎后的產(chǎn)品更適合預(yù)選，目前高壓輥磨超細(xì)碎—磁選預(yù)選拋尾技術(shù)在貧磁鐵礦石的預(yù)選中被成功應(yīng)用［11］。對(duì)于經(jīng)其他破碎方式處理后無(wú)法滿足預(yù)選要求的微細(xì)粒嵌布貧磁鐵礦石，該工藝預(yù)選效果尤其明顯，與一些選礦廠采用的干式大塊預(yù)選拋尾工藝相比，該工藝拋廢產(chǎn)率更高，預(yù)選粗精礦品位要明顯高于干式大塊預(yù)選粗精礦品位［11-13］。

馬鋼南山鐵礦凹山選廠是國(guó)內(nèi)第一家運(yùn)用“高壓輥磨超細(xì)碎—濕式粗粒磁選拋尾生產(chǎn)工藝”的選礦廠［14］。該選廠應(yīng)用Koppern RP630/1700-1400型高壓輥磨機(jī)與振動(dòng)篩相配合（篩上返回高壓輥磨，篩下濕式磁選預(yù)先拋尾），成功解決了高村極貧磁鐵礦石難以分選的問(wèn)題。預(yù)選后入磨礦石的TFe品位由20.37%富集到35.62%，同時(shí)拋除TFe品位7.45%、產(chǎn)率為48.40%的合格尾礦。有效減少后續(xù)磨選處理量，入磨礦石品位得到明顯提高，預(yù)選效果明顯。該工藝擴(kuò)大了選廠的處理能力，年處理量從530萬(wàn)t提升至800萬(wàn)t。同時(shí)，由于原礦入磨粒度降低、磨礦工藝簡(jiǎn)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(duì)福建馬坑鐵礦石進(jìn)行了不同工藝流程的破碎磨礦試驗(yàn)，結(jié)果表明，礦石輥壓后細(xì)粒級(jí)含量提高，-1、-3、-5 mm粒級(jí)含量分別提高了29.88、42.12、50.05個(gè)百分點(diǎn)。在入磨粒度、磨礦時(shí)間均相同條件下，顎式破碎產(chǎn)品球磨后新生成-0.074 mm粒級(jí)含量小于高壓輥磨產(chǎn)品球磨后新生成-0.074 mm粒級(jí)含量。在-0.074 mm粒級(jí)占55%的條件下高壓輥磨與顎式破碎產(chǎn)品相對(duì)可磨度系數(shù)為1.26，在-0.074 mm粒級(jí)占70%的條件下，高壓輥磨與顎式破碎產(chǎn)品相對(duì)可磨度系數(shù)為1.23。對(duì)經(jīng)高壓輥磨閉路破碎后的物料進(jìn)行濕式中磁預(yù)選—階段磨礦弱磁選試驗(yàn)，能夠在入磨前拋除產(chǎn)率為38.88%的尾礦。試驗(yàn)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(gè)百分點(diǎn)。

哈密中天鐵礦選礦廠采用“高壓輥磨超細(xì)碎—干式分級(jí)—干式弱磁選集成系統(tǒng)工藝”分選貧磁鐵礦石［16］。該集成工藝主要采用高壓輥磨機(jī)、風(fēng)力分級(jí)機(jī)、干式磁選機(jī)等設(shè)備，選廠采出礦石TFe品位約為20%，粒度為-30 mm，經(jīng)破碎系統(tǒng)處理的原礦通過(guò)風(fēng)力分級(jí)機(jī)分級(jí)后，低密度產(chǎn)品給入高壓輥磨機(jī)，輥壓產(chǎn)品經(jīng)風(fēng)力分級(jí)后合格產(chǎn)品給入風(fēng)重磁旋力磁選機(jī)組分選，可得TFe品位為63.06%、回收率為82.21%的精礦，尾礦經(jīng)細(xì)粒風(fēng)重磁旋力磁選機(jī)組再選，再選精礦返回斗式提升機(jī)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(duì)內(nèi)蒙古某磁鐵礦石進(jìn)行了“高壓輥磨超細(xì)碎—干式預(yù)選—單一磁選工藝”試驗(yàn)，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(dòng)沸騰磁選機(jī)預(yù)選，能夠獲得TFe品位32.85%、產(chǎn)率為7.14%，磁性鐵回收率67.96%的粗精礦，拋除產(chǎn)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(duì)某選礦廠的超貧磁鐵礦石采用“兩段開(kāi)路破碎—高壓輥磨超細(xì)碎—打散分級(jí)—干式磁選拋尾—濕式二段磨選工藝”流程進(jìn)行試驗(yàn)，礦石經(jīng)輥壓細(xì)碎后給入沸騰干式磁選機(jī)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(duì)內(nèi)蒙古某貧磁鐵礦石進(jìn)行了高壓輥磨超細(xì)碎—磁選拋尾試驗(yàn)，物料輥壓至3 mm以下，通過(guò)濕式電磁選機(jī)預(yù)選，能夠拋除產(chǎn)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(shí)保證磁性鐵的回收率。

楊任新［20］對(duì)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(yàn)，-60 mm原礦樣品輥壓至-6 mm給入濕式中磁選機(jī)，預(yù)選后可得TFe品位29.14%、產(chǎn)率65.82%、TFe回收率86.24%的粗精礦，能夠拋出TFe品位8.19%、產(chǎn)率為34.18%、磁性鐵損失率為1.12%的合格尾礦。通過(guò)采用高壓輥磨超細(xì)碎—磁選預(yù)選拋尾技術(shù)，可使該貧磁鐵礦石入磨選量減少34.18%。

上述生產(chǎn)實(shí)踐和研究工作表明，輥壓后的礦石比未經(jīng)輥壓過(guò)的礦石相對(duì)易磨，礦石相對(duì)可磨度系數(shù)明顯提高，可顯著提高后續(xù)磨礦效率。高壓輥磨超細(xì)碎技術(shù)在與濕式磁選預(yù)選拋尾工藝和干式磁選預(yù)選拋尾工藝配合后，具有良好的預(yù)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(shí)現(xiàn)貧磁鐵礦石的高效預(yù)選，有利于節(jié)能減耗。其中“高壓輥磨超細(xì)碎—干式分級(jí)—干式弱磁選集成系統(tǒng)工藝”因其用水量少，磨選成本低的特點(diǎn)特別適用于干旱缺水地區(qū)的選廠。高壓輥磨超細(xì)碎—預(yù)選工藝為貧磁鐵礦石資源的高效利用提供了新的技術(shù)途徑。

3 結(jié)語(yǔ)

高壓輥磨機(jī)是以層壓粉碎理論為基礎(chǔ)的高效破碎設(shè)備，設(shè)計(jì)理念符合“多碎少磨”的技術(shù)趨勢(shì)，其產(chǎn)品具有細(xì)粒級(jí)含量高、微裂紋發(fā)育充分、解離特性好等特點(diǎn)。目前，高壓輥磨超細(xì)碎在貧磁鐵礦石的預(yù)選中已成功應(yīng)用。不僅使原來(lái)無(wú)法利用的表外礦資源得以充分利用，對(duì)于貧磁鐵礦石選礦流程的節(jié)能降耗及預(yù)選拋尾都發(fā)揮了重要作用。今后需要加強(qiáng)高壓輥磨設(shè)備對(duì)礦石性質(zhì)及生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性研究，尤其應(yīng)加強(qiáng)對(duì)微細(xì)粒嵌布貧磁鐵礦石預(yù)選技術(shù)的應(yīng)用研究，發(fā)展高效、低耗的新型高壓輥磨設(shè)備，對(duì)于實(shí)現(xiàn)貧磁鐵礦石預(yù)選拋尾，節(jié)能降耗具有重要意義。破碎產(chǎn)品粒度的降低有利于實(shí)現(xiàn)貧磁鐵礦石高效預(yù)選，高壓輥磨機(jī)與先進(jìn)的預(yù)選設(shè)備配合使用時(shí)效果更好，因此針對(duì)高壓輥磨產(chǎn)品的特性，研發(fā)配套的先進(jìn)預(yù)選設(shè)備，能夠進(jìn)一步推進(jìn)高壓輥磨超細(xì)碎—預(yù)選工藝的發(fā)展。