某磁铁矿高压辊磨-湿式预选工艺试验研究

王建中 郭 鹏

(太原钢铁(集团)有限公司矿业分公司尖山铁矿，山西 太原 030300)

0 引言

随着破碎理论和破碎设备的发展，传统破碎工艺不断受到挑战[1]。在磁铁矿选矿领域，传统三段一闭路破碎方式存在预选抛尾分离效果差、铁损失率高、后续磨矿能耗高等缺点，且破碎产物粒度最细只能达到10～15 mm[2]。高压辊磨机是一种基于层压破碎原理的新型、高效矿岩破碎设备[3]，即物料不是在破碎机工作面或破碎介质间做单个颗粒的破碎或粉磨，而是作为一个料层得到粉碎，在高压作用下使颗粒相互挤压，产生裂纹或劈碎[4]，因此，高压辊磨不仅能使矿石得到粉碎，还使得颗粒内部产生大量微裂纹[5，6]，有利于提高被破碎矿石的单体解离度[7]，预选分离效果[8]及可磨性[9]，具有破碎比大、微裂纹优势明显、单位破碎能耗和钢耗低、处理能力大、设备作业率高、占地面积少等优点[10]，产品含有大量的细粒和微细粒产品，其中很大部分矿物已完成初步单体解离，具备较好的分选条件，为充分实现“多碎少磨、能抛早抛”[11]创造了有利条件。

华北某铁矿属鞍山式沉积变质类型贫铁矿床[12]，矿石主要由磁铁石英岩及少量赤铁石英岩组成，全铁品位31%左右，选矿采用三段一闭路破碎-阶段磨矿-阶段弱磁选-磁重选精选工艺流程，精矿全铁品位67.5%，SiO2含量6%[13，14]。为通过技术进步提升矿山综合效益，对高压辊磨-预选工艺应用可行性进行了探讨。

1 高压辊磨试验

1.1 试样粒级分布

高压辊磨选取选矿系统细碎后矿样作为试样，对该试样进行了筛析，结果见表1。

表1 试样粒级筛析结果(质量分数) %

由试样筛析结果可知：-15 mm和-5.0 mm粒级负累积含量分别为93.85%、47.77%，-0.074 mm含量7.22%，试样粒级主要分布在5～15 mm之间，占了试验总量的46.08%。

1.2 开路试验

高压辊磨开路试验在CLM25/10高压辊磨机上进行，设置工作压力分别为8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa，高压辊磨机原始辊缝宽度为2.2 mm，转速为20 r/min，每次给料量为20 kg，在不同压力条件下进行高压辊磨试验。高压辊磨结束后，收集辊压产品，将物料混匀、缩分、取样进行粒度组成干式筛分分析。试验结果见表2和图1。

表2 开路试验产品粒级筛析结果(质量分数) %

图1 辊压给排料粒级对比

高压辊磨机工作压力在8.0 MPa、10.0 MPa、12.0 MPa时，辊压产品-5.0 mm粒级累积含量分别占63.92%、66.79%、67.85%，-0.074 mm粒级累积含量分别占12.38%、14.49%、14.97%；随着工作压力的增大，辊压产品细粒级含量逐渐提高，说明高压辊磨机对该矿有较好的辊压效果。

工作压力条件在10.0 MPa和12.0 MPa时，辊压产品细粒级含量相差不大；随着工作压力的增大，电耗依次为1.28 kW·h/t、1.60 kW·h/t、1.81 kW·h/t。因此，根据不同工作压力下辊压产品粒度分布及电耗，推荐最佳工作压力为10.0 MPa。

1.3 3.0 mm高压辊磨闭路筛分试验

根据开路条件试验得到高压辊磨机最佳工作压力值，将其设定为试验工作压力，每次给料量10 kg。每次高压辊磨结束后，收集辊压后产品，用3.0 mm振动筛进行筛分，称出筛上、筛下物料重量，保留筛下物料，筛上物料返回与新给料混匀，重新给入高压辊磨机；重复以上实验流程，直至筛下物料重量接近新给料重量或者筛下物料不再增加，则该流程达到平衡。由试验可知，高压辊磨机3.0 mm闭路筛分循环作业负荷为108.20%。将循环平衡后的筛下物料缩分、取样，进行粒度组成分析，结果见表3。

表3 3.0 mm闭路产品粒级组成(质量分数) %

高压辊磨机辊压压力在10.0 MPa下3.0 mm闭路筛分循环试验的辊压产品细粒级含量较多，-0.5 mm粒级累积含量占41.85%，-0.074 mm粒级累积含量占19.13%。

1.4 5.0 mm高压辊磨闭路筛分试验

根据开路条件试验得到高压辊磨机最佳工作压力值，将其设定为试验工作压力，每次给料量10 kg，参照3.0 mm闭路筛分试验，得出高压辊磨机5.0 mm闭路筛分循环作业负荷为64.40%。将循环平衡后的筛下物料缩分、取样，进行粒度组成分析，结果见表4。

表4 5.0 mm闭路产品粒级组成(质量分数) %

高压辊磨机辊压压力在10.0 MPa下5.0 mm闭路筛分循环试验的辊压产品细粒级含量适中，-0.5 mm粒级累积含量占29.90%，-0.074 mm粒级累积含量占13.97%。

1.5 邦德功指数测定

取常规破碎3.0 mm原矿和高压辊磨3.0 mm原矿分别进行邦德功指数实验。成品筛的筛孔尺寸为0.074 mm。根据实验数据分别计算邦德功指数，结果见表5。

表5 邦德功指数测定

其计算公式如下：

(1)

式中：WIB—球磨功指数，kW·h/t；dpi—筛孔尺寸，μm；Gbp—磨机每一转新生成成品质量，g/r；P80—成品的80%通过粒度，μm；F80—实验原料的80%通过粒度，μm。

原矿常规破碎3.0 mm邦德功指数为13.44 kW·h/t；原矿高压辊磨3.0 mm邦德功指数为10.01 kW·h/t；高压辊磨邦德功指数比常规破碎邦德功指数低25.52%。

1.6 磨矿试验

取常规破碎到-3 mm原矿和高压辊磨破碎到-3.0 mm原矿分别进行磨矿对比试验。试验样品称取500 g/次，磨矿浓度为60%，设定磨矿时间分别为0、3、6、9、12分钟进行磨矿条件试验，磨后产品采用0.074 mm标准筛进行湿式筛分，收集筛上样品、烘干、称重。试验结果见表6。

表6 常规破碎原矿和高压辊磨原矿磨矿对比试验

磨矿细度达到-0.074 mm占40%时常规破碎原矿和辊压原矿磨矿所需时间分别为两分钟和一分钟；磨矿细度达到-0.074 mm占60%时常规破碎原矿和辊压原矿磨矿所需时间分别为3.5分钟和2.3分钟；磨矿细度达到-0.074 mm占80%时常规破碎原矿产品和辊压原矿产品磨矿所需时间分别为5.5分钟和4.6分钟，说明辊压原矿比常规破碎原矿更易磨。

2 湿式预选试验

2.1 试样铁品位分析

对选矿系统细碎后矿样进行化学分析，结果见表7。

表7 原矿化学分析(质量分数) %

原矿化学分析结果表明原矿全铁品位30.64%，磁性铁品位24.93%，铁矿物之中磁性铁分布率为81.36%，原矿为磁性铁为主的铁矿石。

2.2 粗粒湿式磁选抛尾对比试验

采用高压辊磨机将试样辊压到5-0 mm、3-0 mm，分别对这两样品进行粗粒湿式磁选抛尾。试验设备为T-CTS1006粗粒湿式磁选机，磁场强度为500 mT,试验简要流程见图2，试验数据见表8。

图2 辊压产品磁选试验流程

表8 粗粒磁选湿选抛尾试验结果(质量分数) %

当辊压产品粒度为5-0 mm和3-0 mm时，采用粗粒湿式磁选可抛出产率30.28%～31.20%、尾矿铁品位11.38%左右、磁性铁品位0.50%的粗粒尾矿，粗精矿磁性铁回收率为99%以上，入选铁品位可提高了8个百分点以上，入磨粗精矿全铁品位达39%左右。辊压产品湿式磁选抛尾效果明显。

原矿辊压到5-0 mm和3-0 mm、经粗粒湿式磁选抛尾后，所获选别指标接近，说明这两种给矿粒度对选别指标影响较小。

3 工艺推荐

综合试验研究结果、选矿现有流程整体优化及其它实际情况，在工程设计时应考虑：

1)现细碎产品由-12 mm 88%放粗到-25 mm，大幅度降低细碎系统循环负荷；

2)-25 mm产品全粒级进入高压辊磨机破碎，辊磨机与湿式直线筛组成闭路，其产品由直线振动筛进行湿式检查筛分，筛上产品(+5 mm)通过皮带机返回到辊磨机；

3)筛下产品(-5 mm)自流进入湿式顺流磁选机进行预选抛尾作业，预选精矿泵送入磨矿分级系统；

4)预选尾矿经直线筛开路分级，筛上产品(+2 mm)可作为建材使用或外销，筛下产品(-1 mm)进入尾矿系统。

5)推荐工艺原则流程见图3。

图3 工艺原则流程

4 结语

该矿山选矿系统细碎后矿样经高压辊磨后，-0.5 mm粒级累积含量可达41.85%；经粗粒湿式磁选可抛出产率30.28%～31.20%、尾矿铁品位11.38%左右、磁性铁品位0.50%的粗粒尾矿，粗精矿磁性铁回收率为99%以上，入选铁品位提高了8个百分点以上，入磨粗精矿全铁品位达39%左右，辊压产品湿式磁选抛尾效果明显。说明高压辊磨-湿式预先抛尾工艺是可行的，具有深入研究价值；同时随着低品位矿石综合回收利用力度的加大，该工艺会显示出更低的成本优势，下一步将与现有流程、装备结合，对工艺系统进行再优化。